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COMBUSTIONE

Iolanda DE MARCO COMBUSTIONE

0622200015
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA INDUSTRIALE
CORSO DI LAUREA MAGISTRALE
INGEGNERIA CHIMICA
2017/2018

OBBLIGATORIO
ANNO CORSO 2
ANNO ORDINAMENTO 2016
SECONDO SEMESTRE
CFUOREATTIVITÀ
660LEZIONE
IOLANDA DE MARCO T Curriculum
Obiettivi
Conoscenza e comprensione 
Fenomeni caratterizzanti e controllanti la combustione. Meccanismi chimici della combustione di combustibili elementari. Diagrammi di esplosione. Fiamme premiscelate in regime laminare e turbolento. Limiti di infiammabilità. Fiamme a diffusione. Ignizione termica, radicalica e termoradicalica. Detonazione. Combustione dei liquidi e dei solidi. I criteri di dimensionamento dei bruciatori dei forni industriali e la stabilità delle fiamme. Combustione interna ai motori. Meccanismi di formazione dei principali inquinanti e loro diminuzione in fiamma.
Sono previste esercitazioni al calcolatore che prevedono l’impiego di codici per la risoluzione di comuni problemi ingegneristici: composizione di equilibrio dei fumi, cinetica di reazione e calcolo di altre proprietà dei sistemi di combustione.

Conoscenza e capacità di comprensione applicate - analisi ingegneristica 
Essere in grado di individuare i parametri principali che influiscono sullo sviluppo delle fiamme e di scegliere e utilizzare i modelli più opportuni per le apparecchiature di combustione più ricorrenti negli impianti industriali e nei trasporti.

Conoscenza e capacità di comprensione applicate – progettazione ingegneristica 
Essere in grado di progettare le apparecchiature di combustione più ricorrenti negli impianti industriali.
 
Autonomia di giudizio – pratica ingegneristica
 Saper progettare le apparecchiature più comuni per la combustione per ottimizzarne il funzionamento. Saper utilizzare codici per la risoluzione di problemi legati alla combustione.

Capacità trasversali - capacità di apprendere
Uso proprio della terminologia tecnica specifica della disciplina.
 
Capacità trasversali - capacità di indagine
 Saper applicare le conoscenze acquisite a contesti differenti da quelli presentati durante il corso, ed approfondire gli argomenti trattati, specializzandoli all’argomento specifico in esame.
Prerequisiti
Prerequisiti sono la padronanza dei concetti di base dell’ingegneria con particolare riferimento alla termodinamica, ai bilanci di materia e di energia, al trasporto di calore e di materia.
Contenuti
Introduzione (2h teoria):
Introduzione al corso. Contenuti del corso, metodo utilizzato nell'insegnamento, obiettivi formativi. Modalità di espletamento degli esami e criteri di valutazione, testi consigliati.
Richiami di termodinamica, equilibrio chimico e cinetica chimica (5h teoria, 5h esercitazioni):
Termochimica e termodinamica della combustione. Stechiometria e composizione dei fumi. Potere calorifico. Temperatura adiabatica di fiamma. Fenomeni controllanti la combustione: cinetici, diffusivi e termici. Cinetica chimica e reazioni elementari. 
Meccanismo a catena (7h teoria):
Meccanismi di combustione dell’idrogeno, del metano, del monossido di carbonio e degli idrocarburi. Diagrammi di esplosione. Ignizione termica, radicalica e termoradicalica. 
Fiamme premiscelate (8h teoria, 2h esercitazioni):
Struttura di una fiamma premiscelata laminare. Calcolo dello spessore e della velocità di fiamma. Dipendenze della velocità di fiamma  da pressione e temperatura. Effetto degli inerti. Limiti di infiammabilità. Fiamme premiscelate turbolente. Classificazione dei vortici.
Fiamme a diffusione (3h teoria):
Struttura di una fiamma a diffusione. Modello semplificato per il calcolo dell'altezza di fiamma per sistemi a densità costante e variabile.
Detonazione (2h teoria, 1h esercitazioni):
Onde di combustione detonanti. Equazione di Rankine-Hugoniot. Punto di Chapman Jouguet. Detonazione forte e debole. Calcolo della velocità di detonazione.
Combustione in fase condensata (5 teoria, 2h esercitazioni):
Combustione di gocce di liquido. Modello di evaporazione e di combustione della goccia. Combustione di solidi. Calcolo dei tempi di essiccamento, pirolisi e combustione del char.
Applicazioni (10h teoria, 3h esercitazioni, 2h laboratorio):
Dimensionamento dei bruciatori dei forni industriali e stabilità delle fiamme. Motori a combustione interna ad accensione per scintilla e per compressione. Turbine a gas. 
Esercitazioni sul dimensionamento dei bruciatori. Visita in laboratorio: spray di liquido in ambiente ad alta pressione.
Impatto ambientale (3h teoria):
Inquinanti prodotti dalla combustione. Meccanismi di formazione dei principali inquinanti e sistemi di riduzione.
Metodi Didattici
L’INSEGNAMENTO CONTEMPLA 60 ORE DI DIDATTICA TRA LEZIONI TEORICHE, ESERCITAZIONI IN AULA E ATTIVITÀ DI LABORATORIO (6 CFU). IN PARTICOLARE SONO PREVISTE 46 ORE DI LEZIONE IN AULA, 12 ORE DI ESERCITAZIONI E 2 ORE DI ATTIVITÀ DI LABORATORIO. NELLE ESERCITAZIONI IN AULA, GUIDATE DAL DOCENTE, VENGONO UTILIZZATI SOFTWARE PROFESSIONALI PER LA SOLUZIONE DI ALCUNE TIPOLOGIE DI PROBLEMI DI COMBUSTIONE.
Verifica dell'apprendimento
LA VALUTAZIONE DEL RAGGIUNGIMENTO DEGLI OBIETTIVI PREFISSATI AVVERRÀ MEDIANTE UN COLLOQUIO ORALE A FINE CORSO DELLA DURATA TIPICA DI 45 MINUTI. PER SUPERARE L'ESAME LO STUDENTE DEVE DIMOSTRARE DI AVER COMPRESO E SAPER APPLICARE I PRINCIPALI CONCETTI E GLI STRUMENTI METODOLOGICI ESPOSTI NEL CORSO. IL VOTO, ESPRESSO IN TRENTESIMI CON EVENTUALE LODE, DIPENDERÀ DAL GRADO DI MATURITÀ ACQUISITO SUI CONTENUTI E GLI STRUMENTI METODOLOGICI ESPOSTI DEL CORSO, TENENDO CONTO ANCHE DELLA QUALITÀ DELL'ESPOSIZIONE E DELL'AUTONOMIA DI GIUDIZIO DIMOSTRATA.
È CONDIZIONE ESSENZIALE PER IL RAGGIUNGIMENTO DELLA SUFFICIENZA, SAPER SCRIVERE E RISOLVERE I BILANCI DI MATERIA E DI ENERGIA RELATIVI ALLE FIAMME, SAPER CALCOLARE LA TEMPERATURA E LA COMPOSIZIONE DEI PRODOTTI DELLA COMBUSTIONE, SAPER DIMENSIONARE UN BRUCIATORE, CONOSCERE I PRINCIPALI PARAMETRI CHE DETERMINANO IL CORRETTO FUNZIONAMENTO DELLE APPARECCHIATURE (BRUCIATORI, MOTORI, COMBUSTORI). 
LO STUDENTE RAGGIUNGE IL LIVELLO DI ECCELLENZA SE SI RIVELA IN GRADO DI AFFRONTARE I PROBLEMI (ANCHE INCONSUETI O NON ESPRESSAMENTE TRATTATI A LEZIONE), OPERANDO LE GIUSTE SEMPLIFICAZIONI E PORTANDONE A COMPLETAMENTO LA RISOLUZIONE IN TUTTE LE PARTI, CON LA VERIFICA DELLE IPOTESI FATTE.
Testi
1) S. R. Turns, An Introduction to Combustion: Concepts and Applications, 2nd ed., McGraw-Hill, 2000.
2) S. McAllister, J.-Y. Chen, A. C. Fernandez-Pello, Fundamentals of Combustion Processes, Springer, 2011.
3) I. Glassman, Combustion 2nd ed., Accademic Press, 1987. 
  BETA VERSION Fonte dati ESSE3 [Ultima Sincronizzazione: 2019-05-14]