The course is aimed to study the thermodynamics of open or variable-composition ideal systems and will provide the logical tools useful for formulating and solving macroscopic balances of material and heat.
La partecipazione alle attività formative proposte (lezioni frontali, esercizi), lo studio individuale e la discussione in gruppo permetteranno allo studente di:
- conoscere i fondamenti della termodinamica dei sistemi aperti ideali;
- determinare quantitativamente le condizioni di equilibrio di fase e di reazione in funzione di temperatura, pressione e composizione;
- 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 specifiche trasformazioni proprie dei processi ambientali;
- impostare semplici bilanci locali di materia e di entalpia;
- integrare le conoscenze acquisite in termini di equilibri di fase e di reazione e la risoluzione di bilanci di materia ed energia;
- discutere criticamente le ipotesi di lavoro formulate.
Il modulo prevede lezioni frontali in aula. Alla presentazione di contenuti teorici (30 ore) si alternano lezioni con esercizi (20 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 i lavori di gruppo e l'esecuzione di due esercitazioni in aula con l’uso di manuali tecnici messi a disposizione.
Il programma del modulo prevede la presentazione e discussione dei seguenti argomenti:
1. Introduzione sui fondamenti termodinamici nei sistemi chiusi o a composizione costante (5 ore)
Principali grandezze chimico fisiche, lessico e nomenclatura.
Richiami sul primo e secondo principio della termodinamica.
Equilibrio in termini di proprietà estensive
2. Estensione ai sistemi aperti (5 ore)
Il potenziale chimico
Equilibrio in termini di proprietà intensive: equilibrio di fase e di reazione
Grandezze molari e parziali molari e loro proprietà
Varianza secondo Gibbs
Modelli ideali di Denbigh del potenziale chimico
3. Calcolo degli equilibri (10 ore)
Equilibrio di fase L/V per componente puro, equazione di Clausius-Clapeyron e calcolo della tensione di vapore
Equilibrio di fase L/V per miscela binaria: leggi di Raoult e Henry
Cenno agli equilibri L/S e L/S/V
Equilibrio di reazione e legge di Van’t Hoff
4. Esercizi riassuntivi su applicazioni termodinamiche all’ingegneria ambientale (5 ore)
5. Bilanci macroscopici di materia e energia (15 ore)
Bilancio macroscopico di materia in massa e in moli e sua scrittura semplificata;
bilancio macroscopico di energia e sua degenerazione a bilancio entalpico;
casi stazionari e no, in sistemi aperti e chiusi;
casi in presenza di reazione;
consultazione di manuali tecnici per il reperimento di dati.
6. Bilanci locali di materia e energia (5 ore)
Impostazione bilanci locali di materia in massa e in moli e di entalpia, discussione flussi convettivi e diffusivi.
7. Esercitazioni riassuntive (5 ore)
Casi di studio che richiedano l’applicazione delle competenze acquisite ad applicazioni specifiche dell’ingegneria ambientale.
Il materiale didattico utilizzato durante le lezioni sarà disponibile in Aulaweb dell’insegnamento. 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:
- K. Denbigh, “I principi dell’equilibrio chimico”, Casa Editrice Ambrosiana, Milano 1977.
- R.H. Perry, D.W. Green,“Perry’s chemical engineers’ handbook” VIII ed., Mc Graw Hill 2008.
- B. Poling, J.M. Prausnitz, J.P. O’Connell, “The properties of gases and liquids”, V ed.,Mc Graw Hill, New York 2000
- M.C. Annesini, “Fenomeni di trasporto. Fondamenti e applicazioni”, Edizioni Hoepli.
- Kalliat T. Valsaraj, “Elements of Environmental Engineering Thermodynamics and Kinetics”, Lewis Publishers, Washington 2000.
Ricevimento: Il ricevimento studenti è su appuntamento da fissare tramite l'invio di una e-mail a: elisabetta.arato@unige.it
Ricevimento: Il docente è disponibile previo appuntamento concordato via e-mail.
ELISABETTA ARATO (Presidente)
ELISABETTA FINOCCHIO (Presidente)
BARBARA BOSIO
MARCO PANIZZA
I semestre dell'anno accademico
La prova finale del modulo consiste nel superamento di una prova orale.
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, 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.
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.
Per un proficuo apprendimento sono richieste conoscenze base di matematica, chimica e fisica, ma non è prevista alcuna propedeuticità formale.
