FISICA TECNICA M - Z

Il corso ha la finalità di fornire conoscenze:
- di termodinamica, negli aspetti teorici fondamentali e, soprattutto, nelle sue applicazioni ai principali componenti impiantistici, ai cicli termodinamici diretti ed inversi ed agli impianti di climatizzazione dell’aria;
- dei tre meccanismi fondamentali di scambio termico, delle loro possibili interazioni, nonché dei modelli per la descrizione e caratterizzazione dello scambio termico in geometrie semplici e in scambiatori di calore.

Lezioni teoriche ed esercitazioni sono svolte in aula con l'ausilio di materiale didattico (slide, esercizi svolti, ecc.) messi a disposizione degli studenti su studium all'inizio e durante il corso. Qualora subentrasse la necessità di impartire l'insegnamento in modalità mista o a distanza, verranno attuate le azioni necessarie a garantire lo svolgimento del programma previsto e riportato nel syllabus.

Fisica I 

Obbligatoria per almeno il 70% delle ore di lezione.

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. 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. Il modello del liquido (e del solido) incomprimibile. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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.TRASMISSIONE DEL CALORE 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. 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. 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. 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. 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 ?-NTU. 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.

1. Y. A. ÇENGEL - TERMODINAMICA E TRASMISSIONE DEL CALORE - MCGRAW-HILL

2. M. J. MORAN, H.N. SHAPIRO, B.R. MUNSON, D.P. DE WITT – ELEMENTI DI FISICA TECNICA PER L’INGEGNERIA - MCGRAW-HILL

3. G. CESINI, G. LATINI, F. POLONARA, FISICA TECNICA, CITTÀ STUDI EDIZIONI

L'esame consta di due parti: uno scritto ed un orale. All'orale si è ammessi previo superamento della prova scritta. Sia lo scritto sia l'orale mirano a verificare la capacità dell'allievo di discutere ed argomentare gli aspetti teorici della materia e di risolvere i problemi pratici e/o progettuali. Lo scritto è strutturato in domande teoriche, formulate in maniera da consentire una risposta sintetica di tipo analitico e/o grafico, ed in problemi pratici di calcolo e/o progettuali di componenti e cicli termodinamici e di configurazioni e processi di scambio termico.

Sussistendo le condizioni per lo svolgimento in presenza delle attività didattiche, agli allievi che conseguano una frequenza in aula superiore al 70% saranno proposte due prove in itinere con partecipazione facoltativa. La prima delle suddette prove si svolgerà al termine delle lezioni di termodinamica applicata; la seconda, si svolgerà 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. Le prove in itinere non si terranno nel caso di svolgimento a distanza delle attività didattiche del corso. 

- Postulato di Stato

- Gas reali: domande teoriche ed esercizi analitici e/o grafici 
- Gas ideali: domande teoriche ed esercizi analitici e/o grafici mediante diagrammi di stato
- Miscele sature: domande teoriche ed esercizi analitici e/o grafici mediante tabelle e diagrammi di stato
- Liquido incomprimibile: domande teoriche ed esercizi analitici mediante tabelle 

- Calore e Lavoro (di variazione di volume e tecnico): domande teoriche ed esercizi analitici e/o grafici 
- Bilanci di Primo Principio per sistemi chiusi e aperti: domande teoriche ed esercizi analitici e/o grafici 
- Bilanci di Secondo Principio per sistemi chiusi e aperti: domande teoriche ed esercizi analitici e/o grafici     
- Cicli termodinamici Diretti e Inversi, a Gas e a Vapore: domande teoriche ed esercizi analitici e/o grafici      
- Scambi termici rigenerativi per l'ottimizzazione delle prestazioni dei cicli termodinamici: domande teoriche ed esercizi analitici e/o grafici 

-  Psicrometria: domande teoriche ed esercizi analitici e/o grafici

- Conduzione stazionaria in geometrie monodimensionali: domande teoriche, esercizi analitici, schematizzazioni grafiche    
- Convezione forzata esterna ed interna e la convezione naturale: domande teoriche, esercizi analitici, schematizzazioni grafiche    
- Comportamento radiativo dei corpi reali, modelli radiativi del corpo nero e del corpo grigio: domande teoriche, esercizi analitici, schematizzazioni grafiche  
- Scambi termici radiativi entro cavità costituite da corpi neri o da corpi grigi: domande teoriche, esercizi analitici, schematizzazioni grafiche    

- Scambiatori di calore e metodologie di calcolo e dimensionamento: domande teoriche, esercizi analitici, schematizzazioni grafiche