65942 - CHIMICA APPLICATA E SCIENZA DEI MATERIALI T

Conoscenze e abilità da conseguire

Il corso fornisce allo studente strumenti razionali ed omogenei per la scelta e l'impiego consapevole dei materiali nelle tecnologie, nella costruzione e nella gestione di apparati industriali in rapporto all’ambiente di servizio, alla loro protezione dal degrado e dal fuoco e alla sicurezza nell'impiego. Lo studente consegue, al termine del corso, capacità di valutare i parametri che presiedono alla scelta dei materiali nelle applicazioni ingegneristiche, di elaborare relazioni tecniche e progettuali sull’impiego dei materiali stessi, di predisporne le relative prove tecnologiche e di interpretarne razionalmente e con piena autonomia di giudizio i risultati ai fini dell’ottimizzazione delle possibilità applicative. Lo studente è pertanto in grado di risolvere problemi tecnici di media difficoltà nel settore dei materiali dell’ingegneria industriale. Il corso si propone inoltre di fornire agli allievi ingegneri chimici le conoscenze relative ai combustibili, alle acque industriali ed ai materiali per l'ingegneria, necessarie per i corsi successivi.

Contenuti

Modulo di Scienza dei Materiali (Modulo 2 - 6CFU) comune per allievi di Ingegneria Chimica e Biochimica ed Ingegneria Meccanica)

Classificazione generale dei materiali e principali caratteristiche fisiche e meccaniche delle diverse classi (ceramici, polimeri, metalli e compositi tradizionali e nanostrutturati)

Definizione di Struttura dei materiali: legami chimici (energia e direzionalità), concetto di ordine e disordine, modelli a sfere rigide e strutture derivanti dai modelli.

Cristalli. Celle e reticoli cristallini: classificazione. Indici di Miller per piani e direzioni reticolari. Densità atomica su piani e direzioni ed effetti sulle proprietà.

Difetti nei cristalli: di punto (vacanze), Difetti di punto nei materiali ceramici. Dislocazioni. Bordi di grano. Difetti di volume. Energia dei difetti.

Definizione di microstruttura. Tecniche sperimentali per la determinazione della microstruttura. Microscopia ottica, elettronica (SEM) ed AFM. Tecniche per la determinazione della porosità (MIP, BET). Determinazione della densità. Tecniche a Raggi X

Diagrammi di stato di equilibrio a due componenti. Trasformazioni eutettiche e peritettiche Trasformazioni di non equilibrio Diagrammi di interesse industriale (acciai, leghe dell'alluminio, materiali ceramici silice/allumina)

Proprietà meccaniche dei materiali. Deformazioni plastiche. Anelasticità. Fenomeni di creep. Frattura fragile e duttile. Teoria di Griffith

Analisi delle caratteristiche generali delle specifiche classi di materiali:

Ceramici, Metalli, Polimeri e compositi

Breve introduzione ai materiali nanocompositi

Modulo di Chimica Applicata (Modulo 1 - 3CFU) comune per allievi di Ingegneria Chimica e Biochimica ed Ingegneria Meccanica)

Acque

Caratteristiche chimiche e fisiche Sostanze sospese e disciolte. Durezza, alcalinità, salinità e potere incrostante. BOD e COD

Principali trattamenti chimici: Sterilizzazione. Addolcimento. Demineralizzazione.

Requisiti delle acque in relazione al loro utilizzo finale. Reflui.

Combustibili

Cenni generali alle reazioni di combustione

Caratteristiche generali dei combustibili. Potere calorifico. Determinazione sperimentale del potere calorifico. Temperatura di fiamma.

Combustibili liquidi

Petrolio: caratteristiche generali fisiche e chimiche. Distillazione frazionata a pressione atmosferica ed in condizioni di vuoto. Analisi dei principali prodotti derivanti dalla lavorazione del petrolio, in particolare benzine e gasoli per autotrazione. Possibili alternative (e-fuels).

Principali processi della raffineria: Visbreaking, Craking termico e catalitico, Reforming, Coking

Testi/Bibliografia

Modulo "Scienza dei materiali"

“Scienza e Ingegneria dei materiali: una introduzione” W.D. Callister, D.G. Rethwisch. Editore: EdiSES, Napoli, IV Edizione

“Scienza e tecnologia dei materiali” W.F. Smith, Editore: McGraw-Hill Milano

“Elements of Materials Science and Engineering” L.H.Van Vlack, Editore. Addison-Wesley

Modulo di "Chimica Applicata"

Ingegneria Ambientale” Vesilind P, Peirce J CLUEB capitoli 4, 5 e 6

"Enciclopedia degli Idrocarburi" Autori vari, ENI

"Chimica Applicata" Brisi C. Editore Levrotto Bella

Metodi didattici

Lezioni frontali con uso di videoproiettore e lavagna

Esercitazioni in laboratorio: in base alle ore di lezione effettivamente erogabili in base al calendario didattico ed alla disponibilità effettiva dei laboratori, può essere prevista una attività di laboratorio volta ad analizzare la microstruttura di materiali campione utilizzando la microscopia elettronica (SEM) corredata di sonda EDS e i raggi x.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento avviene attraverso un esame scritto finale unico per entrambi i moduli (Scienza dei Materiali e Chimica Applicata), che accerta l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta della durata di 1h (vedi oltre per i dettagli).

Per sostenere la prova d'esame è necessaria l'iscrizione tramite Almaesami, nel rispetto inderogabile delle scadenze previste. Coloro che non riuscissero per motivi tecnici o problemi particolari ad iscriversi entro la data prevista, sono tenuti a comunicarlo tempestivamente (e comunque prima della chiusura ufficiale delle liste di iscrizione) al docente tramite mail utilizzando la casella istituzionale (@studio.unibo.it). Gli studenti iscritti alla lista che non riescono a partecipare alla prova, devono cancellare il loro nome da Almaesami.

Durante la prova:

a) non è ammesso l'uso di materiale di supporto quale libri di testo, appunti, supporti informatici;

b) a ciascun candidato verrà richiesto di esibire un documento di riconoscimento ed il badge che attesta l’iscrizione all’Università di Bologna.

La prova d’esame mira a verificare il raggiungimento dei seguenti obiettivi didattici:

Modulo di Scienza dei Materiali

conoscenza delle caratteristiche generali delle differenti classi di materiali.

conoscenza delle principali tecniche per la determinazione della microstruttura dei materiali

capacità di prevedere le caratteristiche dei materiali in base alla loro storia termica e meccanica

capacità di selezionare i materiali più idonei ad una determinata applicazione.

Modulo di Chimica Applicata

Conoscenza della composizione e comportamento chimico dei combustibili liquidi derivati da petrolio. Valutazione dell’effetto di determinati trattamenti sulla composizione chimica dei com­bustibili liquidi

Conoscenza dei parametri chimici e fisici che determinano il comportamento delle acque

Valutazione dell’effetto di un trattamento specifico sulle caratteristiche chimiche delle acque

Lo scritto (unico per i due moduli della durata complessiva di 1h consiste, per il modulo Scienza dei Materiali, in domande aperte (2) ed in domande a risposta multipla (5) riguardanti la teoria. Per il modulo di Chimica Applicata si prevedono domande a risposta multipla (5) ed una domanda aperta che può prevedere l'esecuzione di calcoli numerici. Esempi di prove sono reperibili nel sito on-line (Virtuale). Per superare l'esame bisogna raggiungere una valutazione sufficiente in entrambi i moduli. Il voto finale viene pesato in funzione dei crediti dei due moduli.

Il superamento dell’esame sarà garantito agli studenti che dimostreranno padronanza e capacità operativa in relazione ai concetti chiave illustrati nell’insegnamento, ed in particolare la conoscenza delle principali caratteristiche chimiche fisiche e meccaniche delle diverse classi di materiali e delle correlazioni tra le proprietà macroscopiche dei materiali e la struttura e microstruttura degli stessi. Un punteggio più elevato sarà attribuito agli studenti che dimostreranno di aver compreso ed essere capaci di utilizzare tutti i contenuti dell’insegnamento in particolare in relazione alla capacità di modificare e prevedere il comportamento del materiale in base alle esigenze del particolare utilizzo finale. Il mancato superamento dell’esame potrà essere dovuto all’insufficiente conoscenza dei concetti chiave, alla mancata padronanza del linguaggio tecnico.

Strumenti a supporto della didattica

Copia delle slides proiettate durante le lezioni sono disponibili sul sito on line messo a disposizione dalla Facoltà (Virtuale)

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Andrea Saccani