MODULO: MATEMATICA APPLICATA

(SSD MAT/08, 60 ore, 6 CFU, Base)

MODULO: CALCOLI DI INGEGNERIA DI PROCESSO

(SSD ING-IND/26, 60 ore, 6 CFU, Caratterizzante)

Obiettivi formativi

L’insegnamento di “Calcoli di ingegneria di processo” ha come obiettivo generale far acquisire allo studente conoscenze, competenze e abilità coerenti con gli obiettivi formativi del corso di laurea. In particolare, attraverso la frequenza del corso, in accordo ai Descrittori di Dublino, lo studente dovrà acquisire:

Capacità di applicare la conoscenza e capacità di comprensione
Lo studente, dopo aver acquisito la conoscenza dei metodi numerici per la soluzione di modelli matematici tipici dell’ingegneria chimica, dovrà essere in grado di implementare tali metodi in un linguaggio di programmazione.

Autonomia di giudizio
Viene sviluppata e rafforzata l’autonomia di giudizio, grazie alla quale lo studente sarà in grado di leggere ed analizzare criticamente ed in modo autonomo la soluzione numerica ottenuta e verificare che questa sia fisicamente accettabile.

Abilità comunicative
Attraverso il seguente corso, lo studente sarà in grado di comunicare in modo efficace i risultati ottenuti all’interno del lavoro di gruppo attraverso esercitazioni svolte in aula.

Capacità di apprendere
Lo studente svilupperà la capacità di studiare ed analizzare testi tecnici sugli argomenti del corso in modo autonomo, al fine di avere un continuo aggiornamento e acquisire nuove conoscenze e competenze.

Prerequisiti

Al fine di seguire il corso con profitto, sono necessarie conoscenze dell’analisi matematica e dei metodi numerici per la soluzione di equazioni. Saranno fondamentali le nozioni acquisite nel corso di “Matematica applicata” erogato nel primo semestre. Il corso di “Matematica applicata” e “Calcoli di ingegneria di processo” costituiscono infatti il corso integrato di “Analisi numerica e applicazioni di ingegneria chimica”

Contenuti

Il programma di tale corso è articolato in 60 ore, di cui 26 ore di esercitazione. Le principali tematiche del corso sono le seguenti:

- Introduzione al corso. Dal continuo al discreto. Tipologie di errori.
- Richiamo di linguaggi di programmazione.
- Soluzione di modelli monodimensionali non lineari statici.
- Soluzione di modelli multidimensionali non lineari statici.
- Soluzione di modelli di sistemi che contengono funzioni integrali.
- Soluzione di modelli di sistemi che generano a equazioni o sistemi di equazioni differenziali ordinarie.
- Soluzione di modelli di sistemi che generano a equazioni differenziali ordinarie del secondo ordine.

(SSD ICAR/08, 60 ore, 6 CFU, Affine)

Obiettivi formativi

Gli obiettivi formativi del Corso di Meccanica dei Solidi sono definiti coerentemente con quanto riportato nella scheda SUA CdS e, più in dettaglio, possono essere descritti secondo quanto segue:
- Conoscenze e comprensione: lo studente al termine del Corso avrà conoscenze di argomenti inerenti le basi teorico-applicative dei metodi della meccanica dei solidi e delle strutture e dalla resistenza dei materiali. L'insegnamento sviluppa, in successione agli insegnamenti di base a contenuto matematico impartiti nei primi due anni, le conoscenze caratterizzanti della meccanica dei materiali e delle strutture. Prepara in questo modo agli sbocchi progettuali. Il corso sviluppa con rigore le basi della disciplina; chiarisce il significato fisico dei modelli introdotti, indicandone i limiti; e rende l’allievo capace di operare in modo pratico su tutti gli argomenti trattati. In particolare, lo conduce a studiare sistemi rigidi, sistemi deformabili a comportamento elastico lineare ed a valutare il comportamento meccanico dei materiali e la loro resistenza.
- Capacità di applicare le conoscenze e comprensione: l'obiettivo formativo del corso è quello di rendere l'allievo capace di
1. valutare lo stato di sollecitazione e di deformazione in un solido;
2. verificare la resistenza meccanica di un mezzo continuo;
3. selezionare i materiali necessari per le diverse applicazioni ingegneristiche;
- Autonomia di Giudizio: le nozioni acquisite, in campo teorico e applicativo, consentiranno allo studente di essere consapevole della rilevanza e della potenziale complessità del comportamento meccanico macroscopico dei mezzi continui e delle sue connessioni con la struttura microscopica dei materiali; dell'importanza di una corretta impostazione del problema della deformazione elastica di un corpo e della necessità di risolverlo correttamente e con strumenti adeguati.
- Abilità Comunicative: lo studente acquisirà la capacità di comunicare, esprimere ed argomentare da un punto di vista tecnico relativamente alle proprietà meccaniche dei solidi elastici e dei diversi materiali. Lo studente sarà in grado di dedurre modelli costitutivi semplificati a partire da materiali reali e di descrivere da un punto di vista quantitativo le loro prestazioni meccaniche.
- Capacità di apprendimento: lo studente apprenderà metodologie e strumenti di tipo teorico numerico relativi alla meccanica dei solidi e alla teoria dell’elasticità, quali modelli costitutivi, curve sforzo/spostamento, calcolo della tensione superficiale in un mezzo elastico.

Prerequisiti

L'insegnamento si colloca nel terzo anno del corso di laurea in Ingegneria Chimica ed è necessario possedere le conoscenze impartite nella scuola secondaria superiore nonché negli insegnamenti di base a contenuto matematico del primo anno.
In maggiore dettaglio:
A. Prerequisiti di Fisica:
A-1. Dimensioni e unità di misura;
A-2. Vettori: operazioni fondamentali e formulazione mediante vettori di problemi meccanici.
B. Prerequisiti matematici:
B-1 Funzioni elementari e loro grafici;
B-2 Trigonometria;
B-3 Vettori e geometria analitica;
B-4 Matrici, sistemi di equazioni algebriche lineari, autovalori e autovettori;
B-5 Derivate e studio di funzioni;
B-6 Integrali;
B-7 Equazioni differenziali ordinarie.Tutti i prerequisiti sono efficacemente esposti nei testi B-1 e B-2 indicati in bibliografia.
Tutti i prerequisiti sono efficacemente esposti nei testi B-1 e B-2 indicati in bibliografia.

Contenuti

Introduzione: definizione di Scienza delle Costruzioni, elementi della meccanica del continuo, vincoli, carichi esterni, materiale. (4 ore di lezione)
Ripasso di elementi di fisica e matematica: trigonometria, sistemi di equazioni, equazioni differenziali, integrali, studio di funzioni, operatori differenziali (4 ore di esercitazione)
Sistemi di forze: forze e momenti, sistemi di forze equivalenti, coppie. (4 ore di lezione ed esercitazione)
Introduzione al comportamento dei materiali: analisi sperimentale, provini standardizzati, comportamento elastico, plastico, viscoso, dinamico, effetti termici, definizione di deformazione e sollecitazione, rigidezza, resistenza e deformazione plastica, prove mono-assiali e biassiali. (4 ore di lezione)
Analisi della deformazione: cinematica dei piccoli spostamenti, componenti di moto rigido e di deformazione, componenti e direzioni principali della deformazione, condizioni di congruenza esterna ed interna. Esempi (6 ore di lezione ed esercitazione)
Analisi della tensione: forze e tensioni in un mezzo tridimensionale, proprietà puntuali dello stato di tensione (tensore degli sforzi, componenti e direzioni principali di sforzo, invarianti del tensore, rappresentazione di Mohr, stati piani di sforzo), equazioni indefinite di equilibrio e condizioni di equilibrio al contorno. Esempi. (6 ore di lezione ed esercitazione)
ll comportamento meccanico dei materiali: elasticità, plasticità, viscoelasticità, comportamento dinamico. La determinazione sperimentale del comportamento dei materiali. Leggi fondamentali dell’elasticità: legge costitutiva elastica, lineare ed isotropa, legge di Hooke costanti di Lamé, significato ingegneristico delle costanti elastiche. Mezzi elastici anisotropi e nonlineari, relazione fra costanti elastiche e proprietà microscopiche in mezzi cristallini. Scelta dei materiali e diagrammi di Ashby. Esempi ed applicazioni (6 ore di lezione)
ll problema elastico. Risoluzione di un problema al contorno in forma analitica e numerica (metodo degli elementi finiti). (4 ore di lezione ed esercitazione)
Elementi di teoria delle travi: equazioni cardinali della statica, definizione di vincoli lisci e bilateri interni ed esterni, vincoli semplici, doppi e tripli. (3 ore di lezione)
Strutture isostatiche: determinazione delle reazioni vincolari (metodo algebrico, metodo delle equazioni ausiliarie, principio dei lavori virtuali). (3 ore di lezione)
Caratteristiche della sollecitazione: sforzo normale, sforzo tagliante, momento flettente e momento torcente, diagrammi delle azioni interne (equazioni indefinite di equilibrio e metodo diretto). (4 ore di lezione ed esercitazione)
Il problema di De Saint-Venant: sforzo normale centrato, flessione retta e deviata, taglio, torsione. (6 ore di lezione ed esercitazione)
Criteri di resistenza: Grashov, Galileo-Rankine, Tresca, von Mises, Mohr Coulomb. (6 ore di lezione ed esercitazione)

(SSD ING-IND/35, 60 ore, 6 CFU, Caratterizzante)

Obiettivi formativi

Il corso ha lo scopo di fornire le competenze di base dell’ingegneria economico-gestionale afferenti agli investimenti d’impresa e alla loro sostenibilità economico-finanziaria. In particolare, il corso mira a fornire le nozioni di base delle modalità di prestito nonché di rimborso dei capitali, dell’analisi degli investimenti nel settore privato e pubblico, della finanza di progetto (project financing), delle tecniche di partenariato pubblico-privato, del bilancio d’impresa e dei diversi sistemi di tassazione in Italia.
I metodi didattici dell’insegnamento consentiranno agli studenti:
- di acquisire le suddette competenze di base, di comprendere le strutture e le valutazioni economico-finanziarie dei progetti d’investimento nel settore privato e pubblico nonché la sostenibilità degli stessi progetti nei rispettivi ambiti di realizzazione;
- di applicare le conoscenze di base e le comprensioni acquisite nei diversi contesti di settore, con il supporto dell’abilità di problem-solving e degli strumenti quantitativi di base acquisiti;
- di sviluppare una propria autonomia di giudizio in relazione alla valutazione economico-finanziaria dei progetti d’investimento;
- di sviluppare le proprie capacità comunicative, in relazione alle conoscenze di base e comprensioni acquisite, anche con l’ausilio di strumenti grafici e matematici.
Infine, l’esame finale consentirà la verifica della capacità di apprendimento degli studenti.

Prerequisiti

In riferimento al vigente Regolamento Didattico del Corso di Laurea in Ingegneria Chimica per l’Innovazione e la Sostenibilità dei Processi, non sono previste propedeuticità ufficiali.

Contenuti

- Elementi introduttivi: i problemi di scelta; gli investimenti e i costi; la remunerazione del denaro non disponibile.
- L’interesse: l’operazione di prestito; il diagramma dei flussi di cassa; l’interesse semplice; l’interesse composto; il tasso d’interesse annuo nominale (TAN); il tasso d’interesse effettivo.
- I principi di equivalenza economico-finanziaria: il concetto di equivalenza; il calcolo dell’equivalenza con un solo fattore; il calcolo dell’equivalenza con più fattori; l’utilizzo dell’interpolazione lineare; le tavole finanziarie.
- I mutui: la tipologia add-on; la tipologia ipotecaria; i mutui a tasso d’interesse fisso; i mutui a tasso d’interesse variabile; il saldo di un mutuo; la bolla finanziaria dei mutui subprime.
Le obbligazioni: le opportunità d’investimento; obbligazioni e azioni a confronto; le obbligazioni a cedola zero; le obbligazioni con cedola di pagamento determinato dagli interessi; i project bonds.
L’inflazione: l’indice dei prezzi; il tasso d’inflazione; gli effetti sui flussi di cassa.
L’analisi degli investimenti nel settore privato: le decisioni d’investimento; la metodologia contabile; la metodologia finanziaria; il periodo di recupero del capitale; il valore attuale netto (VAN); il valore futuro; l’equivalente annuo; il tasso interno di rendimento (TIR); il tasso di rendimento minimo attraente; il costo medio ponderato del capitale; la classificazione dei progetti d’investimento; la scelta tra le diverse alternative d’investimento: i confronti basati sui valori totali e incrementali; il confronto tra alternative d’investimento di durata diversa.
Gli investimenti nel settore pubblico: l’amministrazione pubblica e il benessere sociale; l’analisi costi-benefici: il rapporto aggregato, il rapporto netto e il rapporto di Lorie-Savage; l’analisi costo-efficacia: il metodo del costo fisso e il metodo dell’efficacia fissa.
Il bilancio d’impresa: le caratteristiche e la struttura del bilancio d’esercizio; lo stato patrimoniale; il conto economico.
I sistemi di tassazione in Italia: le principali imposte del sistema tributario italiano; l’imposta sui redditi delle persone fisiche (IRPEF); l’imposta sui redditi delle società (IRES); l’imposta sul valore aggiunto (IVA): il metodo base da base e il metodo imposta da imposta.
La finanza di progetto (project financing): il concetto di redditività; la tipologia di opere realizzabili; la sostenibilità economico-finanziaria; il partenariato pubblico-privato; i riferimenti normativi; il test di viabilità; l’analisi economico-finanziaria; gli indicatori di redditività; gli indicatori di copertura del debito; il modello economico-finanziario.

(SSD ING-IND/26, 90 ore, 9 CFU, Caratterizzante)

Obiettivi formativi

Attraverso la frequenza del corso, lo studente dovrà acquisire:
- Conoscenza e capacità di comprensione
Conoscenza e comprensione dei metodi necessari la progettazione e sintonizzazione di un sistema di controllo SISO.
- Conoscenza e capacità di comprensione applicate
Comprensione delle problematiche legate al controllo delle più comuni apparecchiature dell’industria di processo.
- Autonomia di giudizio
Abilità nell’analizzare una situazione reale di controllo di processo SISO.
- Capacità di apprendere autonomamente
Capacità di studio autonomo ed analisi di testi tecnici sugli argomenti del corso.

Prerequisiti

Conoscenze: dell’analisi matematica. fisica e geometria, della termodinamica, delle reazioni chimiche e delle principali unità industriali (colonne di distillazione, e reattori).
Abilità: di derivare un modello per un sistema.

Contenuti

Introduzione al Corso: necessità del controllo. Il controllo in retroazione: concetti di base ed elementi costitutivi (3 ore).
Indici di qualità dei sistemi di misura. Strumentazione per la misura di: portate, temperature, pressioni, composizione. Sistemi di attuazione: valvole pneumatiche (6 ore)
Controllori PID: azione proporzionale, integrale e derivativa (6 ore).
Funzioni di trasferimento, con cenni sulle trasformate di Laplace. Identificazione di processi attraverso sperimentazione in campo: stimolo risposta (9 ore + 6 ore di esercitazione).
Criteri statici e dinamici per la progettazione di sistemi di controllo. Semplici regole per la sintonizzazione dei controllori PID (6 ore + 3 ore di esercitazione).
Funzioni di trasferimento ad anello chiuso e verifica della stabilità: criterio di Routh-Hurwitz e luogo delle radici (6 ore + 3 ore di esercitazione).
Analisi dinamica dei sistemi in frequenza (9 ore + 3 ore di esercitazione).
Criterio di stabilità ad anello chiuso: Bode (3 ore + 3 ore di esercitazione)
Progettazione controllore in frequenza (anello chiuso) (6 ore + 3 ore di esercitazione).
Altri tipi di controllori, cenni su: controllo in cascata, di rapporto, split-range, feedforward, inferenziale (6 ore + 3 ore di esercitazione).
Configurazione controllori in retroazione per unità industriali presenti nel territorio sardo, quali: scambiatori, serbatoi, forni, reattori, colonne di distillazione (6 ore).

(SSD ING-IND/22, 90 ore, 9 CFU, Caratterizzante)

Obiettivi formativi

Gli obiettivi formativi del corso di Ingegneria dei materiali metallici sono quelli di far acquisire allo studente conoscenze, abilità e competenze fondamentali nell’ambito della scienza dei materiali metallici e delle leghe metalliche. In particolare, verranno messe in luce le relazioni tra struttura e proprietà fisico-meccaniche.
Al termine del corso lo studente conoscerà
- i processi di formazione dei materiali studiati;
- le caratteristiche in funzione della composizione e della struttura;
- l’utilizzo di materiali differenti per diverse applicazioni nell’ingegneria tradizionale e avanzata.
Inoltre, lo studente avrà:
- la capacità di applicare conoscenza e comprensione per risolvere problematiche applicative del settore;
- autonomia di giudizio per valutare criticamente i risultati delle prove sperimentali illustrate per la caratterizzazione dei materiali metallici e delle leghe metalliche;
- l’abilità comunicativa per esprimere chiaramente e con linguaggio specifico del settore i concetti tecnici illustrati durante il corso;
- la capacità di integrare diverse fonti bibliografiche per completare la conoscenza sugli argomenti del corso.

Prerequisiti

Lo studente dovrà avere dei prerequisiti di Chimica, Fisica, Analisi Matematica e Scienza dei Materiali a livello universitario.

Contenuti

I contenuti: struttura cristallina dei materiali metallici; solidificazione di un fuso metallico; diagrammi di fase; diagrammi di fase delle leghe metalliche; leghe metalliche per applicazioni ingegneristiche; classificazione e nomenclatura; caratterizzazione dei materiali metallici e delle leghe metalliche; proprietà meccaniche delle leghe metalliche; proprietà fisico-chimiche delle leghe metalliche; trattamenti termici delle leghe metalliche per il miglioramento delle proprietà; leghe metalliche a memoria di forma; leghe metalliche nanostrutturate; processi di fabbricazione dei materiali nanostrutturati; proprietà delle leghe nanostrutturate.

MODULO: FONDAMENTI DI SCIENZA DEI MATERIALI

(SSD ING-IND/22, 60 ore, 6 CFU, Caratterizzante)

MODULO: TECNOLOGIE APPLICATE

(SSD ING-IND/22, 60 ore, 6 CFU, Affine)

Obiettivi formativi

Gli allievi acquisiranno le nozioni fondamentali sulla struttura e sul comportamento delle diverse categorie di materiali di interesse tecnologico, nonché sui meccanismi di degrado nelle specifiche condizioni d’uso e sulle tecniche di trasformazione e lavorazione. Lo studio dei materiali avverrà attraverso la comprensione profonda delle relazioni che intercorrono tra struttura e proprietà.
Conoscenza e comprensione: conoscenza dei diversi tipi di materiali industrialmente utilizzati, delle loro principali proprietà e nozioni di base sulle tecniche e processi di lavorazione.
Capacità di applicare Conoscenza e comprensione: il corso favorirà la formazione di personalità in grado di gestire le diverse tipologie di materiali nelle loro applicazioni tecniche e di affrontare in maniera critica la risoluzione dei problemi pratici derivanti dal loro utilizzo e lavorazione.
Autonomia di giudizio: sviluppo delle capacità di valutazione e scelta dei materiali in funzione delle specifiche applicazioni e utilizzo.
Abilità comunicative: capacità di comunicare ed esprimere problematiche inerenti diverse categorie di materiali, la loro struttura e proprietà, attraverso l'uso di linguaggio e termini appropriati e tali da permettere una sicura comunicazione con interlocutori di diversificata formazione.
Capacità di apprendimento: le conoscenze acquisite contribuiranno allo sviluppo di capacità di apprendimento autonomo.

Prerequisiti

Lo studente deve possedere le conoscenze impartite nei Corsi di Matematica, Chimica, Fisica.

Contenuti

Fondamenti di scienza dei materiali

Classificazione dei materiali. Relazione struttura-proprietà-processo di fabbricazione-prestazioni dei materiali.
La struttura cristallina e imperfezioni nei solidi.
Diffusione nei solidi Diffusione stazionaria e non stazionaria (I e II legge di Fick).
Meccanismi di indurimento. Dislocazioni e deformazione plastica. Deformazione plastica nei policristalli. Meccanismi di indurimento per formazione di una soluzione solida, per riduzione della dimensione del grano cristallino. Incrudimento. Recupero, ricristallizzazione e ingrossamento del grano.
Proprietà meccaniche dei metalli. Comportamento Sforzo-Deformazione. Deformazione plastica. Prove di trazione. Deformazione a compressione, taglio, torsione. Durezza. Rottura dei metalli. Fatica. Creep e creep a rottura.
Solidificazione. Nucleazione omogenea. Nucleazione eterogenea. Accrescimento dei nuclei. Struttura dei grani. Solidificazione di un monocristallo. Lavorazione dei metalli e applicazioni.
Diagrammi di fase. Regola delle fasi di Gibbs. Leghe binarie isomorfe. Regola della leva. Solidificazione di non equilibrio. Leghe binarie eutettiche, peritettiche, monotettiche. Trasformazioni eutettoidiche, monotettiche. Diagrammi con fasi e composti intermedi.
Ceramici Classificazione. Struttura e Imperfezioni. Lavorazione e applicazioni.
Vetri e Argille
Compositi. Compositi rinforzati con particelle. Compositi rinforzati per dispersione. Compositi fibro-rinforzati. Compositi a matrice polimerica, metallica, ceramica. Processi produttivi.

Tecnologie applicate

Durabilità del calcestruzzo armato. Carbonatazione, corrosione da cloruri, importanza della permeabilità del CLS. Metodi non distruttivi per localizzare la corrosione in CLS.
Corrosione e protezione dei metalli. Natura elettrochimica della corrosione. Serie dei potenziali standard. Equazione di Nerst. Celle galvaniche. Velocità di corrosione e legge di Faraday. Termodinamica e cinetica delle reazioni di elettrodo, teoria dell’elettrodo misto, polarizzazione. Forme di corrosione, Passività e corrosione localizzata. Aspetti metallurgici della corrosione.
Corrosione e protezione in ambienti naturali. Atmosfera: umidità relativa critica, tempo di bagnato, contaminanti atmosferici, microambienti. Acqua di mare: salinità, pH e solubilità dell’ossigeno, zone di corrosione. Corrosione in strutture interrate.
Altre categorie di materiali avanzati. Scienza dei Materiali e sostenibilità. Economia circolare e processi di sintesi innovativi.

Materiali polimerici

(SSD CHIM/04, 60 ore, 6 CFU, Affine)

Obiettivi formativi
Lo studente otterrà le conoscenze necessarie di base sulla scienza e tecnologia dei polimeri, partendo dalla base delle reazioni di polimerizzazione e dalle relazioni struttura-proprietà con la loro caratterizzazione, per poter affrontare la discussione sui processi di lavorazione e su alcune applicazioni tecnologiche di tali materiali.

Prerequisiti
Lo studente deve aver acquisito una buona preparazione nei corsi di Chimica I e Fondamenti di Scienza dei Materiali. Il corso offre comunque una prima parte di azzeramento sulla scienza dei polimeri.

Contenuti
Introduzione alla classificazione dei materiali polimerici.
Reazioni di polimerizzazione: Poliaddizione, policondensazione reazioni e cinetica, polimerizzazione metallo-coordinata con catalizzatori di Ziegler-Natta, tecniche industriali di polimerizzazione.
Polimeri in soluzione e stato fuso-viscosità: il segmento statistico. il raggio di girazione. termodinamica delle soluzioni e teoria di Flory-Huggins. Determinazione del peso molecolare. Definizione e misura della viscosità.
Struttura supermolecolare: stato amorfo e stato cristallino. Morfologia dei cristalli polimerici: lamelle e sferuliti, condizioni di stereoregolarità, condizione cinetica e condizione termodinamica per la formazione di cristalli polimerici. Polimeri amorfi e transizione vetrosa. Reticolazione dei materiali termoindurenti. Polimeri termoplastici, termoindurenti, elastomeri.
Correlazione tra struttura e proprietà; Proprietà termiche; Viscoelasticita’ e Proprietà meccaniche. Tecniche di caratterizzazione.
Classificazione dei polimeri per diverse applicazioni: Commodities, Tecnopolimeri, Polimeri avanzati.
Polimeri naturali, biopolimeri, polimeri per il campo biomedico.
Polimeri conduttori, polimeri in campo elettronico e energia.
Introduzione alle tecniche di lavorazione classiche e innovative.
Principi di Degradazione e Riciclo.

MODULO: INGEGNERIA ALIMENTARE

(SSD ING-IND/24, 60 ore, 6 CFU, Caratterizzante)

Obiettivi formativi

In questo corso gli studenti acquisiranno i concetti di base per la modellistica computazionale del trasporto di energia e materia applicati all'analisi e alla progettazione di processi alimentari principalmente nel settore oleario, lattiero-caseario e vitivinicolo. Il software Polymath e Matlab verranno impiegati per la soluzione di problemi dell'ingegneria alimentare che richiedono metodi numerici.

Prerequisiti

I prerequisiti sono indicati nel regolamento didattico del corso. In particolare, sono essenziali le conoscenze per il primo anno di tutti gli insegnamenti e per il secondo anno di calcoli di matematica applicata e ingegneria di processo e dei fenomeni dei trasporti.

Contenuti

1) Applicazioni dei bilanci di materia nel settore alimentare
Trasporto di materia in reattori discontinui e continui; cinetica e stechiometrica delle reazioni chimiche; diffusione in soluzioni, sospensioni ed in solidi; equilibri di fase; trasporto di materia in condizioni di stato stazionario e non stazionario (soluzioni analitiche e numeriche), coefficienti di trasferimento di materia; diffusione con convezione e reazione biochimica, diffusione di gas in mezzi porosi nei processi alimentari; trasporto di materia e confezionamento di prodotti alimentari. Gli esempi pratici di applicazione dei bilanci di materia al settore alimentare saranno i seguenti.
Concentrazione in continuo di un succo. Miscelazione di ingredienti con vincoli di composizione. Dissalazione di ortaggi in salamoia. Concentrazione di una corrente in un processo con ricircolo. Tempo di lavaggio di un serbatoio alimentare. Calcolo della portata di alimentazione per realizzare in un tempo assegnato il cambio di formulazione in un processo in continuo. Scale-up di un processo per la produzione di lieviti. Calcolo di dati per etichetta nutrizionale. Produzione di lieviti in un fermentatore continuo. Accrescimento di lieviti nella panificazione. Abbattimento di microrganismi durante un trattamento termico. Tra gli esempi pratici di applicazione dei modelli di trasporto di materia saranno affrontati i seguenti esempi. Valutazione della superficie di una confezione. Disincrostazione mediante convezione forzata. Calcolo della diffusività dell’acqua da dati di calo peso. Determinazione dei tempi di essiccamento di un alimento in regime diffusivo. Calcolo della velocità di essiccazione in regime convettivo.
2) Applicazioni dei bilanci di quantità di moto nel settore alimentare
Liquidi Newtoniani e non. Regime di moto dei fluidi. Moto di un liquido in un piano inclinato. Drenaggio dei liquidi lungo superfici verticali. Trasporto di un liquido Newtoniano in un condotto cilindrico. Scorrimento di un liquido in un mezzo poroso. Le applicazioni al settore alimentare riguarderanno i seguenti processi/fenomeni. Calcolo della portata volumetrica per ottenere condizioni di moto laminare. Progettazione di un impianto di degassaggio. Calcolo dello spessore di copertura di un prodotto dolciario.
3) Applicazioni dei bilanci di energia nel settore alimentare.
Bilanci di energia meccanica. Trasporto di calore: conduzione e convezione in stato stazionario e non stazionario (soluzioni analitiche e numeriche) con applicazioni nel settore alimentare; scambiatore di calore; scambio di calore convettivo in processi alimentari: liquidi in ebollizione, tra fluidi e alimenti solidi; trasporto per irraggiamento con onde elettromagnetiche: interazione tra un'onda elettromagnetica e un corpo; applicazioni del trasporto di calore per radiazione nei processi alimentari; analisi del profilo temporale o spaziale della temperatura di alimenti in fase liquida e solida. Le applicazioni al settore alimentare dei bilanci di energia riguarderanno i seguenti processi/fenomeni. Determinazione della potenza di una pompa per l’alimentazione di un impianto di riempimento. Valutazione del tempo di chiarificazione dell’acqua. Calcolo della velocità del rotore di una centrifuga per la scrematura del latte. Stima del calore specifico di un alimento in base alla sua composizione. Valutazione  dell’energia necessaria per un la progettazione di un impianto di refrigerazione. Determinazione della temperatura iniziale di un mezzo di cottura.
Concentrazione di una purea in un evaporatore flash. Riscaldamento di alimenti in forno a microonde. Cinetica di riscaldamento dell’acqua in un boiler. Calcolo del tempo di raffreddamento di un alimento. Previsione del tempo di cottura di un tacchino.

MODULO: CHIMICA DEGLI ALIMENTI

(SSD CHIM/10, 48 ore, 6 CFU, Affine)

Obiettivi formativi

1) Conoscenza e capacità di comprensione dei nutrienti e di altri composti intrinseci o estranei alla composizione dell’alimento che presentato aspetti positivi, oppure rappresentano un rischio per la salute del consumatore. L’insegnamento indirizza alla conoscenza e alla comprensione della struttura chimica, delle caratteristiche chimico/fisiche e dell’effetto sull’organismo umano sia dei costituenti degli alimenti che l’organismo utilizza a scopo energetico (LARN; kcal; kJ) e/o protettivo, sia delle sostanze indesiderabili e la conoscenza dei parametri tossicologici quali, NOEL, ADI, TL, MRL.
2) Capacità di applicare conoscenza e comprensione (competenze). Lo studente acquisirà la capacità di approcciare l’alimento, come fonte di nutrienti con varie funzioni (energetica, plastica e regolatoria), ma consapevole che esso può veicolare sostanze dannose, di origine naturale o indotta (xenobiotici), che rappresentano un rischio potenziale o scientificamente dimostrato per la salute del consumatore. Lo studente sarà in grado di calcolare, sia il valore energetico dell’alimento che di valutarne la reale tossicità avvalendosi dei parametri quali-quantitativi studiati.
3) Autonomia di giudizio: l’apprendimento dei concetti fondamentali della chimica degli alimenti andrà a consolidare la cultura scientifica dello studente e dunque gli consentirà l’elaborazione autonoma di giudizio nellinterpretazione di dati sperimentali così come nell’approfondimento delle proprie conoscenze sia nel proprio ambito di lavoro che al di fuori di esso.
4) Abilità comunicative: acquisizione della capacità di esporre e spiegare, in maniera semplice ma rigorosa con un linguaggio tecnico appropriato le caratteristiche nutrizionali degli alimenti, del loro effetto sull’organismo umano e in generale della sicurezza degli alimenti.
5) Capacità di apprendimento: acquisizione della capacità di collegare e integrare le conoscenze apprese con quelle fornite nei corsi precedenti e successivi.

Prerequisiti

Conoscenze approfondite di Chimica Generale ed Inorganica.

Contenuti

PARTE GENERALE
Glucidi negli alimenti: mono-di-oligo e polisaccaridi. Polialcoli. Potere edulcorante. Indice Glicemico. Carico glicemico. Idrolisi dell’amido.
Fibra alimentare: polisaccaridi non amilacei, polisaccaridi non cellulosici, lignina. Fibra solubile e fibra insolubile.
Proteine negli alimenti: aminoacidi, legame peptidico, oligopeptidi, peptoni, polipeptidi. Punto Isoelettrico. Qualità delle proteine (complete e incomplete): Indice Chimico, Digeribilità, Valore Biologico, Utilizzazione Proteica Netta
Lipidi negli alimenti: acidi grassi, trigliceridi semplici e misti. L’insaponificabile. Prostaglandine. Lipidi complessi: Fosfolipidi e Glicolipidi.

Digestione degli alimenti.
Sali minerali: proprietà chimico-fisiche, funzioni e fabbisogni.
Vitamine liposolubili e idrosolubili: proprietà chimico-fisiche, funzioni e fabbisogni.
Acqua: proprietà peculiari dell’acqua, l’acqua negli alimenti, coefficiente di attività dell'acqua (Aw), acqua potabile, acqua minerale.
Parametri che influenzano il deterioramento degli alimenti.
Alterazione degli alimenti: putrefazioni, denaturazioni, imbrunimenti chimici ed enzimatici, inacidimento, rancidità biochimica, irrancidimento ossidativo, alterazioni a carico della glicerina.
Additivi alimentari:
Impieghi e requisiti degli additivi alimentari. Aspetti legislativi
I conservanti propriamente detti.
Additivi alimentari impiegati in base al rapporto rischio/beneficio.
Residui di Agrofarmaci.
Fase di selezione e di sviluppo di un antiparassitario.
Documentazione per la registrazione dei presidi sanitari.
Residui di agrofarmaci negli alimenti e nei prodotti di trasformazione.
Schema per la valutazione della tossicità degli agrofarmaci e soglia di sicurezza.
Requisiti vecchi pesticidi e nuovi Principi Attivi.

Progettazione di sistemi industriali
(SSD ING-IND/17, 60 ore, 6 CFU, Caratterizzante)

Obiettivi formativi
Il corso affronta lo studio della progettazione dei sistemi industriali.
Al termine del corso lo studente avrà appreso le nozioni di base relative alla progettazione degli impianti industriali, sia della componente produttiva sia di quella di servizio.
Inoltre, lo studente acquisirà le competenze necessarie per capire, governare e pianificare le principali attività industriali, con particolare riferimento al funzionamento degli impianti produttivi. Lo studente dovrà essere in grado di impostare il progetto dei principali impianti e illustrarne i risultati. Infine, dovrà acquisire la capacità di utilizzare le conoscenze fondamentali e i metodi di analisi appresi per l’approfondimento della materia a livello superiore con particolare riferimento alla progettazione di sistemi più complessi ed efficienti, e alla scelta delle tecnologie più avanzate e sostenibili in via di sviluppo.

Prerequisiti
Conoscenze di base di impianti meccanici.

Contenuti

- Asset management: pianificazione, progettazione, realizzazione, manutenzione, lean management, dismissione.

- Industria 4.0: cenni storici, dalla produzione di massa alla personalizzazione di massa, tecnologie abilitanti, Piano Nazionale Impresa 4.0.

- Produzione industriale: classificazione, modelli, metodi di rappresentazione, casi applicativi, ERP

- Sistemi generali: definizioni, sistemi di accumulo dei fluidi, accumulo del freddo, piping, isolamento termico, regolazione e valvole, bilanci di materia, bilanci di energia

- Packaging: classificazione, metodi, unità di carico, pallet, materiali, rifiuti, reverse logistics.

- Magazzini: definizione, tipologie, disposizione materiali, gestione delle scorte, dimensionamento.

- Material handling: mezzi di contenimento, dispositivi di sollevamento, carroponti, gru, carrelli, trasportatori a catena, AGV, trasportatori a rulli, trasportatori a nastro, elevatori, coclea, trasportatori pneumatici.

- Climatizzazione: richiami di psicrometria, diagramma di Mollier, trasformazioni elementari, ciclo di riscaldamento e raffreddamento, componenti d’impianto.

- Aria compressa: trasformazioni dell’aria, componenti d’impianto.

- Illuminazione: grandezze fotometriche, componenti d’impianto, dimensionamento, verifica.

MODULO: MICROBIOLOGIA

(SSD BIO/19, 40 ore, 4 CFU, Affine)

Obiettivi formativi

Il corso ha lo scopo di formare laureati di I livello con una solida conoscenza di base della biologia dei microrganismi, del loro ruolo nell'ambiente e delle potenzialità di impiego nei diversi settori della ricerca. Tali conoscenze rappresentano indispensabili presupposti per gli ulteriori approfondimenti nelle Lauree Magistrali e/o in Master professionalizzanti.

Contenuti

Introduzione.
Evoluzione e struttura delle cellule microbiche. I batteri Gram positivi e Gram negativi: caratteristiche generali (qui ho fatto sino alla membrana cellulare e meccanismi di trasporto compresi).
Struttura e sintesi del peptidogicano. La membrana esterna dei Gram: il lipopolisaccaride e le porine. Capsula e rivestimenti esterni.
appendici esterne e movimento batterico.
Corpi di inclusione; organizzazione del genoma nel nucleoide.
Replicazione, trascrizione e traduzione nei procarioti. Geni accessori: i plasmidi. Differenziamento cellulare. La endospora batterica.
Il processo di divisione cellulare nei batteri. Differenziamento nei procarioti e in Caulobacter crescentus. Meccanismi di ricombinazione e scambio genetico tra i batteri:  i fagi, trasformazione, coniugazione, trasduzione.
Composizione delle cellule e categorie nutrizionali.
Fattori che influenzano la crescita microbica.
Controllo e inibizione della crescita microbica. Evoluzione microbica e Ruolo microbico nell'evoluzione della vita sulla terra: la Terra primordiale e l’origine della vita.
Endombiosi. Cenni sui microrganismi eucarioti: protozoi, alghe, funghi e lieviti.
Biocomunicazione della cellula procariotica. Ambiente e ospite. Relazioni ospite-parassita: la flora microbica.
Metabolismo delle cellule microbiche. Processi energetici: respirazione, fermentazione, fotosintesi.
I microrganismi nei diversi comparti ambientali: aria, acqua, suolo, sedimenti.
Metodi di analisi di comunità microbiche e determinazione dell'attività microbica in natura.
Analisi delle comunità microbiche con metodi di molecolari indipendenti dalla coltivazione. Misurazione delle attività microbiche direttamente negli habitat naturali.
Meccanismi di patogenicità dei batteri. L'endotossina e le esotossine batteriche. Rischio microbiologico: principali agenti patogeni (Vibrio colerae).
Infezioni acquisite dall’ambiente attraverso ingestione di cibi o bevande.
Infezioni acquisite dall’ambiente attraverso ingestione di cibi o bevande, penetrazione percutanea e attraverso inalazione.
Elementi di Virologia. Caratteristiche generali, struttura e classificazione dei virus batterici e animali. Modelli di replicazione di batteriofagi virulenti e temperati.
Cicli di replicazione dei virus batterici T4, fx174, M13, MS2, lambda.
Modelli di replicazione dei virus animali a DNA e a RNA: poxvirus, herpes simplex virus, poliovirus, influenza virus, retrovirus. Viroidi e prioni.

MODULO: METODI DI IGIENE DEGLI ALIMENTI

(SSD MED/42, 24 ore, 2 CFU, Affine)

Obiettivi formativi

L’obiettivo di questo modulo di insegnamento è quello di fornire agli studenti le conoscenze e competenze sulla qualità e igiene degli alimenti. In particolare, è prevista l’acquisizione di conoscenze riguardanti le principali malattie a trasmissione alimentare, le tecniche di conservazione e trasformazione degli alimenti, il funzionamento dei sistemi di controllo per garantire la loro sicurezza e qualità igienico-sanitaria con riferimenti alla normativa nazionale e comunitaria.

Contenuti

Origine dei microrganismi negli alimenti. Classificazione funzionale dei microrganismi di interesse alimentare (patogeni, alteranti e protecnologici). Fattori ecologici che influenzano lo sviluppo dei microrganismi negli alimenti (fattori intrinseci, estrinseci, impliciti); Malattie a trasmissione alimentare: intossicazioni da enterotossine prodotte da Staphylococcus aureus e Clostridium botulinum, tossinfezioni da Cl. perfringens e Vibrio, Salmonellosi e da patogeni emergenti (E. coli patogeni, Listeria monocytogenes, Campylobacter).  Cenni su normativa in materia di sicurezza alimentare. Strategie generali di prevenzione in ambito alimentare: metodi di conservazione degli alimenti, fisici, chimici, naturali; Il sistema HACCP.