L'insegnamento è diviso in due parti, in ognuna delle quali si trattano prima i metodi e le questioni di carattere generale e quindi le applicazioni.
Nella prima parte gli studenti sono guidati a comprendere come i cambiamenti nei corpi materiali siano legati e determinati dagli scambi con altri corpi di energia in forma di calore e lavoro. Si introducono le definizioni e i concetti fondamentali, le leggi fenomenologiche e i principi generali che governano questi fenomeni insieme con le loro rappresentazioni matematiche.
Successivamente si descrivono i principali processi termodinamici per la conversione di calore in lavoro e viceversa nei motori e nelle macchine frigorifere, e per controllare il comportamento di miscele di gas, specialmente quelle di aria e vapore acqueo, insieme ai relativi metodi di calcolo.
Nella seconda parte si sviluppa dal punto di vista fenomenologico e dei calcoli l'analisi dei meccanismi attraverso i quali si trasferisce l'energia nello spazio e nel tempo come la conduzione di calore, la convezione e la radiazione termica.
Tra le applicazioni fondamentali si studiano gli scambiatori di calore e il trasferimento di calore nelle superfici estese, come le alette di raffreddamento.

Conoscenza dei principi della termodinamica;
Capacità di applicare i principi della termodinamica a sistemi semplici;
Capacità di applicare i principi della termodinamica nel caso di processi che utilizzino fluidi elementari, quali gas ideali e vapore d’acqua.
Capacità di leggere i diagrammi termodinamici
Conoscenza dei principali processi e cicli termodinamici , sia cicli diretti (motori) che cicli inversi (macchine operatrici)
Conoscenza dei fondamenti della trasmissione del calore anche con riferimento al moto dei fluidi;
Saper individuare i meccanismi di trasmissione del calore significativi per un dato fenomeno.
Saper analizzare il funzionamento di uno scambiatori di calore e procedere ad un primo dimensionamento.

Elementi di analisi matematica (calcolo differenziale e integrale, metodi di soluzione dei tipi più semplici di equazioni differenziali ordinarie e alle derivate parziali, algebra delle matrici), di fisica (meccanica, dinamica, statica dei fluidi, elementi base di elettromagnetismo, fisica della materia) e di chimica di base.

DEFINIZIONI E PRINCIPI DELLA TERMODINAMICA (27 ORE):
Scopo della Termodinamica. Definizioni fondamentali: Grandezze primitive e derivate. Coordinate termodinamiche, stato ed equazioni di stato. Processi e trasformazioni. Processi diretti ed inversi e ciclici. La temperatura: definizione e cenni di termometria. Grandezze funzione di trasformazione: Calore e flusso termico. Lavoro e potenza. Forze di superficie e di massa e interne. L’equazione dell’energia meccanica. Calorimetria: Trasformazioni di fluidi omogenei semplici. L’adiabatica. Applicazione ai gas ideali.
Il primo principio della Termodinamica: Enunciato. Energia interna ed Entalpia. L’entalpia generalizzata. Il secondo principio della Termodinamica: Macchine termiche e rendimento. Le irreversibilità. L’enunciato fondamentale nella forma della diseguaglianza di Plank. Il ciclo ed il teorema di Carnot. L’equazione di Clapeyron. Processi reversibili. Entropia. Rendimento massimo di un ciclo. Il teorema del massimo rendimento e il lavoro massimo. Il primo principio per i sistemi aperti. Il secondo principio per i sistemi aperti. I sistemi aperti: Descrizione lagrangiana ed euleriana. La portata di massa. Conservazione della massa e della quantità di moto, primo e secondo principio della Termodinamica. L'equazione di Bernoulli.

CICLI DIRETTI E INVERSI (18 ORE)
Motori a gas: I cicli ideali di Carnot, Otto, Diesel, Joule.
I sistemi polifasi: I cambiamenti di stato e le trasformazioni liquido-vapore. Definizioni ed equazioni fondamentali. Il titolo. L'equazione di Clapeyron.
Motori a vapore: I cicli termodinamici a vapore di Carnot, Hirn e Rankine, e loro rappresentazioni nei piani p-v, T-s e h-s. Il rendimento del ciclo Rankine. Surriscaldamenti e rigenerazione. I gas reali: equazioni di stato.
Macchine frigorifere e pompe di calore: Fluidi con attrito ed effetto Joule-Thomson nella trafilazione isoentalpica. I cicli inversi. Definizioni. L'efficienza o COP. Il diagramma h-log p. Cicli di macchine frigorifere a compressione di vapore con compressione semplice e multistadio.

PSICROMETRIA (6 ORE)
Le miscele ideali di gas ideali, grandezze psicrometriche, diagramma di Mollier dell’aria umida, trasformazioni aria umida.

FONDAMENTI DI TRASMISSIONE DEL CALORE: CONDUZIONE ,CONVEZIONE E IRRAGGIAMENTO (19 ORE)
Introduzione alla trasmissione del calore. Rappresentazioni continue e discrete. I modi dello scambio termico.
La conduzione: L'equazione fondamentale con le condizioni al contorno. La relazione di Fourier. Fenomenologia e conduttività termica. Applicazioni.
Moto dei fluidi e convezione: Viscosità. Moto laminare e turbolento e numero di Reynolds. Interazioni fluido-parete e strato limite di velocità e temperatura su lastre piane e nei condotti. La convezione e l'equazione di Newton. I numeri adimensionali. Convezione forzata in lastra piana. Lo scambio termico nei condotti. Relazioni adimensionali per la convezione forzata. Convezione naturale e relazioni adimensionali in lastra piana.
Irraggiamento: Definizioni e grandezze caratteristiche. Il corpo nero. Le leggi di Stefan-Boltzmann e Wien. I corpi reali e le leggi di Kirchhoff. Scambio di energia raggiante tra superfici. I fattori di forma. L'analogia elettrica.

APPLICAZIONI NOTEVOLI: SCAMBIATORI DI CALORE, SUPERFICI ESTESE (10 ORE)
Scambiatori di calore: Classificazione e caratteristiche costruttive. Calcolo degli scambiatori a superficie. Bilanci di energia e flussi termici. Andamento della temperatura dei fluidi negli scambiatori a tubi coassiali. Efficienza.
Il raggio critico e transitorio a massa concentrata.
Teoria delle Alette e dei banchi alettati.

ESERCITAZIONI IN AULA
Risoluzione di esercizi di calcolo inerenti a tutti gli argomenti svolti nell'insegnamento.

ESERCITAZIONI DA SVOLGERE IN MODO AUTONOMO A CASA
Sono assegnate delle esercitazioni di calcolo con report da discutere all’esame:
• calcolo di un ciclo diretto Joule a gas
• calcolo di un ciclo inverso a vapore
• calcolo su uno scambiatore di calore

LABORATORI
I calcoli relativi alle esercitazioni sul ciclo inverso a vapore e sullo scambiatori di calore saranno abbinati alle esperienze di laboratorio. Il laboratorio è situato nel Dipartimento Energia presso la sede centrale del Politecnico di Torino (Corso Duca degli Abruzzi, 24).

L’unico riferimento degli argomenti trattati nell'insegnamento e che saranno oggetto di esame è il programma riportato sopra.
Ai fini di una preparazione adeguata NON è sufficiente studiare solamente sugli appunti presi durante le lezioni. Per comprendere meglio gli argomenti trattati occorre infatti approfondire lo studio su un libro o, meglio, su più di uno, che a discrezione dello studente può essere scelto tra uno di quelli riportati nell’elenco qui di seguito.
TESTI CHE TRATTANO SOLAMENTE LA TERMODINAMICA APPLICATA
• M. Calì, P. Gregorio, "Termodinamica" Esculapio, Bologna (Ricalca nel modo più completo le lezioni di termodinamica dell'insegnamento).
• M. W. Zemansky, M.M. Abbott, H.C. Van Ness, "Fondamenti di termodinamica per ingegneri", Zanichelli
• P. S. Schmidt, O. A. Ezekoye, J. R. Howell, D. K. Baker, "Thermodynamics: An Integrated Learning System", J. Wiley & Sons, Inc., 2006. (Ottimo testo in inglese)
Testi che trattano solamente la Trasmissione del calore
• G. Guglielmini, C. Pisoni, "Introduzione alla trasmissione del calore", Casa Editrice Ambrosiana.
• Bonacina C., Cavallini A., Mattarolo L., "Trasmissione del calore", Cleup Ed., Padova
Testi che trattano Termodinamica applicata e Trasmissione del calore nello stesso volume
• Y. A. Çengel, "Termodinamica e trasmissione del calore", McGraw-Hill,.
• M. J. Moran, H. N. Shapiro, B. R. Munson, D. P. DeWitt, "Introduction to Thermal Systems Engineering,
• V. Giaretto, "Lezioni di Termodinamica Applicata e Trasmissione del Calore", edizioni CLUT (testo in italiano che, indicativamente, segue il ciclo delle lezioni del corso)
Esercizi di Termodinamica applicata e Trasmissione del calore nello stesso volume
• P. Gregorio, "Esercizi Svolti (4 volumi)", Levrotto & Bella Ed., (ottimo testo di esercizi guidati di Termodinamica e Trasmissione del Calore, in italiano).

L'esame è composto dallo svolgimento di RELAZIONI (obbligatorie), un compito SCRITTO (obbligatorio) e un ORALE (non obbligatorio per chi è sufficiente nelle parti precedenti)

RELAZIONI
Devono essere svolte e poi depositate come file (formato PDF) sul portale della didattica del corso 3 giorni prima dello svolgimento dell’appello in cui si vuole sostenere l’esame.
COMPITO SCRITTO
Può accedere al compito solo chi ha rispettato le richieste sulle relazioni riportate al punto precedente.
Il compito scritto è composto da 4 quesiti: 2 esercizi di calcolo, e 2 domande a risposta aperta.
Gli esercizi richiedono di esplicitare per scritto i passaggi analitici e la soluzione numerica arrivando ai risultati finali numerici corredati delle corrette unità di misura. Gli esercizi possono richiedere anche l’uso dei diagrammi e tabelle che saranno forniti durante la prova d’esame. Il valore massimo totale assegnato agli esercizi è 14 punti.
Le domande a risposta aperta sono sugli argomenti sviluppati sia nelle lezioni teoriche sia sulle relazioni proposte durante il corso. Il valore massimo totale assegnato alle domande a risposta aperta è 14 punti.

Per superare lo scritto è indispensabile che siano raggiunti contemporaneamente i seguenti punteggi:
▪ avere raggiunto almeno 8 punti sulla parte degli esercizi
▪ avere raggiunto almeno 8 punti sulla parte delle domande a risposta aperta

Gli studenti che non raggiungono i valori minimi richiesti nella teoria e negli esercizi, sono respinti e dovranno ripetere lo scritto in un altro appello

ESAME ORALE
Dalla correzione del compito scritto gli studenti che hanno raggiunto i valori minimi di cui sopra possono scegliere tra i seguenti casi:

(I) gli studenti con voto tra 18 e 28 possono scegliere se:
-A- accettare il voto dello scritto (che verrà registrato)
-B- sostenere un esame orale (che includerà sia la teoria che le esercitazioni). Nell’esame orale il voto può variare di più o meno 8 punti, pertanto il voto può sia migliorare sia peggiorare e, in caso si rilevino gravi lacune, che portino a un voto finale sotto il 18, si può anche essere respinti.
-C- rifiutare il voto dello scritto e ripetere il compito scritto in un altro appello

(II) gli studenti con voto tra 16 e 17 (compresi): possono raggiungere la sufficienza solo con un esame orale (che includerà sia la teoria che le esercitazioni). Chi non si presenta, o non risulta sufficiente durante l’esame orale, sarà respinto e dovrà ripetere lo scritto in un altro appello.


Chi si presenta all’esame orale deve portare una stampa completa su carta delle proprie relazioni (quelle messe sul portale prima dello scritto) per l’eventuale discussione.