Pulsierende Strömung

Die Reinigung von geschlossenen Fluidsystemen im Bereich von Anlagen zur Verarbeitung flüssiger und pastöser Lebensmittel erfolgt in den meisten Fällen durch Cleaning in Place Systeme (CIP). Bei diesem automatisierten Reinigungsverfahren wird die gesamte Linie und/oder einzelne nicht abbaubare Anlagenteile in einer bestimmten Reihenfolge von Reinigungssubstanzen und Wasser durchströmt, um Verunreinigungen schnell und effizient zu entfernen. Der zeitliche und damit finanzielle Aufwand für diese Prozessschritte ist erheblich. So nimmt in der milchverarbeitenden Industrie die Reinigung bis zu 15% der gesamten Betriebszeit einer Anlage in Anspruch (Quelle: Untersuchung Fraunhofer IVV).

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Steigerung der Reinigungseffizienz in geschlossenen Fluidsystemen durch den Einsatz von pulsierender Strömung. Angestrebt wird einerseits eine Verkürzung der Reinigungszeit sowie eine Verringerung der einzusetzenden Reinigungsmittel. Dies kann erreicht werden, indem die Reinigungswirkung der stationären Rohrströmung auf den anhaftenden Belag durch die Überlagerung einer oszillierenden Strömung erhöht wird.

Pulsierende Strömungen treten auf, wenn einer stationären Grundströmung eine oszillierende Fluidbewegung überlagert wird. Abhängig von bestimmten Strömungsparametern führt diese Überlagerung zu periodischen Änderungen von Wandschubspannung und Fließgeschwindigkeit, was eine Erhöhung des Reinigungseffekts in Rohrsystemen zur Folge hat. Diese Aussagen wurden bereits von unterschiedlichen Autoren anhand von Labortests nachgewiesen. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen unterteilt sich das Projekt in folgende Teilschritte:

• Untersuchung strömungsmechanischer Grundelemente zum Einfluss der Pulsation auf das Reinigungsverhalten an Strömungshindernissen
• Erarbeitung von Modellierungsparametern zur numerischen Simulation pulsierender Strömungen in Grundelementen und realen Bauteilen
• Reinigungsversuche zur Energieeffizienz pulsierender Strömungen, um den Einfluss von Strömungswiderständen im Rohrsystem auf die Pulsationswirkung, deren Reichweite und den notwendigen Energieeintrag anhand eines industrienahen Prototyps zu ermitteln
• Reinigungsversuche mit realem Stoffsystem zur Verifizierung der Ergebnisse

Die Untersuchung des Verfahrens erfolgt arbeitsteilig durch das Institut für Verarbeitungsmaschinen, Landmaschinen und Verarbeitungstechnik der TU Dresden sowie das Institut für Chemische und Thermische Verfahrenstechnik der TU Braunschweig in Zusammenarbeit mit industriellen Partnern.