FENOMENI DI TRASPORTO A LIVELLO LOCALE

FENOMENI DI TRASPORTO A LIVELLO LOCALE

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iten
Codice
72480
ANNO ACCADEMICO
2019/2020
CFU
5 cfu al 1° anno di 10376 INGEGNERIA CHIMICA E DI PROCESSO (LM-22) GENOVA
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE
ING-IND/24
LINGUA
Italiano
SEDE
GENOVA (INGEGNERIA CHIMICA E DI PROCESSO )
periodo
1° Semestre
moduli
Questo insegnamento è un modulo di:
materiale didattico

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

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

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

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

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

-        applicare i bilanci locali di materia (in massa e in moli) e di entalpia in contesti propri dell’ingegneria chimica e di processo;

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

-        calcolare flussi convettivi e diffusivi di materia e di calore, nonché profili di concentrazione e di temperatura, in volumi di controllo simmetrici e sotto diverse condizioni di esercizio;

-        discutere i fenomeni limitanti in processi di trasformazione e proporre preliminari soluzioni di ottimizzazione;

-        impostare la risoluzione numerica di sistemi complessi caratterizzati da fenomeni di trasporto.

 

Modalità didattiche

Il modulo prevede lezioni frontali in aula. Alla presentazione di contenuti teorici (38 ore) si alternano lezioni con esercizi (12 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. Si consiglia la frequenza delle lezioni.

Le competenze trasversali in termini di abilità comunicativa e autonomia di giudizio verranno acquisite tramite la discussione in aula di esempi concreti di problemi complessi.

PROGRAMMA/CONTENUTO

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

1.    Introduzione (3 ore)

      Lessico e nomenclatura, introduzione ai fenomeni di trasporto, impostazione generale dei bilanci locali.

2.    Bilancio locale di materia (26 ore)

      Bilancio locale di materia in massa e in moli;

      equazione di Fick, calcolo della diffusività di materia e proprietà dei flussi diffusivi;

      analisi sistematica delle principali ipotesi semplificative:

-      caso stazionario e no (e.g. teoria della penetrazione)

-      caso fermo e no (e.g. teoria del film stagnante)

-      caso simmetria piana e no (e.g. fattori di forma)

-      caso senza reazioni e no (e.g. modulo di Thiele e fattore di utilizzazione)

-      caso sistema diluito, binario, isotermo e isobaro e no (e.g. calcolo proprietà)

3.    Bilancio locale di energia (13 ore)

Bilancio locale di energia e sua degenerazione a bilancio entalpico;

equazione di Fourier, calcolo conduttività termica;

analisi delle principali ipotesi semplificative discusse nel caso dei bilanci di materia.

4.    Sistemi complessi (8 ore)

Cenno ai bilanci locali di quantità di moto;

analogie di trasporto;

analisi di sistemi complessi che richiedano la risoluzione simultanea di bilanci locali di materia, energia e quantità di moto.

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:

- R. Byron Bird, Warren E. Stewart, Edwin N. Lightfoot, “Fenomeni di trasporto”, Casa Editrice Ambrosiana, Milano.

- M. Dente, E. Ranzi, “Principi di Ingegneria Chimica”, Città Studi Edizioni, Torino.

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

- 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 (38 ore) si alternano lezioni con esercizi (12 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. Si consiglia la frequenza delle lezioni.

Le competenze trasversali in termini di abilità comunicativa e autonomia di giudizio verranno acquisite tramite la discussione in aula di esempi concreti di problemi complessi.

INIZIO LEZIONI

Primo semestre dell'ano accademico. L'orario delle lezioni è consultabile sul 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 a una domanda aperta correlata alla discussione dei risultati. Agli studenti saranno forniti dei fogli con uno schema all’interno del quale riportare svolgimento, risultati e commento, avendo a disposizione 2 ore e mezza 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 potrà 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 dovranno 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.

Saranno disponibili 2 appelli di esame per la sessione ‘invernale’ (gennaio e febbraio) e 3 appelli per la sessione ‘estiva’ (giugno, luglio, settembre). La prova orale, inoltre, può essere sostenuta anche durante le pause didattiche previste dalla Scuola Politecnica in autunno e in primavera. Non verranno 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 locali applicati a un sistema caratterizzato da fenomeni di trasporto di materia e/o energia. 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 necessarie conoscenze base di analisi matematica (in particolare soluzione di sistemi alle derivate parziali), chimica e fisica, nonché la capacità di impostare e risolvere bilanci macroscopici e calcoli dell’equilibrio di fase e di reazione. Tuttavia, non è prevista alcuna propedeuticità formale.