Ingegneria alimentare

16,8 cm x 24 cm
brossura
408 pagine
numerose immagini in b/n
2018-9, 2018-10 ristampa, 2021-11 seconda ristampa, 2022-10 terza ristampa
ISBN 978-88-89972-75-5

Pensato per gli studenti dei corsi di studi in tecnologia alimentare e per gli ingegneri e i professionisti che intendono approfondirne gli aspetti scientifici della conduzione e della progettazione dei processi dell’industria alimentare, questo libro tratta la modellazione dei fenomeni di trasporto e dei processi di natura chimica, fisica o biologica che hanno luogo durante le operazioni della tecnologia alimentare.
Il testo propone diversi esercizi utili per la verifica dell’apprendimento ed è corredato da numerose tabelle di proprietà fisiche e di trasporto degli alimenti. In questo modo il lettore dispone di tutti gli strumenti idonei alla risoluzione dei problemi che sono proposti e al tempo stesso ha la possibilità di familiarizzare con i valori e gli ordini di grandezza delle proprietà delle sostanze e dei materiali comunemente adoperati nell’industria alimentare.

Paolo Masi è dal 1994 Professore Ordinario dell’Università degli Studi di Napoli Federico II dove insegna Principi di Ingegneria alimentare agli allievi del corso di Laurea in Tecnologia alimentare. È autore di circa 300 pubblicazioni scientifiche ed è stato nominato membro dell’European Academy of Food Engineering. È stato Vice Presidente del Polo universitario delle Scienze e delle Tecnologie per la Vita, Preside della Facoltà di Agraria e Direttore del Dipartimento di Scienze Agrarie. Dal 2005 dirige il Centro di Ateneo per l’Innovazione e lo Sviluppo nell’Industria Alimentare (CAISIAL) e presiede il laboratorio pubblico-privato per il sostegno alle industrie agro-alimentari (M2Q Scarl). Paolo Masi si è laureato in Ingegneria chimica (1978) e ha conseguito il MSc in Chemical Engineering all’University of Texas at Austin (1980).

INDICE

Prefazione

Capitolo 1: Modellazione dei processi della tecnologia alimentare
1.1 Introduzione
1.2 Rappresentazione dei processi
1.3 Rappresentazione iconica di un modello
1.4 Fenomeni responsabili delle trasformazioni
1.5 Legge di conservazione ed equazioni di bilancio
1.6 Equazioni costitutive e di trasferimento
1.7 Equazioni cinetiche
1.8 Scelta del livello di dettaglio
1.9 Progetto, verifica e ottimizzazione
Esercizi

Capitolo 2: Bilanci macroscopici di massa
2.1 Introduzione
2.2 Bilanci macroscopici di massa per operazioni in regime stazionario
2.3 Bilancio globale e bilanci parziali dei componenti
2.4 Operazioni di miscelazione e di concentrazione
Esempio 2.1: Miscelazione di sostanze in batch
Esempio 2.2: Concentrazione di un succo in continuo
Esempio 2.3: Miscelazione di ingredienti che debbono rispettare dei vincoli di composizione
2.5 Operazioni di separazione o di arricchimento
Esempio 2.4: Rimozione del sale da ortaggi conservati in salamoia
Esempio 2.5: Separazione per cristallizzazione
2.6 Blocchi di operazioni unitarie e interi processi di lavorazione
Esempio 2.6: Concentrazione di una corrente in un impianto con ricircolo
Esempio 2.7: Stima degli approvvigionamenti giornalieri per garantire un’assegnata produzione
2.7 Bilanci di massa in regime non stazionario: sistemi a parametri concentrati (CSTR)
Esempio 2.8: Tempo di lavaggio di un serbatoio a perfetta miscelazione
Esempio 2.9: Calcolo della portata di alimentazione per realizzare in un tempo assegnato il cambio di formulazione in un processo in continuo
Esempio 2.10: Scale-up di un processo di produzione di lieviti
Esercizi

Capitolo 3: Bilanci di massa con generazione di materia
3.1 Introduzione
3.2 Sistemi batch
Esempio 3.1: Calcolo di dati nutrizionali da apporre in etichetta
Esempio 3.2: Crescita di lieviti durante la panificazione
Esempio 3.3: Riduzione della popolazione dei microrganismi durante un trattamento termico
Esempio 3.4: Riduzione della popolazione dei microrganismi durante un trattamento termico eseguito a temperatura diversa da quella di riferimento
3.3 Sistemi continui a parametri concentrati
Esempio 3.5: Grado di conversione di una reazione del primo ordine in un CSTR
Esempio 3.6: Produzione di lieviti in un fermentatore continuo
3.4 Sistemi a parametri distribuiti
Esempio 3.8: Grado di conversione di una reazione del primo ordine in un PFR
Esercizi

Capitolo 4: Trasmissione della quantità di moto
4.1 Introduzione
4.2 Definizione del campo di forze
4.3 Liquidi Newtoniani
4.4 Liquidi non Newtoniani
4.5 Regime di moto dei fluidi
Esempio 4.1: Calcolo della portata volumetrica per ottenere condizioni di moto laminare
4.6 Scorrimento di un liquido lungo un piano inclinato
Esempio 4.2: Dimensionamento di un impianto di degassaggio
4.7 Drenaggio dei liquidi lungo superfici verticali
Esempio 4.3: Calcolo dello spessore di copertura di un prodotto dolciario
Esempio 4.4: Calcolo della quantità di liquido che resta adeso alle pareti di un serbatoio dopo lo svuotamento
4.8 Scorrimento di un liquido Newtoniano in un condotto cilindrico
Esempio 4.5: Calcolo della pressione di esercizio nelle riempitrici automatiche
Esempio 4.6: Calcolo della capacità produttiva di una riempitrice per liquidi non Newtoniani
4.9 Scorrimento di un liquido in un mezzo poroso
Esercizi

Capitolo 5: Bilanci di energia meccanica
5.1 Introduzione
5.2 Perdite di energia per attrito in un condotto cilindrico
Esempio 5.1: Stime delle perdite di carico corrispondenti a un’assegnata portata
5.3 Perdite di carico concentrate dovute ad altri elementi costruttivi presenti nei circuiti idraulici
Esempio 5.2: Calcolo delle perdite di carico in un circuito idraulico
5.4 Equazione di Bernoulli
Esempio 5.3 Calcolo della potenza di una pompa necessaria ad alimentare un impianto di riempimento
5.5 Tempo di efflusso da un serbatoio
Esempio 5.4: Calcolo del tempo necessario per svuotare un serbatoio
5.6 Moto di un corpo in un liquido
Esempio 5.5: Calcolo del tempo per la chiarificazione dell’acqua
5.7 Moto di un corpo sottoposto a una forza centrifuga
Esempio 5.6: Calcolo della velocità di rotazione del rotore di una centrifuga per la scrematura del latte
Esercizi

Capitolo 6: Bilanci di energia termica
6.1 Introduzione
6.2 Bilanci di calore
6.3 Variazione del calore di una corrente
6.4 Calore sensibile
Esempio 6.1: Stima del calore specifico di un alimento nota la sua composizione
6.5 Calore latente
Esempio 6.2: Stima delle proprietà del vapore con la tecnica dell’interpolazione lineare
6.6 Scambio di calore in assenza di passaggio di stato
Esempio 6.3: Calcolo dell’energia richiesta per dimensionare un impianto di refrigerazione
Esempio 6.4: Calcolo della temperatura iniziale di un mezzo di cottura
Esempio 6.5: Calcolo della temperatura di equilibrio di una miscela
6.7 Scambio di calore in presenza di passaggio di stato
Esempio 6.6: Dimensionamento di un’autoclave da laboratorio
Esempio 6.7: Riscaldamento per iniezione diretta di vapore
Esempio 6.8: Concentrazione di una purea in un evaporatore flash
Esempio 6.9: Raffreddamento di una corrente con diluizione
Esercizi

Capitolo 7: Trasmissione del calore
7.1 Introduzione
7.2 Flusso termico
7.3 Bilancio differenziale di energia termica in condizioni stazionarie
7.4 Legge di Fourier per il trasporto di calore per conduzione
Esempio 7.1: Stima della conducibilità termica di un alimento a partire dalla sua composizione
7.5 Trasporto di calore per conduzione in condizioni stazionarie
Esempio 7.2: Calcolo del calore trasmesso per conduzione attraverso una parete
7.6 Trasporto del calore per convezione
7.7 Teoria dello strato limite
7.8 Relazioni generalizzate per la stima del numero di Nusselt nella convezione forzata
Esempio 7.3: Calcolo dell’energia trasferita per convezione forzata
7.9 Relazioni generalizzate per la stima del numero di Nusselt nella convezione naturale
Esempio 7.4: Calcolo dell’energia trasferita da un alimento all’ambiente circostante per convezione naturale
7.10 Trasporto combinato di calore per conduzione e convezione
Esempio 7.5: Calcolo della resistenza globale di scambio per uno scambiatore tubo in tubo
7.11 Scambiatori di calore
7.12 Scambio termico negli scambiatori di calore
Esempio 7.6: Calcolo della superficie di scambio uno scambiatore
Esempio 7.7: Calcolo della portata di fluido refrigerante necessario per una data operazione
Esercizi

Capitolo 8: Trasmissione del calore per irraggiamento con onde elettromagnetiche
8.1 Introduzione
8.2 Interazione di un’onda elettromagnetica con un corpo
8.3 Energia radiante emessa dai corpi
8.4 Calore scambiato da due corpi neri per irraggiamento
Esempio 8.1: Calcolo della potenza termica scambiata tra due corpi neri
8.5 Calore scambiato da due corpi grigi per irraggiamento
Esempio 8.2: Determinazione della temperatura della parete di un forno industriale
Esempio 8.3: Trasferimento combinato di calore per irraggiamento e convezione
8.6 Irraggiamento con le microonde
8.7 Proprietà dielettriche dei materiali
8.8 Assorbimento di energia di un alimento irradiato con microonde
Esempio 8.4: Riscaldamento di patate in un forno a microonde
Esempio 8.5: Riscaldamento simultaneo di più alimenti in un forno a microonde
Esercizi

Capitolo 9: Trasmissione del calore in regime non stazionario
9.1 Introduzione
9.2 Variazione della temperatura dei liquidi in sistemi batch
Esempio 9.1: Cinetica di riscaldamento dell’acqua in un boiler
Esempio 9.2: Riscaldamento di un liquido in un serbatoio a perfetta miscelazione provvisto di camicia esterna
9.3 Cinetiche di variazione della temperatura di un solido
9.4 Cinetiche di variazione della temperatura di un solido quando prevale la resistenza al trasporto convettivo
Esempio 9.3: Calcolo del tempo di raffreddamento di un alimento nel caso in cui NBi < 0.1
9.5 Cinetiche di variazione della temperatura di un solido quando prevale la resistenza al trasporto conduttivo
Esempio 9.4: Calcolo del tempo di riscaldamento di un solido nel caso in cui NBi > 40
9.6 Cinetiche di variazione della temperatura di un solido quando non prevale alcuna resistenza
Esempio 9.5: Calcolo del tempo di raffreddamento di un alimento nel caso in cui 0.1< NBi < 40
9.7 Variazione della temperatura di oggetti di forma complessa
Esempio 9.6: Calcolo della storia termica del punto freddo di una scatola di dimensioni finite
Esempio 9.7: Previsione del tempo di cottura di un tacchino
Esercizi

Capitolo 10: Trasporto di materia
10.1 Introduzione
10.2 Prima legge di Fick
10.3 Bilancio molecolare in condizioni stazionarie
10.4 Condizioni di equilibrio all’interfaccia
10.5 La diffusione attraverso i solidi in condizioni stazionarie
Esempio 10.1: Dimensionamento di un contenitore per alimenti
10.6 La diffusione attraverso i solidi in condizioni pseudo stazionarie
Esempio 10.2: Calcolo della superficie di una confezione
10.7 Trasporto molecolare per convezione
Esempio 10.3: Rimozione di incrostazioni per convezione forzata
10.8 Trasporto molecolare in condizioni non stazionarie
Esempio 10.4: Determinazione della diffusività dell’acqua da dati di calo peso
Esempio 10.5: Previsione del tempo di essiccamento di un alimento in regime diffusivo
10.9 Equivalenza tra flusso di materia e flusso di calore nel trasferimento di massa convettivo
Esempio 10.6 Calcolo della velocità di essiccazione in regime convettivo
Esercizi

Appendice A: Costanti e fattori di conversione
A1 Costanti matematiche
A2 Dimensioni fondamentali usate nel SI
A3 Unità di misura usate nel SI per esprimere le grandezze fondamentali
A4 Fattori moltiplicativi usati nel SI
A5 Costanti fisiche
A6 Fattori di conversione grandezze metriche
A7 Fattori di conversione della massa
A8 Fattori di conversione temperatura
A9 Grandezze derivate espresse nel SI
A10 Fattori di conversione grandezze fisiche
A11 Gruppi adimensionali

Appendice B: Proprietà
B1 Densità di alcune sostanze di interesse in campo alimentare
B2 Densità (kg/m3) dei principali costituenti degli alimenti nell’intervallo di temperatura (-40  150 )°C.
B3 Parametri cinetici per le principali reazioni del primo ordine che coinvolgo sostanze alimentari
B4 Resistenza termica di alcuni microorganismi deteriorativi presenti in alimenti non acidi
B5 Conducibilità termica di materiali ingegneristici
B6 Proprietà di trasporto dell’aria
B7 Proprietà di trasporto dell’acqua
B8 Tensione d vapore del ghiaccio e dell’acqua
B9 Attività dell’acqua di soluzioni sature a 25°C
B10 Attività dell’acqua di soluzioni di acido solforico
B11 Relazione tra aw e stabilità microbica di alcuni alimenti
B12 Relazione per la predizione del coefficiente di scambio di materia

Appendice C: Richiami di calcolo matematico, geometria e fisica
C1 Potenze ed esponenziali
C2 Logaritmi
C3 Stima dei valori mancanti a partire da dati tabellati
C4 Correlazione lineare di dati sperimentali
C5 Linearizzazione di equazioni non lineari
C6 Risoluzione di sistemi di equazioni lineari
C7 Equazioni di secondo grado
C8 Risoluzione di equazioni per tentativi
C9 Calcolo differenziale
C10 Calcolo integrale
C11 Integrazione grafica
C12 Equazioni differenziali
C13 Risoluzione numerica delle equazioni differenziali con il metodo delle differenze finite
C14 Formule di geometria
C15 Sistemi di rappresentazione
C16 Operazioni vettoriali
C17 Relazioni per esprimere la composizione di una miscela

Lista dei simboli e notazioni

Indice delle tabelle

Indice analitico

Bibliografia