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FENOMENI DIFFUSIVI IN SISTEMI COMPLESSI

CODICE 108660
ANNO ACCADEMICO 2022/2023
CFU
  • 10 cfu al 1° anno di 10376 INGEGNERIA CHIMICA E DI PROCESSO (LM-22) - GENOVA
  • SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE ING-IND/24
    SEDE
  • GENOVA
  • PERIODO 2° Semestre
    MODULI Questo insegnamento è un modulo di:
    MATERIALE DIDATTICO AULAWEB

    OBIETTIVI E CONTENUTI

    OBIETTIVI FORMATIVI

    L’insegnamento si propone di fornire agli studenti gli strumenti logico formali per la soluzione di problemi di processo complessi governati da fenomeni di trasporto. Particolare attenzione è dedicata alle equazioni di bilancio locale di materia e di energia applicate a sistemi di interesse nell’ingegneria chimica e di processo.

    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.

    MODALITA' DIDATTICHE

    Il modulo prevede lezioni frontali in presenza in aula o lezioni on-line tramite TEAMS (in funzione della situazione sanitaria vigente). Alla presentazione di contenuti teorici si alternano lezioni con esercizi svolti dal docente o a gruppi guidati per favorire l’apprendimento e la discussione di specifici esempi di applicazioni proprie dell’ingegneria di processo. E' prevista una attività conclusiva di laboratorio informatico finalizzato all'uso di software specifici. Si consiglia la frequenza delle lezioni.

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

    PROGRAMMA/CONTENUTO

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

    1. Introduzione

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

    2. Bilancio locale di materia

         bilancio locale di materia in massa e in moli;

         equazione di Fick;

         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. di Thiele e fattore di utilizzazione)
    • caso sistema diluito, binario, isotermo e isobaro e no (e.g. calcolo proprietà)

    3. Bilancio locale di energia

    bilancio locale di energia e sua degenerazione a bilancio entalpico;

    equazione di Fourier;

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

    4. Sistemi complessi

    cenno ai bilanci locali di quantità di moto;

    analogie di trasporto;

    analisi di sistemi 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 nell'Aulaweb o sul canale TEAMS dell’insegnamento, così come alcuni esempi di prove scritte 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

    Commissione d'esame

    ELISABETTA ARATO (Presidente)

    BARBARA BOSIO (Presidente)

    LEZIONI

    INIZIO LEZIONI

    Le lezioni avranno inizio in accordo con il calendario della Scuola Politecnica.

    Orari delle lezioni

    L'orario di tutti gli insegnamenti è consultabile su EasyAcademy.

    ESAMI

    MODALITA' 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. Gli studenti avranno 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 troveranno nell’Aulaweb dell’insegnamento esempi di esami e una traccia per la loro soluzione. Alcune prove d’esempio saranno 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. Si rimanda gentilmente alla consultazione dei singoli moduli per i dettagli.

    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.

    MODALITA' 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 in sistemi complessi. 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

    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.

    Si consigliano gli studenti lavoratori e gli studenti con certificazione di DSA, di disabilità o di altri bisogni educativi speciali di contattare il docente all’inizio del corso per concordare modalità didattiche e d’esame che, nel rispetto degli obiettivi dell’insegnamento, tengano conto delle modalità di apprendimento individuali.