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 di energia con altri corpi in forma di calore e lavoro. Si introducono le definizioni e i concetti fondamentali, le leggi fenomenologiche, i principi generali che governano questi fenomeni insieme con le loro rappresentazioni matematiche e i modelli comportamentali delle sostanze pure e sotto forma di miscele. Successivamente si descrivono le principali tecnologie per la conversione di calore in lavoro e viceversa nei motori e nelle macchine frigorifere 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. Tra le applicazioni si studiano dispositivi di largo impiego nel campo ingegneristico.

Al termine dell'insegnamento lo studente, per quanto attiene alle questioni generali, sarà in grado di comprendere e di esprimere in modo quantitativo come i flussi di energia siano insieme causa ed effetto di tutte le trasformazioni che si constatano nel modo fisico, e come si propaghino nello spazio e nel tempo in forma di calore per conduzione nei solidi, convezione nei liquidi e negli aeriformi e per onde elettromagnetiche nei mezzi trasparenti. Per quanto attiene le conoscenze tecnologiche e peculiari dell'ingegnere, egli saprà distinguere gli elementi fondamentali e calcolare le prestazioni fondamentali dei principali dispositivi per la produzione di energia meccanica e per la refrigerazione, analizzare a calcolare gli scambi termici per conduzione, convezione e irraggiamento attraverso vari dispositivi e procedere allo svolgimento dei calcoli di prima approssimazione per il loro dimensionamento.

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

TERMODINAMICA APPLICATA (circa 50 h) Definizione di grandezze e concetti fondamentali: sistema e stato termodinamico, temperatura, calore, lavoro. Primo principio: enunciato generale, energia interna. Secondo principio: enunciato generale, macchine termiche, il teorema di Carnot, temperatura termodinamica, entropia, reversibilità e irreversibilità. Sistemi a deflusso: definizioni e rappresentazioni, equazioni fondamentali per i sistemi a deflusso, entalpia, calori specifici e bilanci di energia. L'equazione dell'energia cinetica e il teorema di Bernoulli. Proprietà di corpi omogenei, comportamento delle sostanze, relazioni termodinamiche generali e trasformazioni fondamentali, comprimibilità isoterma e adiabatica. Le sostanze pure: cambiamenti di stato, equazione di Clapeyron per i vapori, proprietà delle miscele di liquido e vapore. Equazioni di stato per gas ideali e reali; miscele ideali di gas ideali. Psicrometria: grandezze e trasformazioni psicrometriche di sostanze umide. Concetto di macchina motrice e operatrice, cenni sui cicli dei motori a gas e a vapore. Dispositivi e cicli inversi a semplice e multipla compressione di vapore. TRASMISSIONE DEL CALORE (circa 30 h) Introduzione ai modi di trasmissione del calore. La conduzione: Equazione generale. La legge di Fourier. Fenomenologia e conduttività termica. Conduzione stazionaria monodimensionale. Conduzione non stazionaria in un sistema a resistenza interna trascurabile. La convezione forzata e libera: la legge di Newton nella convezione. Strati limite delle velocità e delle temperature nel deflusso interno ed esterno. I principali numeri adimensionali e le principali correlazioni. Scambiatori di calore: tipologie e grado di compattezza e metodi di dimensionamento. Irraggiamento: grandezze caratteristiche e interazione con le superfici. Il corpo nero e corpi grigi. Emissività. Scambio di energia per irraggiamento e fattori di forma.

Gli argomenti del corso vengono trattati attraverso delle lezioni che forniscono i fondamenti teorici della materia. Sono poi previste delle esercitazioni nelle quali si analizzano dei casi applicativi inerenti i principali argomenti della teoria, e per i quali si sviluppano le soluzioni numeriche. Il corso è suddiviso in due parti principali: termodinamica e trasmissione del calore. Le ore della parte di termodinamica ricoprono circa il 60% di quelle disponibili. Le ore dedicate alle esercitazioni in aula sono circa il 30% di quelle utilizzate per la teoria.

Testi di riferimento per il corso - Giaretto V., LEZIONI DI TERMODINAMICA APPLICATA E TRASMISSIONE DEL CALORE, Clut Ed., Torino. - Giaretto V., ESERCITAZIONI DI TERMODINAMICA APPLICATA, Clut Ed., Torino. - Giaretto V., ESERCITAZIONI DI TRASMISSIONE DEL CALORE, Clut Ed., Torino. - Borchiellini R., Grisolia G., Lucia U. ESERCIZI DI TERMODINAMICA, Springer, Milano, 2022. Testi consigliati per approfondimenti - Calì M., Gregorio P., TERMODINAMICA, Esculapio Ed., Bologna Ed. in un volume unico - Cavallini A., Mattarolo L., TERMODINAMICA APPLICATA, Cleup Ed., Padova. - Cavallini A., Bonacina C., Mattarolo L., TRASMISSIONE DEL CALORE, Cleup Ed., Padova. - Guglielmini G., Pisoni C., INTRODUZIONE ALLA TRASMISSIONE DEL CALORE, Casa Editrice Ambrosiana. - Torchio M.F., TABELLE DI TERMODINAMICA APPLICATA E TRASMISSIONE DEL CALORE. Clut Ed., Torino.

Slides; Libro di testo; Libro di esercitazione; Esercizi; Esercizi risolti; Video lezioni tratte da anni precedenti;

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa;

Exam: Written test; Optional oral exam;

... RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI Capacità di analizzare il problema proposto in base ai principi della termodinamica e ai meccanismi fontamentali inerenti la trasmissione del calore. Capacità di utilizzare in modo adeguato gli strumenti matematici proposti nelle specifiche discipline ingegneristiche. Capacità di analisi critica dei risultati numerici ottenuti individuando le eventuali contraddizioni o limiti dal punto di vista fisico. CRITERI, REGOLE E PROCEDURE PER L'ESAME Le competenze acquisite saranno verificate attraverso una prova scritta dove sono proposti esercizi per i quali è richiesto lo svolgimento con i risultati numerici corretti e corredati dalle coerenti unità di misura. I quesiti riguardano tutto il programma svolto durante l’insegnamento e possono richiedere di saper usare in modo appropriato equazioni, tabelle e diagrammi termodinamici, tracciare le trasformazioni su diagrammi appropriati ed eventualmente proporre schemi d'impianto. Per lo svolgimento dei calcoli è necessaria una calcolatrice scientifica e disporre dei diagrammi e delle tabelle fornite durante il corso. La prova scritta si compone di tre o quattro quesiti. Ogni quesito avrà un peso commisurato al numero di richieste. Il voto massimo conseguibile sarà pari a 32 (corrispondente a 30 e lode). In base alla lunghezza dei calcoli richiesti la durata potrà variare da un minimo di 1,5 h ad un massimo di 2 h. Il tempo complessivo sarà comunicato all’inizio della prova. Tutte le altre informazioni utili per l’esame (date, aule, risultati, ecc.) verranno comunicate attraverso il portale della didattica.

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.