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Anno Accademico 2007/08
04IHQEU
Termodinamica applicata e trasmissione del calore
Corso di Laurea in Ingegneria Chimica - Torino
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Tut Anni incarico
Spinelli Paolo ORARIO RICEVIMENTO     70 40 4 0 7
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/24
ING-IND/24
2.5
7.5
F - Altre (art. 10, comma 1, lettera f)
B - Caratterizzanti
Altro
Ingegneria chimica
Esclusioni:
03IHQ
Obiettivi dell'insegnamento
Fornire la capacità di impostare le equazioni di bilancio per un processo chimico e di prevedere i contributi energetici (termici o meccanici). Saper eseguire il calcolo delle condizioni di equilibrio per un sistema ideale con e senza reazione chimica. Conoscere, in termini generali, il comportamento di un sistema reale per valutarne lo scostamento dall'idealità.
Programma
Parte 1: Bilanci di proprietà
Sistema e stato termodinamico; equilibrio, processi e trasformazioni, temperatura, calore, lavoro.
Formulazione generale delle equazioni di bilancio per i sistemi aperti.

Parte 2: Termodinamica chimica ' impostazione generale e sistemi ideali
Calore, entropia e lavoro di una reazione chimica.
Potenziali termodinamici, dipendenza dell'energia libera da temperatura e pressione, relazioni di Maxwell.
Miscele, calori di soluzione, potenziali chimici, relazione di Gibbs-Duhem.
Equilibri fisici fra più fasi, legge di Clapeyron, equilibri di membrana.
Condizioni di equilibrio chimico, dipendenza dalla pressione e dalla temperatura, legge di Van't Hoff.
Sistemi eterogenei, legge delle fasi, concetti di base della rappresentazione dei diagrammi di stato.

Parte 3a: Approfondimenti (solo per studenti in ingegneria chimica)
Cenni di elettrochimica. Potenziali d'elettrodo, equazione di Nernst, stati di riferimento.
Sistemi dispersi, adsorbimento, interfasi elettrizzate.
Calcolo di proprietà termodinamiche, diagrammi di stato e equilibri chimici
Utilizzo di simulatori di processo e scelta dei modelli per i coefficienti di attività per sistemi non ideali

Parte 3b: 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.

+ Esercitazione di laboratorio su scambiatore di calore


Osservazione: la parte relativa alla trasmissione del calore per gli ingegneri chimici è parte integrante dei corsi di Fenomeni di Trasporto, dove viene sviluppata in parallelo col trasporto di materia e di quantità di moto.
Programma (Prof. P. Spinelli)
Parte 1: Bilanci di proprietà
Sistema e stato termodinamico; equilibrio, processi e trasformazioni, temperatura, calore, lavoro.
Formulazione generale delle equazioni di bilancio per i sistemi aperti.
Bilancio di materia globale e di un singolo componente. Reazione chimica e velocità di generazione.
Primo principio della termodinamica. Energia interna, entalpia, calori specifici. Il bilancio di energia. Passaggi di stato e effetti termici.
Secondo principio della termodinamica e entropia. Il bilancio entropico. Valutazione di U, H e S per sistemi semplici.

Parte 2: Termodinamica chimica ' impostazione generale e sistemi ideali
Calore, entropia e lavoro di una reazione chimica.
Potenziali termodinamici, dipendenza dell'energia libera da temperatura e pressione, relazioni di Maxwell.
Miscele, calori di soluzione, potenziali chimici, relazione di Gibbs-Duhem.
Equilibri fisici fra più fasi, legge di Clapeyron, equilibri di membrana.
Condizioni di equilibrio chimico, dipendenza dalla pressione e dalla temperatura, legge di Van't Hoff.
Sistemi eterogenei, legge delle fasi, concetti di base della rappresentazione dei diagrammi di stato.

Parte 3a: Approfondimenti (solo per studenti in ingegneria chimica)
Cenni di elettrochimica. Potenziali d'elettrodo, equazione di Nernst, stati di riferimento.
Sistemi dispersi, adsorbimento, interfasi elettrizzate.
Calcolo di proprietà termodinamiche, diagrammi di stato e equilibri chimici
Utilizzo di simulatori di processo e scelta dei modelli per i coefficienti di attività per sistemi non ideali

Parte 3b: 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.

+ Esercitazione di laboratorio su scambiatore di calore


Osservazione: la parte relativa alla trasmissione del calore per gli ingegneri chimici è parte integrante dei corsi di Fenomeni di Trasporto, dove viene sviluppata in parallelo col trasporto di materia e di quantità di moto.


Orario delle lezioni
Statistiche superamento esami

Programma definitivo per l'A.A.2009/10
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