Appunti di Chimica applicata e scienza dei materiali

65942 - Chimica applicata e scienza dei materiali T

.......................................................................................................... 2C .................................................................................................................................................. 2ONOSCENZE E ABILITÀ DA CONSEGUIRE P /C ................................................................................................................................................................... 2ROGRAMMA ONTENUTI Prerequisiti/Propedeuticità consigliate ...................................................................................................................................... 2 Programma ................................................................................................................................................................................ 2 Modulo di Scienza dei Materiali ................................................................................................................................................................ 2 Modulo di Chimica Applicata ..................................................................................................................................................................... 2 T /B ............................................................................................................................................................................ 4ESTI IBLIOGRAFIA Modulo di Scienza dei materiali ................................................................................................................................................................. 4 Modulo di Chimica Applicata ..................................................................................................................................................................... 4 M ' .......................................................................................................................................... 5ODALITÀ DI VERIFICA DELL APPRENDIMENTO

65942 - Chimica applicata e scienza dei materiali T

Anno accademico 2018/2019

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.

Programma/Contenuti

Prerequisiti/Propedeuticità consigliate

L’allievo che accede a questo insegnamento ha conoscenze di base sulla chimica inorganica ed organica. Tali conoscenze si ottengono frequentando i corsi di Fondamenti di Chimica erogati dai corrispondenti Corsi di Laurea.

Tutte le lezioni saranno tenute in italiano. È quindi necessaria la comprensione della lingua italiana per seguire con profitto il corso e per poter utilizzare il materiale didattico fornito

Programma

Modulo di Scienza dei Materiali

(Modulo 2 [6 CFU] – Ingegneri Chimici e Meccanici)

• Classificazione generale dei materiali (ceramici, polimeri, metalli e compositi).
• 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. Indici di Miller per piani e direzioni reticolari.
• Difetti nei cristalli: di punto (vacanze). Difetti nei materiali ceramici. Dislocazioni, Bordi di grano. Energia dei difetti.
• Diagrammi di stato di equilibrio a due componenti. Trasformazioni eutettiche e peritettiche. Trasformazioni di non equilibrio Diagrammi di interesse industriale (acciai, leghe dell'alluminio, ceramici).
• Definizione di microstruttura Tecniche sperimentali per la determinazione della microstruttura. Microscopia ottica ed elettronica ed AFM. Porosimetria. Raggi X.
• Proprietà meccaniche dei materiali. Deformazioni plastiche. Anelasticità. Fenomeni di creep. Frattura fragile e duttile.
• Analisi delle caratteristiche generali delle classi di materiali: ceramici, metalli, polimeri e compositi

Modulo di Chimica Applicata

(Modulo 1 [3 CFU] – Ingegneri Chimici

• Acque: caratteristiche chimiche e fisiche.
• Sostanze sospese e disciolte.
• Durezza, alcalinità, salinità e potere incrostante.
• BOD e COD.
• Principali trattamenti chimici: addolcimento, demineralizzazione e sterilizzazione.
• Requisiti delle acque in relazione al loro utilizzo finale.
• Combustibili.
• Cenni alle reazioni di combustione.
• Caratteristiche generali dei combustibili.
• Potere calorifico. Determinazione sperimentale.
• Temperatura di fiamma.
• Combustibili liquidi.
• Petrolio: caratteristiche fisiche e chimiche.
• Distillazione frazionata a pressione atmosferica ed in condizioni di vuoto.
• Principali prodotti della distillazione del petrolio, in particolare benzine e gasoli per autotrazione.
• Principali processi della raffineria: visbreaking, cracking termico e catalitico, reforming, coking.

Testi/Bibliografia

Modulo di Scienza dei materiali

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

“Scienza e Ingegneria dei materiali: una introduzione” W.D. Callister, Ed. EdiSES, Napoli

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

“Scienza ed Ingegneria dei materiali” J.F. Shakelford, Ed. Pearson, Prentice Hall, Milano

“Struttura e proprietà dei materiali” John Wulff, volumi 1,2,3 Ed. Ambrosiana, Milano (non più in stampa)

Modulo di Chimica Applicata

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

"Enciclopedia degli Idrocarburi" Autori vari, ENI

Modalità di verifica dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento avviene attraverso un esame finale, che accerta l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta della durata di 2 ore.

Durante la prova a) non è ammesso l'uso di materiale di supporto quale libri di testo, appunti, supporti informatici, b) è necessario dotarsi di calcolatrice (non è consentito l’uso della calcolatrice del telefono cellulare), c) a ciascun candidato verrà richiesto di esibire un documento di riconoscimento ed il badge che attesta l’iscrizione all’Università di Bologna.

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.

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 (della durata di 2 h) consiste in domande aperte (2) una delle quali può comportare l'esecuzione di calcoli e in domande a risposta multipla (5) riguardanti la teoria per il modulo Scienza dei Materiali e di domande a risposta multipla (5) ed una domanda aperta per il Modulo di Chimica Applicata. Esempi di prove sono reperibili nel sito on-line. Gli studenti meccanici svolgono solo la prima parte del compito.

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.

Ingegneria meccanica L-0927

Corso di Scienza dei materiali

Temi d’esame, esercizi e quiz

Nota

I temi d’esame riportati di seguito sono esaustivi per i principali argomenti del corso seppur sia possibile che il docente richieda temi differenti, al più su argomenti contigui, in sede d’esame.

In particolare, B13) Descrivere i meccanismi di diffusione nei materiali metallici non era incluso nell’elenco dei temi d’esame ed è stato introdotto in seguito giacché richiesto.

I temi d’esame sono enumerati nell’ordine in cui sono stati presentati gli argomenti durante le lezioni svolte dal docente Dott. Andrea Saccani nell’a.a. 2018-2019 con riferimento al documento Dispensa Andrea Saccani (2017).pdf.

Lo svolgimento dei temi d’esame consiste nel riepilogo delle risposte redatte da due differenti colleghi.

Si consiglia di studiare entrambe le fonti in modo complementare.

Gli esercizi presentati durante le lezioni svolte dal docente sono riportati di seguito con particolare dettaglio per i diagrammi di stato, il trattamento di tempra, il trattamento di carbocementazione e i materiali compositi.

Il docente non fornisce i valori del modulo elastico delle fibre di rinforzo e della matrice del materiale composito e pertanto è necessario ricordare mnemonicamente tali parametri riportati nelle Tab. 2, 3.

Alcuni quiz possono presentare più di una risposta corretta poiché di anni accademici precedenti a quello corrente. Nell’anno accademico corrente, ogni quiz ammette una sola risposta corretta.

In caso di ambiguità in sede d’esame, il docente consiglia di contrassegnare una delle risposte ritenute corrette e di fornire una breve argomentazione circa i motivi per i quali si ritengano corrette più di una risposta.

Si consiglia di studiare gli argomenti inerenti ai quiz per garantire una preparazione teorica tale da sapere affrontare eventuali quiz differenti da quelli riportati di seguito.

Per garantire una preparazione teorica ampia è necessario studiare le slides del docente con gli appunti delle lezioni poiché complementari.

In particolare, per la prima parte del corso (ad esclusione di materiali ceramici, polimerici e compositi) è possibile utilizzare le slides della docente Lorella Ceschini del corso di Metallurgia T.

Modo d’uso

Modo d’uso e, gli esercizi –Il documento raccoglie i temi d’esa e i quiz con riferimento al documento Dispensa Andrea Saccani ell’a.a.(2017).pdf presentato durante le lezioni svolte dal docente Dott. Andrea Saccani 2018-2019.

Fig. xx

Le immagini sono allegate in calce al documento e sono richiamate con la dicitura .

65942 - Chimica applicata e scienza dei materiali T

Anno accademico 2018/2019

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.

Programma/Contenuti

Prerequisiti/Propedeuticità consigliate

L’allie o he a ede a uesto i seg a e to ha o os e ze di ase sulla hi i a i o ga i a ed o ga i a. Tali conoscenze si ottengono frequentando i corsi di Fondamenti di Chimica erogati dai corrispondenti Corsi di Laurea.

Tutte le lezioni saranno tenute in italiano. È quindi necessaria la comprensione della lingua italiana per seguire con profitto il corso e per poter utilizzare il materiale didattico fornito

Programma

Modulo di Scienza dei Materiali

–(Modulo 2 [6 CFU] Ingegneri Chimici e Meccanici)

• Classificazione generale dei materiali (ceramici, polimeri, metalli e compositi).
• 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. Indici di Miller per piani e direzioni reticolari.
• Difetti nei cristalli: di punto (vacanze). Difetti nei materiali ceramici. Dislocazioni, Bordi di grano. Energia dei difetti.
• Diagrammi di stato di equilibrio a due componenti. Trasformazioni eutettiche e peritettiche. Trasformazioni di non equilibrio Diagrammi di interesse industriale (acciai, leghe dell'alluminio, ceramici).
• Definizione di microstruttura Tecniche sperimentali per la determinazione della microstruttura. Microscopia ottica ed elettronica ed AFM. Porosimetria. Raggi X.
• Proprietà meccaniche dei materiali. Deformazioni plastiche. Anelasticità. Fenomeni di creep. Frattura fragile e duttile.
• Analisi delle caratteristiche generali delle classi di materiali: ceramici, metalli, polimeri e compositi

Modulo di Chimica Applicata

–(Modulo 1 [3 CFU] Ingegneri Chimici

• Acque: caratteristiche chimiche e fisiche.
• Sostanze sospese e disciolte.
• Durezza, alcalinità, salinità e potere incrostante.
• BOD e COD.
• Principali trattamenti chimici: addolcimento, demineralizzazione e sterilizzazione.
• Requisiti delle acque in relazione al loro utilizzo finale.
• Combustibili.
• Cenni alle reazioni di combustione.
• Caratteristiche generali dei combustibili.
• Potere calorifico. Determinazione sperimentale.
• Temperatura di fiamma.
• Combustibili liquidi.
• Petrolio: caratteristiche fisiche e chimiche.
• Distillazione frazionata a pressione atmosferica ed in condizioni di vuoto.
• Principali prodotti della distillazione del petrolio, in particolare benzine e gasoli per autotrazione.
• Principali processi della raffineria: visbreaking, cracking termico e catalitico, reforming, coking.

Testi/Bibliografia

Modulo di Scienza dei materiali

S ie za e te ologia dei ate iali W.F. S ith, Ed M G a -Hill Milano

S ie za e I geg e ia dei ate iali: u a i t oduzio e W.D. Calliste , Ed. EdiSES, Napoli

Ele e ts of Mate ials S ie e a d E gi ee i g L.H.Va Vla k, Ed. Addiso -Wesley

S ie za ed I geg e ia dei ate iali J.F. Shakelfo d, Ed. Pea so , P e ti e Hall, Mila o

St uttu a e p op ietà dei ate iali Joh Wulff, olu i , , Ed. A osia a, Mila o o più i stampa)

Modulo di Chimica Applicata

I geg e ia A ie tale Vesili d P, Pei e J CLUEB apitoli , e

"Enciclopedia degli Idrocarburi" Autori vari, ENI

Modalità di verifica dell'apprendimento

La e ifi a dell’app e di e to a ie e att a e so u esa e fi ale, he a e ta l’a uisizio e delle o os e ze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta della durata di 2 ore.

Durante la prova a) non è ammesso l'uso di materiale di supporto quale libri di testo, appunti, supporti informatici, b) è necessario dotarsi di calcolatrice o è o se tito l’uso della al olat i e del telefo o ellula e , a ias u a didato e à i hiesto di esi i e u do u e to di i o os i e to ed il adge he attesta l’is izio e all’U i e sità di Bolog a.

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.

La p o a d’esa e i a a