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a Ciclo Unico
Scuola di Scienze
SCIENZE E TECNOLOGIE PER L'AMBIENTE
Insegnamento
DINAMICA DEGLI INQUINANTI NELL'AMBIENTE
SC01122842, A.A. 2018/19

Informazioni valide per gli studenti immatricolati nell'A.A. 2016/17

Principali informazioni sull'insegnamento
Corso di studio Corso di laurea in
SCIENZE E TECNOLOGIE PER L'AMBIENTE (Ord. 2008)
IF0320, ordinamento 2008/09, A.A. 2018/19
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Crediti formativi 8.0
Tipo di valutazione Voto
Denominazione inglese DYNAMIC OF POLLUTTANTS IN THE ENVIRONMENT
Sito della struttura didattica http://www.chimica.unipd.it/corsi/corsi-di-laurea/laurea-scienze-e-tecnologie-lambiente
Dipartimento di riferimento Dipartimento di Scienze Chimiche
Obbligo di frequenza
Lingua di erogazione ITALIANO
Sede PADOVA
Corso singolo È possibile iscriversi all'insegnamento come corso singolo
Corso a libera scelta È possibile utilizzare l'insegnamento come corso a libera scelta

Docenti
Responsabile DIEGO FREZZATO CHIM/02
Altri docenti MIRCO ZERBETTO CHIM/02

Dettaglio crediti formativi
Tipologia Ambito Disciplinare Settore Scientifico-Disciplinare Crediti
AFFINE/INTEGRATIVA Attività formative affini o integrative CHIM/01 4.0
AFFINE/INTEGRATIVA Attività formative affini o integrative CHIM/02 2.0
AFFINE/INTEGRATIVA Attività formative affini o integrative CHIM/03 2.0

Organizzazione dell'insegnamento
Periodo di erogazione Secondo semestre
Anno di corso III Anno
Modalità di erogazione frontale

Tipo ore Crediti Ore di
didattica
assistita
Ore Studio
Individuale
LEZIONE 8.0 64 136.0

Calendario
Inizio attività didattiche 25/02/2019
Fine attività didattiche 14/06/2019
Visualizza il calendario delle lezioni Lezioni 2019/20 Ord.2017

Commissioni d'esame
Nessuna commissione d'esame definita

Syllabus
Prerequisiti: E' auspicabile che lo studente abbia già acquisito confidenza con metodi matematici basilari (calcolo vettoriale e matriciale, derivate ordinarie e derivate parziali di funzioni di più variabili, integrazione) e con i concetti della Termodinamica di equilibrio. Un richiamo ai concetti essenziali viene comunque fatto nella parte introduttiva dell'insegnamento.
Conoscenze e abilita' da acquisire: L'obiettivo è rendere lo studente consapevole che la descrizione della dinamica di inquinanti nell'ambiente richiede un'analisi quantitativa che parte dalla semplificazione ragionevole del problema reale (complesso e intrattabile nei minimi dettagli), si sviluppa con la modellizzazione teorica del problema semplificato (costruzione e parametrizzazione delle appropriate equazioni), e si conclude con la trattazione numerica mediante opportuni strumenti computazionali. Lo studente acquisirà spirito critico e sensibilità per scegliere l'approccio appropriato per la trattazione del dato problema specifico. Inoltre lo studente potrà affrontare pubblicazioni scientifiche nel settore, avendo acquisito la terminologia convenzionale.
Modalita' di esame: L'esame consiste in un colloquio orale con utilizzo della lavagna. Vengono poste alcune domande su ognuna delle macro-sezioni costituenti il programma del corso: termodinamica della ripartizione di inquinanti tra fasi, cinetica chimica; meccanismi di dispersione locale degli inquinanti nelle varie fasi; trasporto di inquinanti su ampia scala.
Criteri di valutazione: Viene valutata la capacità di sintesi dello studente e la proprietà di linguaggio. La valutazione positiva è assegnata allo studente in grado di andare oltre la pura catalogazione di aspetti qualitativi, e che riesce a porsi in un'ottica di analisi quantitativa della dinamica degli inquinanti. Posto di fronte ad un problema pratico, lo studente deve dimostrare di sapere isolare i tratti essenziali che delineano un plausibile modello teorico.
Contenuti: - Concetti essenziali di Termodinamica di equilibrio.
- Ripartizione di specie tra varie fasi-compartimenti in condizioni di equilibrio: aria, aerosol, acqua, sospensioni in acqua, biota acquatico, sedimenti, suolo, biota terrestre. Coefficienti di ripartizione.
- Richiami di cinetica chimica: velocità di reazione, legge cinetica, meccanismo di reazione, legge di Arrhenius.
- Trasferimento inter-compartimento. Bilanci di massa. Classificazione di Mackay (tre livelli di complessità). Esercitazioni al calcolatore.
- Introduzione al trasporto di inquinanti all’interno del singolo compartimento. Classificazione dei processi di trasporto: “advection”, dinamiche locali (diffusione molecolare, turbolenza, dispersione fluidodinamica), processi reattivi, contributi di "source-sink".
- Costruzione dell’equazione ADR (Advection-Diffusione-Reazione) per l’evoluzione temporale della concentrazione locale di inquinante. Definizione del vettore flusso di materia. Sviluppo dei singoli termini della ADR.
- Trasporto locale per diffusione molecolare. Descrizione del processo su basi statistiche (moto browniano) e termodinamiche (cenno alla termodinamica di non-equilibrio). L’equazione di diffusione. Soluzione analitica in fase omogenea e isotropa non confinata. Relazione tra coefficiente di diffusione e scostamenti quadratici medi delle molecole. Diffusione in fase liquida, legame tra coefficienti di diffusione e attrito viscoso, relazione di Stokes-Einstein. Diffusione in fase gassosa.
- Turbolenza in compartimenti fluidi. Fenomenologia dei vortici, cenni alla teoria di Kolmogorov. Turbolenza negli strati bassi dell’atmosfera. Effetto della turbolenza del mezzo sulla dinamica dell’inquinante: derivazione di un contributo di tipo diffusivo (“diffusione vorticosa") nell’equazione ADR. Coefficienti di diffusione vorticosa e loro determinazione col metodo dei traccianti. Modelli teorici e fenomenologici per la dispersione in aria. Turbolenza e dispersione idrodinamica nelle acque superficiali (oceani, baie, laghi, corsi d’acqua). Modelli di dispersione con trascinamento ("Gaussian Plume Model"). Soluzione numerica della dispersione per turbolenza verticale in aria. Esercitazioni.
- Dinamica degli inquinanti nelle acque sotterranee. Stratificazione sotterranea, zona satura e zona insatura. Carico di pressione, carico idraulico, legge di Darcy, permeabilità del terreno. Advection nelle regioni satura e insatura. Dispersione idrodinamica. Effetti ritardanti dovuti a ripartizione dell’inquinante tra matrice solida, acqua e aria. Esercizi numerici.
- Peso dei vari contributi nell’equazione ADR. Numeri di Peclet e di Damkoehler. Il “raccordo” alle interfacce.
- Trasporto di inquinante su ampia scala. Cenni di fluidodinamica ed equazioni di Navier-Stokes. Cenni ai metodi numerici di soluzione, metodo degli "elementi finiti". Modelli di trasporto in aria, circolazione atmosferica, venti geostrofici. Trasporto in acque superficiali. Cenno al software di largo utilizzo e dimostrazioni.
Attivita' di apprendimento previste e metodologie di insegnamento: Il corso consta di lezioni frontali ed alcune esercitazioni. Le lezioni sono svolte con l'ausilio di "slides" precedentemente caricate sulla pagina web del docente di riferimento. Le spiegazioni vengono coadiuvate da esempi pratici ed esercizi numerici cercando di stimolare l'intervento degli studenti. Alcune esercitazioni vengono svolte in sala di informatica con PC a disposizione di ogni studente.
Eventuali indicazioni sui materiali di studio: Oltre ai testi consigliati per approfondimenti, il principale materiale di studio è costituito dalle "slides" di lezione interamente preparate dai docenti. Pur ispirandosi ai testi consigliati, tale materiale riflette il punto di vista dei docenti sulla materia, e fornisce un quadro organico auto-consistente e rigoroso sull'approccio formale alle tematiche.
Testi di riferimento:
  • Anu Ramaswami, Jana B. Milford, Mitchell J. Small, Integrated Environmental Modeling - Pollutant Transport, Fate, and Risk in the Environment. Hoboken (New Jersey): Wiley, 2005. Monografia per approfondimenti. Cerca nel catalogo
  • John S. Gilliver, Introduction to Chemical Transport in the Environment. New York: Cambridge University Press, 2007. Per approfondimenti sui metodi matematici e numerici Cerca nel catalogo
  • Donald Mackay, Multimedia Environmental Models - The fugacity Approach (2nd Ed.). --: CRC Press - Taylor & Francis Group, 2001. Tratta gli aspetti termodinamici delle fasi e lo scambio tra compartimenti Cerca nel catalogo

Didattica innovativa: Strategie di insegnamento e apprendimento previste
  • Lecturing
  • Case study
  • Working in group
  • Active quiz per verifiche concettuali e discussioni in classe
  • Files e pagine caricati online (pagine web, Moodle, ...)

Didattica innovativa: Software o applicazioni utilizzati
  • Esercitazioni in sala di informatica con fogli Excel

Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
Istruzione di qualita'