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Marco CAVAZZUTI
Professore Associato
Dipartimento di Scienze e Metodi dell'Ingegneria
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Insegnamento: TERMOTECNICA INDUSTRIALE
Tecnologie per l'industria intelligente (Offerta formativa 2024)
Obiettivi formativi
L'insegnamento intende fornire conoscenze di base su termodinamica, meccanica dei fluidi e trasmissione del calore. Inoltre, intende sviluppare la capacità di analizzare processi e problemi specifici nelle aree già menzionate, al fine di determinare quantitativamente prestazioni ed effettuare dimensionamenti.
Prerequisiti
Elementi di calcolo integrale, differenziale e vettoriale, come forniti nel corso di Matematica per l'Ingegneria. Elementi base di programmazione informatica come forniti nel corso di Programmazione di Calcolatori.
Programma del corso
Termodinamica (3CFU)
1. Definizioni: sistemi, processi, trasformazioni, proprietà, unità di misura e dimensioni (5h)
2. Primo principio della termodinamica: energia, lavoro, calore, energia interna, entalpia, calore specifico, bilancio energetico per sistemi chiusi, bilancio di massa e di energia per sistemi aperti (5h)
3. Secondo principio della termodinamica: macchine termiche, enunciati, reversibilità e irreversibilità, teorema di Carnot, efficienza e coefficiente di effetto utile, scala termodinamica delle temperature, disuguaglianza di Clausius, entropia e principio di non diminuzione dell'entropia, rendimento termodinamico, bilancio entropico per sistemi aperti (7h)
4. Sistemi semplici monocomponenti: stato di una sostanza pura, passaggi di stato, diagrammi di stato, solidi, liquidi, miscele, gas reali e gas ideali (10h)
Meccanica dei fluidi (2CFU)
5. Moto dei fluidi: definizioni, proprietà, descrizione e caratterizzazione del moto (3h)
6. Statica dei fluidi: equazione dell'idrostatica, misure di pressione, forze idrostatiche (4h)
7. Teoria della similitudine e analisi dimensionale (3h)
8. Equazioni di bilancio in fluidodinamica: continuità, conservazione della quantità di moto, bilancio dell'energia, equazione di Bernoulli e bilancio dell'energia meccanica, perdite di carico (8h)
Trasmissione del calore (2CFU)
9. Conduzione: legge di Fourier, equazione di Fourier monodimensionale, conduzione stazionaria in strato piano e cilindrico, analogia elettrotermica (5h)
10. Convezione: convezione naturale, forzata e mista, legge di Newton del raffreddamento, strato limite e numeri adimensionali, determinazione del coefficiente di scambio termico per varie tipologie di flusso (5h)
11. Irraggiamento: definizioni, leggi della radiazione di corpo nero, proprietà radiative delle superfici reali (3h)
12. Processi combinati di scambio termico: isolamento termico, scambiatori di calore, conduzione e convezione in regime transitorio, superfici alettate (5h)
Metodi didattici
L'insegnamento prevede lezioni teoriche frontali ed esercitazioni nei laboratori informatici. Le lezioni laboratoriali prevedono la risoluzione di esercizi in python. Le lezioni saranno tenute in lingua italiana.
Testi di riferimento
Testo consigliato:
M.J. Moran, H.N. Shapiro, B.R. Munson, D.P. DeWitt, Elementi di fisica tecnica per l'ingegneria, Edizione italiana a cura di M.A. Corticelli, McGrawHill, 2011
Altri testi di riferimento:
Y.A. Çengel, Termodinamica e trasmissione del calore, Edizione italiana a cura di G. Dall’O’ e L. Sarto, McGraw-Hill, 2013
A. Cocchi, Elementi di termofisica generale e applicata, Esculapio, 1998
F.P. Incropera, D.P. DeWitt, T.L. Bergman, A.S. Lavine, Fundamentals of heat and mass transfer, Wiley, 2007
E. Zanchini, Termodinamica, Pitagora, 1993
Esercizi:
P. Gregorio, Fisica tecnica – Esercizi svolti, Levrotto & Bella, 1999
M. Spiga, Esercizi di termodinamica applicata, Esculapio, 2011
Verifica dell'apprendimento
Prova scritta obbligatoria:
1. Si richiede la soluzione quantitativa di esercizi/quesiti nelle aree di: termodinamica relative applicazioni, meccanica dei fluidi e relative applicazioni, trasmissione del calore (max punti: 23)
2. Si richiede di rispondere a quesiti teorici nelle medesime aree (max punti: 10)
3. Tempo a disposizione: 2.5 h
4. La prova si considera superata con successo se il punteggio conseguito è almeno uguale a 18 e il punteggio conseguito nei quesiti teorici è almeno uguale a 5.
Prova orale:
1. Facoltativa, a discrezione del candidato, se la prova scritta è stata superata con successo
2. Obbligatoria se il punteggio conseguito nella prova scritta è almeno uguale a 18, ma il punteggio conseguito nei quesiti teorici è inferiore a 5
3. Quesiti possibili su tutto il programma svolto
4. Da sostenere nel medesimo appello in cui è stato conseguito un punteggio almeno uguale a 18 nella prova scritta
Prove intermedie:
1. Sono previste due prove intermedie in sostituzione della prova scritta riservate agli studenti frequentanti: la prima sul programma di termodinamica a metà corso, la seconda sul programma di fluidodinamica e trasmissione del calore a fine corso.
Risultati attesi
Conoscenza e comprensione:
Si giungerà a comprendere e interpretare secondo modelli fisici i fenomeni di scambio termico e di massa.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
Si svilupperà la capacità di applicare le conoscenze acquisite a problemi di interesse ingegneristico e industriale nelle aree della termodinamica, della fluidodinamica, dello scambio termico.
Autonomia di giudizio:
Si raggiungerà la capacità di determinare in autonomia la scelta delle soluzioni ottimali per la soluzione di problemi di interesse ingegneristico e industriale nelle aree della termodinamica, della fluidodinamica, dello scambio termico.
Abilità comunicative:
Si svilupperà la capacità di comunicare - verbalmente e per iscritto - quanto illustrato nel programma dell'insegnamento e le soluzioni adottate nei confronti di problemi specifici.
Capacità di apprendimento:
Si svilupperà la capacità di implementare una logica di apprendimento e aggiornamento continuo su temi inerenti la termofluidodinamica.