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Oggetto:
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Macchine e impianti dell'industria alimentare

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Machines and Plants for Food Industry

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Anno accademico 2022/2023

Codice dell'attività didattica
AGR0122
Docente
Dott. Alessandro Biglia (Affidamento interno)
Corso di studi
[001703-101] TECNOLOGIE ALIMENTARI - curr. Industrie alimentari
Anno
3° anno
Periodo didattico
Secondo semestre
Tipologia
B - Caratterizzante
Crediti/Valenza
8
SSD dell'attività didattica
AGR/09 - meccanica agraria
Modalità di erogazione
Convenzionale
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Facoltativa
Tipologia d'esame
Scritto più orale facoltativo
Prerequisiti

Nozioni di base di Fisica (Meccanica, Meccanica dei fluidi, Termodinamica, Elettromagnetismo).
Elementi di Tecnologie Alimentari con particolare riferimento alle operazioni unitarie.
E' consigliabile aver seguito l'insegnamento di Ingegneria delle Produzioni Alimentari Industriali

Basics on Physics (Mechanics, Fluids Mechanics, Thermodynamics, Electromagnetism)
Elements of Food Technologies, in particular about Unit Operations
It is recommended to have followed the course of Food Engineering

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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

L’insegnamento concorre alla realizzazione degli obiettivi formativi del corso di studi in Tecnologie alimentari con particolare riferimento agli impianti di trasformazione degli alimenti (area di apprendimento "TECNOLOGIA E IMPIANTI DELLE TRASFORMAZIONI").

Agli/Alle studenti/esse viene fornita una panoramica sulle tecnologie e sulle principali tipologie di macchine comunemente adottate nell’industria alimentare, considerando sia il principio di funzionamento sia i criteri che ne guidano la scelta. Oltre ai macchinari strettamente legati allo svolgimento di specifiche operazioni unitarie, vengono presentati gli impianti di servizio per la movimentazione di materiali (materie prime, semilavorati o prodotti finiti) e la fornitura di energia termica, energia elettrica, aria compressa ed acqua di processo. L’insegnamento fornisce inoltre strumenti per l’interpretazione di schemi di impianti, anche complessi, che prevedono l’interazione tra più macchinari e gli impianti di servizio.

 

Teaching is part of the learning area: transformation technologies.

The course contributes to achieve learning objectives of the course of study in Food Technology, with particular focus on food processing equipment and plants. An overview about the main technologies and equipment commonly used in different food processes are provided to students, considering both their operating principle and selection criteria. Beyond equipment that carry out specific unit operations, facilities and equipment for material transport (raw material, semi-finished and finished products) and the supply of thermal energy, electrical energy, compressed air and process water are presented. Furthermore, the course provides basis about the interpretation of plant schemes in which the interaction of different equipment and facilities is envisaged.

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Risultati dell'apprendimento attesi

Conoscenza e Capacità di comprensione

Al termine dell’insegnamento la/lo studentessa/e dovrà:

  • conoscere i concetti di base della meccanica applicata alle macchine;
  • conoscere i concetti di base dell’elettromagnetismo e delle macchine elettriche;
  • conoscere le diverse tipologie di sistemi di trasporto e stoccaggio di materiali solidi;
  • conoscere gli aspetti generali e le problematiche legate alla refrigerazione;
  • conoscere i concetti di base relativi alla termodinamica dell’aria umida;
  • saper interpretare un diagramma di Mollier dell’aria umida;
  • saper individuare i carichi termici relativi ad un magazzino frigorifero;
  • conoscere gli aspetti generali relativi all’essicazione di prodotti alimentari, le tecnologie e gli impianti maggiormente diffusi;
  • saper interpretare un diagramma di Piping and Instrumentation relativo ad un impianto alimentare con particolare riferimento agli anelli di controllo presenti e agli impianti di servizio;
  • conoscere il principio di funzionamento di sensori e trasduttori utilizzati negli impianti alimentari;
  • conoscere i concetti di base relativi all’estrazione meccanica solido-liquido e le differenti tipologie di presse;
  • conoscere i principi relativi alla separazione solido-liquido le macchine e le tecnologie comunemente adottate;
  • conoscere quali sono le problematiche e le soluzioni impiantistiche adottate relativamente agli impianti di produzione e distribuzione del vapore;
  • conoscere i principi fondamentali relativi agli impianti di servizio in un’azienda alimentare.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Al termine dell’insegnamento lo/la studente/essa sarà in grado di:

  • calcolare la potenza elettrica assorbita e le correnti che circolano sulle linee di alimentazione di macchinari e/o reparti di produzione in funzione dei carichi presenti;
  • effettuare il dimensionamento di massima di una macchina frigorifera a compressione di vapore;
  • tracciare su un diagramma di Mollier trasformazioni termodinamiche dell’aria umida, con particolare riferimento ai processi di refrigerazione ed essicamento;
  • calcolare i carichi termici relativi ad un magazzino frigorifero;
  • scegliere le tipologie di sensori più adatti in funzione delle grandezze fisiche da misurare e delle caratteristiche del processo;
  • individuare e scegliere i macchinari più adatti allo svolgimento di un dato processo produttivo in funzione della tipologia di prodotto, delle necessità e della struttura dell’azienda;

 Autonomia di giudizio

Al termine dell’insegnamento la/la studentessa/e sarà in grado discutere in modo critico le soluzioni impiantistiche e le tecnologie proposte da progettisti di impianti e fornitori di macchine valutandone la validità e l’opportunità in riferimento ad uno specifico processo produttivo.

Tale capacità viene stimolata dal docente durante le lezioni con il coinvolgimento attivo degli studenti attraverso discussioni in aula.

Abilità comunicative

Al termine dell’insegnamento lo/la studente/essa sarà in grado di interagire con i diversi attori coinvolti in un’industria alimentare (progettisti di impianti, fornitori di macchinari, addetti alla produzione, addetti alla manutenzione, addetti al controllo qualità) con un linguaggio tecnico proprio del settore impiantistico.

 Capacità di apprendimento

Le competenze trasmesse consentono allo/alla studente/essa di approfondire in modo autonomo gli aspetti legati alle macchine e agli impianti dell’industria alimentare sia nell’ambito di un corso di laurea magistrale sia in ambito professionale.

 

Knowledge and understanding

At the end of the course students will have to:

  • know fundamentals of mechanical applied to food process equipment;
  • know basics of electromagnetism and electrical machines;
  • know different technologies of storage and transport equipment for solid materials;
  • know general aspects and issues about food refrigeration;
  • know basics of thermodynamics of humid air;
  • be able to read and interpret a humid air Mollier diagram;
  • be able to characterize thermal balance of buildings for food products storage;
  • know fundamentals of food drying, related technologies and most diffused equipment;
  • be able to understand a Piping and Instrumentation diagram of a plant for food production, with particular focus on control loops and facilities;
  • know the operating principle of sensors and transducers commonly used in food industries;
  • know basics about mechanical expression and different kind of presses;
  • know fundamentals about solid-liquid separation and related equipment;
  • know basics, problems and adopted solutions about steam production and distribution plants;
  • know basics, problems and adopted solutions about service facilities.

 Applying knowledge and understanding

At the end of the course students will able to:

  • calculate the electrical power consumptions and the current intensity that flows in supply networks of equipment and/or production areas on the basis of electric loads;
  • carry out a simple sizing of a vapor compression refrigeration machine;
  • draw thermodynamic transformation of humid air on a Mollier diagram, with particular focus on refrigeration and drying processes;
  • determine thermal balance of buildings for food products storage;
  • choose sensors on the basis of the physical quantities to be measure as well as the characteristics of the process;
  • identify and choose most suitable equipment and facilities solutions for a production process considering product typology, company structure and requirements.

Making judgements

At the end of the course students will able to discuss in critical way design solutions and production technologies proposed by plant designer and equipment suppliers, evaluating the validity and the opportunity in reference to a specific production process.

This skill is encouraged by teacher during lessons by discussion with students.

Communication skills

At the end of the course students will able to interact with the different subjects involved in a food industry (plant designer, equipment suppliers, workers, control quality and maintenance operators) adopting a technical language of plant engineering.

 Learning skill

The knowledges acquired allow students to improve, in an autonomous way, their competences about equipment and plants of food industry both in master degree and in a professional context.

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Modalità di insegnamento

L'insegnamento prevede 80 ore di lezione frontale durante le quali il docente si avvarrà di presentazioni ed altro materiale (es. brevi filmati) che verranno rese disponibili agli/alle studenti/esse sulla piattaforma e-learning di ateneo Moodle. Durante le lezioni verranno, inoltre, svolti esempi ed esercizi per agevolare la comprensione degli argomenti trattati.

La frequenza al corso è facoltativa, ma comunque consigliata.

The course includes 80 hours of lectures during which slides will be presented together other materials (e.g. short clips). All materials will be available on Moodle e-learning platform. Exercises and examples undertaken will be also proposed to help comprehension about the different arguments.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

Gli/Le studenti/esse potranno verificare progressivamente la loro preparazione mediante test ed esercizi proposti in aula. Verranno inoltre proposti esercizi svolti e commentati in aula con gli/le studenti/esse al termine di ciascun argomento.

L'esame finale è in forma scritta costituito da  esercizi  di calcolo e da domande  a risposta chiusa e/o aperta relative ai diversi argomenti svolti. I punti totali (32) saranno suddivisi sulla base delle domande presenti nella prova per importanza ed estensione e indicati sul testo dell’esame. La lode sarà attribuita se il punteggio ottenuto sarà maggiore o uguale a 31. 

Se l'esito della prova scritta è positivo (voto maggiore o uguale a 18/30) lo/la studente/essa può richiedere un colloquio orale opzionale, durante il quale, oltre alla discussione della prova scritta, si prevede la verifica approfondita della capacità di ragionamento e di collegamento tra le conoscenze acquisite. In questo caso il voto finale sarà determinato dalla media artmetica tra il voto dello scritto e dell'orale

During the course students can verify their knowledge by tests and exercises proposed during the lessons. Exercises will be also carried out and discussed with students at the end of each topic.

The final exam is in writing and consists in calulation exercises and open/close-ended questions about the different arguments of the course. If the written exam will be positive, students can require an oral during which, beyond the discussion of the written test, the ability to reason and connection among the knowledge acquired will be verified.

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Programma

Cenni di meccanica applicata alle macchine

  • Sistemi di trasmissione del moto e motoriduttori
  • Sistemi pneumatici

 Cenni di elettromagnetismo ed elettrotecnica generale

  • Grandezze elettriche e magnetiche: concetto di potenziale elettrico, corrente, resistenza elettrica (prima legge di Ohm), resistività (seconda legge di Ohm) e sua dipendenza dalla temperatura, condensatori, concetto di campo magnetico e di induzione magnetica.
  • Studio di circuiti elettrici (elementari) in corrente continua, potenza elettrica ed effetto Joule.
  • Corrente alternata, potenza elettrica in sistemi monofase e trifase
  • Cenni al funzionamento delle macchine elettriche (alternatore, trasformatore, motore asincrono trifase)

 Sistemi di stoccaggio e trasporto di materiali solidi nell'industria alimentare

  • Sistemi di stoccaggio
  • Sistemi di trasposto di tipo meccanico: trasportatori a nastro, trasportatori a rulli, trasportatori a catena, elevatori a tazze, trasportatori a coclea, sistemi a letto fluido e sistemi a tavola vibrante
  • Sistemi di trasporto pneumatico

 Refrigerazione, macchine frigorifere e magazzini frigoriferi

  • Aspetti generali legati alla conservazione degli alimenti a basse temperature con particolare riferimento alla refrigerazione (problematiche, tecniche di refrigerazione, aspetti normativi).
  • Ciclo frigorifero a compressione di vapore teorico e reale, COP
  • Componenti di una macchina frigorifera a compressione di vapore (compressori, organi di laminazione, evaporatori e condensatori)
  • Pompe di calore
  • Cenni al ciclo frigorifero ad assorbimento e al raffreddamento sottovuoto
  • Termodinamica dell’aria umida
  • Bilancio termico di celle e magazzini frigoriferi

 Sistemi di regolazione e controllo, diagrammi P&I

  • Sistemi di regolazione e controllo: generalità, controlli a soglia e controlli a regolazione continua (PID)
  • Valvole: generalità, classificazione in base alla tipologia di otturatore, azionamento e utilizzo
  • Diagrammi P&I
  • Regolazione della portata in un circuito idraulico con pompa centrifuga medinate valvola o inverter
  • Sensori e trasduttori

 Estrazione meccanica solido-liquido

  • Estrazione solido-liquido: definizioni, generalità e resa di estrazione
  • Presse continue (presse a nastro, presse a vite)
  • Presse discontinue (presse a polmone, presse a piatti)

 Sistemi di separazione meccanica

  • Separazione di materiali solidi: vagliatura, stacciatura, calibratura, burattamento
  • Principi che regolano la sedimentazione (equazione di Stokes)
  • Decantazione, flottazione, centrifugazione
  • Filtrazione frontale: aspetti generali, setti filtranti, filtri continui e discontinui, filtri a camera di pressione, filtri a tamburo rotante
  • Filtrazione tangenziale: aspetti generali, tipologie di membrane, impianti per la microfiltrazione e la filtrazione per osmosi inversa

 Impianti di servizio

  • Impianti per la produzione e la distribuzione del vapore
  • Impianti elettrici
  • Impianti di trattamento dell’aria (sistemi di condizionamento, sistemi per la pulizia dell’aria)
  • Impianti per la produzione e distribuzione dell’aria compressa
  • Impianti di distribuzione dell’acqua

 

Basics of applied mechanics

  • Motion transmission systems and geared motors
  • Pneumatic and hydraulic systems

Basics of electromagnetism and electrical engineering

  • Electrical and magnetic quantities: concepts of electric potential and electric current, electrical resistance (first Ohm’s law), resistivity (second Ohm’s law) and its variability with temperature, capacitors, concepts of magnetic field and magnetic induction.
  • Basic direct current (DC) electrical circuits, electrical power and Joule effect.
  • Alternated Current (AC), electrical power in single-phase and three-phase power systems.
  • Operating principles of electrical machines (alternator, transformer, single-speed three-phase motor)

Storage and Transport equipment of solids products in food industries

  • Storage systems
  • Mechanical conveyors: belt conveyors, roll and skate conveyors, bucket elevators, screw spiral conveyors, flight/anchor conveyors, fluidized bed and vibratory conveying systems.
  • Pneumatic conveying systems

Refrigeration, refrigeration cycles and cold storages

  • General aspects about food preservation at low temperatures, with particular focus on refrigeration (issues, refrigeration techniques, regulatory aspects).
  • Theoretical and real vapour-compression cycle, COP
  • Components of a compression refrigeration machine (compressors, expansion devices, evaporator, condenser, refrigerants)
  • Heat pumps
  • Notes on vapour-absorption cycle and on vacuum cooling
  • Thermodynamics of humid air
    • Thermal balance of buildings for food products storage

 Food plants control systems, Piping & Instrumentation diagrams

  • Regulation and control systems: general aspects, threshold controls, PID controls
  • Valves: general aspects, classification respect to the typology of bolt, actuators and usage
  • Piping & Instrumentation diagrams
  • Flow control by valve or inverter in an hydraulic plant with centrifugal pump
  • Sensors and transducers

Mechanical extraction

  • Definitions, general aspects, extraction rate
  • Continuous presses (screw presses, belt presses)
  • Batch presses (cage presses, pneumatic presses)

Mechanical separation equipment

  • Separation of solid materials: Sifting, sieving, calibration, tumbled
  • Principles of sedimentation (Stokes equation)
  • Decantation, flotation, centrifugation
  • Cake filtration: general aspects, filter media, batch and continues filters, pressure filters, vacuum drum filters.
  • Membrane separation: general aspects, typology of membranes, microfiltration and revers osmosis plants

 Facilities in food plants

  • Steam production and distribution equipment
  • Electrical energy distribution plants
  • Aeration equipment (air conditioning and air cleaning systems)
  • Compress air production and distribution equipment
  • Water distribution equipment

Testi consigliati e bibliografia



Oggetto:
Libro
Titolo:  
Ingegneria dell'industria agroalimentare. Vol. 1: Teoria, applicazioni e dimensionamento delle macchine e impianti per le operazioni unitarie.
Anno pubblicazione:  
2017
Editore:  
CLEUP
Autore:  
Dario Friso
Note testo:  
Testo di riferimento per i capitoli relativi alla estrazione meccanica solido-liquido ed alla separazione solido-liquido
Obbligatorio:  
No


Oggetto:
Libro
Titolo:  
Ingegneria dell'industria agroalimentare. Vol. 2: Teoria, applicazioni e dimensionamento delle macchine e impianti per le operazioni unitarie.
Anno pubblicazione:  
2018
Editore:  
CLEUP
Autore:  
Dario Friso
Note testo:  
Testo di riferimento per i capitoli relativi alla estrazione meccanica solido-liquido ed alla separazione solido-liquido
Obbligatorio:  
No


Oggetto:
Libro
Titolo:  
Handbook of farm, dairy and food machinery engineering
Anno pubblicazione:  
2019
Editore:  
Academic Press
Autore:  
Kutz, M.
Obbligatorio:  
No


Oggetto:
Libro
Titolo:  
Conventional and advanced food processing technologies
Anno pubblicazione:  
2014
Editore:  
John Wiley & Sons
Autore:  
Bhattacharya, S.
Obbligatorio:  
No
Oggetto:

Testi e materiale di riferimento

Lucidi delle lezioni, esercizi e altro materiale  (disponibili sulla piattaforma e-learning Moodle)

Ingegneria dell'industria alimentare. Operazioni unitarie del food engineering. Macchine e impianti. D. Friso; CLEUP, 2017 (o edizioni precedenti). 

 

Reference books and materials

Slides, exercise and other material (downlodable from Moodle e-learming platforme)

Ingegneria dell'industria alimentare. Operazioni unitarie del food engineering. Macchine e impianti. D. Friso; CLEUP, 2017 (or previous editions). 



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Note

Il corso si svolge presso la sede di Cuneo.

Le modalità di svolgimento dell'attività didattica potranno subire variazioni in base alle limitazioni imposte dalla crisi sanitaria in corso.

 

The couse will be hold in Cuneo.

The methods of carrying out the teaching activity may vary according to the limitations imposed by the current health crisis.

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Ultimo aggiornamento: 08/03/2023 10:04
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