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Anno Accademico 2009/10
02BAGAX, 01BAGDR
Fondamenti e applicazioni di termodinamica
Corso di Laurea in Ingegneria Civile - Vercelli
Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica - Vercelli
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Tut Anni incarico
Ruscica Giuseppe       30 16 4 0 8
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/10 5 B - Caratterizzanti Ingegneria energetica
Obiettivi dell'insegnamento
Il corso si propone, dopo l'introduzione dei concetti primitivi di energia e di temperatura, di studiare l'energia posseduta e scambiata dai corpi nelle sue varie forme e le relative trasformazioni da una forma all'altra che hanno luogo durante i processi a cui i corpi sono sottoposti. Da un'attenta analisi dei processi naturali verranno derivati ed enunciati i vincoli che costituiscono le restrizioni di carattere generale ( Leggi della Termodinamica) alle quali tali trasformazioni devono soggiacere, definita l'efficienza di trasformazione e i suoi limiti. Dopo la formulazione delle equazioni di stato che descrivono il comportamento dei fluidi più utilizzati nelle applicazioni ingegneristiche, verranno studiate alcune applicazioni ai sistemi chiusi e aperti, ai cicli termodinamici di riferimento sia diretti che inversi più comunemente adoperati per trasformare il calore in lavoro e per ottenere fluidi a bassa temperatura, mettendo l'accento sulla necessità di controllare ed ottimizzare i processi di trasformazione per uno sviluppo rispettoso dell'ambiente, della conservazione e dell'uso razionale dell'energia. Le nozioni apprese verranno utilizzate in problemi applicativi, quale è il confort ambientale e il condizionamento dell'aria, e in applicazioni numeriche che consentano allo studente di avere dimestichezza con le tecniche di soluzioni di problemi semplici e con gli ordini di grandezza.
Competenze attese
Capacità di analisi di sistemi semplici che coinvolgono il trasporto di massa e di energia e le sue trasformazioni; conoscenza dei principali cicli termodinamici diretti e inversi, capacità di calcolo delle principali grandezze energetiche in gioco, dei loro rendimenti teorici e dei parametri da cui dipendono, nonché dei metodi per migliorarli; capacità di valutazione dei processi di trasformazione e delle perdite che ne derivano.
Conoscenza dei processi di trasformazione dell'aria umida ed applicazione ai sistemi di condizionamento dell'aria.
Prerequisiti
Calcolo per ingegneri I e II, Meccanica.
Programma
Definizione di sistema e di contorno e sue proprietà. Equilibrio, stato e trasformazione. Grandezze intensive ed estensive. Coordiante termodinamiche esterne ed interne di un sistema. Definizione di sistemi chimicamente e fisicamente omogenei. Sostanze pure ed equazione di stato. Sistemi mono e multicomponente, sistemi eterogenei. Regola delle fasi di Gibbs. Processo e trasformazione. Processi a massa costante e processi con deflusso. Equilibrio Termico. Principio zero. Temperatura. Lavoro e potenza meccanica Reversibilità e irreversibilità. Lavoro per processi reversibili. Espansione libera di Joule. Lavoro perso per irreversibiltà. Calore e flusso termico. Diagramma di stato (p,V.T) di sostanze pure e sue proprietà. Titolo di vapore. Gas ideali. Esperienza di Joule e sue conseguenze. Energia interna. Conservazione dell'energia totale. Primo principio per i sistemi aperti. Capacità termica a pressione e a volume costante. Formulazione in forma assiomatica del II Principio: enunciati di Clausius e di Kelvin-Planck. Macchine che producono e assorbono lavoro. Rendimento, effetto frigorigero specifico e coefficiente di moltiplicazione termica. Energia disponibile (Exergia), fattore di Carnot, rendimento di secondo principio. Conservazione dell'energia meccanica: Principali trasformazioni termodinamiche e loro rappresentazioni grafiche. Definizione di macchine termiche motrici e frigorigene. Cicli termodinamici a gas e a vapore, diretti e inversi. Cenni sulle macchine frigorifere ad assorbimento. Miscele di gas: Aria e vapore, Diagramma di Mollier per l`aria umida. Trasformazioni dell' aria umida. Cenni al condizionamento: Bilancio e retta di carico di un ambiente. Trattamento nel caso invernale e nel caso estivo. Schema di massima e stima delle caratteristiche dei componenti principali di una macchina per il trattamento dell'aria.
Laboratori e/o esercitazioni
Le esercitazioni di calcolo saranno svolte in aula o nel laboratorio didattico attraverso misure di portata, di temperatura, pressione e umidità utili ad eseguire bilanci di massa e di energia o al tracciamento di cicli termodinamici. In particolare sono previsti
in aula:
 Esercizi sulle Unità di misura e di conversione - Sistema S.I. e S.T.
 Esercizi sulle trasformazioni termodinamiche
 Esercizi applicativi sul 1 Principio per i sistemi chiusi e aperti
 Esercizi applicativi sul 2 Principio
 Applicazione del teorema dell'energia utilizzabile alle trasformazione ed ai cicli
 Calcolo dei capisaldi di un ciclo frigorifero a vapore e delle sue prestazioni
In laboratorio
 Misure di temperatura, velocità, umidità relativa e bilanci di massa e di energia
 Misure dei capisaldi termodinamici di un ciclo frigorifero e bilanci termici relativi
Bibliografia
a) Testi di riferimento
Appunti delle lezioni e materiale didattico distribuito durante il Corso.
G.V. Fracastoro, Fondamenti e applicazioni di Termodinamica, Otto Editore, Torino
Y. A. Çengel, Termodinamica e Trasmissione del Calore McGraw-Hill, New York,1998
b) Testi consigliati per approfondimenti
A. Cavallini - L. Mattarolo, Termodinamica Applicata, Cleup Editore, Padova.
M.W.Zemansky - M.M.Abbott - H.C.Van Ness, Fondamenti di Termodinamica per Ingegneri Vol. 1 e 2, Ed. Zanichelli, Bologna.
P.Gregorio, Esercizi di Fisica Tecnica, Ed. Levrotto & Bella, Torino.
Controlli dell'apprendimento / Modalità d'esame
L'esame prevede una prova scritta ed una orale. La prova scritta, della durata di tre ore verterà su due argomenti teorici e sulla risoluzione di tre problemi tipici trattati durante il corso Il raggiungimento della sufficienza consente la presentazione all'orale, durante il quale saranno discussi i risultati dello scritto. Mediamente l'esame orale ha una durata di 20 minuti circa.
Il risultato positivo dell'esame deve essere registrato nella stessa sessione in cui viene sostenuto, pena il decadimento del voto ottenuto.
Orario delle lezioni
Statistiche superamento esami

Programma definitivo per l'A.A.2009/10
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