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

438 12   Misura e controllo nei processi chimici Gli errori di precisione e di accuratezza di uno strumento sono un indice della sua qualità e determinano la classe di precisione (dell accuratezza), usualmente indicata come percentuale del fondo scala dello strumento. In alcuni casi, però, in base alla tipologia dello strumento, esso si riferisce alla misura effettiva; in tal caso l incertezza della misura incide con uguale percentuale lungo tutta la scala. Il manometro di Fig. 12.18 ha una classe di precisione di 2,5, corrispondente a   2,5% del fondo scala; nel nostro caso il fondo scala è di 4 bar e l errore assoluto massimo che può affliggere le misure è   0,1 bar. Manometro rispondente ai requisiti costruttivi della norma EN 837-1, di classe di precisione Cl. 2,5, corrispondente a   2,5% del fondo scala. Poiché il fondo scala è di 4 bar, l incertezza della misura è di   0,1 bar. Fig. 12.18 Conviene quindi scegliere strumenti con la scala di opportuna estensione, infatti l errore che corrisponde al   2,5% a 4 bar, diventa del   5% a 2 bar e del   10% a 1 bar. Tipicamente si sceglie il fondo scala in modo che la misura che si vuole effettuare cada preferibilmente nella parte centrale della scala, dal 25 al 75%, lasciando così un margine per eventuali valori eccessivi della misura. Le tipiche classi di precisione utilizzate per la strumentazione industriale sono: 0,05; 0,1; 0,2; 0,3; 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 5. Un altra importante caratteristica statica è la soglia di discriminazione, definita come la più grande variazione del valore misurato che non è rilevata dallo strumento. Solo variazioni più grandi della soglia sono rilevabili da quello strumento e questo, come vedremo, influisce sulle caratteristiche dinamiche.   in relazione alla sensibilità S dello strumento, definita come il rapporto: S= R M Dove  R è l ampiezza della risposta dello strumento (lunghezza o divisioni per scale lineari, angolo per scale circolari, segnale elettrico, ecc.) e  M è il campo della grandezza misurata (gradi di temperatura, pressione, portata, ecc.). Maggiore è la sensibilità, maggiori saranno le cifre significative della misura. esempio 12.3 Calcolare la sensibilità di un termometro che ha una scala con 100 divisioni e misura da 0 a 50°C. S = 100 div  R = = 2 div/°C 50°C  M Quindi si può apprezzare il mezzo grado. Calcolare la sensibilità di un sensore di pressione che produce un segnale 4   20 mA e misura da 0 a 10 bar.  R (20   4) mA 16 mA S = = = = 1,6 mA/bar  M 10 bar 10 bar 12a CAPITOLO_421-496.indd 438 27/04/12 12.05 

439 12.6   Gli elementi di misura 12.6.2 caratteristiche dinamiche degli elementi di misura Temperatura 2 a n Temperatura Si è già accennato all importanza del tempo di risposta, definito come il tempo impiegato dallo strumento a raggiungere, entro limiti stabiliti, un nuovo stato stazionario quando la proprietà da misurare subisce una brusca variazione da un valore precedente costante a uno successivo, sempre costante. Un esempio potrebbe essere prendere un termometro a temperatura ambiente e immergerlo bruscamente in una miscela di acqua e ghiaccio e misurare il tempo che impiega ad equilibrarsi. Un tale tipo di variazione della grandezza da misurare è detta  variazione a gradino . L esistenza stessa del tempo di risposta, anche in assenza di errore statico, produce l errore dinamico e il ritardo nella risposta (v. Fig. 12.19). m a b b a b n 1 m a) Fig. 12.19 Tempo b) Tempo Errore dinamico di una sonda di temperatura: la temperatura del processo varia secondo la curva a, la curva b rappresenta la risposta dello strumento, privo di errore statico, ma che presenta l errore dinamico n ed il ritardo nella risposta m. In a) la temperatura varia dal livello 1 al 2; in b) oscilla, p.e., sinusoidalmente, il ritardo m costituisce uno sfasamento e l errore dinamico n provoca un attenuazione dell ampiezza della fluttuazione. Notare come l errore dinamico (n) ed il ritardo (m) varino lungo il transitorio in a) e con l oscillazione in b). a 2 Errore statico 2 Temperatura Temperatura La presenza di un errore statico può amplificare o ridurre, a seconda del suo segno, l errore dinamico e il ritardo nella risposta (v. Fig. 12.20). n Errore statico a n m Errore dinamico compensato m b Errore dinamico accentuato b 1 1 Tempo Fig. 12.20 12a CAPITOLO_421-496.indd 439 Tempo Effetto dell errore statico sull errore dinamico n e sul ritardo nella risposta m: a seconda del segno, si può avere un accentuazione (a sinistra) o un attenuazione (a destra). 27/04/12 12.05 

“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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