FISICA TECNICA A - L
ING-IND/10 - 9 CFU - 2° semestre
Docente titolare dell'insegnamento
ARTURO PAGANO
Obiettivi formativi
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 principi per la descrizione e caratterizzazione dello scambio termico in geometrie semplici e in scambiatori di calore.
Contenuti del corso
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.
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.
Testi di riferimento
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
Apri in formato Pdf English version