Istituto di Istruzione Superiore Minerario Giorgio Asproni Enrico Fermi PROGRAMMAZIONE DIDATTICA ANNUALE DEL DOCENTE

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1 Istituto di Istruzione Superiore Minerario Giorgio Asproni Enrico Fermi PROGRAMMAZIONE DIDATTICA ANNUALE DEL DOCENTE Anno scolastico 2014\/2015 Classe IV Corso Tecnologie Chimiche DOCENTE: Ritano Riccardo Modulo 0 IL TRASPORTO DEI LIQUIDI Descrivere le caratteristiche e le applicazioni delle pompe centrifughe. Descrivere le caratteristiche e le applicazioni delle pompe volumetriche. Applicare l'equazione di Bernouilli estesa per calcolare la potenza richiesta in un impianto. Utilizzare l'equazione di Bernoulli per l'esecuzione dei calcoli per la corretta progettazione di un impianto di trasporto liquidi. UNITA' DIDATTICA 1 Ripasso :equazione di Bernoulli La Prevalenza Pompe centrifughe Cavitazione e NPSH (disponibile e richiesto) Curve caratteristiche Modulo 1:La teoria cinetica dei gas Descrivere le leggi empiriche dei gas Descrivere le leggi di stato dei gas ideali. Descrivere la legge di Dalton sulle miscele dei gas Descrivere le deviazioni dal comportamento ideale e la legge di Van der Waals Utilizzare i potenziali normali o standard di riduzione per progettare pile Utilizzare le leggi dei gas ideali per la soluzione di semplici problemi. Utilizzare i diagrammi di Clapeyron per descrivere stati e trasformazioni dei gas. UNITA' DIDATTICA Definizioni e concetti fondamentali Legge di Boyle Le leggi di Gay- Lussac La Legge di Avogadro L equazione dei gas perfetti Legge di Dalton sulle miscele di gas 1,2 Il comportamento dei gas ideali secondo la teoria cinetico-particellare il modello cinetico particellare ( cenni) 1

2 teoria cinetica e pressione teoria cinetica e temperatura 1.3 Il comportamento dei gas reali Fattore di comprimibilità Correlazione al modello cinetico- particellare Equazione di Van der Waals 1.4 Attività I diagrammi di Andrews Tempi richiesti: mesi di Settembre, primi di Ottobre Modulo 2: Il primo principio della termodinamica Descrivere le proprietà dei sistemi termodinamici in riferimento alle interazioni con l ambiente Descrivere le grandezze che definiscono lo stato di un sistema. Definire le caratteristiche delle trasformazioni reversibili e irreversibili. Definire calore e lavoro Enunciare il principio zero. Descrivere l esperienza di Joule- Thompson. Impiegare correttamente la convenzione dei segni. Utilizzare il diagramma di Clapeyron per rappresentare stati e trasformazioni Utilizzare il calore specifico nelle varie applicazioni Applicare il primo principio a sistemi e trasformazioni UNITA' DIDATTICA Definizione di concetti fondamentali Il sistema e l ambiente Le variabili di stato Trasformazioni reversibili e irreversibili Lavoro,Energia 2.2 Temperatura e Calore: Il principio Zero. 2.3 L Energia interna e il primo principio Gli esperimenti di Joule:equivalenza calore lavoro L enunciato del primo principio 2.4 Il calore specifico 2.5 L Entalpia, il calore latente e calore sensibile 2.6 Definire energia interna ed entalpia 2.7 Entalpia standard 2.8 Entalpia di formazione 2.9 Legge di Hess 2.10 Applicazioni del primo principio Il lavoro nelle trasformazioni isoterme e adiabatiche Trasformazioni cicliche 2

3 Applicazioni rilevanti Tempi richiesti: mesi di ottobre e novembre Modulo 3: Bilanci di Materia ed energia Definire il concetto di bilancio di materia e di energia Riconoscere i regimi in regimi stazionario e in regime transitorio. Distinguere tra bilanci di materia globali e ai singoli componenti. individuare la superficie di controllo più opportuna per il sistema in esame. riconoscere il tipo di regime: stazionario o transitorio impostare correttamente i bilanci di materia globali o parziali. utilizzare sistematicamente le unità di misura e l'analisi di coerenza riconoscere i contributi di energia trasferita associata ai flussi in transito. individuare il calore ed il lavoro scambiati tra sistema e ambiente. imporre correttamente bilanci di energia per il sistema in esame, coerentemente con il primo principio 3.1 I bilanci di materia: in regime stazionario in regime transitorio UNITA' DIDATTICA Le equazioni di bilancio ed il Primo principio della conservazione 3.3 Bilanci parziali di materia in sistemi con più componenti 3.4 Bilanci di materia in sistemi con reazioni chimiche 3.5 Conversione, resa, selettività 3.6 bilanci di energia nei sistemi aperti in cui non si realizzano le reazioni chimiche scambi di lavoro in sistemi stazionari aperti L energia associata ai flussi entranti ed uscenti dal sistema l'equazione di bilancio per sistemi aperti stazionari Bilanci di energia nei sistemi con reazioni chimiche nei sistemi dinamici Tempi richiesti: mese di novembre primi di Dicembre Modulo 4 Il trasferimento di calore Descrivere i vari meccanismi di trasferimento di calore ed associarvi le equazioni di trasferimento opportune Applicare correttamente le equazioni di trasferimento. descrivere qualitativamente i sistemi tramite le equazioni di bilancio e di trasferimento. 3

4 UNITA' DIDATTICA Le equazioni di trasferimento: 4.2 La conduzione L'equazione di Fourier per pareti piane interpretazione particellare della conduzione la conducibilità dei materiali L'equazione di Fourier per superfici piane composte e superfici cilindriche 4.3 La convenzione L'equazione di trasferimento per convenzione il coefficiente di pellicola e i numeri adimensionali coefficiente di pellicola in alcuni casi particolari 4 Trasmissione di calore per irraggiamento Cenni Tempi richiesti: fine dicembre primi di gennaio Modulo 5 Le apparecchiature per lo scambio termico Descrivere le caratteristiche costruttive dei vari tipi di scambiatori. Descrivere le soluzioni tecniche che consentono le dilatazioni differenziali scegliere lo scambiatore più opportuno per un determinato compito. Scegliere la disposizione dei flussi più opportuna in funzione dei fluidi trattati. Applicare le equazioni di bilancio e trasferimento per determinare la superficie di scambio termico di scambiatori, condensatori e ribollitori individuare correttamente le temperature utili per calcolare la media logaritmica delle differenze di temperatura. Interpretare e produrre parti di schemi di processo relativi a scambiatori di calore completi di controlli automatici 5.1 Gli scambiatori di calore UNITA' DIDATTICA scambiatori a doppio tubo scambio in equicorrente ed in controcorrente il coefficiente di trasferimento locale L'equazione di trasferimento globale e la differenza di temperatura media logaritmica i fattori di sporcamento 4

5 L'equazioni di bilancio e i calcoli di dimensionamento 5.3 scambiatori a fascio tubiero 5.4 Altri tipi di scambiatori 5.5 I condensatori e i ribollitori 5.6 Il vapore e il trasferimento di energia 5.7 Il controllo di temperatura negli scambiatori. Tempi richiesti: gennaio Modulo 6 Il secondo e il terzo principio della termodinamica Enunciare il secondo principio della termodinamica secondo Kelvin-Planck e Clausius Descrivere le proprietà caratteristiche delle trasformazioni che costituiscono i cicli termodinamici trattati Definire la Temperatura assoluta alla luce del ciclo di Carnot. definire la funzione di stato Entropia. Definire l'energia libera di -Gibbs Enunciare il terzo principio della termodinamica e il teorema dell'equazione di Nernst Descrivere il bilancio di entropia nei sistemi aperti. Definire l'energia generata e il lavoro perso. Utilizzare i diagrammi entropici sui i piani TS ( piano di Gibbs) e HS( diagramma di Mollier) UNITA' DIDATTICA 6 I fondamenti chimico fisici dei processi, Il secondo e il terzo principio 6.1 Le macchine termiche 6.2 Il secondo principio.gli enunciati di Kelvin-Planck e Clausius 6.3 Il ciclo di Carnot teorema di Carnot temperatura termodinamica Rendimento delle macchine reversibili Il ciclo di Carnot per un gas ideale 6.4 L'Entropia uguaglianza e diseguaglianza di Clausius 6.5 Il terzo principio della termodinamica 6.6 Diagrammi entropici diagrammi di TS Diagrammi di HS 6.7 Frigoriferi e pompe di calore Il coefficiente di prestazione cicli frigoriferi e per pompe di calore 6.8 L'equazione di bilancio entropico sistemi: aperti, chiusi, isolati e trasformazioni cicliche 5

6 6.9 Energia libera di Gibbs e di Helmhotz Tempi richiesti: gennaio primi di febbraio Modulo 7 Le apparecchiature per lo scambio termico Classificare compressori e ventilatori in base alle caratteristiche operative Applicare i bilanci di energia alle operazioni di trasporto dei gas. Calcolare il lavoro e potenza di compressione UNITA' DIDATTICA il lavoro di compressione 7.2 Le apparecchiature per il trasporto dei gas ventilatori e soffianti compressori volumetrici compressori centrifughi 7.3 macchine da vuoto Tempi richiesti: febbraio primi di marzo Modulo 8 i fondamenti chimico fisici delle operazioni unitarie:i diagrammi di fase Descrivere le informazioni al punto critico e al punto ordinario. Descrivere evaporazione ed ebollizione definire la tensione di vapore Utilizzare i diagrammi di fase per il comportamento della materia al variare della temperatura e della pressione. Applicare l'equazione di Clausius- Clapeyronper determinare la tensione di vapore. UNITA' DIDATTICA 8.1 I diagrammi di fase di sostanze pure: L'acqua i concetti fondamentali Applicazione della regola delle fasi 8.2 Evaporazione ed ebollizione di sostanze pure La tensione di vapore 8.3 L'equilibrio liquido vapore nelle soluzioni 6

7 Tempi richiesti: marzo inizi di aprile Modulo 9 Concentrazione e cristallizzazione conoscere gli impianti di evaporazione a singolo effetto saper descrivere il comportamento reale delle soluzioni sapere l influenza delle variabili di processo conoscere e saper calcolare il dimensionamento degli impianti a multiplo effetto conoscere e saper descrivere le apparecchiature ausiliarie saper disegnare gli schemi di controllo negli impianti.. UNITA' DIDATTICA impianti di evaporazione a singolo effetto 9.2 comportamento reale delle soluzioni 9.3 influenza delle variabili di processo 9.4 gli impianti a multiplo effetto 9.5 bilanci e dimensionamento per evaporatori in equi e in contro corrente 9.6 caratteristiche degli evaporatori 9.7 le apparecchiature ausiliarie separatori di trascinamenti condensatore barometrico scaricatori di condensa schemi di controllo negli impianti Tempi richiesti: aprile Modulo 11 Cinetica chimica e reattori chimici Conoscere le formule delle velocità di reazione conoscere la dipendenza della velocità dai parametri di stato conoscere la struttura di un catalizzatore il significato di attività e selettività le fasi della catalisi eterogenea la struttura dei reattori chimici continui e discontinui Cinetica, catalisi, reattori: UNITA' DIDATTICA velocità di reazione e ordine di reazione 10.2 stechiometria e velocità di reazione 10.3 velocità di reazione al variare di temperatura e concentrazione 10.4 catalisi e catalizzatori, selettività e attività 10.5 catalisi omogenea ed eterogenea, i reattori chimici 10.6 continui e discontinui, tubolari e a mescolamento 10.7 il controllo di temperatura nei CSTR e PFR 7

8 10.8 reattori a letto fluido Tempi richiesti: Maggio Metodologia METODOLOGIE DIDATTICHE Metodi - Lezione frontale per la formazione teorica sulle tematiche fondamentali con uso di sistemi multimediali e visualizzazione anche mediante simulazione; - Lezione partecipata; - Esercitazioni individuali di sviluppo /potenziamento della comprensione; - Esercitazione di gruppo su problemi attinenti a quanto spiegato nella lezione frontale; - Esercizi applicativi in classe per lo sviluppo delle capacità, anche critiche; - Ricerche individuali e gruppi di lavoro. - Lettura collettiva del testo ed esercizi di comprensione; - Uso di sussidi audiovisivi; - Attività di recupero, sostegno. - Uso di software di simulazione e altri sussidi informatici; - altro - altro Libro di testo: S. Natoli, M. Calatozzolo: Tecnologie Chimiche Industriali, vol. I, e II, Edisco Editrice - Torino. Strumenti della valutazione VERIFICA FORMATIVA - IN ITINERE VERIFICA SOMMATIVA 1. Correzione compiti svolti a casa. 1. Interrogazione individuale lunga 2. Verifica individuale delle abilità acquisite. 2. Interrogazione individuale breve 3. Discussione guidata su temi significativi. 3. Tema o problema 4. Prova scritta strutturata: test a risposte multiple;a completamento parziale;a risposte libere (aperte) 5. Prove semistrutturate 6. Relazione 7. esercizi 8. Questionario monotematico 9. Relazione individuale di laboratorio Iglesias 21/11/2015 8

9 Il Docente Riccardo Ritano 9