Obiettivi

ll corso si propone di fornire allo studente gli elementi di base relativi alla termodinamica applicata, al trasferimento del calore, all'illuminotecnica e all'acustica applicata.
Saranno noti i meccanismi di scambio termico e i sistemi per il trasferimento del calore, i principi di funzionamento delle macchine termiche motrici ed operatrici, i sistemi di controllo delle grandezze termoigrometriche, acustiche e illuminotecniche

Canali

FERDINANDO SALATA FERDINANDO SALATA   Scheda docente

Programma

Trasmissione del Calore
Introduzione alla trasmissione del calore. Aspetti generali di conduzione termica, convezione ed irraggiamento. Conduzione termica. Postulato di Fourier. Conducibilità termica. Equazione generale della conduzione. Condizioni al contorno. Diffusività termica. Conduzione termica in regime stazionario. Trasmissione del calore attraverso lastre piane. Concetto di resistenza termica. Analogia elettrica. Trasmissione del calore attraverso lastre piane con sviluppo interno di calore. Trasmissione del calore in elementi cilindrici con sviluppo interno di calore uniformemente distribuito o concentrato sull’asse. Pareti piane multistrato. Conduzione termica in regime transitorio. Trasmissione del calore in un mezzo semi-infinito con variazione brusca o oscillazione sinusoidale della temperatura superficiale. Convezione. Aspetti generali. Definizione di convezione naturale, forzata e mista. Cenni di moto dei fluidi reali. Viscosità dinamica e cinematica. Moto laminare e moto turbolento. Concetti di strato limite meccanico e strato limite termico. Coefficiente di convezione. Numeri adimensionali di Reynolds, Prandtl, Nusselt, Grashof e loro significato fisico. Similitudine. Convezione forzata. Deflusso esterno su superfici piane o a debole curvatura nella direzione del moto. Scambio termico con temperatura di parete uniforme. Convezione naturale. Deflusso esterno nell’intorno di una lastra piana verticale a temperatura uniforme. Scambio termico all’interno di intercapedini e cavità. Irraggiamento. Emissione dell’energia raggiante. Irradiamento integrale. Emissione specifica. Intensità dell’irradiamento integrale. Legge di Lambert. Comportamento dei corpi nei confronti della radiazione incidente. Coefficienti di assorbimento, rinvio e trasparenza. Costante di assorbimento. Principio di Kirchhoff. Corpo nero. Legge di Stefan. Legge di Plank. Legge di Wien. Emissione dei corpi non neri. Emissività globale. Emissività spettrale. Corpi grigi. Corpi reali. Selettività. Scambio termico per irraggiamento. Fattori di forma. Problemi complessi di trasmissione del calore. Scambio termico per adduzione. Trasmissione del calore tra due fluidi separati da una parete piana multistrato. Alette di raffreddamento. Raffreddamento o riscaldamento naturale di un corpo.


Termodinamica
Introduzione alla termodinamica. Grandezze e concetti fondamentali. Definizione della grandezza temperatura. Principio zero, termometria, scale termometriche, termometro a dilatazione di liquido, termometro a gas. Temperatura a gas ideale. Trasformazioni reversibili ed irreversibili, variabili di stato intensive ed estensive, equazione di stato, fluidi termodinamici, gas perfetti. Leggi di Boyle-Mariotte e Gay-Lussac-Charles. Equazione di stato dei gas perfetti. Costante universale dei gas perfetti. Legge di Dalton. Definizione di lavoro. Definizione di calore. Legge della calorimetria. Primo principio della termodinamica per sistemi chiusi. Esperienza di Joule. Energia interna. Espansione libera di un gas perfetto. Esperienza di Gay-Lussac-Joule. Entalpia. Dipendenza dell’energia interna e dell’entalpia di un gas perfetto dalla sola temperatura. Legge di Mayer. Equazione delle trasformazioni adiabatiche. Calcolo del calore e del lavoro scambiato lungo trasformazioni isocore, isobare, isoterme, adiabatiche, isodinamiche, isoentalpiche. Molteplicità dei calori specifici. Cenni sulle proprietà termodinamiche delle sostanze pure. Cambiamenti di fase. Diagramma di stato p-v-T. Regola delle fasi di Gibbs. Titolo del vapore. Calore latente di trasformazione. Equazione di Clapeyron-Clausius. Fattore di comprimibilità. Primo principio della termodinamica per sistemi aperti. Equazione di conservazione della massa. Equazione di conservazione dell’energia. Lavoro tecnico. Equazione di Bernoulli. Perdite di carico distribuite e concentrate. Secondo principio della termodinamica. Macchine termiche. Ciclo di Carnot. Rendimento termico. Scala termodinamica delle temperature. Relazione di Clausius. Entropia. Piani termodinamici temperatura-entropia ed entalpia-entropia. Inequazione di Clausius. Macchine termiche a vapore. Ciclo Rankine. Ciclo Hirn. Motori a combustione interna. Ciclo Otto. Ciclo Diesel. Ciclo Joule-Brayton. Cenni sui cicli termodinamici inversi. Ciclo frigorifero a compressione di vapore. Termopompe. Termodinamica dell’aria umida.


Elementi di Illuminotecnica
Principali grandezze fotometriche. Sorgenti di luce artificiale. Cenni sul dimensionamento di un impianto di illuminazione.

Testi adottati

Lo studente è libero di utilizzare per lo studio quei testi che svolgono gli argomenti con approfondimento almeno pari a quello trattato nelle lezioni.
Tuttavia si rende noto che il corso delle lezioni, per grandi linee, ha seguito l’impostazione dei seguenti testi:
G. Parolini, A. Del Monaco, D. M. Fontana 'Fondamenti di fisica tecnica', UTET
A. Badagliacca - Fondamenti di Fisica Tecnica - Ed .Ingegneria 2000
A. Badagliacca: Sistemi di unità di misura - Ed. Masson
Barducci: Acustica Applicata - Ed. Masson
Appunti a cura del docente

Prerequisiti

Elementi di Analisi Matematica e di Fisica.

Modalità di svolgimento

La prova scritta dell'esame può essere sostenuta in due modi alternativi: due esoneri svolti durante il periodo di lezione; una prova scritta durante il giorno in cui viene fissato l'esame. La prova orale consiste in un colloquio successivo al passaggio positivo della prova scritta nel giorno della prova scritta o nei giorni successivi in caso di una forte presenza di iscritti all'esame.

Modalità di valutazione

Gli esoneri sono composti da 11 domande ciascuno. Ogni domanda vale un punteggio compreso tra 0 e 3 punti. Il voto totale per ciascun esonero è 30 e lode. I due esoneri fanno media aritmentica tra loro arrotondata per eccesso.
Lo scritto è composto da 4 domande ciascuno. Il voto totale è compreso tra o e 30 e lode.
L'orale è un voto compreso tra 0 e 30 e lode.
La media aritmentica arrotondata per eccesso tra esoneri/scritto e orale costituisce il voto finale dell'esame.

Data inizio prenotazione Data fine prenotazione Data appello
22/10/2021 09/01/2022 12/01/2022
23/10/2021 06/02/2022 09/02/2022
23/10/2021 05/06/2022 08/06/2022
23/10/2021 10/07/2022 13/07/2022
23/10/2021 11/09/2022 14/09/2022
Scheda insegnamento
  • Anno accademico: 2021/2022
  • Curriculum: Ingegneria Clinica (percorso formativo valido anche ai fini del conseguimento del doppio titolo italo-venezuelano)
  • Anno: Secondo anno
  • Semestre: Primo semestre
  • SSD: ING-IND/10
  • CFU: 6
Caratteristiche
  • Attività formative caratterizzanti
  • Ambito disciplinare: Ingegneria energetica
  • Ore Aula: 60
  • CFU: 6.00
  • SSD: ING-IND/10