Analisi di sostenibilità ambientale e approcci simulativi per il settore del packaging alimentare

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1 Migliorare le prestazioni dell Industria Alimentare Analisi di sostenibilità ambientale e approcci simulativi per il settore del packaging alimentare Michele Manfredi CIPACK - Unipr

2 AGENDA Analisi e valutazione del ciclo di vita di un prodotto (LCA) - Caso studio: Impatto ambientale di passata di pomodoro confezionata Simulazione a eventi discreti - Caso studio 1: Progettazione sistema di movimentazione automatico - Caso studio 2: Analisi delle prestazioni di un fine linea Fluidodinamica Computazionale (CFD) - Caso studio 1: Sterilizzazione di packaging flessibile - Caso studio 2: Reattore a raggi UV per la sanificazione di acqua - Caso studio 3: Cella di stagionatura di salami

3 Analisi e valutazione del ciclo di vita di un prodotto (LCA) 3

4 Analisi e valutazione del ciclo di vita di un prodotto L analisi LCA è un processo che permette di valutare e quantificare gli impatti ambientali associati ad un prodotto, processo o attività. Viene considerato l intero ciclo di vita di un prodotto, dall estrazione delle materie prime allo smaltimento. 4

5 Analisi LCA Vantaggi derivanti da analisi LCA Strumento di supporto per la progettazione di prodotti sostenibili (Eco-Design): L analisi LCA, eseguita prima della fase di progettazione, permette di confrontare l impatto ambientale delle diverse alternative tecnologiche (materiali, fonti di energia) con la possibilità di scegliere consapevolmente quelle maggiormente eco compatibili e di ridurre gli sprechi. Più semplice far fronte alle Normative Ambientali (es. Direttiva 2005/32/CE - Ecodesign di prodotti che consumano energia). 5

6 Analisi LCA Vantaggi derivanti da analisi LCA Strumento di comunicazione e Green Marketing: Per la filiera: sempre più spesso la grande distribuzione richiede alle imprese dichiarazioni relative agli impatti dei prodotti. Per il consumatore: maggiore attenzione e apprezzamento dei consumatori nei confronti di prodotti eco-sostenibili. Sfida per il futuro Realizzare prodotti a basso impatto Comunicare le proprie performance ambientali in modo efficace Esempi di certificazioni ed etichette ecologiche ottenibili tramite una analisi LCA sono: EPD (dichiarazione ambientale di prodotto) Ecolabel Etichetta ambientale 6

7 Analisi LCA CASE STUDY 1: Impatto ambientale di passata di pomodoro confezionata Risultati conseguiti Quantificazione dell impatto del processo secondo le varie categorie Individuazione dell apporto di ciascuna fase all impatto complessivo Categoria d'impatto Unità di misura Totale Global warming (GWP100) kg CO2 eq 0, Ozone layer depletion (ODP) kg CFC-11 eq 5,21395E-08 Photochemical oxidation kg C2H4 eq 0, Acidification kg SO2 eq 0, Eutrophication kg PO4--- eq 0, Non renewable, fossil MJ eq 7,

8 Simulazione ad eventi discreti nella progettazione dei sistemi produttivi

9 La simulazione a eventi discreti Per simulazione si intende la riproduzione al computer delle operazioni eseguite nel tempo da un sistema o processo reale. Nel caso di simulazione a eventi discreti il sistema è rappresentato come sequenza cronologica di eventi in cui ogni evento comporta una modifica nello stato del sistema. Campi di impiego: Logistica - Strumento di supporto per la fase di progettazione: fornisce importanti indicazioni sulle prestazioni di un sistema prima della sua realizzazione fisica. - Analisi what-if: permette di valutare diverse configurazioni di uno stesso sistema, individuando i colli di bottiglia.

10 Simulazione a eventi discreti CASE STUDY 1: Progettazione sistema di movimentazione automatico Baie di picking Linea Magazzino automatizzato

11 Simulazione a eventi discreti Risultati conseguiti Valutazione delle prestazioni del sistema come ad esempio: Quantità scatole movimentate al giorno Percentuale di saturazione degli operatori

12 Simulazione a eventi discreti CASE STUDY 2: Analisi delle prestazioni di un fine linea Risultati conseguiti Individuazione dei colli di bottiglia del sistema Individuazione della configurazione in grado di ottimizzare il sistema

13 Analisi di Fluidodinamica Computazionale (CFD)

14 Analisi di Fluidodinamica Computazionale CFD (Computational Fluid Dynamics) Risoluzione di problemi di fluidodinamica mediante l utilizzo del computer Alcune applicazioni: 1. Miscelazione e dissoluzione di specie 2. Trattamenti termici 3. Studio del moto dei fluidi all interno di condotti

15 Analisi CFD Attività Valutazione e ottimizzazione delle prestazioni di un processo fluidodinamico al variare dei fattori di input. Vantaggi Visione più ampia rispetto ad un approccio sperimentale (ad esempio realizzazione di impianti pilota). Processo Visione con approccio CFD Visione con approccio sperimentale Riduzione dei costi e dei tempi di sperimentazione.

16 Analisi CFD CASE STUDY 1: Sterilizzazione di packaging flessibile Risultati conseguiti Determinazione del flusso ottimale di miscela sterilizzante (a base di acqua ossigenata) Ottimizzazione del processo di rimozione della miscela sterilizzante per mezzo di aria sterile

17 Analisi CFD CASE STUDY 2: Reattore a raggi UV per la sanificazione di acqua Risultati conseguiti Possibilità di calcolare la quantità di radiazioni UV assorbita dalle particelle d acqua Individuazione della disposizione e ottimale della lampada Calcolo della velocità di attraversamento dell acqua in grado di garantire un trattamento sufficiente

18 Analisi CFD CASE STUDY 3: Cella di stagionatura di salami Risultati conseguiti Modificando la portata e la modalità di ingresso dell aria è stato possibile ottenere un flusso in grado di garantire un trattamento di stagionatura dei salami maggiormente uniforme

19 Grazie per l attenzione michele.manfredi@unipr.it Team di lavoro Cipack - Prof. Ing. Roberto Montanari - Ing. Giuseppe Vignali - Ing. Eleonora Bottani - Ing. Marta Rinaldi - Ing. Michele Manfredi - Ing. Matteo Folezzani Altri collaboratori - Ing. Federico Solari - Ing. Mattia Armenzoni - Ing. Davide Marchini