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Anno Accademico 2012/13
01OALMB
Termodinamica per l'Ingegneria chimica e dei materiali
Corso di Laurea in Ingegneria Chimica E Alimentare - Torino
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Tut Anni incarico
Vanni Marco ORARIO RICEVIMENTO PO ING-IND/23 76 20 4 0 3
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/24 10 B - Caratterizzanti Ingegneria chimica
Presentazione
Il corso ha lo scopo di fornire agli studenti del secondo anno i concetti e le nozioni di base per lo studio delle variazioni energetiche che accompagnano le reazioni chimiche e i passaggi di stato. L'aspetto principale dell'insegnamento riguarda l'individuazione delle condizioni chimiche e fisiche nelle quali le suddette trasformazioni avvengono sia per ottenere, con la massima resa possibile, i prodotti delle reazioni stesse sia per ottenere energia o nella forma di calore o nelle forme di energia elettrica o meccanica. Una prima parte del corso riguarderà la trattazione generale della termodinamica, con l'introduzione al calcolo dell'energia libera di Gibbs e del potenziale chimico di una specie, cui seguirà lo studio delle condizioni di equilibrio dei sistemi chimici con particolare riferimento alle reazioni chimiche ed agli equilibri dei sistemi eterogenei.
Risultati di apprendimento attesi
Al termine del corso lo studente dovrà avere la capacità di impostare ed eseguire il calcolo del lavoro e del calore nella evoluzione di un sistema con e senza reazione chimica, di effettuare l'analisi del bilancio energetico e di valutare gli effetti termici di una trasformazione.
Sarà in grado di eseguire il calcolo delle condizioni di equilibrio per un sistema ideale con e senza reazione chimica. Dovrà conoscere, in termini generali, il comportamento di un sistema reale per valutarne lo scostamento dall'idealità, dimostrando di saper valutare i valori delle fugacità e delle attività dei componenti. Sarà in grado di stimare le proprietà termodinamiche di sostanze pure e di miscele.
Prerequisiti / Conoscenze pregresse
Lo studente deve possedere una buona cultura scientifica generale, con particolare riferimento alle conoscenze di base della Chimica, della Fisica e dell'Analisi matematica.
Programma
Sistema e stato termodinamico. Equilibrio, processi e trasformazioni, temperatura, calore, lavoro.
Primo principio della termodinamica. Energia interna, entalpia, calori specifici. Passaggi di stato e effetti termici. Gas perfetto.
Secondo principio della termodinamica e entropia. Il bilancio entropico. Valutazione di U, H e S per sistemi semplici.
Energia libera di Helmoltz e Gibbs. Relazioni di Maxwell. Trasformazioni spontanee e condizioni di equilibrio. Terzo principio.
Comportamenti qualitativi dei fluidi puri. Transizione di fase. Tensione di vapore. Condizioni critiche. Equazioni di stato.
Equilibrio monocomponente fra più fasi: equazione di Clapeyron.
Condizioni di equilibrio chimico per sistemi ideali, dipendenza dalla pressione e dalla temperatura.
Sistemi reali, fugacità, attività. Equilibri chimici in sistemi non ideali.
Sistemi eterogenei multicomponenti. Proprietà colligative delle soluzioni. Legge delle fasi e diagrammi di stato.

Approfondimenti (solo per studenti in ingegneria chimica)
Cenni di elettrochimica. Potenziali d'elettrodo, equazione di Nernst, stati di riferimento, attività di elettroliti.
Calcolo di proprietà termodinamiche, diagrammi di stato e equilibri chimici per sistemi non ideali.

Trasmissione del calore (solo per ingegneria dei materiali)
Introduzione ai modi di trasmissione del calore: conduzione, convezione e irraggiamento.
La conduzione. Equazioni generali, integrali e differenziali. La legge di Fourier. Conducibilità termica. Superfici estese ed alette.
La convezione. Proprietà dei fluidi. La legge di Newton nella convezione. Coefficienti di scambio termico per convezione forzata e naturale. Relazioni adimensionali. Il metodo delle analogie.
Scambiatori di calore. Tipologie. Calcolo dell'andamento della temperatura dei fluidi. I metodi di dimensionamento della differenza di temperatura media logaritmica.
Irraggiamento. Proprietà energetiche della radiazione elettromagnetica. Interazione tra radiazione e superfici, coefficienti di assorbimento, riflessione e trasmissione. Il corpo nero. Corpi grigi. Emissività. Scambio di energia per irraggiamento tra corpi neri e grigi, fattori di forma.
Testi richiesti o raccomandati: letture, dispense, altro materiale didattico
I.N. Levine, Physical Chemistry, McGraw-Hill.
S.I. Sandler, Chemical and Engineering Thermodynamics, Wiley.
Criteri, regole e procedure per l'esame
L'esame consiste di una prova scritta della durata di due ore senza l'uso di appunti o di libri. Tale prova consiste di esercizi numerici, simili a quelli svolti nelle esercitazioni, che hanno lo scopo di stabilire la capacità di eseguire calcoli applicativi, e di semplici quesiti teorici, per verificare la conoscenza di base degli argomenti esposti nel corso. Superato lo scritto, lo studente può decidere di concludere l'esame (in questo caso il voto massimo ottenibile è 27/30) oppure sostenere una ulteriore prova orale, finalizzata a valutare in profondità la comprensione dei contenuti del corso.
Orario delle lezioni
Statistiche superamento esami

Programma definitivo per l'A.A.2012/13
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