Lo scopo dell’insegnamento è fornire allo studente la conoscenza dei metodi fisico sperimentali e dei modelli fisico-matematici che descrivono i fondamenti termodinamici per trattare analiticamente il trasporto di calore e di massa nei sistemi naturali per le applicazioni ingegneristiche. Lo studente sarà introdotto alle applicazioni della termodinamica e della trasmissione del calore per descrivere i processi industriali dell’ingegneria con particolare attenzione a quelli biologici, ovvero ai sistemi biomedici ed agroindustriali, farmaceutici e progettuali tipici dell’ingegneria biomedica, ambientale ed agraria.

Lo studente, se seguirà la proposta formativa con particolare attenzione ai metodi di studio proposti, acquisirà: - una profonda conoscenza delle leggi fisiche e dei modelli matematici alla base dello scambio di calore e di massa; - una profonda conoscenza delle proprietà dei materiali che intervengono nei fenomeni di diffusione del calore e di massa; - una profonda conoscenza delle corretta terminologia utilizzata per i vari tipi di problemi affrontati e delle relative unità di misura e basi fisiche e fisico-matematiche; - una profonda conoscenza delle significato fisico dei diversi raggruppamenti adimensionali; - la capacità di modellare i sistemi sedi di diffusione termica o di massa utilizzando le corrette condizioni al contorno; - la capacità di scegliere e applicare i modelli studiati per risolvere problemi ingegneristici introducendo le opportune ipotesi semplificative; - la capacità di comprendere testi tecnici su argomenti correlati per la sua futura attività di ingegnere.

Analisi matematica I, Analisi matematica II, Chimica, Fisica generale I, Fisica Generale II

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.

Il programma dell’insegnamento si compone di due parti: la prima dedicata alla termodinamica applicata (5 cfu) e la seconda alla trasmissione del calore (3 cfu). Gli argomenti trattati sono elencati nel seguito con indicazione dei testi di riferimento in parentesi quadre e numero di ordine rispetto all’elenco riportato nel paragrafo successivo. Gli argomenti svolti sono: 1 - Termodinamica applicata (Argomento di esame) - Introduzione: che cosa è l’ingegneria dei sistemi termici [1, Capitolo 1] - Concetti introduttivi e definizioni [1, Capitolo 2] - Unità di misura e sistemi di unità di misura [1, Capitolo 3] - Introduzione alla termodinamica classica [1, Capitolo 4] - Il primo principio della termodinamica [1, Capitolo 5] - Il secondo principio della termodinamica [1, Capitolo 6] - I vapori saturi [1, Capitolo 7] - Determinazione delle proprietà termodinamiche [1, Capitolo 8] - Macchine termiche [1, Capitolo 9] - Psicrometria e aria umida [1, Capitolo 10] 2 - Trasmissione del calore (Argomento di esame) - La conduzione del calore [1, Capitolo 11] - Metodi numerici per la conduzione termica [1, Capitolo 12] - La convezione termica [1, Capitolo 13] - L’irraggiamento [1, Capitolo 14] - Gli scambiatori di calore [1, Capitolo 15] - Elementi di fluidodinamica [1, Capitolo 16] 3 - Esempi di applicazioni ingegneristiche (Non argomento di esame) - La progettazione energetica ospedaliera [1, Capitolo 17] - Dimensionamento di impianti termotecnici per la sostenibilità [1, Capitolo 18] - Dimensionamento di reti [1, Capitolo 19] - Il raffreddamento dei circuiti elettronici [1, Capitolo 20] - Applicazioni ai sistemi biologici [Nessun riferimento bibliografico]

Testo adottato per teoria ed esercizi U. Lucia e G. Grisolia. Fisica tecnica per l’ingegneria biomedica. Create, McGraw-Hill, Milano, 2025 Testi consigliati per esercizi [ 2 ] R. Borchiellini, G. Grisolia & U. Lucia. Esercizi di Termodinamica Applicata. Springer-Verlag Italia, Milano, 2022. [ 3 ] V. Giaretto. Esercizi di Termodinamica Applicata. CLUT, Torino, 2021 [ 4 ] V. Giaretto. Esercizi di Trasmissione del Calore. CLUT, Torino, 2021

Libro di testo; Libro di esercitazione;

Modalità di esame: Prova scritta (in aula);

Exam: Written test;

... 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 La modalità di esame si svolge con una prova scritta articolata in: - Una domanda di teoria (10 punti), nella quale si richiede rigore metodologico e proprietà di linguaggio tecnico-scientifico, inerente gli argomenti di teoria e applicazione ingegneristica sviluppati a lezione ed esercitazione e trattata nei testi adottati; - Due esercizi numerici (10 punti per ciascuno), nei quale si richiede rigore metodologico, opportuna definizione di ipotesi introdotte e uso appropriato delle unità di misura, nonché la correttezza numerica dei risultati, in quanto ogni progetto ingegneristico prevede queste caratteristiche, che saranno sviluppate e trattate sia durante le lezione e le esercitazioni sia nei testi adottati. Il punteggio massimo acquisibile è quindi 30/30 suddiviso in 10/30 per ognuno dei temi (domanda di teoria ed esercizi numerici) argomento della prova di esame. Durante l’esame lo studente dovrà portare con sé solo: - Fogli protocollo a quadretti; - Calcolatrice; - Biro; - Documento di riconoscimento.

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.