Obiettivi

Il corso si propone di fornire le conoscenze dei principi fondamentali della termodinamica e della trasmissione del calore. Particolare attenzione verrà data all’illustrazione dei principi di conservazione della massa e dell’energia, ai bilanci di entropia ed all'analisi dei cicli termodinamici.Ci si propone di mettere in grado gli allievi di trattare con disinvoltura tutte le grandezze energetiche e di introdurli all’analisi critica dei risultati. Verranno forniti  elementi di base relativi a vari processi di trasformazione dell’energia, in particolare per quanto concerne la generazione di energia elettrica. Gli argomenti trattati verranno esemplificati presentandone alcune applicazioni ad impianti reali necessariamente schematizzati.Si accennerà infine alle problematiche energetiche e ai moderni impianti di generazione basati anche su energie rinnovabili.

Programma delle lezioni e delle esercitazioni

1           Termodinamica

1.1     Obiettivi del corso. Cenni storici. Grandezze fisiche ed unità di misura. Misura di pressione e temperatura. Sistemi termodinamici e trasformazioni termodinamiche.Sistemi chiusi e aperti. Proprietà di un sistema termodinamico, stato di equilibrio e trasformazioni.

1.2     Sostanze pure, gas perfetti, cenni sul comportamento dei gas reali. Le diverse forme di energia.

1.3     Primo principio della termodinamica per sistemi chiusi ed aperti. Bilanci di massa e di energia. Calore e lavoro, le diverse forme di lavoro, conservazione e trasformazione dell’energia. Calori specifici, energia interna ed entalpia. Trasformazioni politropiche.

1.4     Entropia: entropia scambiata ed entropia generata, bilanci entropici in sistemi chiusi ed aperti. Il diagramma   T-s. Variazioni di entropia in gas, solidi e liquidi.

1.5     Serbatoi di energia e motori termici, macchine frigorifere e pompe di calore, rendimento e coefficienti di prestazione. Secondo principio della termodinamica, gli enunciati di Kelvin-Planck e Clausius. Trasformazioni reversibili ed irreversibili. Ciclo e teoremi di Carnot, scala termodinamica della temperatura.

1.6     Analisi termodinamica di volumi di controllo. Analisi di dispositivi a flusso stazionario: ugelli e diffusori,compressori e turbine, pompe, scambiatori di calore, valvole di laminazione. 

1.7     Analisi termodinamica dei cicli Otto, Diesel, Joule. Cenni al ciclo Ericsson e Stirling. 

1.8     Sistemi bifase

1.7     Analisi termodinamica del ciclo Rankine

2          Scambio termico

2.1      Le diverse forme di trasmissione del calore.    

2.2     Conduzione termica. Postulato ed equazione di Fourier, conduzione in regime stazionario, resistenze termiche.

2.3     Convezione forzata in condotti e all'esterno di superfici. Coefficiente di scambio termico convettivo, perdite di carico e potenza di pompaggio.

2.4     Scambio termico radiativo e proprietà radiative delle superfici.

2.5     Cenni agli scambiatori di calore

3          Cenni alle problematiche energetiche

3.1    Generalità su consumi e risorse energetiche.

3.2    Cenni sulle modalità di utilizzo delle principali fonti di energia e sugli impianti di conversione dell’energia.

Il corso sarà articolato in 28 di lezione e 24 di esercitazione tra loro strettamente correlate. Nelle esercitazioni infatti verranno ripresi gli argomenti trattati proponendo inizialmente esercizi monotematici e successivamente problemi più complessi. La verifica dell’apprendimento avverrà per il tramite di un’unica prova scritta obbligatoria rigorosamente attinente ad argomenti trattati durante il corso, includendo sia temi di termodinamica sia di scambio termico.