Principi di tecnologia alimentare

A.A. 2020/2021
12
Crediti massimi
120
Ore totali
SSD
AGR/15 ING-IND/11
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
L'insegnamento si propone di fornire agli studenti le conoscenze necessarie alla interpretazione e alla misura dei fenomeni sui quali si basano le operazioni fisiche fondamentali per il trattamento dei prodotti agricoli e alimentari. L'insegnamento fornisce conoscenze sulle principali operazioni unitarie della tecnologia alimentare in termini di fenomenologia, bilanci di materia e di energia, cinetiche, schemi funzionali dei principali impianti e criteri di ottimizzazione. L'insegnamento ha inoltre lo scopo di fornire le conoscenze su relazioni e modelli matematici utili alla soluzione dei problemi numerici di progetto e di controllo.
Risultati apprendimento attesi
Al termine dell'insegnamento gli studenti sapranno valutare e interpretare i fenomeni fisici e applicare le leggi correlate. Gli studenti sapranno affrontare e risolvere esercizi numerici al fine di progettare e tenere sotto controllo le operazioni relative al trasporto di calore, termodinamica applicata alle miscele gas-vapore, trasporto dei fluidi, concentrazione per evaporazione, pastorizzazione e sterilizzazione termica, essiccamento, centrifugazione, filtrazione e separazione per membrana, estrazione solido-liquido. Al termine dell'insegnamento gli studenti sapranno valutare l'idoneità degli impianti e delle condizioni operative dei trattamenti, definire le condizioni di ottimizzazione ed esprimersi con proprietà di linguaggio e terminologia tecnica.
Programma e organizzazione didattica

Single session

Responsabile
Periodo
annuale
Metodi didattici
Le lezioni si terranno sulla piattaforma Microsoft Teams e potranno essere seguite in sincrono sulla base dell'orario del primo trimestre.

Programma e materiale di riferimento
Il programma e il materiale di riferimento non subiranno variazioni.

Modalità di verifica dell'apprendimento e criteri di valutazione
L'esame si svolgerà in forma scritta utilizzando la piattaforma Microsoft Teams o, laddove la regolamentazione lo consentisse, in presenza sempre in forma scritta.
L'esame, in particolare, sarà volto a:
- accertare il raggiungimento degli obiettivi in termini di conoscenza e capacità di comprensione;
- accertare la capacità di applicare conoscenza e comprensione attraverso la soluzione di esercizi numerici sui principali argomenti del corso.

Se le regolamentazioni inerenti il distanziamento sociale lo consentiranno si terranno alcune attività di valutazione formativa in presenza. La partecipazione a tali attività sarà volontaria e non avrà alcuna conseguenza sulla votazione finale.
Prerequisiti
Lo studente deve possedere una sufficiente conoscenza degli argomenti trattati negli insegnamenti di Fisica delle scuole superiori, dell'Algebra elementare e della Trigonometria; deve possedere dimestichezza con le principali grandezze fisiche e con le relazioni fondamentali che descrivono i fenomeni alla base delle operazioni trattate nel corso; deve avere dimestichezza con l'uso della calcolatrice scientifica.
E' altamente raccomandabile aver superato gli esami di Elementi di calcolo e Fisica.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame consiste in una prova scritta, che prevede la soluzione di esercizi di calcolo simili a quelli affrontati nelle esercitazioni e la risposta a domande aperte sui fenomeni, gli aspetti teorici, gli impianti e le condizioni di ottimizzazione delle operazioni trattate nel corso. La prova ha l'obiettivo di accertare: la conoscenza dei fenomeni fisici e delle operazioni trattati nel programma, delle leggi fisiche che li regolano, degli schemi operativi e delle caratteristiche dei principali impianti; la capacità di risolvere problemi numerici di progetto e di controllo relativi ai fenomeni fisici e alle operazioni trattati nel programma; l'acquisizione del linguaggio e della terminologia proprie della disciplina. E' prevista una prova d'esame per ciascun modulo; è necessario avere superato la prova relativa al primo modulo per sostenere la prova relativa al secondo modulo. L'iscrizione all'esame avviene mediante Unimia. Il voto finale, in 30mi, è ottenuto come media matematica delle due prove parziali ed è comunicato attraverso Unimia.
Durante l'emergenza Covid l'esame è condotto a distanza, secondo le modalità indicate dai docenti.
Fisica tecnica
Programma
RICHIAMI DI FISICA ELEMENTARE
La struttura della materia. Grandezze e unita' di misura. Comunicazione dei risultati ed errori di misura. Analisi dimensionale.
FONDAMENTI DEI FENOMENI DI TRASPORTO DEL CALORE
Generalità'. Il concetto di flusso. Definizione di temperatura. Trasporto di calore: definizione d'energia interna e di calore. La conduzione: la legge di Fourier, la conducibilità' termica, il regime stazionario e transitorio, la conduzione attraverso pareti semplici e composte. La convezione: convezione forzata; convezione naturale; il calcolo della conduttanza convettiva mediante l'analisi dimensionale; i numeri di Reynolds, Nusselt, Prandtl e Grashoff e le correlazioni. Lo scambio termico combinato per convezione e conduzione. Gli scambiatori di calore: tipologie e bilanci energetici; dimensionamento di massima di uno scambiatore di calore. L'irraggiamento: lo spettro elettromagnetico, le proprietà' delle onde; le principali leggi dell'irraggiamento (legge di Plank, di Stefan-Boltzmann, di Wien), lo scambio di calore per irraggiamento tra oggetti di geometria semplice.
MISCELE GAS-VAPORE
Leggi dei gas perfetti (richiami). Miscele di gas e vapori(aria umida). Grandezze caratteristiche dell'aria umida. Diagrammi psicrometrici. Principali trasformazioni dell'aria umida. Il condizionamento degli ambienti.
MECCANICA DEI FLUIDI
Stati di aggregazione della materia. Definizione di fluido. Gas e liquidi. Fluidi ideali e fluidi reali. Densità'. Pressione.
Statica dei fluidi: principio di Pascal, legge di Stevino, spinta di Archimede, esperienza di Torricelli. Manometri e Barometri.
Dinamica dei fluidi ideali e reali: portata, equazione di continuità', Equazione di Bernoulli. Perdite di carico continue e localizzate. Pompe: descrizione, prevalenza, potenza.
Cenni di reologia.
Metodi didattici
Sono previste lezioni frontali ed esercitazioni di calcolo in aula condotte dal docente.
Materiale di riferimento
Dispense del corso ed eserciziari, disponibili sul sito ARIEL dell'insegnamento.
Testi consigliati: : R.P. Singh , D.R. Heldman, Principi di Tecnologia Alimentare, Casa Editrice Ambrosiana; Termodinamica e trasmissione del calore, Y.A. Cengel, McGraw-Hill; Elementi di fisica tecnica, Y. A. Cengel, J. M. Cimbala, R.H. Turner, McGraw-Hill; Meccanica dei fluidi, Y. A. Cengel, J. M. Cimbala, R.H. Turner, McGraw-Hill.
Operazioni unitarie
Programma
Bilanci materiali; soluzione di esercizi numerici. Bilanci di entalpia nelle operazioni che comportano trasporto di calore sensibile e cambiamento di stato; soluzione di esercizi numerici. Evaporazione: bilanci materiali ed energetici nell'evaporazione; evaporatori; soluzione di esercizi numerici. Pastorizzazione e sterilizzazione termica: cinetiche della distruzione microbica (I e II legge di Bigelow); cinetiche delle reazioni di danno termico (ordine zero, primo e secondo ordine, equazione di Arrhenius); calcolo delle costanti cinetiche; calcolo dell'effetto sterilizzante dei trattamenti; studio dell'ottimizzazione dei trattamenti termici; pastorizzatori e sterilizzatori; soluzione di esercizi numerici. Igroscopicità dei prodotti alimentari: attività dell'acqua, isoterme di adsorbimento/desorbimento. Essiccamento in corrente d'aria: caratteristiche e principali trasformazioni dell'aria umida; utilizzo del diagramma psicrometrico; bilanci materiali ed energetici nell'essiccamento; cinetiche di essiccamento; essiccatori; soluzione di esercizi numerici; cenni sulla liofilizzazione. Decantazione e centrifugazione: leggi della decantazione statica e bacini di decantazione; centrifugazione; centrifughe. Filtrazione: filtrazione di superficie e filtrazione di profondità; materiali filtranti e coadiuvanti di filtrazione; filtri. Operazioni di separazione per membrana: microfiltrazione tangenziale, ultrafiltrazione, osmosi inversa. Estrazione solido-liquido: estrazione multipla ad esaurimento, estrazione continua in controcorrente; estrattori.
Metodi didattici
Sono previste lezioni frontali ed esercitazioni di calcolo condotte a distanza dal docente, via videoconferenza e mediante presentazioni con commento audio.
Materiale di riferimento
Libro di testo: R.P. Singh , D.R. Heldman, Principi di Tecnologia Alimentare, Casa Editrice Ambrosiana. Testo consigliato: C. Pompei, Operazioni unitarie delle tecnologie alimentari, Casa Editrice Ambrosiana. Materiale fornito dal docente disponibile sulla piattaforma Ariel (https://ariel.unimi.it)
Moduli o unità didattiche
Fisica tecnica
ING-IND/11 - FISICA TECNICA AMBIENTALE - CFU: 6
Esercitazioni: 32 ore
Lezioni: 32 ore
Docente: Ferrari Enrico

Operazioni unitarie
AGR/15 - SCIENZE E TECNOLOGIE ALIMENTARI - CFU: 6
Esercitazioni: 16 ore
Lezioni: 40 ore

Docente/i
Ricevimento:
Libero
Dipartimento di Ingegneria Agraria
Ricevimento:
su appuntamento