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Il design della foratura influenza l'efficienza del raffreddamento

Con l'aumento della popolazione mondiale, che si prevede raggiunga 9,1 miliardi di persone ne 2050, è assolutamente necessario garantire il futuro della sicurezza alimentare; un primo passo è sicuramente ridurre le perdite post-raccolta che si stimano variare dal 15 al 30% a livello globale.

La cattiva gestione della temperatura e i danni fisici sono considerati le principali e le più comuni cause delle perdite post-raccolta per i prodotti ortofrutticoli freschi; perdite che possono essere minimizzate utilizzando correttamente la catena del freddo e imballaggi più efficienti che facilitino la regolazione della temperatura durante il pre-raffreddamento e che proteggano il prodotto da ammaccamenti e abrasioni.



Il design della ventilazione degli imballaggi deve essere quindi ideato considerando diversi parametri, ad esempio: tipologia di imballaggio, tipologia di foratura dell'imballo, configurazione esterna e interna dell'imballo, tipologia di prodotto, forma e dimensione del prodotto, ecc.

Generalmente, le scatole di cartone vengono pallettizzate per semplificare la gestione e migliorare la densità di imballaggio durante il pre-raffreddamento, trasporto e stoccaggio; gli imballaggi e le strutture del pallet però creano barriere tra il prodotto e l'aria refrigerata circostante che limitano non solo il raffreddamento, ma anche la conservazione della qualità. Certamente, aumentare i fori di ventilazione dei contenitori per favorire il flusso dell'aria all'interno non costituisce la soluzione!

Il raffreddamento ad aria forzata (FAC, Forced-air cooling) viene utilizzato per rimuovere rapidamente il calore del campo dai prodotti orticoli per preservare una migliore qualità. I cartoni sono ventilati per favorire un raffreddamento uniforme dei prodotti imballati e per ridurre al minimo l'energia utilizzata dalle ventole di raffreddamento. L'efficienza del raffreddamento è influenzata dall'area e dalla configurazione dei fori di sfiato della scatola. Tuttavia, il posizionamento dei fori di ventilazione riduce anche la forza di compressione del cartone, che richiede un rinforzo con ulteriori pannelli di fibre, aumentando così i costi di fabbricazione del cartone.

Un gruppo di ricercatori sudafricani, svizzeri e belgi ha valutato 4 tipologie di cartoni, in termini di area dei fori e tipologia di cartone ondulato.


Scatole di cartone ondulato con diverso design di foratura.

I ricercatori hanno calcolato il comportamento fluido-dinamico (CFD, Computational Fluid Dynamics) per valutare la resistenza del flusso d'aria, la velocità di raffreddamento, l'uniformità e i consumi di energia. Gli esperimenti sono stati eseguiti per quantificare la forza di compressione della scatola.


Calcolo del comportamento fluido-dinamico (CFD, Computational Fluid Dynamics) per simulare il flusso orizzontale dell'aria di raffreddamento attraverso una scatola di cartone di mele.

I risultati sulla valutazione della resistenza meccanica hanno mostrato una relazione lineare negativa tra la resistenza del cartone e l'area di sfiato dei fori. L'effetto della configurazione del foro sulla forza di compressione dipende dal tipo di cartone ondulato.

Fra le scatole, la tipologia Multivent ha permesso un risparmio energetico del 58% e ha anche significativamente migliorato l'uniformità di raffreddamento rispetto alla tipologia standard, utilizzando una superficie di ventilazione più piccola. Il significativo miglioramento dell'efficienza energetica è risultato anche in un miglioramento della resistenza alla compressione della scatola.

Questo studio ha dimostrato come un approccio multi-parametro possa favorire lo sviluppo di un migliore e più efficiente imballaggio con fori di sfiato ottimizzati.

Fonte: Tarl M. Berry, T.S. Fadiji, Thijs Defraeye, Umezuruike Linus Opara, 'The role of horticultural carton vent hole design on cooling efficiency and compression strength: A multi-parameter approach', 2017, Postharvest Biology and Technology, Vol. 124, pag. 62–74.
www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925521416304525

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