Politecnico di Torino
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Anno Accademico 2015/16
06IHQMN, 05IHQLX, 06IHQLN
Termodinamica applicata e trasmissione del calore
Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Elettrica - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Dell'Autoveicolo - Torino
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Tut Anni incarico
Borchiellini Romano ORARIO RICEVIMENTO PO ING-IND/10 53 27 0 0 15
Santarelli Massimo ORARIO RICEVIMENTO O2 ING-IND/10 58.5 20.5 1 0 8
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/10 8 B - Caratterizzanti Ingegneria energetica
Presentazione
L'insegnamento ha lo scopo di introdurre i principi della termodinamica, i principali processi e cicli termodinamici e i fondamenti della trasmissione del calore anche con riferimento al moto dei fluidi.
Risultati di apprendimento attesi
Conoscenza dei principi della termodinamica;
Conoscenza dei principali processi e cicli termodinamici
Conoscenza dei fondamenti della trasmissione del calore anche con riferimento al moto dei fluidi;
Capacità di applicare i principi della termodinamica a sistemi semplici;
Capacità di descrivere e comprendere i principali cicli termodinamici;
Capacità di leggere i diagrammi termodinamici e saper individuare i meccanismi di trasmissione del calore significativi per un dato fenomeno.
Programma
TERMODINAMICA
9.5 ORE:
Scopo della Termodinamica. Definizioni fondamentali: Grandezze primitive e derivate. Coordinate termodinamiche, stato ed equazioni di stato. Processi e trasformazioni. Processi diretti ed inversi e ciclici. La temperatura: definizione e cenni di termometria. Grandezze funzione di trasformazione: Calore e flusso termico. Lavoro e potenza. Forze di superficie e di massa e interne. L’equazione dell’energia meccanica. Calorimetria: Trasformazioni di fluidi omogenei semplici. L’adiabatica. Applicazione ai gas ideali.
12 ORE:
Il primo principio della Termodinamica: Enunciato. Energia interna ed Entalpia. L’entalpia generalizzata. Il secondo principio della Termodinamica: Macchine termiche e rendimento. Le irreversibilità. L’enunciato fondamentale nella forma della diseguaglianza di Plank. Il ciclo ed il teorema di Carnot. L’equazione di Clapeyron. Processi reversibili. Entropia. Rendimento massimo di un ciclo. Il teorema del massimo rendimento e il lavoro massimo. Il primo principio per i sistemi aperti. Il secondo principio per i sistemi aperti. I sistemi aperti: Descrizione lagrangiana ed euleriana. La portata di massa. Conservazione della massa e della quantità di moto, primo e secondo principio della Termodinamica. L'equazione di Bernoulli.
4.5 ORE:
Motori a gas: I cicli ideali di Carnot, Otto, Diesel, Joule.
6 ORE:
I sistemi polifasi: I cambiamenti di stato e le trasformazioni liquido-vapore. Definizioni ed equazioni fondamentali. Il titolo. L'equazione di Clapeyron.
Motori a vapore: I cicli termodinamici a vapore di Carnot, Hirn e Rankine, e loro rappresentazioni nei piani p-v, T-s e h-s. Il rendimento del ciclo Rankine. Surriscaldamenti e rigenerazione. I gas reali: equazioni di stato.
4.5 ORE:
Macchine frigorifere e pompe di calore: Fluidi con attrito ed effetto Joule-Thomson nella trafilazione isoentalpica. I cicli inversi. Definizioni. L'efficienza o COP. Il diagramma h-log p. Cicli di macchine frigorifere a compressione di vapore con compressione semplice e multistadio.
3 ORE
Psicrometria: miscele ideali di gas ideali, grandezze psicrometriche, diagramma di Mollier dell’aria umida, trasformazioni aria umida.
TRASMISSIONE DEL CALORE
6 ORE:
Introduzione alla trasmissione del calore. Rappresentazioni continue e discrete. I modi dello scambio termico.
La conduzione: L'equazione fondamentale con le condizioni al contorno. La relazione di Fourier. Fenomenologia e conduttività termica. Applicazioni.
7.5 ORE:
Moto dei fluidi e convezione: Viscosità. Moto laminare e turbolento e numero di Reynolds. Interazioni fluido-parete e strato limite di velocità e temperatura su lastre piane e nei condotti. La convezione e l'equazione di Newton. I numeri adimensionali. Convezione forzata in lastra piana. Lo scambio termico nei condotti. Relazioni adimensionali per la convezione forzata. Convezione naturale e relazioni adimensionali in lastra piana.
3 ORE:
Scambiatori di calore: Classificazione e caratteristiche costruttive. Calcolo degli scambiatori a superficie. Bilanci di energia e flussi termici. Andamento della temperatura dei fluidi negli scambiatori a tubi coassiali. Efficienza.
3 ORE:
Irraggiamento: Definizioni e grandezze caratteristiche. Il corpo nero. Le leggi di Stefan-Boltzmann e Wien. I corpi reali e le leggi di Kirchhoff. Scambio di energia raggiante tra corpi neri. I fattori di forma. L'analogia elettrica.
Organizzazione dell'insegnamento
ESERCITAZIONI
19.5 ORE:
Esercitazioni di calcolo (risoluzione di esercizi di calcolo) su tutti gli argomenti dell'insegnamento.

HOME ASSIGNEMENTS
Sono assegnate due esercitazioni di calcolo con report da discutere all’esame:
• calcolo di ciclo Joule a gas
• calcolo di ciclo Rankine a vapore d’acqua

LABORATORI
Le esercitazioni di laboratorio saranno effettuate presso la sede centrale del Politecnico di Torino (Corso Duca degli Abruzzi 24) e più precisamente presso il Dipartimento Energia. Sono svolte 2 esercitazioni di laboratorio:
• 4 ore complessive (studenti divisi in 4 squadre, per cui 1 ora effettiva per studente): cicli inversi
• 4 ore complessive (studenti divisi in 4 squadre, per cui 1 ora effettiva per studente): scambiatori di calore.
Testi richiesti o raccomandati: letture, dispense, altro materiale didattico
L’unico riferimento degli argomenti trattati nell'insegnamento e che saranno oggetto di esame è il programma riportato sopra.
Ai fini di una preparazione adeguata NON è sufficiente studiare solamente sugli appunti presi durante le lezioni. Per comprendere meglio gli argomenti trattati occorre infatti approfondire lo studio su un libro o, meglio, su più di uno, che a discrezione dello studente può essere scelto tra uno di quelli riportati nell’elenco qui di seguito.
Testi che trattano solamente la Termodinamica applicata
• M. Calì, P. Gregorio, "Termodinamica" Esculapio, Bologna (Ricalca nel modo più completo le lezioni di termodinamica dell'insegnamento).
• M. W. Zemansky, M.M. Abbott, H.C. Van Ness, "Fondamenti di termodinamica per ingegneri", Zanichelli (Ottimo testo di base, con esercizi)
• P. S. Schmidt, O. A. Ezekoye, J. R. Howell, D. K. Baker, "Thermodynamics: An Integrated Learning System", J. Wiley & Sons, Inc., 2006. (Ottimo testo in inglese, particolarmente curato dal punto di vista editoriale e con molti esercizi. Gli acquirenti possono accedere con un codice al sito internet della casa editrice nel quale sono contenute le soluzioni di tutti gli esercizi, molti testi di ausilio didattico e filmati multimediali che illustrano il funzionamento delle principali macchine studiate)
Testi che trattano solamente la Trasmissione del calore
• G. Guglielmini, C. Pisoni, "Introduzione alla trasmissione del calore", Casa Editrice Ambrosiana, Gennaio 2002, (ottimo testo di base, con esercizi).
• R. Borchiellini, M. Calì, M. Torchio, "Note per le lezioni di trasmissione del calore e termocinetica", Politeko 2001, (dispense che contengono le formule più importanti illustrate con testi sintetici e strutturate in modo tale da permettere agli studenti di seguire le lezioni e prendere contemporaneamente appunti)
Termodinamica applicata e Trasmissione del calore nello stesso volume
• Y. A. Çengel, "Termodinamica e trasmissione del calore", McGraw-Hill, 2005. (ottimo testo di base, in italiano, con esercizi)
• M. J. Moran, H. N. Shapiro, B. R. Munson, D. P. DeWitt, "Introduction to Thermal Systems Engineering,
• Thermodynamics, Fluid Mechanics and Heat Transfer", J. Wiley & Sons, Inc., 2003 (Ottimo testo in inglese, editorialmente particolarmente curato e con molti esercizi. Al libro è allegato un CD che contiene il testo completo in formato Adobe Acrobat® o pdf, la soluzione di quasi tutti gli esercizi proposti e alcuni filmati multimediali che illustrano lo svolgimento di fenomeni significativi).
• R. Borchiellini, M. Calì, M. Torchio, CD con esempi di domande a risposte multiple CLUP 2001 (utile per esercitarsi a rispondere a molte domande a risposta multipla)
Esercizi di Termodinamica applicata e Trasmissione del calore nello stesso volume
• P. Gregorio, "Esercizi di Fisica Tecnica", Levrotto & Bella, 1990. (ottimo testo di esercizi di Termodinamica e Trasmissione del Calore, in italiano)
Criteri, regole e procedure per l'esame
L’esame è costituito da una prova scritta, nel quale si richiede di risolvere alcuni esercizi numerici, e da un colloquio orale sugli argomenti del programma dell'insegnamento.
Per accedere al colloquio orale occorre aver ottenuto un punteggio di almeno 16/30 nella prova scritta ed esibire le relazioni sulle esercitazioni di calcolo, e quelle sulle esercitazioni di laboratorio svolte durante l'insegnamento, sulle quali è possibile che siano richiesti chiarimenti e precisazioni.
Orario delle lezioni
Statistiche superamento esami

Programma definitivo per l'A.A.2015/16
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