Pourquoi l'étroitesse du passage fait une grande différence pour l'homogénéisation
Qu'arrive-t-il à une goutte de lait lorsqu'elle passe dans un homogénéisateur ? Comment la goutte se brise-t-elle exactement, et où se produit cette rupture ?
Des recherches révolutionnaires menées par Fredrik Innings, expert senior chez Tetra Pak et professeur associé en ingénierie alimentaire à l'université de Lund, ont permis de tirer des conclusions intéressantes sur ce processus fondamental, qui se trouve au cœur de l'homogénéisateur.
Regardez la vidéo sur le composant magique des Tetra Pak® Homogénéisateurs et lisez le résumé de cette étude ci-dessous.
Le secret du fonctionnement des Tetra Pak® Homogénéisateurs
Quel est le secret d'une homogénéisation efficace ? Pour faire court, disons qu'un écart minuscule peut faire une grande différence. Curieux ? Rejoignez Bert-Ove qui explique comment les performances d'un homogénéisateur en dépendent.
Le secret du fonctionnement des Tetra Pak® Homogénéisateurs
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Résumé : Rupture des gouttes dans les homogénéisateurs à haute pression
Rupture des gouttes dans les homogénéisateurs à haute pression
L'objectif général de ce projet était d'étudier le processus de rupture des gouttes dans les homogénéisateurs de lait. Ceci a été rendu possible par des mesures et des calculs des champs d'écoulement dans la région du passage et par la visualisation des gouttes en train de se briser.
Pour rendre la visualisation et les mesures possibles, deux modèles à l'échelle du passage d'un homogénéisateur ont été développés. Le modèle à l'échelle réelle était une copie directe du passage d'un homogénéisateur de production, mais avec un accès optique. Les pressions d'homogénéisation opérationnelles normales ont pu faire l'objet de tests et des gouttes d'un diamètre allant jusqu'à 5 µm ont pu être visualisées.
Le deuxième modèle a été multiplié par 100 environ en veillant à ce que les groupes adimensionnels pertinents restent constants, de sorte que les mêmes facteurs régissent le processus de rupture des gouttes. Le modèle à grande échelle a été fabriqué en plastique transparent et a été utilisé pour les mesures du champ de vitesse et la visualisation des gouttes.
Ces mesures ont permis de conclure que les gouttes ne se brisaient pas à l'entrée du passage. Les gouttes les plus grosses se sont allongées dans une certaine mesure et les plus petites sont restées sphériques. Il ne se passe pas grand-chose dans le passage lui-même. Le profil de vitesse est très régulier tout au long du passage dans un homogénéisateur à l'échelle de la production.
Dans un homogénéisateur à l'échelle pilote, les couches limites ont le temps de se développer et le profil de vitesse est presque complet à la sortie du passage. Les couches de cisaillement croissantes semblent avoir un effet limité sur les gouttes. Lors de la traversée du passage, les petites gouttes ont le temps de reprendre leur forme sphérique, tandis que les grosses gouttes quittent le passage en conservant quasiment la même forme que lorsqu'elles y sont entrées.
Cette étude montre que la rupture des gouttes a lieu dans le jet turbulent à la sortie du passage. Les mesures de vitesse d'écoulement montrent un jet très instable qui se brise plus rapidement qu'un jet dans un liquide libre. Selon la géométrie de la chambre à la sortie du passage, le jet peut s'attacher à l'une ou l'autre des parois à 45 degrés et devenir un jet de paroi.
La turbulence dans le jet est très élevée, avec des intensités de turbulence de 50 à 100 %. Il semble que les structures d'écoulement dont la taille est égale ou légèrement inférieure à la hauteur du passage présentent des intensités très élevées. Les expériences de déformation des gouttes et les analyses théoriques montrent que les tourbillons qui brisent les gouttes ont une taille qui varie de beaucoup plus grande à tout juste plus petite que la goutte. Les tourbillons les plus grands déforment la goutte de manière visqueuse par le gradient de vitesse créé par le tourbillon. Les petits tourbillons déforment la goutte par l'inertie du fluide.
La phase critique du processus de rupture de la goutte est la déformation initiale. Si la goutte est déformée jusqu'à un format de 3/5, la goutte est alors très rapidement allongée en un ou plusieurs filaments qui peuvent être pliés, enroulés et encore déformés avant de se briser en de nombreuses petites gouttelettes.
Étude intitulée « Rupture des gouttes dans les homogénéisateurs à haute pression »
Inscrivez-vous pour télécharger la version PDF et lire l'étude complète : « Rupture des gouttes dans les homogénéisateurs à haute pression » :
Homogénéisation
L'homogénéisation permet d'obtenir différents résultats : éviter la sédimentation et l'apparition de crème en surface dans les produits laitiers, améliorer la viscosité, le goût et la texture de la crème ou des boissons à base de jus, améliorer la sensation en bouche des boissons au soja, éviter la séparation du lactosérum dans les yaourts.
