Politecnico di Torino
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Anno Accademico 2009/10
02IHQET, 02IHQFD, 02IHQFN
Termodinamica applicata e trasmissione del calore
Corso di Laurea in Ingegneria Biomedica - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Elettrica - Torino
Corso di Laurea in Matematica Per Le Scienze Dell'Ingegneria - Torino
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Tut Anni incarico
Giaretto Valter ORARIO RICEVIMENTO PO ING-IND/10 56 26 1 0 15
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/10 7.5 B - Caratterizzanti Ingegneria energetica
Obiettivi dell'insegnamento
Nella prima parte del corso, di tipo metodologico e generale, ci si propone di far conoscere e illustrare agli allievi i fenomeni che permettono di correlare le modificazioni dei corpi materiali agli scambi mutui di energia in forma di calore e lavoro, le leggi fisiche che li governano con le relative rappresentazioni matematiche. Si descrivono quindi le principali tecnologie per la conversione di calore in energia meccanica e viceversa (motori e refrigeratori) ed i relativi metodi di calcolo.
Nella seconda parte si approfondiscono dal punto di vista fenomenologico e di calcolo i meccanismi con i quali Ŕ possibile trasferire energia in forma di calore, la conduzione, la convezione e l'irraggiamento, e si approfondiscono, tra le applicazioni fondamentali, gli scambiatori di calore e le alettature di raffreddamento.
Competenze attese
Al termine del corso lo studente, per quanto attiene alle questioni generali, sarÓ 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 il calore si propaga nei solidi, nei liquidi e negli aeriformi o per onde elettromagnetiche. Per quanto attiene le conoscenze tecnologiche e peculiari dell'ingegnere, egli saprÓ distinguere gli elementi fondamentali per i principali dispositivi per la produzione di energia meccanica, motori a combustione interna e macchine a vapore, e per la refrigerazione, frigoriferi e pompe di calore, e per i pi¨ diffusi e importanti tipi di scambiatori di calore e svolgere calcoli di prima approssimazione.
Prerequisiti
E' necessario conoscere gli elementi dell'analisi matematica (calcolo differenziale e integrale, metodi di soluzione dei tipi pi¨ semplici di equazioni differenziali, algebra delle matrici), e avere frequentato i corsi di fisica e di chimica di base.
Programma
DEFINIZIONE DI GRANDEZZE E CONCETTI FONDAMENTALI. Sistema e stato termodinamico; equilibrio, processi e trasformazioni. Temperatura, calore, lavoro.
PRIMO PRINCIPIO. Enunciato generale. Energia interna ed entalpia, calori specifici, bilanci di energia.
SECONDO PRINCIPIO. Macchine termiche. Enunciato generale. Entropia, reversibilitÓ e irreversibilitÓ. Ciclo ideale di Carnot.
LE SOSTANZE PURE. Superfici p-v-T e cambiamenti di stato, equazioni di stato dei gas, gas ideali, equazione di Clapeyron per i vapori, proprietÓ delle miscele di liquido e vapore.
SISTEMI APERTI O A DEFLUSSO. Definizioni. Rappresentazioni lagrangiane ed euleriana. Le equazioni fondamentali per i sistemi aperti: conservazione della massa e dell'energia meccanica, primo e secondo principio della termodinamica.
CICLI IDEALI DI MACCHINE MOTRICI E OPERATRICI. Cicli di motori a gas: Otto, Diesel, Joule, Stirling. Cicli di motori a vapore: Rankine e Hirn. Cicli inversi a vapore.
INTRODUZIONE AI MODI DI TRASMISSIONE DEL CALORE. Conduzione, convezione e irraggiamento. Cenni alla termodinamica dei mezzi continui.
LA CONDUZIONE. Equazioni generali, integrali e differenziali. La legge di Fourier. Fenomenologia e conduttivitÓ termica. Applicazioni: Soluzione di problemi in regime stazionario monodimensionale e transitorio a zero dimensioni. Superfici estese ed alette.
LA CONVEZIONE. ProprietÓ dei fluidi. I tipi di deflusso. Strati limite delle velocitÓ e delle temperature. Cenni alle modalitÓ delle interazioni fluido-parete. La legge di Newton nella convezione. Convezione termica forzata e naturale nel deflusso interno ed esterno. Relazioni adimensionali. Il metodo delle analogie.
SCAMBIATORI DI CALORE. Tipologie. Calcolo dell'andamento della temperatura dei fluidi. I metodi di dimensionamento della differenza di temperatura media logaritmica ed e-NTU. Efficienza.
IRRAGGIAMENTO. ProprietÓ energetiche della radiazione elettromagnetica. Grandezze caratteristiche, Interazione tra radiazione e superfici, coefficienti di assorbimento, riflessione e trasmissione. Il corpo nero. Corpi grigi. EmissivitÓ. Scambio di energia per irraggiamento tra corpi neri e grigi, fattori di forma e reti di resistenze equivalenti.
Programma: informazioni integrative
Alcuni argomenti che saranno trattati in modo separato e pi¨ approfondito solo in alcuni corsi, come ad esempio:.
Termodinamica chimica.
Psicrometria
........
Laboratori e/o esercitazioni
LABORATORI
Svolgimento di due esercitazioni sperimentali collegandosi attraverso la rete internet al laboratorio didattico del Dipartimento di Energetica:
- Bilancio di energia e di massa di un frigorifero industriale.
- Bilancio di energia di uno scambiatore di calore a tubi coassiali nel funzionamento in equicorrente e in controcorrente.
Visita ai laboratori dei Dipartimenti e ad impianti selezionati dai docenti.

ESERCITAZIONI
Esercizi svolti in aula sui temi trattati a lezione.
Altre modalitÓ saranno indicate dai singoli docenti.
Bibliografia
Ogni docente indicherÓ per il suo corso i testi che ritiene pi¨ idonei alle sue lezioni ad integrazione degli appunti.
Controlli dell'apprendimento / ModalitÓ d'esame
Ogni docente indicherÓ quelli adottati per il suo corso
Orario delle lezioni
Statistiche superamento esami

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