FENOMENI DI TRASPORTO A LIVELLO MACROSCOPICO

FENOMENI DI TRASPORTO A LIVELLO MACROSCOPICO

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iten
Codice
72477
ANNO ACCADEMICO
2019/2020
CFU
6 cfu al 2° anno di 10375 INGEGNERIA CHIMICA E DI PROCESSO (L-9) GENOVA
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE
ING-IND/24
LINGUA
Italiano
SEDE
GENOVA (INGEGNERIA CHIMICA E DI PROCESSO )
periodo
2° Semestre
moduli
Questo insegnamento è un modulo di:
materiale didattico

PRESENTAZIONE

Il corso intende fornire gli strumenti logico formali di base necessari allo studio dei processi di trasformazione. Principalmente sono presentate le equazioni di bilancio macroscopico di materia e di energia, dedicando particolare attenzione ad esempi applicativi su temi di interesse dell’ingegneria chimica e di processo.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Il modulo si propone di fornire agli studenti le nozioni di base per impostare correttamente e risolvere numericamente i bilanci macroscopici di materia e di energia, con riferimento a singole unità operative o a sistemi di processo più complessi.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

La partecipazione alle attività formative proposte (lezioni frontali, esercizi, laboratorio informatico), lo studio individuale e la discussione in gruppo permetteranno allo studente di:

-        scrivere correttamente i bilanci macroscopici di materia ed energia e discuterli con lessico appropriato;

-        applicare i bilanci macroscopici di materia (in massa e in moli) e di entalpia a singole operazioni unitarie proprie dell’ingegneria chimica;

-        individuare eventuali ipotesi semplificative adottabili nell’ambito di un problema di processo risolubile sulla base di bilanci macroscopici di materia ed energia;

-        integrare la risoluzione di bilanci di materia ed energia con le conoscenze acquisite nel primo modulo dell’insegnamento in termini di equilibri di fase e di reazione;

-        calcolare il diagramma quali-quantitativo (portate, concentrazioni, temperature) che descrive uno schema di processo articolato su più operazioni unitarie;

-        valutare macroscopicamente flussi convettivi e diffusivi in relazione a diversi volumi di controllo;

-        usare le principali funzioni del software di simulazione Aspen Plus per la soluzione di bilanci.

Modalità didattiche

Il modulo prevede lezioni frontali in aula. Alla presentazione di contenuti teorici (30 ore) si alternano lezioni con esercizi (26 ore) svolti alla lavagna dal docente o a gruppi guidati per favorire l’apprendimento e la discussione di specifici esempi di applicazioni proprie dell’ingegneria di processo. È previsto inoltre un laboratorio informatico (4 ore) nell’ambito del quale sono proposte esercitazioni numeriche da svolgere in gruppo utilizzando un software commerciale. Si consiglia la frequenza delle lezioni.

Le competenze trasversali in termini di abilità comunicativa e autonomia di giudizio verranno acquisite tramite i lavori di gruppo, l'esecuzione di una esercitazione in aula con l’uso di manuali tecnici messi a disposizione e una simulazione d’esame scritto.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Il programma del modulo prevede la presentazione e discussione dei seguenti argomenti:   

1.        Introduzione (4 ore)

         Principali grandezze chimico fisiche, lessico e nomenclatura, impostazione generale dei bilanci.

2.        Bilancio macroscopico di materia (22 ore)

         Bilancio macroscopico in massa e in moli (formulazione completa e semplificata);

         casi stazionari e no, in sistemi aperti e chiusi;

         casi in presenza di reazione ipotizzando resa, selettività, grado di avanzamento, cinetica o equilibrio;

         calcolo gradi di libertà su schemi di processo;

         metodologia per la risoluzione di un problema di processo;

         consultazione di manuali tecnici per il reperimento di dati;

         coefficiente di trasporto di materia e numero di Sherwood;

         flussi diffusivi all’interfaccia in presenza di reazione e di passaggio di fase.

3.        Bilancio macroscopico di energia (16 ore)

Bilancio macroscopico di energia e sua degenerazione a bilancio entalpico (formulazione completa e semplificata);

         casi stazionari e no, in sistemi aperti e chiusi;

         casi in presenza di reazione e relazione con i bilanci di materia;

         applicazione su schemi di processo;

         coefficiente di trasporto di calore e numero di Nusselt;

         resistenze termiche in serie su geometria piana e cilindrica.

4.        Esercitazioni riassuntive (14 ore)

Casi di studio che richiedano la soluzione di bilanci macroscopici sia di materia sia di energia.

5.        Laboratorio informatico (4 ore)

         Fondamenti per l’uso del software di simulazione di processo Aspen Plus;

risoluzione con Aspen Plus di semplici problemi di processo basati su bilanci macroscopici e conduzione di analisi parametriche.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Il materiale didattico utilizzato durante le lezioni sarà disponibile in Aulaweb dell’insegnamento, così come gli esempi delle prove scritte proposte negli anni precedenti e una traccia per la loro soluzione. Gli appunti presi durante le lezioni e il materiale in Aulaweb sono sufficienti per la preparazione dell’esame, ma i libri seguenti sono suggeriti come testi di appoggio e approfondimento:

- D.M. Himmelblau amd J.B. Riggs, Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering, Prentice Hall Pearson Edication.

- M.C. Annesini, “Fenomeni di trasporto. Fondamenti e applicazioni”, Edizioni Hoepli.

- R. Mauri, Elementi di fenomeni di trasporto, Plus Pisa University Press.

- R.H. Perry, D.W. Green,“Perry’s chemical engineers’ handbook” VIII ed., Mc Graw Hill.

DOCENTI E COMMISSIONI

Ricevimento: Il docente è disponibile previo appuntamento concordato via e-mail.

LEZIONI

Modalità didattiche

Il modulo prevede lezioni frontali in aula. Alla presentazione di contenuti teorici (30 ore) si alternano lezioni con esercizi (26 ore) svolti alla lavagna dal docente o a gruppi guidati per favorire l’apprendimento e la discussione di specifici esempi di applicazioni proprie dell’ingegneria di processo. È previsto inoltre un laboratorio informatico (4 ore) nell’ambito del quale sono proposte esercitazioni numeriche da svolgere in gruppo utilizzando un software commerciale. Si consiglia la frequenza delle lezioni.

Le competenze trasversali in termini di abilità comunicativa e autonomia di giudizio verranno acquisite tramite i lavori di gruppo, l'esecuzione di una esercitazione in aula con l’uso di manuali tecnici messi a disposizione e una simulazione d’esame scritto.

INIZIO LEZIONI

Secondo semestre dell'anno accademico: per l'orario consultare il sito della Scuola Politecnica

ESAMI

Modalità d'esame

La prova finale del modulo consiste nel superamento di una prova scritta per l’ammissione al colloquio orale. Lo scritto consiste in un problema da risolversi per rispondere a una o più domande specifiche e una domanda aperta correlata alla discussione dei risultati. Sono concesse 2 ore di tempo. I dati necessari possono essere forniti dal testo o da reperirsi su manuali tecnici messi a disposizione dal docente, mentre non è consentito l’uso di alcun materiale personale di consultazione. Gli studenti trovano in Aulaweb dell’insegnamento esempi di prove proposte negli anni precedenti e una traccia per la loro soluzione. Alcune prove d’esempio sono svolte a lezione e il docente è comunque a disposizione per spiegazioni sullo svolgimento dei problemi previo appuntamento.

Lo scritto può essere sostenuto sia in appelli precedenti, sia nello stesso appello in cui lo studente intende sostenere l’esame orale. La prova scritta non ha limiti di scadenza, può essere ripetuta, ma in tal caso vale il voto dell’ultimo scritto consegnato.

Per accedere alla prova orale gli studenti devono aver superato la prova scritta con un voto minimo di 16/30 e il voto conseguito nel presente modulo sarà la media tra prova scritta e orale. La prova orale può essere ripetuta pur conservando il voto conseguito di prova scritta.

Il voto conseguito nell’insegnamento sarà la media dei voti attribuiti nei due moduli in cui si articola l’insegnamento.

Sono disponibili 3 appelli di esame per la sessione ‘estiva’ (giugno, luglio, settembre) e 2 appelli per la sessione ‘invernale’ (gennaio e febbraio). La prova orale, inoltre, può essere sostenuta anche durante le pause didattiche previste dalla Scuola Politecnica in autunno e in primavera. Non sono concessi appelli straordinari al di fuori dei periodi indicati dalla Scuola Politecnica, fatta eccezione per studenti che non abbiano inserito nel piano di studi attività formative nell’anno accademico in corso.

 

Modalità di accertamento

La prova scritta verte su un problema che richiede la risoluzione di bilanci macroscopici di materia e/o energia applicati a interfaccia, singola unità operativa o schema di impianto. Oltre alla capacità di impostare e risolvere correttamente il problema, saranno valutati il rigore logico della metodologia applicata, la giustificazione delle eventuali ipotesi assunte, la chiarezza dell’esposizione scritta.

L’esame orale prevede domande che possono riguardare tutto il programma presentato a lezione, formulate in termini di quesiti teorici o in forma di problemi applicativi.  L’esame si prefigge di accertare le specifiche competenze acquisite e soprattutto la capacità di utilizzarle combinate assieme per orientarsi in casi di studio concreti. Saranno valutate inoltre la qualità dell’esposizione, l’utilizzo corretto della terminologia tecnica e la capacità di ragionamento critico.

Calendario appelli

Data Ora Luogo Tipologia Note
08/01/2020 09:00 GENOVA Scritto
13/01/2020 09:00 GENOVA Orale Gli orali dell'appello del 30/10/2019 si terranno in aula B3 ed inizieranno alle ore 8:00
14/02/2020 09:00 GENOVA Scritto
24/02/2020 09:00 GENOVA Orale Gli orali dell'appello del 30/10/2019 si terranno in aula B3 ed inizieranno alle ore 8:00
26/03/2020 09:00 GENOVA Orale Gli orali dell'appello del 30/10/2019 si terranno in aula B3 ed inizieranno alle ore 8:00
15/06/2020 09:00 GENOVA Scritto
19/06/2020 09:00 GENOVA Orale Gli orali dell'appello del 30/10/2019 si terranno in aula B3 ed inizieranno alle ore 8:00
13/07/2020 09:00 GENOVA Scritto
17/07/2020 09:00 GENOVA Orale Gli orali dell'appello del 30/10/2019 si terranno in aula B3 ed inizieranno alle ore 8:00
14/09/2020 09:00 GENOVA Scritto
18/09/2020 09:00 GENOVA Orale Gli orali dell'appello del 30/10/2019 si terranno in aula B3 ed inizieranno alle ore 8:00

ALTRE INFORMAZIONI

Per un proficuo apprendimento sono richieste, oltre a conoscenze base di matematica, chimica e fisica, le competenze di termodinamica chimica dei sistemi ideali presentate nel primo modulo del presente insegnamento. Tuttavia, non è prevista alcuna propedeuticità formale.