Principi di tecnologia alimentare
A.A. 2024/2025
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.
Periodo: annuale
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento può essere seguito come corso singolo.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
annuale
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.
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 propri della disciplina. E' prevista una prova d'esame per ciascun modulo, ciascuna della durata di 2 ore; è necessario avere superato la prova relativa al primo modulo per sostenere la prova relativa al secondo modulo. Il voto finale, in 30mi, è ottenuto come media matematica delle due prove parziali ed è comunicato attraverso Unimia. L'iscrizione all'esame avviene mediante Unimia. Gli esami sono calendarizzati con congruo anticipo e sono assicurati almeno 6 appelli ogni anno, conformemente al regolamento universitario.
Gli studenti con DSA e con disabilità sono pregati di contattare via mail il Docente almeno 15 giorni prima della data di esame prevista per concordare le eventuali misure individualizzate. Nella mail indirizzata al docente è necessario mettere in CC i rispettivi Servizi di Ateneo: [email protected] (per studenti con DSA) e [email protected] (per studenti con disabilità).
Gli studenti con DSA e con disabilità sono pregati di contattare via mail il Docente almeno 15 giorni prima della data di esame prevista per concordare le eventuali misure individualizzate. Nella mail indirizzata al docente è necessario mettere in CC i rispettivi Servizi di Ateneo: [email protected] (per studenti con DSA) e [email protected] (per studenti con disabilità).
Fisica tecnica
Programma
MODULO FISICA TECNICA - I° SEMESTRE
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.
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
Il modulo di Fisica Tecnica si svolge nel primo semestre. Sono previste lezioni frontali, volte a fornire le conoscenze teoriche necessarie alla comprensione dei fenomeni fisici oggetto di studio, ed esercitazioni di calcolo in aula, volte all'applicazione delle conoscenze per la risoluzione di esercizi e di problemi numerici. Le lezioni e le esercitazioni sono condotte dal docente.
Materiale di riferimento
Dispense del corso ed eserciziari, disponibili sul sito myAriel dell'insegnamento (https://ariel.unimi.it).
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.
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
OPERAZIONI UNITARIE - II° SEMESTRE
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.
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
Il modulo Operazioni Unitarie si svolge nel secondo semestre. Sono previste lezioni frontali, volte a fornire le conoscenze teoriche necessarie alla comprensione delle operazioni unitarie oggetto di studio e degli effetti dell'operazione sulla qualità dei prodotti, alla descrizione degli impianti e dei criteri di ottimizzazione, e esercitazioni di calcolo in aula, volte all'applicazione delle conoscenze per la risoluzione di esercizi e di problemi di progetto e di controllo. Le lezioni e le esercitazioni sono condotte dal docente. Sono inoltre previsti seminari tenuti da professionisti del settore.
Materiale di riferimento
Materiale fornito dal docente disponibile sulla piattaforma myAriel (https://ariel.unimi.it)
Libro di riferimento: R.P. Singh , D.R. Heldman, Principi di Tecnologia Alimentare, Casa Editrice Ambrosiana, 2015;
Testi consigliati: C. Pompei, Operazioni unitarie delle tecnologie alimentari, Casa Editrice Ambrosiana; G. Saravacos, A. E. Kostaropoulos, Handbook of Food Processing Equipment, 2nd edition, Springer, Second Edition
Libro di riferimento: R.P. Singh , D.R. Heldman, Principi di Tecnologia Alimentare, Casa Editrice Ambrosiana, 2015;
Testi consigliati: C. Pompei, Operazioni unitarie delle tecnologie alimentari, Casa Editrice Ambrosiana; G. Saravacos, A. E. Kostaropoulos, Handbook of Food Processing Equipment, 2nd edition, Springer, Second Edition
Moduli o unità didattiche
Fisica tecnica
ING-IND/11 - FISICA TECNICA AMBIENTALE - CFU: 6
Esercitazioni: 32 ore
Lezioni: 32 ore
Lezioni: 32 ore
Docente:
Ferrari Enrico
Turni:
Turno
Docente:
Ferrari Enrico
Operazioni unitarie
AGR/15 - SCIENZE E TECNOLOGIE ALIMENTARI - CFU: 6
Esercitazioni: 16 ore
Lezioni: 40 ore
Lezioni: 40 ore
Docente:
Giovanelli Gabriella
Turni:
Turno
Docente:
Giovanelli GabriellaSiti didattici
Docente/i
Ricevimento:
Libero
Dipartimento di Ingegneria Agraria
Ricevimento:
su appuntamento