Politecnico di Torino
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Anno Accademico 2007/08
01KBNGC
Applicazioni avanzate di fisica tecnica
Corso di L. Specialistica in Ingegneria Meccanica - Torino
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Tut Anni incarico
Borchiellini Romano ORARIO RICEVIMENTO PO ING-IND/10 36 16 4 0 6
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/10 5 B - Caratterizzanti Ingegneria meccanica
Obiettivi dell'insegnamento
Il corso si propone di: fornire gli elementi di base dell'acustica ambientale e dell'illuminotecnica; accrescere le conoscenze teoriche dello studente in termodinamica e termo fluidodinamica. Il corso si propone anche, attraverso esercitazioni dedicate allo studio reale, di portare lo studente a saper utilizzare gli strumenti teorici nello studio termico ed energetico dei sistemi reali.
Competenze attese
Capacità di eseguire l'analisi energetica ed energetica di sistemi reali complessi. Saper interpretare correttamente la normativa ed eseguire calcoli di massima in campo illuminotecnico e acustica. Saper impostare lo studio di componenti attraverso la definizione di modelli matematici semplici, monodimensionali o bidimensionali
Prerequisiti
Sono sufficienti le conoscenze dell'analisi matematica, della fisica, della chimica, della termodinamica e della trasmissione del calore acquisite nel corso di Laurea in Ingegneria Meccanica
Programma
TERMOMECCANICA DEI CORPI CONTINUI
Deduzione dell'equazione di continuità mediante il bilancio elementare. Deduzione dell'equazione della quantità di moto mediante bilancio elementare. Deduzione dell'equazione delle onde. Collegamento con la parte di acustica. Modeste deviazioni dalle condizioni di equilibrio locale. Relazioni fenomenologiche di Navier-Stokes-Fourier, relative al tensore degli sforzi ed al flusso termico. Generalizzazione dei risultati ottenuti per i gas ideali ad altri tipi di fluidi. Adimensionalizzazione delle equazioni. Numeri adimensionali significativi e regimi fisici. Limite incomprimibile. Equazione dell'energia cinetica e dell'entalpia per corpo continuo. Primo principio della temodinamica per un corpo continuo. Generalizzazione del concetto di entropia per corpo continuo. Generalizzazione della relazione di Gibbs. Secondo principio della termodinamica per un corpo continuo. Cenni alla termodinamica dei processi irreversibili. Deduzione delle equazioni integrali di bilancio per sistemi chiusi e per sistemi aperti. Formulazione tecnica delle equazioni integrali. Significato fisico delle irreversibilità. Calcolo esatto delle irreversibilità e loro stima mediante formule pratiche. Cenni al fenomeno della turbolenza. Scale caratteristiche del fenomeno, deduzione delle equazioni per le quantità medie e problema della chiusura. Ipotesi della viscosità addizionale indotta dalla turbolenza e relativa modellazione.
TERMODINAMICA
Bilancio di exergia in un sistema reversibile. Exergia interna e exergia per un gas ideale.Il teorema di Guy-Stodola. Significato fisico dell'exergia. Efficienza di secondo principio. Esempi di applicazioni dell'equazione dell'energia utilizzabile e l'analisi exegetica. Diagrammi exergetici. Termodinamica delle miscele di gas: modelli di Gibbs-Dalton e Amagat-Leduc, proprietà delle miscele di gas. Exergia delle miscele di gas. Diagrammi termodinamici. Aria umida: grandezze principali e exergia dell'aria umida. Diagrammi psicrometrici. Psicrometro. Principali trasformazioni dell'aria umida: miscela di due correnti di aria umida, riscaldamento e raffreddamento a titolo costante, raffreddamento e deumidificazione. Umidificazione adiabatica. Bilancio termo-igrometrico di un ambiente; situazione invernale e estiva. Retta di carico. Centrale di condizionamento per impianti a tutta aria con e senza ricircolo.
ILLUMINOTECNICA
La luce, la radiazione elettromagnetica, grandezze caratteristiche; radiazione diffusa. percezione visiva e sistema fotometrico. Definizione delle unità di misura del sistema fotometrico. Sorgente puntiforme. Intensità luminosa. Indicatrice di emissione. Flusso emesso da sorgente puntiforme con indicatrice di emissione nota. Illuminamento e prima formula di Lambert. Sorgente lineare, luminanza lineare, calcolo dell'illuminamento e del flusso su una superficie. Sorgente superficiale, luminanza, calcolo dell'illuminamento e del flusso su una superficie; seconda legge di Lambert. Emettitore di Lambert ed Emettenza. Efficienza di una lampada elettrica.
ACUSTICA
Introduzione, onde elastiche, onde piane, sinusoidali, longitudinali e progressive. Equazione dell'onda di spostamento. Onda di pressione e sua equazione. Velocità di propagazione delle onde elastiche; calcolo per il caso della propagazione in aria. Potenza meccanica trasportata dall'onda, intensità dell'onda e sue relazioni con resitenza acustica e pressione efficace. Intensità e sensazioni sonora, legge di Weber-Fechner. Costruzione dell'audiogramma normale. Campo dell'udibile, sensazione e livello dell'intensità, decibel. Curve isophon. Bande di frequenza, ottave, livello di pressione, curva di ponderazione A. Interazione tra onde elastiche e materiali, fattori di riflessione, trasmissione, assorbimento, assorbimento apparente. Effetto della frequenza. Fattore di assorbimento apparente di varie pareti. Acustica degli ambienti aperti. Campo sonoro libero. Campo sonoro riverberato, coda sonora. Bilancio dell'energia acustica nell'emissione e nella riverberazione; tempo di riverberazione convenzionale, formula di Sabine. Isolamento acustico; potere fonoisolante; caso di parete piana e legge della massa e delle frequenze; caso di un condotto.
Laboratori e/o esercitazioni
Per la parte di acustica applicata, è prevista un'esercitazione pratica in aula, tesa alla valutazione delle prestazioni acustiche di un'aula di lezione. In particolare, questa esperienza è formata da tre esperienze specifiche: verifica del regime sonoro, misura del tempo sonoro di riverberazione quale indice della capacitò di assorbimento acustico dell'ambiente ed infine misura dei livelli di pressione sonora mediante fonometro.
Inoltre, una parte molto importante della didattica del corso consiste nello svolgimento di un progetto applicativo. Gli studenti sono suddivisi in 10 squadre, per altrettanti temi applicativi. Per ciascun tema, possono scegliere di svolgere una delle 4 analisi discusse nel corso (A - analisi energetica, B - analisi exergetica, C - dimensionamento tecnico e D - calcolo numerico applicato). La suddivisione in squadre è libera, in accordo agli interessi degli studenti. Gli studenti devono raccogliere con senso critico i dati tecnici di partenza e devono dimostrare di sapere applicare i contenuti del corso. Nelle spiegazioni alcuni progetti significativi sono discussi in maniera estesa.
Bibliografia
BIBLIOGRAFIA/ Bibliography
M. Calì, P. Gregorio, 'Termodinamica' Esculapio, Bologna 1997.
Bejan, 'Advanced Engineering Thermodynamic' John Wiley & Sons 1997.
G. Guglielmini, C. Pisoni, Introduzione alla trasmissione del calore, Casa Editrice Ambrosiana, 2002
G. Comini, G. Cortella, Fondamenti di trasmissione del calore, Servizi Grafici Editoriali, 2001.
Controlli dell'apprendimento / Modalità d'esame
L'esame è orale e prevede una dettagliata discussione dell'esercitazione progettuale svolta.
E' obbligatorio prenotarsi per sostenere l'esame.
Note


Informazioni urgenti riguardanti sia lo svolgimento del corso sia gli esami saranno comunicate utilizzando gli spazi appositi messi a disposizione all'interno del portale web del Politecnico. I siti sono sia quello del docente sia quello del corso. In questi siti saranno riportate anche tutte le altre informazioni riguardanti il corso quali il programma dettagliato, esempi di prove di esame, informazioni sui laboratori ecc
Orario delle lezioni
Statistiche superamento esami

Programma definitivo per l'A.A.2007/08
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