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

Ingegneria Alimentare - Food Engineering TRANSPORT PHENOMENA IN FOOD PROCESSES - FENOMENI DI TRASPORTO NELL'INDUSTRIA ALIMENTARE

0622800020
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA INDUSTRIALE
CORSO DI LAUREA MAGISTRALE
INGEGNERIA ALIMENTARE
2017/2018



OBBLIGATORIO
ANNO CORSO 1
ANNO ORDINAMENTO 2016
PRIMO SEMESTRE
CFUOREATTIVITÀ
990LEZIONE
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 - capacità di apprendere
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 (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: 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 – 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 (10h teo, 6h ese)
Fenomeni di trasporto in transitorio – approssimazioni di tempo breve (la teoria della penetrazione) – funzioni di flusso – funzioni potenziali

Turbolenza (6h teo, 4h ese)
Flusso turbolento – BEs mediate nel tempo – flussi turbolenti e diffusività – espressioni empiriche per i flussi turbolenti: viscosità di eddy e lunghezza di mescolamento – profilo vicino a una parete – turbolenza in condotti e getti – i modelli kappa-epsilon

Strato limite (BL) (8h teo, 4h ese)
Teoria dello strato limite laminare – strato limite turbolento – flusso intorno a oggetti sommersi – regione di entrata di tubi – trasporto di quantità di moto, calore e materia nello strato limite – coefficienti di trasporto interfase

Reologia e reometria (5h teo, 6h ese)
Introduzione alla reologia – viscosità: definizione, dipendenze, fluidi newtoniani e non newtoniani, misure di viscosità – viscoelasticità: definizione, modelli meccanici, equazioni costitutive, prove dinamiche

Applicazioni (3h teo, 6h ese)
Flusso in condotti – fenomeni di trasporto con cambiamento di fase – fenomeni di trasporto con reazioni chimiche – misura di proprietà ingegneristiche degli alimenti.
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.
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.
Sito web dell’insegnamento
http://gruppotpp.unisa.it/en/transport-phenomena-in-food-processes/
  BETA VERSION Fonte dati ESSE3 [Ultima Sincronizzazione: 2019-05-14]