Operazioni unitarie della tecnologia alimentare con esercizi svolti

Corso di

Operazioni unitarie della tecnologia alimentare

Prof.ssa Gabriella Giovanelli

© Laila Pansera

OPERAZIONI UNITARIE DELLA TECNOLOGIA ALIMENTARE

Definizioni:

TECNOLOGIA ALIMENTARE:

Studio dei processi di conservazione e trasformazione dei prodotti alimentari (dalla raccolta della materia prima alla vendita - dall'industria artigianale alla grande industria).

PRODOTTO ALIMENTARE → prodotto destinato al consumo alimentare come tale o previa conservazione o trasformazione.

Possono essere:

• prodotti delle attività di produzione primaria (agricoltura, allevamento, pesca, biotecnologie microbiche, sintesi chimica...) destinati a subire manipolazioni varie per essere trasformati in alimenti.
• prodotti derivanti da manipolazioni e trasformazioni di materie prime, ma non ancora diventati prodotti finiti.
• prodotti ottenuti dalla conservazione o trasformazione di materie prime e destinati al commercio/consumo.

Tuttavia è impossibile usare con coerenza queste definizioni data la complessità della situazione. Considerando la farina, essa è il semilavorato per l'industria molitoria e il prodotto finito per la panetteria è materia prima.

Filiera generale della produzione di alimenti

Nella grande industria solitamente questi processi vengono separati, ovvero diverse industrie si occupano dei singoli processi. Nel caso di piccole attività artigianali avviene tutto il processo nella stessa attività.

PROCESSO TECNOLOGICO → è l'insieme di operazioni, materiali, attrezzature, sistema di controllo, messi in atto per trasformare un input in output.

OPERAZIONE UNITARIA → parte elementare di un processo tecnologico (rappresenta il "processo" e l'"insieme delle operazioni" consiste solo in quello) e in cui un prodotto è il risultato della manipolazione e trasformazione operativa.

Unità di Misura, Grandezze, Fattori di Conversione, Analisi Dimensionalale

Definizioni

• Grandezza → Entità fisica che sto considerando (tempo, pressione...)
• Dimensioni → Coincidono con le grandezze solo nelle grandezze fondamentali
• Unità di Misura → Serve a descrivere la grandezza o estensione della quantità fisica considerata (m, kg...)

Sono dimensionalmente indipendenti, ovvero descrivono unicamente la dimensione. Sono 7.

Derivano dalla combinazione fattoriale (prodotto o quoziente) delle grandezze fondamentali.

Esistono diversi sistemi di misura, quello internazionale (SI) è quello più diffuso e che anche noi utilizziamo, con alcune eccezioni:

• Temperatura in gradi centigradi in molti casi
• Multipli e sottomultipli

Principali grandezze fondamentali e derivate

Regole di scrittura delle unità di misura

• I nomi delle unità di misura e i simboli vanno scritti in minuscolo, a meno che non si tratti di un nome proprio; es: Pascal, Pa
• Le dimensioni non vanno seguite dal punto
• es: m/s² = m · s^-2
• J/(s·m²·K) = J · S^-1 · M^-2 · K^-1

Siccome l'uso delle unità di misura del SI è a volte scomodo in senso pratico, si possono utilizzare multipli o sottomultipli denominati prefissi: di seguito:

• es. 1 mm = 10^-3 m

BILANCI DI MATERIA

Un sistema o processo può essere → operante in continuo o in discontinuo

• In regime stazionario se le grandezze che lo differenziano non variano in funzione del tempo. Ovvero, condizioni sono diverse rispetto ad altri punti, ma in ogni punto i →
  • In regime stazionario opera un sistema continuo → dove i flussi, materiali di entrata e uscita sono continui.
• In regime transitorio se le caratteristiche del sistema variano in funzione del tempo.
• In questo regimo opera un sistema discontinuo o batch → che viene alimentato e scaricato con discontinuità.

La tecnologia moderna è orientata ad attuare operazioni continue; tuttavia ci sono processi che devono essere fatti in discontinuo, specialmente nei casi di piccole o saltuarie produzioni.

Vantaggi dei processi continui:

• No fasi di carico/scarico.
• Operazioni automatizzate, poca manodopera.
• Omogeneità dei prodotti più uniforme.
• Energia meglio utilizzata.

Svantaggi dei processi continui:

• Materie prime devono essere omogenee e uniformi.
• Costo risulta elevato per apparecchi (dove entrate ai diminuire il rischio).
• Per parametri continui è necessario dare grandi quantità di materie prime.
• Impianti più costosi e delicati.

Nelle operazioni unitarie e nei processi delle tecnologie attivate, massa ed energia vengono conservate. Sul principio della conservazione della massa ed energia è possibile scrivere i bilanci materiali ed energetici.

M_in = M_out

M_{tot in} = M_{tot out} + M_{tot accumulata}

Il bilancio può farsi nel totale o sulle diverse frazioni

• M_in = M_out + M_accumulata
• M_bin = M_{b out} + M_{b accumulata}

Il bilancio in massa si fa in kg

Se ho un volume lo devo convertire in massa

Vi inserirei la dimostra

1000 : 10 = 80 kg buccia

1000 - 80 = 920 kg patate senza buccia

920 kg

bilancio di materia

wu = pf • x = pu • x

bilancio totale

wf • xf = wu • x

100;Con = 0,61

ES. PROVA ESAME umidificata

77% u.m. solidi: 11% 0,11

20% unità soluti: 12% 0,12

3% zucchero 100% 1

bilancio solidi immutato (in entrata)

1,09x0,11 + 2,0x0,12 + 3,1x1 = 100x_s

13,87 = 100x_s

x_s = 13,87/100 = 0,14

c.o: 1500x0,14 = ṁ_e 0,46

ṁ = 1500x0,14 / 0,46 = ṁ 0,46 kg

t^x_f = ṁ^x + ṁ_vx_n

ṁ_n = 1500 - 456,5 = 1043,5 kg