Francesco MARRA | TRANSPORT PHENOMENA IN FOOD PROCESSES - FENOMENI DI TRASPORTO NELL'INDUSTRIA ALIMENTARE

cod. 0622800020

TRANSPORT PHENOMENA IN FOOD PROCESSES - FENOMENI DI TRASPORTO NELL'INDUSTRIA ALIMENTARE

	0622800020
	DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA INDUSTRIALE
	CORSO DI LAUREA MAGISTRALE
	INGEGNERIA ALIMENTARE
	2024/2025

PERCORSO COMUNE

	OBBLIGATORIO
	ANNO CORSO 1
	ANNO ORDINAMENTO 2024
	SECONDO SEMESTRE

MODULI

SSD	CFU	ORE	ATTIVITÀ	TIPO DI ATTIVITÁ FORMATIVA
ING-IND/24	5	50	LEZIONE	CARATTERIZZANTE
ING-IND/24	4	40	ESERCITAZIONE	CARATTERIZZANTE

DOCENTI

	GAETANO LAMBERTI T Curriculum
	FRANCESCO MARRA Curriculum

	Obiettivi
	Conoscenza e comprensione Equazioni generalizzate di bilancio e equazioni di campo. Bilanci microscopici (differenziali) e macroscopici (integrali). Forme di Eulero e di Lagrange per le equazioni di bilancio. Equazioni di bilancio per continuità, quantità di moto, energia meccanica, energia termica, singola specie. Approcci alla soluzione dei problemi, sommario delle equazioni di bilancio. Metodi di scale-up basati sull’analisi dimensionale e sulla similarità: analisi dimensionale delle equazioni di bilancio, numeri adimensionali. Trasporto con più di una variabile indipendente. Approssimazioni di tempo breve: la teoria della penetrazione; funzioni di flusso e funzioni potenziali. Flusso turbolento e diffusività. Espressioni empiriche per i flussi turbolenti, viscosità degli eddy, lunghezza di miscelazione, turbolenza in flussi e getti, i modelli kappa-epsilon. Teoria dello strato limite. Coefficienti di trasporto interfase. Flusso in condotti, fenomeni di trasporto con cambiamenti di stato, fenomeni di trasporto con reazioni chimiche, reologia e reometria: fluidi newtoniani e non newtoniani, viscoelasticità. Misura delle proprietà ingegneristiche degli alimenti. Conoscenza e capacità di comprensione applicate - analisi ingegneristica Capacità di applicare propriamente e di adattare le equazioni di variazione rispetto alle specifiche applicazioni dei processi alimentari. Conoscenza e capacità di comprensione applicate - progettazione ingegneristica Capacità di risolvere le equazioni di variazione nelle applicazioni ai processi alimentari. Autonomia di giudizio – pratica ingegneristica Fare uso dei risultati delle misure delle proprietà di trasporto per prevedere il comportamento dei materiali alimentari. Capacità trasversali - abilità comunicative Lo studente sarà capace di presentare, in modo sommario, gli aspetti più significativi di un problema di fenomeni di trasporto nei processi alimentari, dalla descrizione matematica dei fenomeni, alla discussione delle condizioni iniziali e al contorno, fino alla forma delle soluzioni. Le capacità comunicative acquisite consentiranno allo studente di interagire con altri professionisti di differente estrazione, dai tecnologi alimentari agli scienziati alimentari, ai gestori delle produzioni. Capacità trasversali - capacità di indagine Capire come applicare le loro conoscenze a contesti differenti da quelli presentati durante i corsi.

Conoscenza e comprensione
Equazioni generalizzate di bilancio e equazioni di campo. Bilanci microscopici (differenziali) e macroscopici (integrali). Forme di Eulero e di Lagrange per le equazioni di bilancio. Equazioni di bilancio per continuità, quantità di moto, energia meccanica, energia termica, singola specie. Approcci alla soluzione dei problemi, sommario delle equazioni di bilancio. Metodi di scale-up basati sull’analisi dimensionale e sulla similarità: analisi dimensionale delle equazioni di bilancio, numeri adimensionali. Trasporto con più di una variabile indipendente. Approssimazioni di tempo breve: la teoria della penetrazione; funzioni di flusso e funzioni potenziali. Flusso turbolento e diffusività. Espressioni empiriche per i flussi turbolenti, viscosità degli eddy, lunghezza di miscelazione, turbolenza in flussi e getti, i modelli kappa-epsilon. Teoria dello strato limite. Coefficienti di trasporto interfase. Flusso in condotti, fenomeni di trasporto con cambiamenti di stato, fenomeni di trasporto con reazioni chimiche, reologia e reometria: fluidi newtoniani e non newtoniani, viscoelasticità. Misura delle proprietà ingegneristiche degli alimenti.

Conoscenza e capacità di comprensione applicate - analisi ingegneristica
Capacità di applicare propriamente e di adattare le equazioni di variazione rispetto alle specifiche applicazioni dei processi alimentari.

Conoscenza e capacità di comprensione applicate - progettazione ingegneristica
Capacità di risolvere le equazioni di variazione nelle applicazioni ai processi alimentari.

Autonomia di giudizio – pratica ingegneristica
Fare uso dei risultati delle misure delle proprietà di trasporto per prevedere il comportamento dei materiali alimentari.

Capacità trasversali - abilità comunicative
Lo studente sarà capace di presentare, in modo sommario, gli aspetti più significativi di un problema di fenomeni di trasporto nei processi alimentari, dalla descrizione matematica dei fenomeni, alla discussione delle condizioni iniziali e al contorno, fino alla forma delle soluzioni. Le capacità comunicative acquisite consentiranno allo studente di interagire con altri professionisti di differente estrazione, dai tecnologi alimentari agli scienziati alimentari, ai gestori delle produzioni.

Capacità trasversali - capacità di indagine
Capire come applicare le loro conoscenze a contesti differenti da quelli presentati durante i corsi.

	Prerequisiti
	Sono richieste conoscenza di base della termodinamica e della matematica. Le basi dei fenomeni di trasporto, sebbene utili, saranno richiamate in modo sommario durante il corso.

	Contenuti
	Introduzione ai fenomeni di trasporto in ingegneria alimentare (TPs) (6h teo, 4h ese) Definizione e significato di fenomeno di trasporto – quadro generale dei fenomeni di trasporto – l’equazione di trasporto generale (GRE) – esperimenti semplici e definizione delle proprietà di trasporto – flussi molecolari – flussi convettivi – flussi combinati – proprietà di trasporto di materiali di interesse per l’industria alimentare: metodi di misura – modellazione e previsione. Equazioni di bilancio (BEs) o equazioni di campo (FEs) (6h teo, 4h ese) Equazione di bilancio generalizzata (GBE) – bilanci: microscopici (differenziali) e macroscopici (integrali) – forme di Eulero e di Lagrange delle BEs – BEs: Continuità, quantità di moto, energia meccanica, energia termica, specie singole – approccio alla soluzione dei problemi di interesse per l’industria alimentare – sommario delle BEs Analisi dimensionale (DA) e similarità (6h teo, 6h ese) Introduzione all’analisi differenziale – teorema ‘pi’ di Buckingham, metodi di Buckingam e di Raleigh – similarità – analisi dimensionale delle BEs – numeri adimensionali: lista, significati, applicazioni – fondamenti dello scale-up Trasporto con più di una variabile indipendente in processi alimentari (10h teo, 6h ese) Fenomeni di trasporto in transitorio – approssimazioni di tempo breve (la teoria della penetrazione) – funzioni di flusso – funzioni potenziali Turbolenza e strato limite in processi alimentari (8h teo, 6h ese) Flusso turbolento – BEs mediate nel tempo – flussi turbolenti e diffusività – Getti impingenti in processi alimentari. Problemi di imbocco nel flusso di alimenti in condotti. Trasferimento di materia e di energia attorno ad oggetti sommersi – Coefficienti di trasporto interfase in problemi di interesse per l’industria alimentare. Reologia degli alimenti e reometria (6h teo, 4h ese) Introduzione alla reologia degli alimenti. Classificazione reologica dei materiali e delle sospensioni alimentari – viscosità: definizione, dipendenze, fluidi newtoniani e non newtoniani, misure di viscosità – viscoelasticità: definizione, modelli meccanici, equazioni costitutive, prove dinamiche Applicazioni (8h teo, 10h ese) Il trasporto di quantità di moto nei processi alimentari – fenomeni di trasporto con cambiamento di fase: il decongelamento di alimenti – fenomeni di trasporto con reazioni chimiche in sistemi di interesse per l’industria alimentare – misura di proprietà ingegneristiche degli alimenti - trasporto simultaneo di energia e di materia in sistemi alimentari solidi: trasferimento verso il prodotto alimentare, trasferimento dal prodotto. Sistemi reagenti nell'industria alimentare.

Contenuti

Introduzione ai fenomeni di trasporto in ingegneria alimentare (TPs) (6h teo, 4h ese)
Definizione e significato di fenomeno di trasporto – quadro generale dei fenomeni di trasporto – l’equazione di trasporto generale (GRE) – esperimenti semplici e definizione delle proprietà di trasporto – flussi molecolari – flussi convettivi – flussi combinati – proprietà di trasporto di materiali di interesse per l’industria alimentare: metodi di misura – modellazione e previsione.

Equazioni di bilancio (BEs) o equazioni di campo (FEs) (6h teo, 4h ese)
Equazione di bilancio generalizzata (GBE) – bilanci: microscopici (differenziali) e macroscopici (integrali) – forme di Eulero e di Lagrange delle BEs – BEs: Continuità, quantità di moto, energia meccanica, energia termica, specie singole – approccio alla soluzione dei problemi di interesse per l’industria alimentare – sommario delle BEs

Analisi dimensionale (DA) e similarità (6h teo, 6h ese)
Introduzione all’analisi differenziale – teorema ‘pi’ di Buckingham, metodi di Buckingam e di Raleigh – similarità – analisi dimensionale delle BEs – numeri adimensionali: lista, significati, applicazioni – fondamenti dello scale-up

Trasporto con più di una variabile indipendente in processi alimentari (10h teo, 6h ese)
Fenomeni di trasporto in transitorio – approssimazioni di tempo breve (la teoria della penetrazione) – funzioni di flusso – funzioni potenziali

Turbolenza e strato limite in processi alimentari (8h teo, 6h ese)
Flusso turbolento – BEs mediate nel tempo – flussi turbolenti e diffusività – Getti impingenti in processi alimentari. Problemi di imbocco nel flusso di alimenti in condotti. Trasferimento di materia e di energia attorno ad oggetti sommersi – Coefficienti di trasporto interfase in problemi di interesse per l’industria alimentare.

Reologia degli alimenti e reometria (6h teo, 4h ese)
Introduzione alla reologia degli alimenti. Classificazione reologica dei materiali e delle sospensioni alimentari – viscosità: definizione, dipendenze, fluidi newtoniani e non newtoniani, misure di viscosità – viscoelasticità: definizione, modelli meccanici, equazioni costitutive, prove dinamiche

Applicazioni (8h teo, 10h ese)
Il trasporto di quantità di moto nei processi alimentari – fenomeni di trasporto con cambiamento di fase: il decongelamento di alimenti – fenomeni di trasporto con reazioni chimiche in sistemi di interesse per l’industria alimentare – misura di proprietà ingegneristiche degli alimenti - trasporto simultaneo di energia e di materia in sistemi alimentari solidi: trasferimento verso il prodotto alimentare, trasferimento dal prodotto. Sistemi reagenti nell'industria alimentare.

	Metodi Didattici
	L’INSEGNAMENTO PREVEDE 90 ORE DI DIDATTICA TRA LEZIONI ED ESERCITAZIONI IN AULA (9 CFU). IN PARTICOLARE SONO PREVISTE 50 ORE DI LEZIONE E 40 ORE DI ESERCITAZIONI. SIA LE LEZIONI FRONTALI CHE LE ESERCITAZIONI FANNO RIFERIMENTO A PROBLEMI REALI. IN ALCUNE ESERCITAZIONI CI SI AVVARRÀ DI FOGLI DI CALCOLO E DI SOFTWARE PER LA SOLUZIONE DI SISTEMI DI EQUAZIONE DIFFERENZIALI ALLE DERIVATE PARZIALI E PER LA SIMULAZIONE DEI FENOMENI DI TRASPORTO. LA FREQUENZA ALLE ATTIVITÀ DIDATTICHE È FORTEMENTE CONSIGLIATA.

Metodi Didattici

L’INSEGNAMENTO PREVEDE 90 ORE DI DIDATTICA TRA LEZIONI ED ESERCITAZIONI IN AULA (9 CFU). IN PARTICOLARE SONO PREVISTE 50 ORE DI LEZIONE E 40 ORE DI ESERCITAZIONI. SIA LE LEZIONI FRONTALI CHE LE ESERCITAZIONI FANNO RIFERIMENTO A PROBLEMI REALI.
IN ALCUNE ESERCITAZIONI CI SI AVVARRÀ DI FOGLI DI CALCOLO E DI SOFTWARE PER LA SOLUZIONE DI SISTEMI DI EQUAZIONE DIFFERENZIALI ALLE DERIVATE PARZIALI E PER LA SIMULAZIONE DEI FENOMENI DI TRASPORTO.
LA FREQUENZA ALLE ATTIVITÀ DIDATTICHE È FORTEMENTE CONSIGLIATA.

	Verifica dell'apprendimento
	La valutazione del raggiungimento degli obiettivi prefissati avverrà mediante una prova scritta ed un colloquio orale. La prova scritta dura due ore, è condotta lasciando al candidato la piena libertà di utilizzo di qualsiasi fonte (non internet), e consiste di due esercizi con tre domande ciascuno. Ad ogni domanda corrisponde un punteggio (in media 5), e questi punti sono attribuiti per intero se la domanda riceve risposta corretta anche nel valore numerico, all’80% se c’è un errore di calcolo, dal 10% al 70% se la risposta è impostata ma soffre di errori concettuali più o meno gravi (zero se la risposta non c’è o è sbagliata in modo grave). La prova orale è costituita da una domanda su un argomento analizzato a lezione, la durata media va da una ventina di minuti (in caso di risposte date rapidamente e correttamente), fino ad un ora se il candidato esita nelle risposte e richiede tempo per ragionare. Il livello di sufficienza corrisponde alla dimostrazione della capacità di individuare gli strumenti metodologici da utilizzare, di impostare correttamente le equazioni di modello e di indicare vie percorribili di risoluzione del problema. Il livello di eccellenza è raggiunto quando lo studente si dimostra in grado di affrontare con successo aspetti dei problemi non esplicitamente trattati a lezione. La valutazione dipende dal livello dell'esposizione e dal grado di confidenza mostrato con gli argomenti dell'insegnamento e con gli strumenti metodologici il cui uso è stato descritto nel corso.

Verifica dell'apprendimento

La valutazione del raggiungimento degli obiettivi prefissati avverrà mediante una prova scritta ed un colloquio orale. La prova scritta dura due ore, è condotta lasciando al candidato la piena libertà di utilizzo di qualsiasi fonte (non internet), e consiste di due esercizi con tre domande ciascuno. Ad ogni domanda corrisponde un punteggio (in media 5), e questi punti sono attribuiti per intero se la domanda riceve risposta corretta anche nel valore numerico, all’80% se c’è un errore di calcolo, dal 10% al 70% se la risposta è impostata ma soffre di errori concettuali più o meno gravi (zero se la risposta non c’è o è sbagliata in modo grave). La prova orale è costituita da una domanda su un argomento analizzato a lezione, la durata media va da una ventina di minuti (in caso di risposte date rapidamente e correttamente), fino ad un ora se il candidato esita nelle risposte e richiede tempo per ragionare. Il livello di sufficienza corrisponde alla dimostrazione della capacità di individuare gli strumenti metodologici da utilizzare, di impostare correttamente le equazioni di modello e di indicare vie percorribili di risoluzione del problema. Il livello di eccellenza è raggiunto quando lo studente si dimostra in grado di affrontare con successo aspetti dei problemi non esplicitamente trattati a lezione. La valutazione dipende dal livello dell'esposizione e dal grado di confidenza mostrato con gli argomenti dell'insegnamento e con gli strumenti metodologici il cui uso è stato descritto nel corso.

	Testi
	[1] R. B. BIRD, W. E. STEWART, E. N. LIGHTFOOT, "TRANSPORT PHENOMENA", 2ND EDITION, JOHN WILEY & SONS, NEW YORK, 2002. ULTERIORI FONTI SUGGERITE [2] R. S. BRODKEY, H. C. HERSHEY, "TRANSPORT PHENOMENA: A UNIFIED APPROACH", BRODKEY PUBLISHING, COLUMBUS, OHIO, 2001 (FORMERLY: JOHN WILEY & SONS, NEW YORK, 1988). [3] I. TOSUN, "MODELING IN TRANSPORT PHENOMENA: A CONCEPTUAL APPROACH", 2ND EDITION, ELSEVIER SCIENCE, AMSTERDAM, 2007. [4] M. ZLOKARNIK, "SCALE-UP IN CHEMICAL ENGINEERING", WILEY-VCH VERLAG GMBH & CO., WEINHEIM, 2002. [5] A. IBARZ, G. V. BARBOSA-CÁNOVAS, "UNIT OPERATIONS IN FOOD ENGINEERING", CRC, BOCA RATON, 2003.

Testi

[1] R. B. BIRD, W. E. STEWART, E. N. LIGHTFOOT, "TRANSPORT PHENOMENA", 2ND EDITION, JOHN WILEY & SONS, NEW YORK, 2002.
ULTERIORI FONTI SUGGERITE
[2] R. S. BRODKEY, H. C. HERSHEY, "TRANSPORT PHENOMENA: A UNIFIED APPROACH", BRODKEY PUBLISHING, COLUMBUS, OHIO, 2001 (FORMERLY: JOHN WILEY & SONS, NEW YORK, 1988).
[3] I. TOSUN, "MODELING IN TRANSPORT PHENOMENA: A CONCEPTUAL APPROACH", 2ND EDITION, ELSEVIER SCIENCE, AMSTERDAM, 2007.
[4] M. ZLOKARNIK, "SCALE-UP IN CHEMICAL ENGINEERING", WILEY-VCH VERLAG GMBH & CO., WEINHEIM, 2002.
[5] A. IBARZ, G. V. BARBOSA-CÁNOVAS, "UNIT OPERATIONS IN FOOD ENGINEERING", CRC, BOCA RATON, 2003.

	Altre Informazioni
	PAGINA WEB DELL'INSEGNAMENTO HTTPS://WWW.GRUPPOTPP.IT/EN/TRANSPORT-PHENOMENA-IN-FOOD-PROCESSES/ IL CORSO È EROGATO IN LINGUA INGLESE.

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Francesco MARRA | TRANSPORT PHENOMENA IN FOOD PROCESSES - FENOMENI DI TRASPORTO NELL'INDUSTRIA ALIMENTARE