PRESENTAZIONE

L’insegnamento è proposto come secondo modulo di “Fondamenti dell'Ingegneria di Processo” e introduce allo studio dei fenomeni di trasporto di materia e calore in processi di trasformazione propri dell'ingegneria chimica.

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 diverse condizioni operative;

• 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. 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.

 https://corsi.unige.it/corsi/10375/studenti-orario

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale 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. 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.

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.