universita` di catania - Ingegneria

Università degli Studi di Catania
Dipartimento di Ingegneria Elettrica Elettronica e Informatica
Corso di Laurea in Ingegneria Industriale (L9)
Anno Accademico 2016 - 2017
CORSO DI FISICA TECNICA
Docente del corso: Prof. Arturo Pagano
DII - Edificio 13 - Tel. 095 7382421, e-mail: [email protected] -- [email protected]
OBIETTIVI DEL CORSO
ANNO E PERIODO
NUMERO DI CFU
PROPEDEUTICITÀ
FREQUENZA
TESTI DI RIFERIMENTO
Il corso ha la finalità di fornire conoscenze:
- di termodinamica, negli aspetti teorici fondamentali e, soprattutto, nelle
sue applicazioni ai principali componenti impiantistici, ai cicli termodinamici
diretti ed inversi ed agli impianti di climatizzazione dell’aria;
- dei tre meccanismi fondamentali di scambio termico, delle loro possibili
interazioni, nonché dei principi per la descrizione e caratterizzazione dello
scambio termico in geometrie semplici e in scambiatori di calore.
Secondo anno (secondo periodo)
9
Analisi I, Fisica I
Obbligatoria (minimo 70% delle ore di lezione)
1. Y. A. ÇENGEL - TERMODINAMICA E TRASMISSIONE DEL CALORE - MCGRAWHILL
2. M. J. MORAN, H.N. SHAPIRO, B.R. MUNSON, D.P. DE WITT – ELEMENTI DI
FISICA TECNICA PER L’INGEGNERIA - MCGRAW-HILL
MATERIALE DIDATTICO Dispense del corso ed esercizi svolti (disponibili su Studium)
PROVE IN ITINERE
Una a metà corso, al termine delle lezioni di termodinamica applicata, ed una a fine
corso, al termine delle lezioni di trasmissione del calore.
Il superamento delle due prove è equiparato al superamento della prova scritta
dell’esame, purchè questo venga sostenuto entro il medesimo anno accademico.
Prove d’esame
ESAMI DI PROFITTO
Modalità di iscrizione ad un appello
d’esame
Prova scritta e prova orale
La prenotazione per un appello d’esame è
obbligatoria e deve essere fatta
esclusivamente via internet attraverso il
portale studenti entro il periodo previsto.
PROGRAMMA DEL CORSO
TERMODINAMICA APPLICATA
1. NOZIONI FONDAMENTALI DI TERMODINAMICA
La termodinamica e l’energia; la trasmissione del calore; le unità di misura del S.I.
Il sistema termodinamico; massa di controllo e volume di controllo; le variabili di stato; l’equilibrio
termodinamico; il postulato di stato o regola di Gibbs; il principio zero della termodinamica;
definizione di pressione, volume e temperatura; trasformazioni e cicli termodinamici.
2. GRANDEZZE DI STATO E GRANDEZZE DI SCAMBIO
L’energia: energia interna, cinetica e potenziale; lo scambio di energia al contorno del sistema:
calore e lavoro.
3. COMPORTAMENTO TERMODINAMICO DELLE SOSTANZE PURE
I cambiamenti di stato; i vapori saturi ed i diagrammi di rappresentazione; le tabelle dei vapori
saturi. Il modello del gas perfetto ed altre equazioni di stato. Il comportamento dei gas reali.
4. BILANCI DI MASSA ED ENERGIA E PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA
Bilancio energetico dei sistemi chiusi; il lavoro di variazione di volume; calori specifici a pressione
costante e a volume costante. L’analisi termodinamica dei volumi di controllo ed i processi a flusso
stazionario; definizione di entalpia; lavoro nei sistemi con deflusso.
C.L. Ingegneria Industriale (L9)
Corso di Fisica Tecnica
Docente: Dott. Ing. Arturo Pagano
Il primo principio della termodinamica per i sistemi chiusi e per i sistemi aperti; i principali dispositivi
a flusso stazionario.
5. SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA E DEFINIZIONE DI ENTROPIA
Definizione di motori termici e macchine frigorifere; enunciati del secondo principio della
termodinamica.
Il ciclo di Carnot diretto ed inverso; i teoremi di Carnot; la scala termodinamica di temperatura;
irreversibilità; definizione di entropia.
Diagrammi dell’entropia; equazioni dell’entropia per i gas ideali e per i liquidi ed i solidi; il bilancio di
entropia per sistemi aperti e chiusi.
6. COMPONENTI TECNOLOGICI DEI SISTEMI TERMODINAMICI
I componenti tecnologici degli impianti; il rendimento isoentropico dei componenti termodinamici;
analisi e caratterizzazione dei componenti mediante bilanci di energia ed entropia.
7. CICLI DIRETTI A GAS (AD ARIA STANDARD)
Il ciclo di Carnot a gas; i cicli diretti a gas: il ciclo Brayton-Joule endoreversibile, l’effetto delle
irreversibilità, la rigenerazione nel ciclo Brayton-Joule; cenni su altre evoluzioni ed applicazioni
aeronautiche; cenni sul Ciclo Otto, Diesel e Sabathé.
8. CICLI DIRETTI A VAPORE
Il ciclo di Carnot a vapore; il ciclo Rankine endoreversibile; il ciclo Rankine con surriscaldamento;
limiti tecnologici degli impianti motori a vapore; l’effetto delle irreversibilità; la rigenerazione nel
ciclo Rankine; la cogenerazione e gli impianti combinati.
9. CICLI INVERSI A COMPRESSIONE DI VAPORE
I cicli inversi; le macchine frigorifere e le pompe di calore; i cicli inversi a compressione di vapore;
l’effetto delle irreversibilità.
10. PSICROMETRIA E TRATTAMENTI DELL’ARIA UMIDA
Le miscele di gas ideali e reali; l’aria umida; definizione delle variabili termodinamiche e dei
diagrammi usati in psicrometria; principali trasformazioni ed impianti termotecnici per i trattamenti
dell’aria umida.
TRASMISSIONE DEL CALORE
11. PRINCIPI FONDAMENTALI DI TRASMISSIONE DEL CALORE
Introduzione alla trasmissione del calore: le modalità di trasmissione del calore per conduzione,
convezione e irraggiamento. Il campo di temperatura ed il flusso termico.
12. CONDUZIONE STAZIONARIA IN GEOMETRIE MONODIMENSIONALI
La legge di Fourier e la conducibilità termica dei materiali; la conduzione in regime stazionario nei
mezzi omogenei ed isotropi; l’analogia elettro-termica e le definizioni di resistenza conduttiva e
convettiva; valutazione dello scambio termico stazionario per le geometrie monodimensionali:
pareti piane, gusci cilindrici e gusci sferici; il raggio critico di isolamento.
13. CONVEZIONE FORZATA ESTERNA ED INTERNA E CONVEZIONE NATURALE
La trasmissione del calore per convezione forzata esterna; parametri adimensionali della
convezione forzata; i regimi di moto; il flusso su piastra piana; cenni su altre geometrie.
La trasmissione del calore per convezione forzata interna; il flusso all’interno di condotti e canali; le
scambio termico, le perdite di carico e l’Abaco di Moody.
La trasmissione del calore per convezione naturale.
14. SCAMBIO TERMICO RADIATIVO
Principi fondamentali dell’irraggiamento; il corpo nero e le sue leggi fondamentali; le proprietà
radiative ed il modello del corpo grigio. La trasmissione del calore per irraggiamento; i fattori di
vista; lo scambio termico tra superfici nere e grigie.
15. SCAMBIATORI DI CALORE
Tipi e classificazione degli scambiatori di calore; il coefficiente globale di scambio termico; criteri di
dimensionamento; la differenza di temperatura media logaritmica; il metodo ε-NTU.
16. PROBLEMI MISTI DI CONDUZIONE E CONVEZIONE
I problemi misti di conduzione e convezione: le superfici alettate e le definizioni di efficacia ed
efficienza delle alette e delle alettature; la conduzione termica in regime variabile; schematizzazione
mediante modelli a parametri concentrati; i diagrammi di Heisler.
Programma A.A. 2016-17
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