principi di ingegneria chimica - Scuola di Ingegneria

PRINCIPI DI INGEGNERIA CHIMICA
Docente: Prof. Ing. Roberto Mauri
Sede: Dipartimento di Ingegneria Chimica
Tel: 050-511 248
Fax: 050-511 266
Email: [email protected]
URL: http://www2.ing.unipi.it/~d9185/
FINALITÀ ED OBIETTIVI DELL'INSEGNAMENTO
L'insegnamento si propone di porre gli allievi in grado di analizzare, con le metodologie appropriate, i fenomeni fisici rilevanti nei processi e nelle operazioni, funzionali all'individuazione di interventi operativi e/o progettuali.
PROGRAMMA DEL CORSO
Parte in comune agli studenti di tutti gli indirizzi.
Introduzione. Equilibrio locale; pressione e sforzo di taglio; convezione e diffusione; flussi di
massa, quantità di moto e energia; equazioni costitutive dei flussi diffusivi; viscosità, diffusività
termica e massica.
Statica dei fluidi. Equilibrio idrostatico; tensione superficiale; equazione di Young-Laplace; angolo
di raccordo.
Aspetti generali della fluidodinamica. Numero di Reynolds; strato limite e resistenza viscosa;
turbolenza.
Bilanci macroscopici. Bilancio di massa; bilancio di quantità di moto; bilanciuo di energia ed
equazione di Bernoulli; perdite di carico distribuite e localizzate; fattore di attrito.
Campo di velocità e pressione. Flusso di fluidi Newtoniani in un condotto; profilo di Poiseuille e
profilo di Couette; fluidi non newtoniani; flusso in mezzi porosi; flusso capillare; cond9izione di
quasi stazionarietà.
Equazioni fondamentali dei fenomeni di trasporto. Equazione di continuità; equazione del calore;
equazione di Cauchy e di Navier-Stokes; esempi di applicazione per flussi unidirezionali.
Lo strato limite. Analisi del problema per flusso laminare. Distacco dello strato limite.
Conduzione del calore. Flusso unidirezionale; il solido composto; approssimazione quasi
stazionaria.
Conduzione con generazione di calore. Generazione uniforme; conduzione con reazione chimica;
calcolo asintotico.
Bilancio macroscopico di energia. Il coefficiente di scambio termico; scambiatori di calore;
alettature di raffreddamento.
Conduzione di calore variabile nel tempo. Equazione del trasporto di calore; trasporto in un mezzo
semi-infinito: soluzione autosimile.
Trasporto di calore convettivo. Stato limite termico; casi con numero di Reynolds grande e piccolo;
casi con numero di Prandtl grande e piccolo; analogia di Colburn-Chilton.
Equazioni costitutoive del trasporto di massa. Flussi e velocità; equazioni di bilancio e relazioni
costitutive.
Trasporto di massa stazionario. Diffusione attraverso un film stagnante; diffusione con reazione
chimica eterogenea; diffusione con reazione chimica omogenea del prim'ordine: calcolo asintotico.
Trasporto di massa non stazionario. Trasporto attraverso una membrana; evaporazione di un
liquido da un serbatoio; combustione di una particella di carbone.
Trasporto di massa convettivo. Strato limite massico; casi con numero di Reynolds grande e
piccolo; casi con numero di Schnidt grande e piccolo; analogia di Colburn-Chilton,
Parte riservata agli studenti dell'indirizzo ambientale
Flusso turbolento. Scale dei tempi e delle distanze; analisi di Kolmogorov; equazioni mediate nel
tempo e flussi turbolenti; diffusività turbolente; variabili adimensionali di parete; profilo di velocità
alla parete e giustificazione della correlazione di Blasius per il fattore di attrito; modelli più
complessi.
Convezione naturale. Approssimazione di Boussinesq; flusso in un canale verticale; analisi
dimensionale e strato limite nella convezione naturale.
Irraggiamento. Legge di Stefan-Boltzmann; emissione ed assorbimento; legge di Kirchhoff; fattore
di vista; progetto di un pannello solare.
Antidiffusione. Il potenziale chimico; equazione di Gibbs-Duham; stabilità chimica; condizione di
equilibrio in miscele binarie; separazione di fase; pressione osmotica.
MATERIALE DIDATTICO
Libro di testo: Mauri, R., Elementi di Fenomeni di Trasporto, Pisa University Press.
Altro testo consigliato: Bird, W.E. Stewart, E.N. Lighfoot. Transport Phenomena, Wiley Intern. Ed.
(Ed. Italiana: Casa Ambrosiana).
MODALITÀ DI SVOLGIMENTO D'ESAME
L'esame di Principi di Ingegneria Chimica si svolge attraverso una prova scritta seguita da una
prova orale. La prova scritta riguarda la soluzione di esercizi simili a quelli presentati a lezione e
risolti nel libro di testo.