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Anno Accademico 2012/13
06IHQMA
Termodinamica applicata e trasmissione del calore
Corso di Laurea in Ingegneria Biomedica - Torino
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Tut Anni incarico
Giaretto Valter ORARIO RICEVIMENTO PO ING-IND/10 53 27 0 0 18
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/10 8 B - Caratterizzanti Ingegneria meccanica
Presentazione
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 è 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.
Risultati di apprendimento attesi
Al termine del corso 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 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 saprà 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
più diffusi e importanti tipi di scambiatori di calore e svolgere calcoli di prima approssimazione.
Prerequisiti / Conoscenze pregresse
E' necessario conoscere gli elementi dell'analisi matematica (calcolo differenziale e integrale, metodi di soluzione dei tipi più semplici di equazioni differenziali, algebra delle matrici), e avere frequentato i corsi di fisica e di chimica di base.
Programma (Prof. V. Giaretto)
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. I modi del lavoro. Lavoro esterno e interno. Il lavoro di attrito nei fluidi. L’equazione dell’energia cinetica e il teorema di Bernoulli.
Primo principio. Enunciato generale. Energia interna ed entalpia, calori specifici, bilanci di energia. Secondo principio. Macchine termiche. Enunciato generale. Entropia, reversibilità e irreversibilità. 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, proprietà delle miscele di liquido e vapore. Relazioni di Maxwell.
Sistemi aperti o a deflusso. Definizioni. Rappresentazioni lagrangiana 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, Cicli di motori a vapore: Rankine e Hirn. Cicli inversi a vapore.
Miscele di gas e psicrometria. Proprietà delle miscele di gas ideali. Miscele di gas con fluidi condensabili. Grandezze psicrometriche diagrammi termodinamici dell’aria umida. Trasformazioni psicrometriche. Cenni al condizionamento ambientale.
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 conduttività termica. Applicazioni: Soluzione di problemi in regime stazionario monodimensionale e transitorio a zero dimensioni. Superfici estese ed alette.
La convezione. Proprietà dei fluidi. I tipi di deflusso. Strati limite delle velocità e delle temperature. Cenni alle modalità 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. Proprietà energetiche della radiazione elettromagnetica. Grandezze caratteristiche, Interazione tra ra-diazione 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 e reti di resistenze equivalenti.


Testi richiesti o raccomandati: letture, dispense, altro materiale didattico (Prof. V. Giaretto)
M. Calì, P. Gregorio,Termodinamica, Esculapio.
A. Cavallini, L. Mattarolo, Termodinamica applicata, Cleup Editore.
C. Bonacina, A. Cavallini, L. Mattarolo, Trasmissione del calore, Cleup Editore.
G. Guglielmini, C. Pisoni, Introduzione alla trasmissione del calore, Casa Editrice Ambrosiana.


Criteri, regole e procedure per l'esame (Prof. V. Giaretto)
L'apprendimento viene verificato tramite esame scritto che consiste di due esercizi di termodinamica e uno di trasmissione del calore. Gli esercizi di termodinamica sono concepiti per verificare la capacità di applicazione dei due principi fondamentali su dei casi realistici e la comprensione dei modelli studiati per descrivere il comportamento delle sostanze. L'esercizio di trasmissione del calore riguarda l'applicazione delle leggi di scambio termico per conduzione, convezione ed irraggiamento. L'esame orale è a discrezione del docente


Orario delle lezioni
Statistiche superamento esami

Programma definitivo per l'A.A.2012/13
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