Presentazione e contenuti del corso
Cds: Laurea Magistrale in Ingegneria Chimica
Docente: Prof. Roberto PANTANI
Crediti: 6
Anno: I
Semestre: II
Codice:
SSD: ING-IND/24
Tipologia: Caratterizzante
Obiettivi formativi: risultati di apprendimento previsti e competenza da acquisire
Il corso ha lo scopo di fornire le basi del trasporto di calore e di materia, unificando l'approccio fisico e matematico.
Conoscenze e capacità di comprensione (knowledge and understanding)
L'allievo sarà in grado di comprendere i meccanismi alla base dei fenomeni di trasporto e di scomporre problemi complessi in problemi più semplici.
Conoscenza e capacità di comprensione applicate (applying knowledge and understanding)
Acquisire familiarità la formulazione di bilanci differenziali di energia e di materia. Durante il corso l'allievo sarà messo in grado di utilizzare un software per la soluzione di equazioni di trasporto.
Autonomia di giudizio (making judgements)
Essere in grado di formulare ed applicare i bilanci appropriati al sistema fisico in esame. Semplificare problemi complessi attraverso la scomposizione in problemi più semplici avendo coscienza delle semplificazioni o approssimazioni introdotte.
Abilità comunicative (communication skills)
Saper lavorare in gruppo ed esporre con l'aiuto di supporti informatici la soluzione ad un problema di trasporto di calore o di materia
Capacità di apprendere (learning skills)
Le metodologie apprese durante il corso saranno la base per qualunque successivo approfondimento.
Prerequisiti
Principi di Ingegneria Chimica.
Metodi didattici
L'insegnamento contempla lezioni teoriche, esercitazioni in aula ed applicazioni al calcolatore. All'inizio del corso viene assegnato agli studenti, divisi per gruppi di lavoro, un progetto da sviluppare durante tutto lo svolgimento del corso. Il progetto consiste nell'affrontare un problema di fenomeni di trasporto e di risovere le equazioni risultanti con un programma agli elementi finiti. Le dispense del corso e alcune esercitazioni svolte saranno disponibili sul sito internet www.polymertechnology.unisa.it
Metodi di valutazione
La valutazione del raggiungimento degli obiettivi prefissati avverrà mediante una prova scritta, la presentazione del progetto e un colloquio orale.
Contenuto del corso
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Argomenti |
Contenuti specifici |
Ore
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Ore
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L'equazione dell'energia e le sue forme particolari |
Trasporto convettivo di energia; Il flusso di lavoro; Flusso combinato di energia; L'equazione di bilancio di energia, forma euleriana e lagrangiana; L'equazione dell'energia meccanica; L'equazione dell'energia in termini di energia interna, di entalpia e di temperatura; casi particolari dell'equazione dell'energia; L'equazione dell'entropia |
4 |
2 |
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Analisi dimensionale dell'equazione dell'energia |
La convezione naturale; approssimazione di Boussinesq; Analisi dimensionale delle equazioni di bilancio; Principali numeri adimensionali; Forma adimensionale del coeff. di scambio termico alla parete |
3 |
1 |
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Trasporto di calore per moto di fluidi in condotti |
Sviluppo del profilo termico in un condotto riscaldato; Profilo di temperatura completamente sviluppato; temperatura adimensionale; Evoluzione del profilo termico nella zona di imbocco; Profili di temperatura per moto in condotti con generazione viscosa |
4 |
2 |
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Transitorio di temperatura all'interno dei solidi |
Transitorio di temperatura in una lastra semi-infinita; teoria della penetrazione; Transitorio di temperatura in una lastra finita; Transitorio multidimensionale; |
4 |
2 |
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Strato limite di temperatura |
Strato limite di velocità e di temperatura su un oggetto solido; Analisi dello spessore dello strato limite di temperatura e concentrazione: coefficienti di scambio termico e di materia all'interfaccia solido-fluido; Analogia di Colburn; |
4 |
2 |
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L'equazione di bilancio di materia |
Velocità medie: massica e molare; il flusso convettivo e diffusivo di materia; L'equazione di bilancio per le specie chimiche, Casi particolari; Forma adimensionale dell'equazione di bilancio; Confronto fra le equazioni di bilancio di quantità di moto, energia e materia; |
4 |
2 |
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Teorie per il calcolo dei coeff. di scambio di materia |
Teoria del film; Teoria della penetrazione; Teoria del rinnovamento superficiale; Correlazioni per i coefficienti di trasporto di materia all'interfaccia fluido-fluido; |
4 |
2 |
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Assorbimento con reazione chimica |
Tempo caratteristico di reazione; Reazione lenta; Reazione veloce; Reazione istantanea; |
4 |
2 |
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Fenomeni di Trasporto in moto Turbolento |
Grandezze medie e fluttuazioni; Proprietà della media; I flussi e le diffusività turbolenti; Profilo di diffusività turbolenta in un condotto; Profili di temperatura in moto turbolento; Coeff. di trasporto in moto turbolento |
3 |
2 |
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Analogie e principali numeri adimensionali |
Analogia fra calore e materia; significato fisico dei principali numeri adimensionali |
3 |
1 |
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Trasporto di energia termica con solidificazione |
Bilancio di energia con termine di solidificazione; semplificazione dell'equazione; avanzamento del fronte di solidificazione |
3 |
2 |
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Totale Ore |
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40 |
20 |
Testi di riferimento
Fenomeni di trasporto, Bird R.B., Steward W.E., Lightfoot E.N., Casa Editrice Ambrosiana (1970)
Elementi di fenomeni di trasporto. Manuale per studenti di ingegneria, R. Mauri, Casa Editrice Plus (2005)
Modalità di frequenza
L'insegnamento è erogato in presenza con frequenza obbligatoria.
Lingua di insegnamento
Italiano
Sede e Orario
Il corso è erogato presso la Facoltà di Ingegneria. Si consulti il sito di Facoltà (http://www.ingegneria.unisa.it/) per l'indicazione dell'orario e delle aule.