(previgente ordinamento, 9 CFU)
Finalità
Trasporto di materia. Legge di Fick; coefficiente di diffusione;
diffusione di un gas attraverso un gas stagnante; diffusione di un gas attraverso
uno strato solido; equazione di conservazione per una singola specie chimica
in miscele binarie; forma a dimensionale dell'equazione di conservazione; numero
di Schmidt; coefficiente di trasporto di materia per piccole velocità
di trasporto; numero di Nusselt per trasporto di materia; strato limite di concentrazione;
numero di Lewis.
Diffusione del vapore in una parete. Diagramma di Glaser.
Programma
Analogia tra trasporto di quantità di moto, energia
e materia. Analogia di Reynolds; analogia di Chilton-Colburn; moto turbolento
entro tubi lisci lunghi; cilindro immerso in una corrente fluida; moto laminare
e turbolento su lastra piana finita e semiinfinita; sfera immersa in fluido;
strato di materiale granulare; evaporazione di una goccia in caduta libera;
raffreddamento per evaporazione; processo di saturazione adiabatica; teoria
dello psicrometro.
Moto dei fluidi nei condotti, scambio termico fra parete e fluido, relazione
di Dittus - Boelter, esempi applicativi.
Trasmissione del calore in ebollizione. Regimi di ebollizione: ebollizione
di massa, ebollizione in convezione forzata; ebollizione sottoraffreddata e
satura; modalità di ebollizione di massa: in convezione naturale, nucleata,
regime di transizione, a film; correlazione di Rohsenow; flusso critico; effetto
del sottoraffreddamento; effetto della scabrezza superficiale; ebollizione in
convezione forzata.
Trasmissione del calore in regime di condensazione superficiale. Condensazione
a film e condensazione a gocce; condensazione a film laminare su lastra piana
verticale, soluzione di Nusselt; numero di Reynolds per la condensazione a film,
regime di transizione, regime turbolento, numero di Nusselt modificato; condensazione
a film su sistemi radiali (sfere, cilindri orizzontali isolati e sovrapposti);
condensazione all'interno di tubi orizzontali; condensazione a gocce.
Concentrazione dei fluidi tramite evaporazione. Generalità sugli
evaporatori; bilancio di massa; bilancio di entalpia; dimensionamento della
superficie di scambio termico; economia di vapore; evaporatori a effetto multiplo:
bilancio di massa e di entalpia; alimentazione anteriore, posteriore, in parallelo;
ricompressione meccanica del vapore.
Scambiatori di calore. Generalità e classificazione; coefficiente
globale di scambio termico: effetto dello sporcamento della superficie e dell'efficienza
di una eventuale superficie alettata; differenza di temperatura media logaritmica:
dimensionamento dello 122 scambiatore; estensione al caso di scambiatori a correnti
non parallele: fattore correttivo F; efficienza di uno scambiatore; analisi
delle prestazioni termiche mediante il metodo efficienza - NTU; scambiatori
di calore compatti: calcolo della potenza termica scambiata e delle perdite
di carico.
Reologia. Classificazione dei fluidi: puramente viscosi, viscoelastici
e dipendenti dal tempo; ecometri: a tubo capillare e a rotazione; determinazione
delle proprietà reologiche di fluidi indipendenti dal tempo mediante
reometro a tubo capillare; numero di Reynolds generalizzato; fattore di attrito
in regime laminare; legge di potenza, indice di consistenza e indice di comportamento
del fluido; profilo di velocità ed energia cinetica media di fluidi verificanti
la legge di potenza, in moto laminare entro condotti a sezione circolare; regime
turbolento, relazione di Dodge e Metzner: scambio termico convettivo in regime
laminare e turbolento; applicazione al processo di sterilizzazione di prodotti
fluidi entro sterilizzatori continui.
Conduzione del calore in regime non stazionario. A dimensionalizzazione dell'equazione
di Fourier e delle relative condizioni al contorno: numero di Fourier, numero
di Biot; casi limite per Biot grande e piccolo; caso di Biot qualunque: lastra
infinita, cilindro infinito, sfera, solidi di dimensione finita: parallelepipedo
e cilindro; applicazione al processo di sterilizzazione di prodotti solidi.
Soluzioni ideali. Definizioni e proprietà termodinamiche; diagrammi
termodinamici; abbassamento del punto di fusione; innalzamento del punto di
ebollizione.
Congelamento. Determinazione della variazione di entalpia del prodotto;
diagramma entalpia-concentrazione di acqua-temperatura; determinazione del tempo
di congelarnento; equazione di Planck; equazione di Planck modificata; dimensionamento
di impianti frigoriferi.
Essiccamento. Curve di umidificazione e di essiccamento; umidità
di equilibrio, libera, legata; velocità di essiccamento: fase a velocità
costante ed a velocità decrescente; bilancio di energia e di massa nella
fase a velocità costante; effetto della velocità, della temperatura
e dell'umidità dell'aria, effetto dello spessore del solido; fase a velocità
decrescente; contenuto di umidità critico; essiccamento per convezione;
essiccamento attraverso strati di materiale granulare: particelle piccole, rispetto
allo spessore dello strato, e particelle grandi.
Attività d'esercitazione
Nel corso č inserita una esercitazione sulla soluzione dei problemi di transitorio termico mediante metodo numerico alle differenze finite. Nel corso di tale esercitazione, gli studenti dovranno programmare l'algoritmo delle differenze finite (metodo esplicito) in un idoneo ambiente di sviluppo, installato sui computer del CEDI.
Modalità d'esame
Valutazione del software preparato durante le attivitā di esercitazione (portare il CD all'esame). Esercizio con soluzione numerica (portare la calcolatrice ed il materiale di consultazione). Domanda finale orale.
Propedeuticità
Fisica Tecnica
Testi consigliati
F. KREITH, " Principi di
Trasmissione del Calore", Liguori Editore, Napoli, 1975
R.B. BIRD, W.E. STEWART, E.N. LIGHTFOOT: " Fenomeni di trasporto ",
Casa Editrice Ambrosiana, Milano, 1970.
Testi di Approfondimento
F. P. INCOPRERA, D P DE WITT: " Fundamentals of Heat and Mass Trasfer ",
John Wiley & Sons, New york, 1985.
D.R. HELDMAN, R. P. SINGH: " FoodProcess Engineering ", AVI Publishing
Company, Inc., 1981, Wesport.
Y.I. CHO, J.P. HARTNETT: " Non newtonian fluids ", in Handbook of
heat TransferApplications ", McGraw-Hilr Boole Company, 1985, USA.
K.DENBIGH: " The Principles of Chemicl Equilibrium ", Cambridge University
Press, 1984, Great Britain.
ASHRAE: " Handbook, Fundamentals ", USA, 1985.
R.E. TREYBAL: " Mass-trasfer Operations ", McGraw-Hill Boole Company,
Inc., USA, 1955.
Aggiornato il 25 marzo 2005