Ingegneria Meccanica per la Transizione Verde (sede di Latina)

CONCETTI FONDAMENTALI DI TERMODINAMICA Richiami sulle principali grandezze della meccanica e della termodinamica. Energia meccanica e calore. Energia totale, interna, cinetica e potenziale. Sistemi termodinamici chiusi e aperti. Proprietà intensive ed estensive del sistema. PROPRIETÀ DELLE SOSTANZE PURE Sostanze pure, fasi e cambiamenti di fase. Diagrammi di stato delle sostanze pure: T-v, p-v, p-T, T-s. Entalpia, titolo, calore di evaporazione (condensazione). Equazione di stato dei gas perfetti. Vasi di espansione. PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA Enunciato e formulazione matematica del primo principio per i sistemi chiusi. Energia interna, entalpia e calori specifici per gas perfetti, solidi e liquidi. Formulazione delle equazioni di conservazione dell’energia e della massa in sistemi aperti. Il lavoro di pulsione e il lavoro tecnico. SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA Enunciato e definizione della grandezza entropia. Trasformazioni reversibili e irreversibili. TRASMISSIONE DEL CALORE Trasmissione del calore per conduzione. Conducibilità termica e postulato di Fourier. Conduzione in regime stazionario in pareti piane e cilindriche. Isolamento termico. Isolamento termico in geometria cilindrica: raggio critico di isolamento. Il concetto di resistenza termica. Trasmissione del calore in una vetrocamera. Problemi con generazione interna di calore: cavi elettrici ed elementi di combustibile nucleare. Trasmissione del calore per conduzione in regime variabile: la diffusività termica. Trasmissione del calore per convezione. Convezione forzata e naturale. Il coefficiente di convezione. Fenomenologia della convezione forzata su lastre piane e in deflusso interno a tubazioni. Modello semplificato per l’individuazione della dipendenza funzionale del coefficiente di convezione dai principali parametri che governano il fenomeno. Variazioni spaziali del coefficiente di convezione. Il coefficiente di convezione per liquidi e aeriformi. Numeri di Reynolds, Nusselt e Prandtl e loro significato fisico. Relazioni per il calcolo del coefficiente di convezione forzata. Fenomenologia della convezione naturale. Il numero di Grashoff e suo significato fisico. Relazioni per il calcolo del coefficiente di convezione naturale. Trasmissione del calore per irraggiamento. Emissione di radiazione elettromagnetica: aeriformi e corpi condensati. Il corpo nero e le sue leggi. Emissione da corpi non neri: emissività ed emissività spettrale. Proprietà nei confronti della radiazione incidente: coefficienti di assorbimento, riflessione e trasparenza. Effetto serra. Relazione per il calcolo della potenza termica scambiata per irraggiamento con l’atmosfera. Coefficiente di adduzione. Sorgenti luminose artificiali. Concetti fondamentali sulle lampade: efficienza luminosa, resa cromatica temperatura di colore. Lampade ad incandescenza ed alogene. Lampade a scarica in gas: lampade fluorescenti. Lampade LED. Problemi di trasmissione del calore in regime variabile: • transitorio di spegnimento in un cavo elettrico percorso da corrente. • Transitorio di raffreddamento naturale del fluido contenuto in un serbatoio. • Transitorio di riscaldamento mediante resistenza elettrica del fluido contenuto in un serbatoio. SCAMBIATORI DI CALORE Generatori di calore: potenza termica utile, portata termica, rendimento del generatore. Potere calorifico dei combustibili. Scambiatori di calore a tubi coassiali. Equazioni fondamentali per il calcolo di uno scambiatore di calore. La differenza di temperatura media logaritmica tra i due fluidi. Potenza massima scambiabile tra due fluidi ed efficienza dello scambiatore. Considerazioni sul coefficiente globale di trasmissione del calore; alettatura delle superfici di scambio termico. ALETTE DI RAFFREDDAMENTO Valutazione dell’efficacia di una singola aletta parallelepipeda. Valutazione dell’efficacia di dissipatori di calore. CIRCUITI IDRAULICI E AERAULICI Forma “meccanica” dell’equazione di conservazione dell’energia. Perdite di carico localizzate e distribuite. Calcolo di un impianto di sollevamento. Massima altezza di installazione della pompa. Calcolo di circuiti chiusi. Condotti divergenti e convergenti. Curve caratteristiche di un circuito e regolazione della portata. Funzionamento idraulico di utenze alimentate dall’acquedotto.

Obbligatorio aver sostenuto gli esami di Fisica 1 e Analisi matematica 1.

Appunti a cura del docente Yunus A. Çengel, Termodinamica e trasmissione del calore. McGraw-Hill Education, 2016.

Facoltativa

Prova scritta e immediatamente successiva prova orale. La prova scritta consiste nella risoluzione di problemi pratici presentati nel corso delle lezioni. La prova orale prevede la discussione della prova scritta e alcune domande sugli argomenti principali del corso. Le prove saranno valutate tenendo conto sia della conoscenza della materia sia delle capacità espressive.

Lezioni ed esercitazioni tradizionali in aula sugli argomenti contenuti nel programma del corso.