Programma:

TERMODINAMICA APPLICATA
INTRODUZIONE ED ELEMENTI DI TERMOMETRIA: Unità di misura. Sistemi termodinamici, Equlibrio termodinamico. Grandezze di stato. Processi termodinamici. Grandezze di scambio. Equilibrio termico. Principio zero della termodinamica. Elementi di termometria con applicazioni in laboratorio.
LE PROPRIETA’ TERMODINAMICHE DELLE SOSTANZE PURE: Sistemi P-V-T. Termodinamica dei vapori. I diagrammi termodinamici: T-v, p-v, T-s, h-s, p-h. Il modello del gas ideale. I gas reali: il fattore di compressibilità. Il modello di sostanza incomprimibile.
IL 1° PRINCIPIO DELLA T.D.: Termodinamica e lavoro meccanico. Principio di conservazione della energia e 1° principio della T.D. 1° principio della T.D. per sistemi chiusi e per sistemi con deflusso. Principio di conservazione della massa: equazione di continuità Applicazione a circuiti idraulici chiusi. Applicazione a macchine operatrici e motrici.. Applicazione a processi T.D. e apparati di uso pratico: laminazione, ugello, scambiatori di calore.
IL 2° PRINCIPIO DELLA T.D: Postulato di Clausius, postulato di Kelvin. Limitazioni di 2° principio ai cicli T.D. motori e frigoriferi. La temperatura termodinamica. Prestazioni massime di cicli bitermici: il teorema di Carnot. Cicli operanti fra più di due sorgenti termiche. Diseguaglianza di Clausius. Entropia. Variazioni di entropia per un sistema isolato. Relazioni fra grandezze di stato: equazioni di Gibbs. Rendimento isoentropico della espansione e della compressione.
CICLI TERMODINAMICI DIRETTI A GAS: Ciclo diretto di Stirling. Generalità sui motori a combustione interna: ciclo teorico di Otto ad aria standard. Generalità sui motori Diesel: ciclo teorico di Diesel ad aria standard. Ciclo diretto di Brayton per motori turbogas.
CICLI TERMODINAMICI DIRETTI A VAPORE: Processi dei vapori saturi: senza scambio di lavoro, senza scambio di calore. Ciclo di Carnot a vapore. Ciclo di Rankine: a vapore saturo e a vapore surriscaldato.
CICLI TERMODINAMICI INVERSI: Cicli inversi frigoriferi e a pompa di calore. Ciclo inverso di Carnot. Ciclo frigorifero a semplice compressione di vapore. Uso del diagramma P-h per l’analisi di cicli frigoriferi. Cenni sulle proprietà dei refrigeranti.
TERMODINAMICA DELL’ARIA UMIDA: Composizione e parametri caratteristici. Diagramma psicrometrico e sua utilizzazione per l’analisi dei principali processi dell’aria umida. Generalità sui trattamenti dell’aria umida: trattamento estivo, trattamento invernale.
TRASMISSIONE DEL CALORE
CONDUZIONE TERMICA: Conduzione termica nei gas, nei liquidi, nei solidi. La legge di Fourier. La conduttività termica dei materiali. Le equazioni differenziali della conduzione. Le soluzioni nel caso monodimensionale. Analogia elettrica e modello termico resistivo. Resistenza e conduttanza termica conduttiva. Conduzione termica stazionaria in sistemi multidimensionali: il metodo del fattore di forma.
CONVEZIONE TERMICA: Legge di Newton, coefficiente di scambio termico convettivo. Il modello resistivo per la convezione termica: resistenza termica convettiva. Generalità sul trasporto convettivo in fluidi viscosi. Gli strati limite convettivi. Flusso laminare e turbolento. Cenni sulla teoria della similarità. I gruppi adimensionali per la convezione termica e loro significato fisico. Il problema generale della convezione. Le correlazioni di uso pratico. Convezione forzata e naturale su lastra piana. Convezione forzata all’interno di un condotto.
IRRAGGIAMENTO TERMICO: Lo spettro elettromagnetico. Radiazione da corpo nero: distribuzione di Planck, legge dello spostamento di Wien, legge di Stefan-Boltzmann, emissione di banda. Emissione da superfici reali: emissività, riflessione, trasmissione, assorbimento, superfici selettive, legge di Kirchhoff, corpo grigio. La radiazione solare: irradiazione extraterrestre, l’assorbimento da parte della atmosfera, irradiazione sulla superficie terrestre, il reirraggiamento, l’effetto serra. Scambio termico tra corpi neri o grigi, il fattore di forma. Scambio termico per radiazione in cavità. Il modello resistivo dell’irraggiamento: coefficiente di scambio termico radiativo, resistenza termica per radiazione.
MECCANISMI COMBINATI DI SCAMBIO TERMICO: Trasmittanza termica di pareti piane. Il comfort termoigrometrico. Lastra piana, cilindro e sfera con generazione interna di calore. Scambio termico monodimensionale in mezzi con temperatura superficiale non uniforme: alette, efficienza termica, superfici alettate. Scambiatori di calore: tipologie, distribuzioni assiali di temperatura, il coefficiente globale di scambio termico, il metodo della differenza di temperatura media logaritmica, scambiatori tubo in tubo, scambiatori multipassaggio e a flusso incrociato, il fattore correttivo F.
CONDUZIONE TERMICA IN REGIME NON STAZIONARIO: Sistemi con resistenza termica interna trascurabile. Circuiti termici RC. Sistemi con resistenza interna non trascurabile: rappresentazioni grafiche delle soluzioni per lastra piana, cilindro e sfera.

Testi di riferimento:

Y. A. Cengel, “Termodinamica e trasmissione del calore”, McGraw-Hill
o, in alternativa, i libri:
L. Mattarolo, “Lezioni di termodinamica applicata”, Ed. CLEUP, Padova
G. Guglielmini, C. Pisoni, “Elementi di trasmissione del calore”, Ed. Veschi, Milano.

Modalità di svolgimento del corso e dell’esame:

L’esame consiste in una prova orale, costituita dalla discussione di argomenti teorici e dallo svolgimento di esercizi applicativi.