Riassunto analitico
La tesi seguente riporta lo studio svolto durante la mia attività di tirocinio presso lo stabilimento del gruppo statunitense AGCO Spa sito in Breganze (VI), centro di eccellenza per la produzione e progettazione di mietitrebbie e macchine di raccolta di grandi dimensioni. La crescente domanda di prodotti cerealicoli, quali ad esempio: grano, orzo, mais, ha evidenziato la necessità di ridurre i costi di produzione nonché la riduzione del tempo di raccolta degli stessi; il mercato dunque, divenuto sempre più competitivo, è costantemente alla ricerca di mezzi sempre più performanti. Le prestazioni richieste possono essere identificate in vari aspetti operativi della trebbia quali, la portata di materiale elaborato e le perdite di prodotto raccolto durante le operazioni di trebbiatura e pulizia. Questo progetto si compone di quattro fasi operative principali. In primo luogo è stata fatta una ricerca bibliografica preliminare sui possibili studi fluidodinamici al calcolatore presenti in letteratura, riguardanti le prestazioni del cleaning system della mietitrebbia. Ciò ha permesso di studiare i principali fenomeni fisici applicati alle attività di pulizia dei prodotti di trebbiatura (composto da paglia, pula e granella) ed estrapolare i principali settaggi utilizzati nelle simulazioni. In secondo luogo si è potuto vedere come i vari modelli di simulazioni siano stati poi validati attraverso delle prove sperimentali, con l’ausilio di anemometri a filo caldo e di banchi prova. Questa prima fase ha quindi permesso di acquisire informazioni utili per impostare le altre successive fasi e per poter quindi sviluppare un modello di simulazione del cleaning system con il fine di soddisfare al meglio la specifica tecnica richiesta. Nella seconda fase invece, dopo la scelta dei parametri e dei modelli fisici da applicare alla simulazione CFD, viene descritto il funzionamento della mietitrebbia (IDEAL CL10) focalizzandoci in particolare sul funzionamento del sistema di pulizia. Successivamente viene descritto il modello CFD sviluppato in ogni sua fase, a partire dalla creazione della mesh fino al settaggio delle condizioni al bordo. Tale modello verrà successivamente utilizzato in diverse simulazioni, facendo variare dei parametri principali quali: velocità di avanzamento della mietitrebbia, velocità rotazione FAN, ecc. Inoltre è stata fatta una regressione sui diversi valori utilizzati nella simulazione. Nella terza fase sono stati analizzati i risultati derivanti dalla seconda fase ed è stato fatto un confronto critico tra quest’ultimi e quelli presenti nei vari studi in letteratura. Ciò ha permesso di poter validare il modello CFD proposto. Con l’analisi ad esempio dei dati relativi alla distribuzione del flusso d’aria all’interno del condotto di pulizia e sui vagli vibranti, si sono potute riscontrare le criticità del cleaning system e quindi sono state proposte delle modifiche geometriche per migliorarne l’efficienza. L’ultima fase, la quarta, si occupa di descrivere quelli che potrebbero essere gli sviluppi futuri, ad esempio l’introduzione di una simulazione combinata DEM-CFD che porti ad un ulteriore miglioramento e verifica delle prestazioni dell’attuale cleaning system. Si potrebbero effettuare delle prove sperimentali, ad esempio costruendo un banco prova ad hoc che simuli il processo di pulizia del materiale trebbiato, per andare a validare ulteriormente i modelli di simulazione utilizzati.
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Abstract
The following thesis reports the study carried out during my internship at the US group AGCO Spa plant located in Breganze (VI), a centre of excellence for the production and design of combines and large harvesting machines.
The growing demand for cereal products, such as: wheat, barley, corn, for example, has highlighted the need to reduce production costs as well as the reduction of harvesting time; therefore, the market, which has become increasingly competitive, is constantly looking for more and more performing means.
The required performance can be identified in various operational aspects of the threshing machine, such as the amount of material processed and the loss of product harvested during threshing and cleaning operations.
This project consists of four main operational phases.
First of all, a preliminary bibliographic research has been carried out on the possible fluid-dynamic studies in the literature concerning the cleaning system performance of the combine harvester. This allowed to study the main physical phenomena applied to the cleaning activities of threshing products (consisting of straw, chaff and grain) and to extrapolate the main settings used in the simulations. Secondly, it was possible to see how the various simulation models were then validated through experimental tests, with the aid of hot wire anemometers and test benches. This first phase allowed to acquire useful information to set the other subsequent phases and to develop a cleaning system simulation model in order to better meet the required technical specification.
In the second phase, after the choice of parameters and physical models to be applied to the CFD simulation, the operation of the combine harvester (IDEAL CL10) is described, focusing in particular on the operation of the cleaning system. Then the CFD model developed in each phase is described, starting from the creation of the mesh up to the setting of the conditions at the edge. This model will then be used in various simulations, varying the main parameters such as: combine forward speed, FAN rotation speed, etc. In addition, a regression has been made on the different values used in the simulation.
In the third phase, the results from the second phase were analysed and a critical comparison was made between the latter and those present in the various studies in the literature. This made it possible to validate the proposed CFD model. For example, with the analysis of the data related to the air flow distribution inside the cleaning duct and on the vibrating screens, it was possible to find the criticality of the cleaning system and therefore some geometrical modifications were proposed to improve its efficiency.
The last phase, the fourth, describes what could be the future developments, for example the introduction of a combined DEM-CFD simulation leading to further improvement and verification of the performance of the current cleaning system. Experimental tests could be carried out, e.g. by building an ad-hoc test bench simulating the threshing material cleaning process, to further validate the simulation models used.
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