99742 - FONDAMENTI CHIMICI E FISICI DI INQUINANTI ATMOSFERICI E RADIOATTIVI: SENSORI PER IL RILEVAMENTO E IL MONITORAGGIO

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente possiede le conoscenze relative ai processi chimici e fisici che intervengono nell’inquinamento radioattivo ed atmosferico. Nello specifico, lo studente acquisisce le conoscenze di base dei principi chimici e fisici fondamentali necessari per valutare il destino degli inquinanti e il loro impatto nell'ambiente. Inoltre, lo studente acquisisce i fondamenti teorici ed applicativi delle tecniche per il monitoraggio degli inquinanti in atmosfera, della termografia e della rilevazione delle radiazioni. Lo studente comprende, anche tramite esercitazioni pratiche, i campi di applicazione ed i dettagli tecnico/operativi dei rilievi termografici in ambito ingegneristico e comprende i principi chimici e fisici dei campionamenti ed analisi degli inquinanti atmosferici e delle radiazioni. Conosce, nel dettaglio, i dispositivi elettronici utilizzabili per la rilevazione ed il conteggio delle radiazioni.

Contenuti

Modulo 1:

La struttura dell’atmosfera. Cenni al gradiente adiabatico secco nella troposfera; la stabilità e le condizioni di inversione termica.

I principali inquinanti rilasciati nell’atmosfera in seguito a processi di combustione.

La chimica della troposfera: generalità. L’ossidazione di CH₄ nella troposfera. Lo smog fotochimico: la formazione di ozono, perossido di idrogeno, PAN ed acido nitrico. Meccanismi di ossidazione di SO₂ nell’atmosfera. Le piogge acide e loro effetti sull’ambiente; l’effetto sulle rocce calcaree. Sistemi catalitici per la riduzione degli inquinanti: le marmitte catalitiche TWC e i sistemi ad accumulo; i sistemi SRC di abbattimento degli NOx.

Richiami di elettrochimica; le pile a espansione di gas. Sensori di gas: la sonda lambda. Sistemi attivi e passivi per la riduzione del particolato nei gas di scarico dei motori diesel. L’assorbimento e l’emissione di radiazione elettromagnetica IR da parte delle molecole: moti rotazionali e vibrazionali, i modi normali di vibrazione, gli spettri di assorbimento a bande. L’andamento della temperatura della superficie terrestre nei millenni.

Il riscaldamento globale: cause naturali e cause antropiche. L’effetto serra: il diossido di carbonio e gli altri gas responsabili dell’effetto serra. Retroazioni positive e negative. Metodi di immagazzinamento di CO₂. Chimica della stratosfera: lo strato di ozono. Assorbimento di radiazioni UV da parte di ossigeno ed ozono. Meccanismi di formazione e di scomparsa di quest’ultimo nella stratosfera ed effetti termici connessi. La formazione stagionale del ‘buco’ dell’ozono sull’Antartide. Processi catalitici nella distruzione dell’ozono: l’effetto di specie chimiche naturali e di inquinanti prodotti dall’uomo; principali proprietà dei CFC e loro pericolosità nei confronti dello strato di ozono sulla base della struttura chimica.

I nuclidi: nuclidi stabili e nuclidi instabili. I processi di decadimento radioattivo. La cinetica del processo e gli effetti sulla salute delle radiazioni ionizzanti.

Modulo 2:

Le leggi fisiche fondamentali della trasmissione del calore: la legge di Fourier della conduzione, di Newton della convezione, la teoria dell’irraggiamento del Corpo Nero e dei corpi reali. Principi, tecniche e strumenti per la termografia in ambito ingegneristico. Esercitazioni all’uso di una termocamera. Nozioni fondamentali di meccanica dei fluidi: la viscosità (assoluta e cinematica), i regimi di moto laminare e turbolento (il numero di Reynolds), il principio di Bernoulli, la sedimentazione. Il panorama energetico internazionale e nazionale. L'inquinamento ambientale prodotto dai sistemi energetici e gli effetti dei principali inquinanti sulla salute umana, i beni materiali ed i cambiamenti climatici. Richiami alla normativa italiana in materia di qualità dell’aria. Tecniche e strumenti per i campionamenti e le analisi di inquinanti ambientali. Le interazioni radiazione-materia. Strumenti di rilevazione delle radiazioni: i rilevatori a ionizzazione di gas: il contatore Geiger-Muller, i rilevatori a semiconduttore. Cenni sui dispositivi elettronici a supporto dei rivelatori di radiazioni.

 

Testi/Bibliografia

Fondamentale sarà l'utilizzo degli appunti di lezione e di materiale didattico reso disponibile in rete.

Per ulteriori approfondimenti si consigliano:

Chimica Ambientale Colin Baird Michael Cann Terza Edizione tradotta dalla quinta edizione americana Zanichelli

- Y. A. Cengel, J. M. Cimbala, R.H. Turner, "Elementi di fisica tecnica. Termodinamica applicata. Meccanica dei fluidi. Trasmissione del calore" 5° Ediz., McGraw-Hill Education, Milano 2017.

- Pocket Guide di Termografia. Teoria, pratica, consigli e trucchi (2017), TESTO AG. https://www.termocameretesto.it/contents/it/GUIDA%20PRATICA%20ALLA%20TERMOGRAFIA.pdf

Pocket Guide di termografia

7 l Emissività massima: ε = 1 ( 100%) (cfr. “Corpo nero”, pag. 40). ε = 1 non si verifica mai nella realtà. l Corpi reali: ε < 1, in quanto i corpi reali riflettono ed eventual- mente trasmettono anche le radiazioni. l Numerosi materiali non metallici (ad esempio il PVC, il calce -

www.termocameretesto.it

Ultimo accesso: 30/12/2021.

- M. Bianchi, A. de Pascale, A. Gambarotta, A. Peretto, "Sistemi energetici", Vol. 3 - Impatto Ambientale, Pitagora Editrice, Bologna 2008.

- B. Gates, “Clima come evitare un disastro. Le soluzione di oggi. Le sfide di domani“, La Nave di Teseo, Milano 2021.

- G.F. Knoll, “Radiation Detection and Measurements”, IV Edition, John Wiley & Sons Inc., 2010

- N. Tsoulfanidis, S. Landsberger, “Measurement & Detection of Radiation”, IV Edition, CRC Press, 2015.

- L. Cerrito, “Radiation and Detectors. Introduction to the Physics of Radiation and Detection Devices”, Springer, 2017.

 

Metodi didattici

Lezioni ed esercitazioni

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esami orali. Maggiori dettagli verranno forniti all'inizio del corso.

Strumenti a supporto della didattica

Videoproiettore e lavagna.
Il materiale didattico è anche disponibile https://virtuale.unibo.it/

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Nadia Lotti

Consulta il sito web di Massimo Andretta