FISICA TECNICA A - L
Anno accademico 2019/2020 - 2° anno - Curriculum Curriculum unicoCrediti: 9
SSD: ING-IND/10 - Fisica tecnica industriale
Organizzazione didattica: 225 ore d'impegno totale, 138 di studio individuale, 42 di lezione frontale, 45 di esercitazione
Semestre: 2°
ENGLISH VERSION
Obiettivi formativi
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Il corso ha la finalità di fornire conoscenze:
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Modalità di svolgimento dell'insegnamento
Prove in Itinere:
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Una a metà corso, al termine delle lezioni di termodinamica applicata, ed una a fine corso, al termine delle lezioni di trasmissione del calore. Il superamento delle due prove è equiparato al superamento della prova scritta dell’esame, purchè questo venga sostenuto entro il medesimo anno accademico. |
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Prove d’esame |
Prova scritta e prova orale |
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Modalità di iscrizione ad un appello d’esame |
La prenotazione per un appello d’esame è obbligatoria e deve essere fatta esclusivamente via internet attraverso il portale studenti entro il periodo previsto. |
Prerequisiti richiesti
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Analisi I – Fisica I |
Frequenza lezioni
Obbligatoria (minimo 70% delle ore di lezione)
Contenuti del corso
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TERMODINAMICA APPLICATA 1. NOZIONI FONDAMENTALI DI TERMODINAMICA La termodinamica e l’energia; la trasmissione del calore; le unità di misura del S.I. Il sistema termodinamico; massa di controllo e volume di controllo; le variabili di stato; l’equilibrio termodinamico; il postulato di stato o regola di Gibbs; il principio zero della termodinamica; definizione di pressione, volume e temperatura; trasformazioni e cicli termodinamici. 2. GRANDEZZE DI STATO E GRANDEZZE DI SCAMBIO L’energia: energia interna, cinetica e potenziale; lo scambio di energia al contorno del sistema: calore e lavoro. |
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3. COMPORTAMENTO TERMODINAMICO DELLE SOSTANZE PURE I cambiamenti di stato; i vapori saturi ed i diagrammi di rappresentazione; le tabelle dei vapori saturi. Il modello del gas perfetto ed altre equazioni di stato. Il comportamento dei gas reali. |
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4. BILANCI DI MASSA ED ENERGIA E PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA Bilancio energetico dei sistemi chiusi; il lavoro di variazione di volume; calori specifici a pressione costante e a volume costante. L’analisi termodinamica dei volumi di controllo ed i processi a flusso stazionario; definizione di entalpia; lavoro nei sistemi con deflusso. Il primo principio della termodinamica per i sistemi chiusi e per i sistemi aperti; i principali dispositivi a flusso stazionario. |
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5. SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA E DEFINIZIONE DI ENTROPIA Definizione di motori termici e macchine frigorifere; enunciati del secondo principio della termodinamica. Il ciclo di Carnot diretto ed inverso; i teoremi di Carnot; la scala termodinamica di temperatura; irreversibilità; definizione di entropia. Diagrammi dell’entropia; equazioni dell’entropia per i gas ideali e per i liquidi ed i solidi; il bilancio di entropia per sistemi aperti e chiusi. |
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6. COMPONENTI TECNOLOGICI DEI SISTEMI TERMODINAMICI I componenti tecnologici degli impianti; il rendimento isoentropico dei componenti termodinamici; analisi e caratterizzazione dei componenti mediante bilanci di energia ed entropia. |
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7. CICLI DIRETTI A GAS (AD ARIA STANDARD) Il ciclo di Carnot a gas; i cicli diretti a gas: il ciclo Brayton-Joule endoreversibile, l’effetto delle irreversibilità, la rigenerazione nel ciclo Brayton-Joule; cenni su altre evoluzioni ed applicazioni aeronautiche; cenni sul Ciclo Otto, Diesel e Sabathé. |
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8. CICLI DIRETTI A VAPORE Il ciclo di Carnot a vapore; il ciclo Rankine endoreversibile; il ciclo Rankine con surriscaldamento; limiti tecnologici degli impianti motori a vapore; l’effetto delle irreversibilità; la rigenerazione nel ciclo Rankine; la cogenerazione e gli impianti combinati. |
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9. CICLI INVERSI A COMPRESSIONE DI VAPORE I cicli inversi; le macchine frigorifere e le pompe di calore; i cicli inversi a compressione di vapore; l’effetto delle irreversibilità. |
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10. PSICROMETRIA E TRATTAMENTI DELL’ARIA UMIDA Le miscele di gas ideali e reali; l’aria umida; definizione delle variabili termodinamiche e dei diagrammi usati in psicrometria; principali trasformazioni ed impianti termotecnici per i trattamenti dell’aria umida. |
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TRASMISSIONE DEL CALORE |
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11. PRINCIPI FONDAMENTALI DI TRASMISSIONE DEL CALORE Introduzione alla trasmissione del calore: le modalità di trasmissione del calore per conduzione, convezione e irraggiamento. Il campo di temperatura ed il flusso termico. |
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12. CONDUZIONE STAZIONARIA IN GEOMETRIE MONODIMENSIONALI La legge di Fourier e la conducibilità termica dei materiali; la conduzione in regime stazionario nei mezzi omogenei ed isotropi; l’analogia elettro-termica e le definizioni di resistenza conduttiva e convettiva; valutazione dello scambio termico stazionario per le geometrie monodimensionali: pareti piane, gusci cilindrici e gusci sferici; il raggio critico di isolamento. |
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13. CONVEZIONE FORZATA ESTERNA ED INTERNA E CONVEZIONE NATURALE La trasmissione del calore per convezione forzata esterna; parametri adimensionali della convezione forzata; i regimi di moto; il flusso su piastra piana; cenni su altre geometrie. La trasmissione del calore per convezione forzata interna; il flusso all’interno di condotti e canali; le scambio termico, le perdite di carico e l’Abaco di Moody. La trasmissione del calore per convezione naturale. |
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14. SCAMBIO TERMICO RADIATIVO Principi fondamentali dell’irraggiamento; il corpo nero e le sue leggi fondamentali; le proprietà radiative ed il modello del corpo grigio. La trasmissione del calore per irraggiamento; i fattori di vista; lo scambio termico tra superfici nere e grigie. |
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15. SCAMBIATORI DI CALORE Tipi e classificazione degli scambiatori di calore; il coefficiente globale di scambio termico; criteri di dimensionamento; la differenza di temperatura media logaritmica; il metodo e-NTU. |
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16. PROBLEMI MISTI DI CONDUZIONE E CONVEZIONE I problemi misti di conduzione e convezione: le superfici alettate e le definizioni di efficacia ed efficienza delle alette e delle alettature; la conduzione termica in regime variabile; schematizzazione mediante modelli a parametri concentrati; i diagrammi di Heisler. |
Testi di riferimento
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Programmazione del corso
| Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|
| 1 | Postulato di stato (Legge di Gibbs) | Y. A. ÇENGEL - TERMODINAMICA E TRASMISSIONE DEL CALORE - MCGRAW-HILL |
| 2 | Grandezze di stato e grandezze di scambio | Y. A. ÇENGEL - TERMODINAMICA E TRASMISSIONE DEL CALORE - MCGRAW-HILL |
| 3 | Comportamento termodinamico delle sostanze pure | Materiale didattico - Y. A. ÇENGEL - TERMODINAMICA E TRASMISSIONE DEL CALORE - MCGRAW-HILL-M. J. MORAN, H.N. SHAPIRO, B.R. MUNSON, D.P. DE WITT – ELEMENTI DI FISICA TECNICA PER L’INGEGNERIA - MCGRAW-HILL |
| 4 | Bilanci di massa ed energia e primo principio della termodinamica | Materiale didattico - Y. A. ÇENGEL - TERMODINAMICA E TRASMISSIONE DEL CALORE - MCGRAW-HILL-M. J. MORAN, H.N. SHAPIRO, B.R. MUNSON, D.P. DE WITT – ELEMENTI DI FISICA TECNICA PER L’INGEGNERIA - MCGRAW-HILL |
| 5 | Secondo principio della termodinamica ed entropia | Materiale didattico - Y. A. ÇENGEL - TERMODINAMICA E TRASMISSIONE DEL CALORE - MCGRAW-HILL-M. J. MORAN, H.N. SHAPIRO, B.R. MUNSON, D.P. DE WITT – ELEMENTI DI FISICA TECNICA PER L’INGEGNERIA - MCGRAW-HILL |
| 6 | Comportamento termodinamico dei principali componenti tecnologici | Materiale didattico - Y. A. ÇENGEL - TERMODINAMICA E TRASMISSIONE DEL CALORE - MCGRAW-HILL-M. J. MORAN, H.N. SHAPIRO, B.R. MUNSON, D.P. DE WITT – ELEMENTI DI FISICA TECNICA PER L’INGEGNERIA - MCGRAW-HILL |
| 7 | Cicli diretti a gas (ad aria standard) e a vapore | Materiale didattico - Y. A. ÇENGEL - TERMODINAMICA E TRASMISSIONE DEL CALORE - MCGRAW-HILL-M. J. MORAN, H.N. SHAPIRO, B.R. MUNSON, D.P. DE WITT – ELEMENTI DI FISICA TECNICA PER L’INGEGNERIA - MCGRAW-HILL |
| 8 | Cicli inversi a compressione di vapore | Materiale didattico - Y. A. ÇENGEL - TERMODINAMICA E TRASMISSIONE DEL CALORE - MCGRAW-HILL-M. J. MORAN, H.N. SHAPIRO, B.R. MUNSON, D.P. DE WITT – ELEMENTI DI FISICA TECNICA PER L’INGEGNERIA - MCGRAW-HILL |
| 9 | Psicrometria e trattamenti dell'aria umida | Materiale didattico - Y. A. ÇENGEL - TERMODINAMICA E TRASMISSIONE DEL CALORE - MCGRAW-HILL |
| 10 | Conduzione stazionaria in geometrie monodimensionali | Materiale didattico - Y. A. ÇENGEL - TERMODINAMICA E TRASMISSIONE DEL CALORE - MCGRAW-HILL |
| 11 | Convezione forzata esterna ed interna e convezione naturale | Materiale didattico - Y. A. ÇENGEL - TERMODINAMICA E TRASMISSIONE DEL CALORE - MCGRAW-HILL |
| 12 | Scambio termico radiativo | Materiale didattico - Y. A. ÇENGEL - TERMODINAMICA E TRASMISSIONE DEL CALORE - MCGRAW-HILL |
| 13 | Scambiatore di calore | Materiale didattico - Y. A. ÇENGEL - TERMODINAMICA E TRASMISSIONE DEL CALORE - MCGRAW-HILL |
| 14 | Problemi misti di conduzione e convezione: la conduzione termica in regime variabile e le superfici alettate | Materiale didattico - Y. A. ÇENGEL - TERMODINAMICA E TRASMISSIONE DEL CALORE - MCGRAW-HILL |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
Prove in itinere:
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Una a metà corso, al termine delle lezioni di termodinamica applicata, ed una a fine corso, al termine delle lezioni di trasmissione del calore. Il superamento delle due prove è equiparato al superamento della prova scritta dell’esame, purchè questo venga sostenuto entro il medesimo anno accademico. |
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Prove d’esame |
Prova scritta e prova orale |
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Modalità di iscrizione ad un appello d’esame |
La prenotazione per un appello d’esame è obbligatoria e deve essere fatta esclusivamente via internet attraverso il portale studenti entro il periodo previsto. |
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
Pubblicate in seguito