Mariano Calatozzolo

Silvestro Natoli

Le nuove indicazioni ministeriali dell’indirizzo “Chimica,&nbsp;Materiali e Biotecnologie”&nbsp;articolazione&nbsp;“Chimica e Materiali” mostrano una tendenza alla compressione dei contenuti ispirandosi ad una logica di “razionalizzazione” delle risorse umane ed economiche anziché alle esigenze della società ed agli obiettivi del processo formativo. In particolare, sono state sacrificate 4 ore settimanali di materie di indirizzo, rendendo necessaria la soppressione di “Chimica-Fisica” per evitare un’eccessiva frammentazione delle discipline chimiche in relazione alle ore a disposizione. La nuova edizione del manuale accoglie queste indicazioni, assicurando una stretta connessione con la scansione dei programmi ministeriali ma, allo stesso tempo, gli argomenti centrali della disciplina sono sviluppati in maniera da consentire al docente di scegliere le conoscenze da trasmettere, tra tutte quelle indicate nelle indicazioni ministeriali, in base agli obiettivi formativi fissati e di sviluppare gli opportuni approfondimenti. Le principali novità riguardano i contenuti di “Chimica-Fisica” direttamente correlate alla disciplina di Tecnologie Chimiche che sono state incluse nel piano dell’opera. In particolare: <ul><li>lo studio degli equilibri tra fasi diverse che sono collegati alla trattazione di tutte le operazioni unitarie basate sul raggiungimento di condizioni di equilibrio tra fasi diverse;</li><li>lo studio della termodinamica e della cinetica chimica, ovvero i cardini teorici che consentono la corretta rappresentazione dei bilanci di materia e di energia e la definizione delle migliori condizioni operative di una reazione, sia per quanto riguarda le rese che le velocità di reazione.</li></ul>

1. Operare con le grandezze fisiche: il Sistema Internazionale

1.1 Il sistema internazionale

1.2 Il calcolo dimensionale e il principio di omogeneità

1.3 La conversione tra unità di misura

Glossario

Esercizi

2. Materiali per le tecnologie chimiche

2.1 Le caratteristiche meccaniche dei materiali

2.2 Gli acciai e le ghise

2.3 Materiali metallici non ferrosi

2.4 Materiali polimerici

2.5 Altri materiali

2.6 Uno sguardo al futuro: i nanomateriali

2.7 I processi corrosivi e la degradazione dei materiali

2.8 Prevenzione della corrosione

3. Le basi chimico-fisiche delle operazioni unitarie: diagrammi di stato e materiali

3.1 Gli equilibri di fase e i diagrammi di stato

3.2 Diagrammi di stato per soluzioni solide parzialmente miscibili

3.3 Il diagramma di stato ferro-carbonio

4. Stoccaggio e movimentazione dei solidi

4.1 Proprietà caratteristiche dei solidi

4.2 Stoccaggio dei solidi

4.3 Movimentazione dei solidi

5. Statica e dinamica dei liquidi

5.1 Statica dei liquidi

5.2 I liquidi in movimento

5.3 Dinamica dei liquidi ideali

5.4 I liquidi reali e le dissipazioni

5.5 Misura delle portate

6. Il trasporto dei liquidi

6.1 La prevalenza

6.2 Classificazione e campi d’impiego delle pompe

6.3 Pompe centrifughe

6.4 Pompe volumetriche

6.5 Pompe per applicazioni particolari

7. Stoccaggio e linee di trasporto dei fluidi

7.1 Stoccaggio dei fluidi

7.2 Tubazioni, elementi di linea, valvole

7.3 La direttiva "ped"

8. Separazione solido-liquido

8.1 La separazione solido-liquido

8.2 Il moto relativo dei solidi in un liquido

8.3 Impiego di flocculanti e polielettroliti

8.4 I sedimentatori

8.5 La filtrazione

8.6 La centrifugazione

9. Trattamenti delle acque grezze

9.1 Fonti di approvvigionamento delle acque grezze

9.2 Caratteristiche delle acque grezze

9.3 Requisiti per l’impiego delle acque

9.4 trattamenti delle acque

9.5 Adsorbimento su carboni attivi

9.6 Osmosi inversa

9.7 L'eliminazione dei gas disciolti

9.8 Cicli di trattamento completi

esercizi

10. Le basi chimico-fisiche delle operazioni unitarie: la teoria cinetica dei gas

10.1 Le leggi empiriche dei gas ideali

10.2 Il comportamento dei gas ideali secondo la teoria cinetico-particellare

10.3 Il comportamento dei gas reali

10.4 I diagrammi di andrews

11. Separazioni gas-solido e gas-liquido

11.1 Principi operativi e ambiti applicativi

11.2 Depolveratori inerziali

11.3 Separatori a umido

11.4 Depolveratori elettrostatici

11.5 Depolveratori a tessuto

12. Misura e controllo nei processi chimici

12.1 Generalità sul controllo automatico

12.2 Definizioni principali

12.3 L'anello di regolazione in retroazione

12.4 I controllori ed il controllo on-off

12.5 Rappresentazione degli anelli di regolazione

12.6 Gli elementi di misura

Appendici

Dizionario tecnico

Indice analitico

Bibliografia

Riferimenti

118 Equazione fondamentale della statica 5   Statica e dinamica dei liquidi Il risultato dell esempio non è una caratteristica specifica del sistema considerato, ma può essere generalizzato a tutti i sistemi in cui si hanno liquidi in quiete. Ne risulta l importante equazione fondamentale della statica che afferma che la somma della energia potenziale e di pressione in un liquido in quiete è costante: (5.7) Epotenziale 1 Epressione 5 costante La (5.7) si può dimostrare considerando una determinata massa elementare di liquido che, per semplificare gli sviluppi matematici, supporremo di forma cubica. La nostra massa elementare si trova in quiete all interno di una massa dello stesso liquido, con la faccia superiore posta alla quota h1 su cui viene esercitata la pressione P1. Analogamente, h2 e P2 saranno rispettivamente la quota e la pressione esercitata contro la faccia inferiore. Come vedremo, la scelta del piano di riferimento non ha alcuna influenza sullo sviluppo (v. fig. 5.6). F 1 = P1 S h1  h2 Fp =   V h1 F2 = P2 S h2 sistema di forze laterali in equilibrio Fig. 5.6 piano di riferimento Forze applicate su una massa elementare di liquido in quiete. Su ogni faccia del cubo la parte rimanente del liquido applica, in accordo con il Principio di Pascal, una forza data dalla pressione idrostatica P per la superficie S della faccia del cubo. Sulla faccia superiore e inferiore agiscono le forze: F 1 5 P1 ? S F2 5 P2 ? S (5.8) Per le facce laterali le forze applicate si calcolano allo stesso modo. Tuttavia, la pressione idrostatica determinerà su ognuno degli assi cartesiani una coppia di forze di uguale intensità e di verso opposto. La risultante delle quattro forze laterali è dunque nulla e non sarà necessario considerarle oltre. Sulla massa di liquido in esame agisce anche la forza peso data dal prodotto tra peso specifico e volume V del cubo: Fp 5   ? V 5   ? S ? (h1 2 h2) (5.9) dove l altezza del cubo è stata espressa come differenza delle quote delle due facce rispetto ad un qualunque piano di riferimento. 05a CAPITOLO_109-146.indd 118 27/04/12 11.33 

119 5.1   Statica dei liquidi Altezza geometrica e piezometrica Per mantenersi in equilibrio statico deve valere la condizione che la risultante delle forze applicate sulla massa di liquido deve essere nulla: F1 1 Fp 5 F2 (5.10) Sviluppando la condizione di equilibrio, sostituendo le (5.8) e la (5.9) si ottiene: P1   S +     S   (h1   h2 ) = P2   S P1 +     h1       h2 = P2 P1 +     h1 = P2 +     h2 e dividendo per il peso specifico: h1 + P1 P = h2 + 2     (5.11) La (5.11) rappresenta l equazione fondamentale della statica. Essa può essere generalizzata abbandonando il cubo da cui siamo partiti e scegliendo arbitrariamente due punti qualunque all interno della massa liquida. La (5.11) sarà sempre valida ammesso che il liquido sia in quiete e che non si incontrino discontinuità nella massa liquida, ad esempio altri liquidi o gas, collegando un punto all altro. La (5.11) si potrà pertanto scrivere nella forma: Epotenziale + Epressione = Etotale = h + P = cost   (5.12) Moltiplicando i termini della (5.12) per la massa e l accelerazione di gravità, ovvero per il peso del liquido considerato, si ottiene: m  g  h+ m  g   P = cost   (5.13) che equivale alla (5.7). Altezza geometrica e piezometrica Alcune ulteriori considerazioni sono utili per meglio comprendere l equazione fondamentale della statica. Innanzitutto è necessario sottolineare nelle espressioni (5.11) e (5.12) che ogni termine è espresso in metri e rappresenta l energia per unità di peso. Per questo motivo è ancora in uso nella pratica indicare l energia potenziale come altezza geometrica, mentre l energia di pressione come altezza piezometrica. Inoltre, considerando che il rapporto 1/   rappresenta il volume specifico (ovvero il volume per unità di peso), la (5.11) si può scrivere nella forma: h1 1 P1 ? Vs 5 h2 1 P2 ? Vs 05a CAPITOLO_109-146.indd 119 (5.14) 30/07/12 15.24 

“Chimica, Materiali e Biotecnologie” con le nuove indicazioni ministeriali dell’indirizzo ispirandosi ad una logica di “razionalizzazione”

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Tecnologie chimiche industriali, Vol. 1

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