Docente: Sauro Filippeschi

Dettagli corso


Informazioni generali
Attività formativa Fisica Tecnica
Anno 2006/2007
Docente Sauro Filippeschi
Propedeuticità nessuna propedeuticità
Curriculum insegnamento comune
Carico didattico
CFU 5
Ore totali lezione 32
Ore totali esercitazione 8
Ore totali laboratorio 0
Obiettivi
Le finalità del corso sono:
  • illustrare le metodologie di analisi e di approfondire gli aspetti teorico-scientifici nel campo della fisica tecnica, con particolare riguardo agli aspetti termodinamici ed energetici;
Obiettivo del corso è portare lo studente a:
  • sviluppare conoscenze nel campo dell’ingegneria di base anche per facilitare l’inserimento dei laureati nel mondo del lavoro, relazionando criticamente e cooperando attivamente con persone di cultura “non informatica”.
Programma
Termodinamica dei sistemi
  • Definizioni di sistema termodinamico: i sistemi chiusi e aperti, isolati e adiabatici. Lo stato di equilibrio termodinamico e il postulato di stato. I principali parametri di stato e le loro unità di misura. I parametri intensivi: pressione, temperatura e le grandezze specifiche. I parametri estensivi: massa e volume. Il concetto di trasformazione e di reversibilità della trasformazione.
  • Il primo principio della termodinamica nei sistemi chiusi. L'energia interna e l'entalpia. Il calore e la sua trasmissione. Il principio zero della termodinamica. Il calore specifico.- Il lavoro di trasformazione e quello continuo.
  • Il primo principio della termodinamica nei sistemi aperti. Definizione di volume di controllo. Il regime permanente. Il lavoro meccanico e il lavoro di pulsione. Schematizzazione di sistemi aperti ed applicazione del primo principio per: scambiatori di calore, turbine e compressori, camini, etc. Definizione di entropia. Le principali trasformazioni termodinamiche: adiabatica, isoterma, isovolumica, isobara e politropica. Calcolo del lavoro continuo e del calore per le principali trasformazioni termodinamiche reversibili per i gas perfetti, per i vapori e peri solidi ed i liquidi.
  • I serbatoi di energia ed i motori termici. I processi ciclici. Le macchine per la produzione di lavoro e le macchine frigorifere. Il secondo principio della termodinamica. I due enunciati di Kelvin-Thompson e di Clausius. Concetto di rendimento termico di cicli diretti. Il COP per le macchine frigorifere e per le pompe di calore. Traformazioni irreversibili e reversibili. Il ciclo di massimo rendimento: il ciclo di Carnot. La scala termodinamica assoluta della temperatura. Il rendimento del ciclo di Carnot. La macchina frigorifera e la pompa di calore operanti secondo un ciclo di Carnot inverso. La diseguglianza di Clausius. L'entropia di un sistema isolato. Il bilancio di entropia di un sistema chiuso. Il bilancio di entropia di un sistema aperto.
Proprietà dei fluidi
  • Le proprietà delle sostanze pure. Le fasi di una sostanza. Il punto triplo ed il punto critico. La fase aeriforme: l'equazione di stato dei gas perfetti. Il fattore di compressibilità. I vapori e le tabelle dei vapori saturi. I diagrammi di stato per trasformazioni con cambiamento di fase. I diagrammi di stato. Il diagramma T-s, La variazione di entropia per i solidi e i liquidi. La variazione dell'entropia per i gas perfetti.
I processi ciclici
  • I processi ciclici. L'uso del ciclo di Carnot come ciclo comparativo. I cicli ad aria di motori a combustione interna di tipo alternativo: il ciclo Otto. Calcolo del rendimento.
  • Il Ciclo Diesel. Calcolo del rendimento termodinamico e confronti con il ciclo Otto. Il ciclo Brayton come ciclo ideale per i cicli con turbine a gas. Metodi per aumentare il rendimento di un ciclo Brayton: la rigenerazione di calore.
  • Il ciclo di Carnot nei vapori saturi. Il ciclo di Rankine: calcolo del rendimento ed utilizzo sia del diagramma che delle tabelle. Il ciclo Hirn. Le macchine frigorifere e le pompe di calore. Il ciclo di Carnot inverso, il ciclo Joule umido e asciutto: calcolo del COP.
Trasmissione del calore
  • I tre modi di trasmissione del calore: Il postulato di Fourier, l'equazione di Newton e l'equazione di Sthephan Boltzmann. L'equazione di Fourier-Kirchoff.
  • L'equazione per la parete piana in regime stazionario. La conducibilità termica. L'analogia elettrica, la resistenza elettrica e le reti elettriche equivalenti. La parete piana con generazione interna di calore. Sistemi in transitorio. Il metodo a parametri concentrati.
  • Meccanismo fisico della convezione. Il caso della parete piana. Lo strato limite dinamico e quello termico. Il moto turbolento e quello laminare. La teoria adimensionale. Il teorema di Buckingham. I gruppi adimensionali per la convezione forzata: il numero di Reynolds, il numero di Prandtl e il numero di Nusselt. Alcune correlazioni sperimentali per la parete piana e per il flusso interno ai condotti. La convezione naturale. Il numero di Grashoft e quello di Rayleigh.
  • Il corpo nero. Il potere emissivo monocromatico del corpo nero. La legge di Wien e quella di Stephan-Boltzmann. I corpi reali e i corpi grigi. L'emissività. Comportamento di un corpo alla radiazione incidente. I coefficienti di assorbimento, trasmissione e riflessione. La legge di Kirchoff. La potenza termica scambiata tra due corpi neri. Il fattore di vista e il teorema di reciprocità. Lo scambio termico tra corpi grigi e le reti resistive equivalenti. Gli scambiatori di calore. Lo scambiatore tubo-tubo. Il metodo del deltaT logaritmico per il dimensionamento. Il metodo dell'efficienza e del NUT. Il raffreddamento dell'elettronica: panoramica sulla specifiche, sui limiti e sulle diverse tecniche di raffreddamento utilizzate attualmente. I tubi di calore e i circuiti capillari.
Materiale didattico
Libri di testo consigliati:
  • Y.A.Cengel: Termodinamica e Trasmissione del calore – McGraw-Hill Libri Italia.
Esercizi:
  • E. Latrofa, F. Fantozzi, A. Franco, Esercizi di termodinamica applicata, Andrea Vallerini Ed., Pisa, 2000.
  • Boeche, A. Cavallini e S. Del Giudice, Problemi di Termodinamica Applicata, CLEUP, Padova, 1992.
  • Schaum Electronic Book, Thermodynamics (un libro elettronico interattivo, scritto in Mathcad).
Modalità di verifica
Prova orale. L'esame si svolge contemporaneamente alla prova di fisica tecnica.

NOTA: per gli studenti che hanno seguito la vecchia versione del corso, è possibile sostenere l'esame con il programma del prof. Ciampi; inoltre, per gli studenti del vecchio ordinamento, è possibile sostenere l'esame con il programma svolto nell'anno in cui è stato seguito il corso. Per questi ultimi è opportuno presentare in sede di esame una copia del programma svolto. Per tutti gli studenti interessati, è necessario comunicare ai docenti il programma con cui si intende svolgere l'esame in fase di iscrizione all'esame all'interno del sistema Hamasy.
Link utili
Tutte le informazioni qui presenti e i dettagli sulle modalità di valutazione dell'esame sono reperibili nella home page del docente.
Ultime modifiche: venerdì, 30 settembre 2011, 11:51