LA SANIFICAZIONE SOSTENIBILE DI BOTTI PER LA VINIFICAZIONE: MODELLO MATEMATICO DI SCAMBIO TERMICO

This thesis tries to describe, from a modeling point of view, the thermal treatment through steam, aimed at the sanification of barrels used in the vinification processes, and, in particular, referring to large barrels, for which the wineries have to pay a lot of money. The Dekkera / Brettanomyces yeast has been chosen as a reference hazard, due to its undisputed characteristics of resistance to the cellar environment and its ability to proliferate in the fibrous lattice of the barrels (up to 0.8 - 0.9 cm). The site of the work was the Department of the Faculty of Agricultural and Food Sciences at the University of Milan, which has made available a special laboratory. The study was carried out on a small scale, on an oak barrique, inside which was inserted a plastic object of round shape, occupying about 2/3 of the available volume. Considering a thickness of the stave of 2.6 cm, on one of the two ends of the stem were applied three small holes at three different depths (0.9, 1.6 and 2.1 cm refer to the inside of the stave towards the outside). Inside each hole, in addition to the outside and inside of the barrel, exposed joint thermocouples have been positioned, connected to a data collector (HP34970A Data Logger). At a regular interval of one minute, it allowed to measure the temperature values, corresponding to each thermocouple, directly on a computer and to process them later using Microsoft Excel. Tests were carried out at 3 different flow rates, each repeated at least 4 times, using a small steam generator. During the experimental tests, the heating fluid, originating from a steam generator, occupies the available volume between the spherical plastic element and the inner surface layer of the barrel, increasing its temperature. From the thermodynamic point of view, inside and outside the barrel the reference phenomenon is convection, on the contrary, in the stave, the heat is transferred by conduction. By reporting the outgoing values from COMSOL Multiphysics® to the experimental values, acceptable mean percent errors have risen, satisfying our expectations statistically, but from the graphs obtained from the comparison, a slight overestimation of the model emerged with respect to the experimental values relating to the hole of interest.

Questa Tesi tenta di descrivere da un punto di vista modellistico il trattamento termico tramite vapore, finalizzato alla sanificazione di botti impiegate nei processi di vinificazione, e, in particolare, facendo riferimento ai tini di grandi dimensioni, per i quali le imprese del settore devono far fronte a costi molto elevati. È stata scelta come minaccia di riferimento il lievito Dekkera/Brettanomyces, per le sue indiscusse caratteristiche di resistenza all'ambiente cantina e per l'attitudine a proliferare nel reticolo fibroso delle botti (fino a 0,8 ¿ 0,9 cm). La sede dei lavori è stata Il Dipartimento della Facoltà di Scienze Agrarie e Alimentari presso l'Università degli Studi di Milano, la quale ha messo a disposizione un laboratorio apposito. Lo studio è stato effettuato su scala ridotta, ossia su una barrique di rovere, all'interno della quale è stato inserito un oggetto plastico di forma tondeggiante, occupante circa i 2/3 del volume disponibile. Considerando uno spessore della doga di 2,6 cm, su una delle due estremità del fusto sono stati applicati tre piccoli fori a tre diverse profondità (0.9, 1.6 e 2.1 cm dalla superficie interna). All'interno di ogni foro, oltre che all'esterno e all'interno della botte, sono state posizionate delle termocoppie a giunto esposto, collegate ad un acquisitore di dati Data Logger HP34970A. Esso, ad intervalli regolari di un minuto, permetteva di rilevare i valori di temperatura, corrispondenti a ciascuna termocoppia, direttamente su un calcolatore e di elaborarli in seguito mediante Microsoft Excel. Sono state realizzate prove a 3 differenti portate, ciascuna ripetuta almeno 4 volte, utilizzando un piccolo generatore di vapore. Durante l'esecuzione delle prove sperimentali, il fluido riscaldante, originatosi da un generatore di vapore, occupa il volume disponibile tra l'elemento plastico sferico e lo strato superficiale interno della botte, aumentandone la temperatura. Dal punto di vista termodinamico, all'interno e all'esterno della botte il fenomeno di riferimento è la convezione, al contrario, nella doga, il calore viene trasferito per conduzione. Rapportando i valori in uscita da COMSOL Multiphysics® a quelli sperimentali sono sorti errori percentuali medi accettabili, soddisfacendo statisticamente le nostre aspettative, ma dai grafici ottenuti dal confronto è emersa una leggera sovrastima del modello rispetto ai valori sperimentali relativamente al foro di interesse.