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

Anno Accademico 2023/2024

  • Docente: Nadia Lotti
  • Crediti formativi:: 6
  • SSD: CHIM/07
  • Lingua di insegnamento: Italiano
  • Moduli: Nadia Lotti (Modulo 1) Massimo Andretta (Modulo 2)
  • Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 1) Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 2)
  • Campus: Cesena
  • Corso: Laurea in Ingegneria elettronica (cod. 5834)

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

SDGs

Lotta contro il cambiamento climatico La vita sulla terra

L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.