Politecnico di Torino
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Anno Accademico 2017/18
05IHQMK, 05IHQMQ, 10IHQMO
Termodinamica applicata e trasmissione del calore
Corso di Laurea in Ingegneria Energetica - Torino
Corso di Laurea in Matematica Per L'Ingegneria - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Per L'Ambiente E Il Territorio - Torino
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Tut Anni incarico
Giaretto Valter ORARIO RICEVIMENTO PO ING-IND/10 54 22.5 1.5 0 15
Torchio Marco Filippo ORARIO RICEVIMENTO A2 ING-IND/10 54 24.5 1.5 0 14
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/10 8 C - Affini o integrative Attività formative affini o integrative
Presentazione
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 dalla scambi con altri corpi di energia in forma di calore e lavoro. Si introducono le definizioni e i concetti fondamentali, le leggi fenomenologiche e i principi generali che governano questi fenomeni insieme con le loro rappresentazioni matematiche.
Successivamente si descrivono le principali tecnologie per la conversione di calore in lavoro e viceversa nei motori e nelle macchine frigorifere, e per controllare il comportamento di miscele di gas, specialmente quelle di aria e vapore acqueo, 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 fondamentali si studiano gli scambiatori di calore e il trasferimento di calore nelle superfici estese, come le alette di raffreddamento.
Risultati di apprendimento attesi
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 - motori a combustione interna e macchine a vapore - e per la refrigerazione - frigoriferi e pompe di calore, e per i più diffusi e importanti tipi di scambiatori di calore, svolgendo calcoli di dimensionamento prima approssimazione.
Prerequisiti / Conoscenze pregresse
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, algebra delle matrici), fisica (meccanica, dinamica, statica dei fluidi, elettromagnetismo, fisica della materia) e di chimica di base.
Programma
TERMODINAMICA APPLICATA
Definizione di grandezze e concetti fondamentali: Sistema e stato termodinamico; equilibrio, processi e trasformazioni. Temperatura, calore, lavoro.
Proprietà di corpi omogenei: Trasformazioni fondamentali: Isocora, Isobara, Isoterma, Adiabatica, Politropica. Comprimibilità isoterma e adiabatica. I gas ideali. Il lavoro: Lavoro delle forze esterne e delle forze interne. Il lavoro di attrito nei fluidi.
L'equazione dell'energia cinetica e il teorema di Bernoulli.
Primo principio: Enunciato generale. Energia interna, entalpia, calori specifici: Bilanci di energia.
Secondo principio: Macchine termiche. Enunciato generale. entropia, reversibilità e irreversibilità. Ciclo ideale di Carnot. Il teorema di Carnot. Temperatura termodinamica.
Le sostanze pure: cambiamenti di stato, equazioni di stato dei gas, gas ideali, equazione di Clapeyron per i vapori, proprietà delle miscele di liquido e vapore.
Sistemi aperti o a deflusso: Definizioni e rappresentazioni. Le equazioni fondamentali per i sistemi aperti: conservazione della massa e dell'energia meccanica, primo e secondo principio della termodinamica.
Equazione dell'energia utilizzabile per sistemi aperti in condizioni stazionarie e concetto di exergia
Concetto di macchina motrice e operatrice.
I cicli dei motori a gas .
I cicli dei motori a vapore.
I cicli inversi a vapore.
Miscele di gas e psicrometria: Proprietà delle miscele di gas ideali. Miscele di gas con fluidi incondensabili. Grandezze psicrometriche diagrammi termodinamici dell'aria umida. Trasformazioni psicrometriche.

TRASMISSIONE DEL CALORE
Introduzione ai modi di trasmissione del calore: Conduzione, convezione e irraggiamento.
La conduzione: Equazione generale. La legge di Fourier. Fenomenologia e conduttività termica. Applicazioni: Soluzione di problemi in regime stazionario monodimensionale con e senza generazione di calore
La convezione: Proprietà dei fluidi. I tipi di deflusso. Strati limite delle velocità e delle temperature. La legge di Newton nella convezione. Convezione termica, forzata e naturale, nel deflusso interno ed esterno. I principali numeri adimensionali e loro significato fisico. Le principali correlazioni tra numeri adimensionali.
Applicazioni a problemi conduttivi-conduttivi:
Soluzione del transitorio termico con corpo a zero dimensioni.
Raggio critico di isolamento.
Superfici estese ed alette: tipologie, analisi alette a sezione costante; efficacia e rendimenti di un aletta e di un banco alettato
Scambiatori di calore: Tipologie. Calcolo dell'andamento della temperatura dei fluidi. Efficienza. I metodi di dimensionamento della differenza di temperatura media logaritmica ed efficienza-NTU.
Irraggiamento: Proprietà energetiche della radiazione elettromagnetica. Grandezze caratteristiche, Interazione tra radiazione e superfici, coefficienti di assorbimento, riflessione e trasmissione. Il corpo nero. Corpi grigi. Emissività. Scambio di energia per irraggiamento tra corpi neri e grigi, fattori di forma; reti di resistenze equivalenti.
Organizzazione dell'insegnamento
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. E’ prevista l’analisi di almeno un impianto presente nel laboratorio didattico.
Testi richiesti o raccomandati: letture, dispense, altro materiale didattico
• 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.
• Giaretto V., LEZIONI DI TERMODINAMICA APPLICATA E TRASMISSIONE DEL CALORE, Clut Ed., Torino.
• 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.

Ogni docente titolare comunicherà a lezione quali testi seguirà preferenzialmente nel proprio insegnamento
Criteri, regole e procedure per l'esame
Le competenze acquisite saranno verificate attraverso una prova scritta dove sono proposti quesiti rispondendo ai quali il candidato deve dimostrare di saper analizzare il problema descritto, individuare una soluzione analitica e arrivare, quando richiesto, al risultato numerico corretto e corredato 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. Il candidato deve anche essere in grado di tracciare schemi impiantistici, disegnare le trasformazioni sui diagrammi e saper scrivere e applicare correttamente le leggi generali della termodinamica e della trasmissione del calore.
Per lo svolgimento dei calcoli è necessaria una calcolatrice scientifica e se il compito richiedesse l’uso di tabelle o diagrammi termodinamici questi verranno forniti con il testo.
Il voto finale dello scritto sarà espresso in trentesimi (30).
I quesiti dello scritto potranno essere 3 o 4 e ogni quesito avrà uguale peso (quindi se 3 quesiti ognuno peserà 10 punti, se 4 quesiti ognuno peserà 7,5 punti).
In base alla lunghezza dei calcoli richiesti la durata potrà variare da un minimo di 2 h ad un massimo di 2,5 h.
Orario delle lezioni
Statistiche superamento esami

Programma definitivo per l'A.A.2017/18
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