Procedura sperimentale

Lo svolgimento dell'esperimento comprende tutte le fasi, dalla definizione degli obiettivi fino alla valutazione strutturata dei dati. L'obiettivo è quello di ottenere risultati affidabili, comparabili e scalabili. Inizialmente vengono definiti gli obiettivi e i parametri sperimentali. Questi includono i dati sulle sostanze, la configurazione dell'apparecchiatura, le condizioni di processo e le grandezze misurate. Tutti i parametri vengono definiti, impostati, monitorati continuamente e documentati. Le deviazioni dal valore nominale vengono registrate insieme alla loro causa, durata e intensità.

La raccolta dei dati avviene in modo sistematico e spesso ricorrendo alla progettazione statistica degli esperimenti (Design of Experiments, DoE). In questo modo è possibile identificare i fattori principali e le interazioni. La riproducibilità viene verificata tramite prove ripetute e valutata con l'ausilio di parametri quali la deviazione standard o l'intervallo di confidenza.

Durante l'esecuzione vengono costantemente verificati i rapporti tecnici del processo. La potenza termica trasferita può essere calcolata, ad esempio, con la formula:

Q˙​= m˙⋅ cp ​⋅ ΔT

• Q˙ è la portata termica
• m˙ è la portata massica del fluido termovettore 
• c_p è la capacità termica specifica
• ΔT è la differenza di temperatura

Se il trasferimento di calore avviene attraverso una superficie, vale approssimativamente 

Q˙= U⋅ A⋅ ΔT_log

• U è il coefficiente di trasmissione termica complessivo dovuto alla convezione, alla conduzione attraverso le pareti e alla convezione
• A è la superficie di scambio termico
• ΔT_log è la differenza di temperatura media logaritmica.

Per valutare la generalizzabilità dei risultati si ricorre ad analisi dimensionali. Il numero di Reynolds, ad esempio, caratterizza il regime di flusso di un fluido:

Re = ρ⋅ v⋅ L / μ

• Re è il numero di Reynolds
• ρ è la densità
• v è la velocità caratteristica
• L è la lunghezza caratteristica 
• μ è la viscosità dinamica

Il numero di Nusselt descrive il trasferimento di calore per convezione:

Nu = α · L / λ

• Ecco il numero di Nusselt
• α è il coefficiente di trasmissione termica 
• L è la lunghezza caratteristica 
• λ è la conducibilità termica 

Il numero di Newton descrive il flusso viscoso e funge da parametro di prestazione adimensionale per gli agitatori.

Ne  =  P / (ρ⋅n³⋅D⁵)

• Ne è il numero di Newton
• P è la potenza
• n è il numero di giri
• D è il diametro dell'agitatore

I classici indici adimensionali, come il numero di Reynolds, di Nusselt o di Newton, si applicano principalmente a liquidi e gas. I materiali sfusi presentano un comportamento decisamente più complesso, poiché in questo caso entrano in gioco la dimensione delle particelle, la forma dei granuli, l'attrito, la coesione e l'agglomerazione. Gli indici di riferimento generali sono quindi applicabili solo in rari casi.