PRINCIPI DI INGEGNERIA CHIMICA I
Prof. Vincenzo Augugliaro

Il corso é strutturato per fornire allo studente un trattamento integrato dei tre tipi di trasporto: quantitą di moto, calore e materia. Le somiglianze e le differenze dei tre trasporti sono chiaramente stabilite e possono essere ben assimilate da studenti che hanno chiari i concetti della Termodinamica e delle Operazioni Unitarie. Una solida comprensione della fluidodinamica é essenziale per comprendere e risolvere i problemi del trasporto di calore e di materia. A questo fine il corso copre in dettaglio tutti gli argomenti della fluidodinamica necessari per la comprensione dei trasporti di calore e materia. Il Corso é organizzato in modo che ad ogni spunto teorico corrispondono numerosi esempi d'immediato significato fisico sviluppati anche in esercitazioni di tipo numerico applicativo.

Modalitą di esame:
L’esame prevede una prova scritta e una prova orale.

PROGRAMMA DEL CORSO

Meccanismi di trasporto molecolari. Trasporto di calore. Trasporto di materia. Trasporto di quantitį di moto. Forme analoghe dei trasporti. Le diffusivitį di calore, di materia e di quantitį di moto. Confronto dei trasporti.

Il bilancio generale della proprietį. Il concetto di conservazione. Bilancio ingresso-uscita. Generazione. Accumulo. L'equazione di bilancio in forma differenziale. Equazione di bilancio monodimensionale: trasporto molecolare e trasporto convettivo. L'equazione di bilancio tridimensionale. L'equazione di continuitą.

Il trasporto molecolare e il bilancio generale della proprietį. Trasporto in stato stazionario monodimensionale con ingresso-uscita e assenza di generazione. Trasporto in stato stazionario in presenza di generazione. Trasporto di calore o materia con generazione costante. Trasporto di quantitą di moto con generazione in stato stazionario. Flusso laminare in un tubo. Flusso laminare tra due piani paralleli.

Trasporto con un flusso convettivo netto. Flusso convettivo causato da convezione forzata. L'equazione di bilancio. Sistemi di coordinate. Relazione tra sforzo di taglio e velocitį di taglio. L'equazione di continuitą. Il bilancio dell'energia. L'equazione di Navier-Stokes. Coordinate convettive. Fenomeni di diffusione di materia. Flussi di materia in coordinate stazionarie e convettive. Flusso totale e legge di Fick. Diffusione binaria in gas. Diffusione binaria in liquidi. Diffusione nei solidi.

Flusso turbolento. Flusso transizionale e turbolento. L'esperimento di Reynolds. Flusso transizionale. Flusso turbolento completamente sviluppato. Le equazioni di trasporto per condizioni di turbolenza. Regole di Reynolds della media. Equazioni di Reynolds per flusso turbolento incomprimibile. Sforzi di Reynolds. Flusso turbolento in canali e tubi. Modelli di turbolenza. La teoria di Boussinesq. La teoria di Prandtl della lunghezza di mescolamento. Analogie. La distribuzione universale delle velocitą. Il fattore d'attrito.

Metodi integrali di analisi. Il bilancio integrale generale. Il bilancio integrale di materia. Il bilancio integrale sulle specie individuali. Il bilancio integrale di quantitą di moto. Il bilancio integrale dell'energia. L'equazione dell'energia meccanica e l'equazione di Bernoulli. Statica dei fluidi. Manometri. Spinta di Archimede. Variazione della pressione con l'altezza. Forze idrostatiche su superfici sommerse piane. Forze idrostatiche su superfici sommerse curve.

Metodi di analisi. Analisi delle equazioni differenziali basiche. Analisi dimensionale. Metodo di Rayleigh. Metodo di Buckingham.

Applicazioni dei fenomeni di trasporto

Flusso di fluidi in condotti.

Flussi comprimibili.

Trasporto di calore e di materia per flusso intubato

Convezione naturale

Condensazione ed ebollizione.

Trasporto di calore e di materia in stato non stazionario.

Casi particolari di trasporto di materia.

TESTI CONSIGLIATI

R. B. Bird, W. E. Stewart, E. N. Lightfoot, Fenomeni di trasporto, Ed. Ambrosiana.

R. W. Fox, A. T. McDonald, Introduction to fluid mechanics, Ed. McGraw Hill.

F. P. Foraboschi, I principi dell'Ingegneria Chimica, UTET.

A. J. Chapman, Heat transfer, McMillan Publishing Co.

A. L. Hines, R. N. Maddox, Mass transfer fundamentals and applications, Prentice-Hall Inc.