La distribuzione dell'acqua in lavatrici e lavastoviglie

In una lavastoviglie o in una lavatrice le prestazioni sono la combinazione di quattro variabili: temperatura, chimica, tempo e azione meccanica. Il lato che il progetto può controllare, e su cui l'analisi contribuisce direttamente, è l'azione meccanica.

Lavastoviglie: la copertura dello spruzzo

I getti dei bracci rotanti colpiscono le superfici e staccano lo sporco. La domanda critica è quali superfici restano sotto un getto, e per quanto tempo.

Le difficoltà:

• Ombreggiamento. Un piatto davanti copre quello dietro. La geometria del cesto e lo schema di carico fanno quindi parte delle prestazioni.
• Velocità di rotazione del braccio. Un braccio più lento permane più a lungo su ogni punto ma completa il giro più tardi. L'ottimo sta nel mezzo.
• Disposizione dei fori. Numero, diametro e angolo dei fori fissano insieme la portata e l'intensità d'impatto. Più fori significa meno energia per getto.
• Temperatura dell'acqua e schiuma. Incidono sul fatto che il getto si disperda prima di raggiungere il bersaglio.

Un getto che colpisce una superficie è direttamente un problema di getto impattante — solo che al posto dello scambio termico si cerca lo sforzo di taglio.

Lavatrice: un meccanismo diverso

Qui il lavaggio non viene dai getti ma dal fatto che il cesto solleva e lascia cadere la biancheria, e dal passaggio della soluzione detergente attraverso il tessuto. La domanda analitica riguarda piuttosto l'uniformità di bagnatura e la circolazione dell'acqua: tutta la biancheria è bagnata allo stesso modo, il detergente arriva ovunque?

La massa di biancheria è un mezzo poroso che resiste al flusso e trattiene acqua; al crescere della frazione di carico la circolazione diventa più difficile e le prestazioni calano.

Modellazione

Entrambi i problemi hanno una superficie libera e sono transitori. Vedi la nota sul flusso multifase. Il braccio rotante e il cesto richiedono un approccio a contorni mobili.

Il risultato cercato non è un numero solo ma una mappa di copertura accumulata sulle superfici: l'azione meccanica totale che ogni superficie riceve nel corso del ciclo.

Riferimenti

1. Hirt, C. W. & Nichols, B. D. (1981). Volume of fluid (VOF) method for the dynamics of free boundaries. Journal of Computational Physics, 39(1), 201–225. DOI: 10.1016/0021-9991(81)90145-5
2. Ergun, S. (1952). Fluid flow through packed columns. Chemical Engineering Progress, 48(2), 89–94.