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Grazia GHERMANDI
Professore Ordinario
Dipartimento di Ingegneria "Enzo Ferrari"
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Insegnamento: Qualità dell'Aria e Dinamica degli Inquinanti
Ingegneria Civile e Ambientale (Offerta formativa 2024)
Obiettivi formativi
Fornire le conoscenze e gli strumenti per comprendere il funzionamento di modelli matematici di simulazione del comportamento di un sistema fisico (atmosfera, corsi d'acqua, laghi, acque sotterranee)e della dispersione di inquinanti.
Fornire le conoscenze teoriche di base riguardo ai principali inquinanti atmosferici, alle loro sorgenti e ai loro processi in atmosfera, con particolare riferimento al particolato atmosferico. Fornire alcuni strumenti per l’elaborazione dei dati di inquinanti atmosferici.
Prerequisiti
Conoscenze di matematica e fisica, statistica da laurea di primo livello.
Programma del corso
Dinamica oceano-atmosfera: bilancio energetico. Scale spaziali. Rappresentazione euleriana e lagrangiana. Dinamica atmosferica: continuità. Forze reali ed apparenti. Viscosità molecolare. Equazioni del moto. Libera atmosfera (FA) e PBL. Analisi di scala per FA. Eq. di Reynolds per il flusso medio in turbolenza: stress di Reynolds. Viscosità cinematica turbolenta. Turbolenza, lunghezza di mescolamento, cost. di Von Karman. Similarità. Friction velocity, roughness lenght. Convective velocity scale, lunghezza di Monin Obukhov. Analisi del PBL. Eq. trasporto - diffusione di proprietà scalari. Modelli di qualità dell'aria. Scale spazio-temporali, dominio. Modelli meteorologici; deterministici e stocastici. Euleriani gaussiani, a box e fotochimici a griglia. Lagrangiani a box e a traiettorie, a particelle: formulazione, ipotesi, concetto di particella. Eq. di Taylor, eq. di Langevin, componente stocastica. Turbolenza non omogenea e convezione.
Corsi d'acqua come reattori ideali e no, e combinazioni di reattori. Advezione, dispersione idrodinamica. Lunghezza di trasporto. Modelli a catena. Flusso tidale in fiumi ed estuari. Qualità dell'acqua in laghi e serbatoi: comportamento idraulico (CFSTR). Struttura verticale. Turnover. Num. densimetrico di Froude. Morfologia lacustre. Modello verticale. Flussi alle interfacce.
5 cfu - 45 ore lezioni frontali
2 cfu - 18 ore laboratorio modellistica
Struttura dell’atmosfera. Inquinamento atmosferico, tempo di residenza in atmosfera e principali composti atmosferici (gas e aerosol). Legge di Lambert-Beer e reazioni fotochimiche.
Funzionamento di strumenti normativi e non per il monitoraggio di gas.
Aerosol: distribuzione granulometrica. Attrito inerziale e viscoso di una particella. Velocità terminale in caso di attrito viscoso. Proprietà meccaniche, ottiche ed elettriche degli aerosol e relativi strumenti di misura. Evoluzione del particolato in atmosfera (cambio di fase, nucleazione, condensazione, coagulazione, deposizione). Principali aspetti legislativi e normativi.
8 cfu - 72 ore
Metodi didattici
Lezioni frontali di teoria, presentazione della strumentazione. Laboratorio di modellistica della dispersione di inquinanti in atmosfera. Laboratorio di analisi dati di inquinanti atmosferici.
Testi di riferimento
R.G.Fleagle, J.A. Businger, AN INTRODUCTION TO ATMOSPHERIC PHYSICS, Academic.
Adrian E.Gill, ATMOSPHERE-OCEAN DYNAMICS, Academic Press (New York) 1982.
G.Finzi, G.Pirovano, M.Volta, GESTIONE DELLA QUALITA' DELL'ARIA, Mc Graw-Hill (Milano) 2001.
H.B.Fisher, TRANSPORT MODELS FOR INLAND AND COASTAL WATERS, Academic Press (New York) 1981.
G. Tchobanoglous, E.D. Schroeder, WATER QUALITY, Addison-Wesley Company (USA) 1985.
Seinfeld & Pandis, Aerosol Chemistry & Physics, 2nd/3rd ed. (in BSI e in BUST)
Finlayson-Pitts & Pitts, Chemistry of the Upper and Lower Atmosphere (in BSI e in BUST)
Baron & Willeke, Aerosol Measurements, 2nd ed.,(in BUST)
Baron & Willeke & Kulkarni, Aerosol Measurements, 3nd ed. (in e-book)
Hinds, Aerosol Technology, 2nd ed. (in BUST)
Pruppacher & Klett, Microphysics of clouds and precipitation (in BUST)
Verifica dell'apprendimento
Esame orale ed svolgimento di una simulazione modellistica della dispersione di inquinanti in atmosfera
Risultati attesi
Conoscenza delle leggi di distribuzione delle sostanze in atmosfera e del relativo formalismo, conoscenza della principale strumentazione per la qualità dell'aria e capacità di applicazione di un modello di simulazione ai fini delle valutazioni di impatto ambientale.