Sono forniti agli studenti degli strumenti di analisi analitici e generali che possano essere impiegati per comprendere e studiare la termodinamica e le problematiche di scambio termico legate al funzionamento degli impianti utilizzati sia in ambito industriale che civile. D1 - Conoscenza e capacità di comprensione Lo studente, al termine del corso, dovrà conoscere i principi base della termodinamica e di trasmissione del calore. D2 - Capacità di applicare conoscenza e comprensione Lo studente dovrà essere in grado di risolvere in modo analitico semplici problemi termodinamici ma di grande importanza pratica comprendendo, inoltre, i limiti di queste analisi. D3 - Autonomia di giudizio Lo studente dovrà essere in grado di applicare la modellizzazione del problema che più si avvicina al caso reale. D4 - Abilità comunicative Lo studente alla fine del corso dovrà essere in grado di descrivere i problemi affrontati con proprietà di linguaggio. D5 - Capacità di apprendimento Lo studente dovrà essere in grado di affrontare i problemi più complessi che verranno presentati nei successivi insegnamenti.

Analisi Matematica I, Geometria, Fisica Generale I

Termodinamica applicata
Generalità. Sistema fisico. Concetto di modello. Unità di misura. Coordinate termodinamiche. Temperatura. Scale di temperatura. Primo principio per i sistemi chiusi: Trasformazioni reversibili ed irreversibili. Lavoro di volume. Primo principio. Capacità termica e calori specifici. Elementi di fluidodinamica: Definizioni introduttive. Strato limite. Portata di massa e volumetrica. Conservazione della massa. Termodinamica del sistema aperto: Sistema aperto. Il primo principio della termodinamica per sistemi aperti.Osservazioni ed applicazioni. Secondo principio della termodinamica: Il teorema di Carnot con dimostrazione. Enunciati di Kelvin-Planck e di Clausius ed equivalenza degli enunciati. Temperatura termodinamica. Disuguaglianza di Clausius ed Entropia. Bilanci di entropia per sistemi chiusi ed aperti. Sistemi chimicamente omogenei: Superficie (p,v,T). Diagramma termodinamico (p,v). Proprietà termodinamiche del liquido. Proprietà termodinamiche del vapore. Equazione di Clausius - Clapeyron. Gas perfetti. Proprietà termodinamiche e trasformazioni dei gas perfetti. Rendimento isoentropico. Compressori. Diagrammi termodinamici di usuale impiego in termotecnica: Diagramma entropico (T,s). Diagramma entalpico (h,s). Diagramma (p,h). Rendimento di un generatore di calore. Cicli termodinamici fondamentali: Cicli diretti a vapore: Ciclo Rankine. Ciclo di Hirn. Ciclo di Rankine a risurriscaldamento di vapore. Cicli reali e rendimenti. Cicli diretti a gas: Ciclo Otto, Diesel, Brayton-Joule, Brayton-Joule con rigenerazione. Cicli inversi: a vapor, a gas ad assorbimento. Fluidi frigorigeni. Aria Umida: Miscele di gas, perfetti. Miscele di gas e vapori. Miscele di aria e vapor d'acqua. Diagrammi (h,x). Trasformazioni psicrometriche. Torri evaporative. Impianti di condizionamento a tutt'aria.
Trasmissione del calore
Introduzione: Importanza ed ipotesi nella trasmissione del calore. Relazione tra la trasmissione del calore e la termodinamica. Modalità di trasmissione del calore. Conduzione: Legge di Fourier per mezzi omogenei isotropi. Equazione della conduzione. Soluzione dell'equazione della conduzione per problemi monodimensionali piani e cilindrici. Resistenza termica ed analogia elettrotermica. Cenni al problema della conduzione stazionaria multidimensionale: fattori di forma. Soluzione dell'equazione della conduzione con generazione di calore in parete cilindrica e piana. Transitorio con parametri concentrati: numeri di Biot e Fourier. Adimensionalizzazione dell'equazione di Fourier. Diagrammi di Heisler. Convezione: Strato limite, numero di Nusselt. Numeri di Prandtl e Reynolds. Convezione forzata in moti esterni: Lastra piana, superfici curve e cilindriche. Convezione forzata in moti interni: bilancio di energia nel moto interno completamente sviluppato, correlazioni principali, Convezione naturale. Irraggiamento: Introduzione. Proprietà energetiche fondamentali. Intensità di radiazione, potere emissivo, irradiazione, radiosità. Corpo nero: definizione, legge di Planck, legge di Wien, legge di Stefan-Boltzmann. Proprietà delle superfici reali: emissività, assorbimento, riflessione, trasmissione. Legge di Kirchhoff Fattore di vista. Scambio termico tra superfici nere. Scambio termico tra superfici grigie e diffuse formanti una cavità. Schermi alla radiazione. Scambiatori di calore: Tipi di scambiatori Calcolo con il metodo della Differenza di Temperatura media logaritmica. Metodo dell'efficienza.

* Elementi di Fisica Tecnica per l'ingegneria, II Ed.
A.A.V.V.
Edizione italiana a cura di M. Corticelli.
Casa editrice McGraw Hill

* E. Zandegiacomo – Termodinamica applicata, Ed. Goliardiche, Trieste.

* G. Comini – Lezioni di Termodinamica Applicata. SGE, Padova

* A Heat Transfer Textbook, 5th ed
John H. Lienhard IV, University of Houston. Disponibile liberamente online al link https://ahtt.mit.edu/.

Termodinamica applicata Generalità. Sistema fisico. Concetto di modello. Unità di misura. Coordinate termodinamiche. Temperatura. Scale di temperatura. Primo principio per i sistemi chiusi: Trasformazioni reversibili ed irreversibili. Lavoro di volume. Primo principio. Capacità termica e calori specifici. Elementi di fluidodinamica: Definizioni introduttive. Strato limite. Portata di massa e volumetrica. Conservazione della massa. Termodinamica del sistema aperto: Sistema aperto. Il primo principio della termodinamica per sistemi aperti.Osservazioni ed applicazioni. Secondo principio della termodinamica: Il teorema di Carnot con dimostrazione. Enunciati di Kelvin-Planck e di Clausius ed equivalenza degli enunciati. Temperatura termodinamica(senza dimostrazione). Disuguaglianza di Clausius ed Entropia. Bilanci di entropia per sistemi chiusi ed aperti. Sistemi chimicamente omogenei: Superficie (p,v,T). Diagramma termodinamico (p,v). Proprietà termodinamiche del liquido. Proprietà termodinamiche del vapore. Equazione di Clausius - Clapeyron. Gas perfetti. Proprietà termodinamiche e trasformazioni dei gas perfetti. Rendimento isoentropico. Compressori. Diagrammi termodinamici di usuale impiego in termotecnica: Diagramma entropico (T,s). Diagramma entalpico (h,s). Diagramma (p,h). Rendimento di un generatore di calore. Cicli termodinamici fondamentali: Cicli diretti a vapore: Ciclo Rankine. Ciclo di Hirn. Ciclo di Rankine a rissurriscaldamento di vapore. Cicli reali e rendimenti. Fluido motore. Cicli diretti a gas: Ciclo Otto, Diesel, Sabathè, Brayton-Joule, Brayton-Joule con rigenerazione Cicli inversi: a vapore a gas ad assorbimento. Fluidi frigorigeni. Aria Umida: Miscele di gas perfetti. Miscele di gas e vapori. Miscele di aria e vapor d'acqua. Diagrammi (h,x). Trasformazioni psicrometriche. Cenni sulla misura del grado igrometrico. Torri evaporative. Impianti di condizionamento a tutt'aria. Trasmissione del calore Introduzione: Importanza ed ipotesi nella trasmissione del calore. Relazione tra la trasmissione del calore e la termodinamica. Modalità di trasmissione del calore. Conduzione: Legge di Fourier per mezzi omogenei isotropi. Equazione della conduzione. Soluzione dell'equazione della conduzione per problemi monodimensionali piani e cilindrici. Resistenza termica ed analogia elettrotermica. Cenni al problema della conduzione stazionaria multidimensionale: fattori di forma. Soluzione dell'equazione della conduzione con generazione di calore in parete cilindrica e piana. Transitorio con parametri concentrati: numeri di Biot e Fourier. Adimensionalizzazione dell'equazione di Fourier. Diagrammi di Heisler. Convezione: Strato limite, numero di Nusselt. Numeri di Prandtl e Reynolds. Convezione forzata in moti esterni: Lastra piana, superfici curve e cilindriche. Convezione forzata in moti interni: bilancio di energia nel moto interno completamente sviluppato, correlazioni principali, Convezione naturale. Irraggiamento: Introduzione. Proprietà energetiche fondamentali. Intensità di radiazione, potere emissivo, irradiazione, radiosità. Corpo nero: definizione, legge di Planck, legge di Wien, legge di Stefan-Boltzmann. Proprietà delle superfici reali: emissività, assorbimento, riflessione, trasmissione. Legge di Kirchhoff Fattore di vista. Scambio termico tra superfici nere. Scambio termico tra superfici grigie e diffuse formanti una cavità. Schermi alla radiazione. Scambiatori di calore: Tipi di scambiatori Calcolo con il metodo della Differenza di Temperatura media logaritmica. Metodo dell'efficienza.

Lezioni frontali ed esercitazioni in aula.

La verifica dell’apprendimento prevede due prove intermedie, composte da quesiti teorici (a risposta aperta e chiusa) ed esercizi. Le prove intermedie sono accessibili anche agli studenti fuori corso. L’accesso alla seconda prova intermedia è consentito solo a coloro che abbiano superato la prima. Il superamento di entrambe le prove (con votazione non inferiore a 18/30) comporta il superamento dell’esame, con voto finale pari alla media aritmetica dei punteggi ottenuti nelle due prove. La possibilità di convalidare le prove intermedie ai fini del superamento dell’esame è limitata alla prima sessione d’esame successiva alla conclusione dell’insegnamento. In alternativa al superamento delle due prove intermedie, è previsto un esame scritto sull’intero programma (comprendente quesiti teorici – a risposta aperta e chiusa – ed esercizi), da sostenersi nelle date ufficiali degli appelli d’esame.

Questo insegnamento approfondisce argomenti strettamente connessi a uno o più obiettivi dell’Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile delle Nazioni Unite, in particolare gli obiettivi 7 e 13.