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Docente
ROBERTO ORRU' (Tit.)
Periodo
Primo Semestre 
Modalità d'Erogazione
Convenzionale 
Lingua Insegnamento
ITALIANO 



Informazioni aggiuntive

Corso Percorso CFU Durata(h)
[70/88]  INGEGNERIA CHIMICA E DEI PROCESSI BIOTECNOLOGICI [88/00 - Ord. 2020]  PERCORSO COMUNE 9 90

Obiettivi

Durante questo corso saranno studiati in dettaglio i principi che regolano il trasporto di materia, quantità di moto ed energia. Gli studenti impareranno ad applicare i bilanci locali in sistemi relativamente complessi dove sono presenti variazioni di concentrazione, velocità/pressione e temperatura nello spazio (fino a tre dimensioni) e nel tempo.
La valutazione quantitativa dei flussi di calore, materia e quantità di moto sarà effettuata, laddove possibile, impiegando opportuni strumenti analitici.

Conoscenza e capacità di comprensione
Grazie al rigore metodologico proprio della materia, lo studente matura competenze e capacità di comprensione tali da permettergli di:
- applicare i principi che regolano i trasferimenti di materia, quantità di moto e calore nell’ambito di una vasta gamma di applicazioni ingegneristiche
- individuare le condizioni ai limiti da associare alle equazioni differenziali che deriveranno dall'applicazione delle equazioni di bilancio ad una varia casististica di applicazioni pratiche
- valutare la dipendenza nel spazio (problemi multidimensionali) e nel tempo della concentrazione, velocità/pressione e temperatura nonché i flussi ad essi connessi
-analizzare criticamente i profili temporali e spaziali di concentrazione, temperatura e velocità/pressione come pure dei relativi flussi per sistemi fino a tre dimensioni

Capacità di applicare la conoscenza e capacità di comprensione
L’impostazione didattica prevede che la formazione teorica sia accompagnata da numerosi esempi applicativi di complessità crescente, che sollecitano la partecipazione attiva, l’attitudine propositiva, la capacità di elaborazione autonoma.

Autonomia di giudizio
Lo studio dei Principi di Ingegneria Chimica sviluppa la capacità di valutare i risultati, selezionare quali sono le informazioni rilevanti e quali approssimazioni sono appropriate.

Abilità comunicative
Lo svolgimento di esercitazioni in aula e la tipologia dell’esame (prova orale) richiede che lo studente acquisisca capacità di comunicare sia i risultati ottenuti sia i problemi incontrati.

Capacità di apprendere autonomamente
Il fornire le conoscenze di base dei Principi di Ingegneria Chimica permette allo studente di auto-apprendere applicando le informazioni acquisite nella risoluzione di problematiche anche non trattate a lezione.

Prerequisiti

Le propedeuticità obbligatorie sono indicate nel Regolamento Didattico del Corso di Studi. In particolare, sono richieste le conoscenze impartite nei corsi di base (1° livello) della matematica, chimica, della fisica, termodinamica e fondamenti dei fenomeni di trasporto.

Contenuti

Richiami di Fondamenti dei Fenomeni di trasporto (6h Lez. + 3h Es.):
Trasporto molecolare di materia, calore e quantità di moto. Bilanci macroscopici di materia, energia e quantità di moto.

Trasporto in moto laminare o nei solidi, in una dimensione (3h Lez. + 3h Es.):
Distribuzione delle velocità nel moto laminare: Bilancio di quantità di moto in uno strato; condizioni ai limiti. Esempi: film cadente; fluido in un tubo circolare; in una sezione anulare; fluidi immiscibili adiacenti; scorrimento intorno ad una sfera.

Distribuzione delle temperature nei solidi e nel moto laminare (6h Lez. + 3h Es.) :
Bilancio di energia in uno strato; condizioni ai limiti. Conduzione del calore: sorgente elettrica; sorgente nucleare; sorgente generata da dissipazione viscosa; sorgente costituita da una reazione chimica. Conduzione del calore in un’aletta di raffreddamento. Convezione forzata e convezione naturale

Distribuzione delle concentrazioni nei solidi e nel moto laminare (6h Lez. + 4h Es.):
Bilancio di materia in uno strato; condizioni ai limiti. Diffusione: attraverso un film gassoso stagnante; con reazione chimica omogenea e eterogenea; in un film cadente. Trasferimento di materia per convezione forzata.

Trasporto in un mezzo continuo qualsiasi (3h Lez.):
Equazioni di variazione per sistemi isotermici: Equazione di continuità. Equazione del moto. Equazione dell’energia meccanica.

Equazioni di variazione per sistemi non isotermici (4h Lez. +2h Es.):
Equazione dell’energia. Equazione del moto per la convezione naturale e forzata in sistemi non isotermici.

Equazioni di variazione per sistemi a più componenti (6h Lez.+3h Es.):
Equazioni di continuità per una miscela binaria. Equazioni di variazione in sistemi a più componenti in funzione dei flussi. Flussi in sistemi a più componenti in funzione delle proprietà di trasporto.

Trasporto nel moto laminare o nei solidi, con due variabili indipendenti (3h Lez.+2h Es.):
Distribuzione delle velocità con più di una variabile indipendente: Moto viscoso in regime variabile. Teoria dello strato limite: moto in prossimità di una parete in movimento; moto in prossimità del bordo anteriore di una lastra piana.

Distribuzione delle temperature in sistemi con più di una variabile indipendente (2h Lez.):
Conduzione del calore nei solidi in regime variabile. Conduzione del calore in regime stazionario nel moto laminare di un fluido viscoso. Teoria dello strato limite: trasmissione del calore per convezione forzata in regime laminare nel moto lungo una piastra piana riscaldata.

Distribuzione delle concentrazioni in sistemi con più di una variabile indipendente (6h Lez.+3h Es.):
Diffusione in regime variabile. Teoria dello strato limite per il trasporto materiale.

Trasporto nel moto turbolento (6h Lez.+2h Es.):
Distribuzione delle velocità nel moto turbolento. Fluttuazioni e quantità mediate nel tempo. Espressioni mediate nel tempo per le equazioni di variazione per un fluido incomprimibile. Tensioni di Reynolds. Lunghezza di mescolamento di Prandtl. Sviluppo della legge di distribuzione logaritmica per il moto in un tubo.

Distribuzione delle temperature nel moto turbolento (1h Lez.):
Fluttuazioni della T. Equazione dell’energia mediata nel tempo.
Distribuzione delle concentrazioni nel moto turbolento (2h Lez.):
Fluttuazioni della concentrazione. Equazione di continuità per un componente mediata nel tempo.

Trasporto per irraggiamento (6h Lez.+5h Es.):
Lo spettro delle radiazioni elettromagnetiche. Assorbimento ed emissione su superfici solide. Legge di distribuzione di Planck. Legge dello spostamento di Wien. Legge di Stefan Boltzmann. Irraggiamento tra corpi neri a diverse temperature. Fattori di vista. Irraggiamento tra corpi non neri a diverse temperature.

Metodi Didattici

La didattica verrà erogata prevalentemente in presenza, integrata e “aumentata” con strategie online, allo scopo di garantirne la fruizione in modo innovativo e inclusivo.

Il corso (90 ore complessive) risulta suddiviso tra lezioni frontali (60 ore) ed esercitazioni in aula (30 ore). Durante lo svolgimento delle lezioni frontali il docente tratterà gli aspetti teorici del corso, che saranno comunque sempre accompagnati da numerosi esempi applicativi. In questa fase il docente stimolerà gli studenti con domande inerenti all'argomento trattato, volte a verificare il grado di attenzione e di apprendimento degli stessi. Le esercitazioni in aula, svolte in gruppo o singolarmente, non prevedono, almeno inizialmente, alcun supporto da parte del docente, al fine di stimolare gli studenti a risolvere in modo autonomo le problematiche incontrate.

Verifica dell'apprendimento

L'esame finale sarà costituito da una prova orale in cui verrà affrontato un problema di trasferimento materiale, di calore e di quantità di moto, spesso accoppiati. Durante la prova lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di applicare le necessarie equazioni di bilancio, tipicamente a più dimensioni e di individuare le relative condizioni ai limiti.
Questo costituirà un requisito imprescindibile per il superamento dell'esame.
Una volta effettuate le eventuali approssimazioni, che andranno puntualmente giustificate, il problema posto, laddove possibile, dovrà essere risolto in forma analitica. La capacità di analisi critica dei risultati ottenuti sarà considerato il parametro discriminante per il raggiungimento di valutazioni progressivamente superiori a quella minima. Il massimo punteggio (30/30 e lode) verrà conseguito dagli studenti che, con riferimento ai problemi specifici affrontati durante l'esame, dimostreranno di aver acquisito un livello di conoscenza eccellente dei principali argomenti trattati durante il corso.

Testi

Testo di riferimento suggerito:
“Fenomeni di Trasporto”, R. Byron Bird, Warren E. Stewart and Edwin N. Lightfoot, Casa Editrice Ambrosiana, Milano.
Ulteriori libri di testo per integrazioni e approfondimenti:
-"Elementi di fenomeni di trasporto" R. Mauri, Plus- Pisa University Press
-“I Principi delle Operazioni Unitarie”A.S. Foust, L.A. Wenzel, C.W. Clump, L. Maus, L.B. Andersen, Ambrosiana - Milano.

Altre Informazioni

Per gli argomenti trattati a lezione non contemplati in modo esaustivo nei libri di testo consigliati sono rese disponibili agli studenti copie dei testi utilizzati.

Questionario e social

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