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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2018/2019
Scuola Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Insegnamento 083400 - FISICA TECNICA (PER INGEGNERIA MECCANICA)
Docente Casalegno Andrea
Cfu 10.00 Tipo insegnamento Monodisciplinare

Corso di Studi Codice Piano di Studio preventivamente approvato Da (compreso) A (escluso) Insegnamento
Ing Ind - Inf (1 liv.)(ord. 270) - BV (353) INGEGNERIA MECCANICA*AE083400 - FISICA TECNICA (PER INGEGNERIA MECCANICA)

Obiettivi dell'insegnamento

L'insegnamento ha una impostazione fondamentalmente formativa e intende fornire agli studenti una metodologia di indagine fisico-matematica e una capacità di analisi critica circa i modelli adottati e i risultati che ne possono essere ottenuti. Vengono impartite conoscenze di base nell’ambito della Termodinamica e della Trasmissione del calore e vengono descritti esempi applicativi propedeutici agli insegnamenti successivi, tipicamente rivolti allo studio delle macchine e dell'impiantistica.


Risultati di apprendimento attesi

Lo studente:

- conosce i principi della Termodinamica nelle varie formulazioni e mostra di aver compreso a fondo i nessi logici e matematici tra le grandezze che vi compaiono;

- è in grado di individuare con precisione le limitazioni cui sono soggetti tutti i processi reali e di comprendere le principali implicazioni ingegneristiche dei principi della Termodinamica;

- è in grado di descrivere sia qualitativamente sia in forma matematica il principio di funzionamento dei principali componenti delle macchine motrici e operatrici;

- è in grado di descrivere sia qualitativamente sia in forma matematica gli aspetti di base della Trasmissione del calore;

- è capace di applicare le conoscenze di base sopra descritte per:

   - impostare ed eseguire bilanci di massa, energia ed entropia;

   - calcolare le proprietà delle sostanze pure e di miscele mediante modelli di diversa complessità;

   - analizzare impianti e processi termodinamici di media complessità;

   - risolvere semplici dimensionamenti di apparati per lo scambio termico.


Argomenti trattati

1. Fondamenti di Termodinamica: grandezze e sistemi di unità di misura, grandezze fondamentali e derivate di interesse per la Termodinamica (e Trasmissione del calore); sistema termodinamico, stati di equilibrio, variabili di stato, potenziali di interazione, trasformazioni termodinamiche, i modelli quasi-statico e reversibile; primo principio della Termodinamica per sistemi chiusi; calori specifici, coefficienti di comprimibilità isoterma e dilatazione isobara, gas ideale e trasformazioni politropiche, cenni sul comportamento dei gas reali. Primo principio della Termodinamica per sistemi aperti. Secondo principio della Termodinamica, principio di massima entropia, bilanci entropici. Potenziali termodinamici, formalismo e calcolo termodinamico. Cicli termodinamici diretti e inversi, loro bilancio energetico ed entropico globale e locale, energia non utilizzata a causa delle irreversibilità. Sistemi eterogenei, regola delle fasi, transizioni di fase, stato triplo, punto critico, diagrammi di stato. Miscele ideali di gas e vapori, diagrammi psicrometrici.

2. Termodinamica applicata: macchine motrici ed operatrici, bilanci energetici, rendimenti isoentropici, interrefrigerazione; valvola di laminazione, ugelli convergenti-divergenti (cenni); cicli motori teorici a gas ideale Otto, Diesel, Joule; rigenerazione; ciclo Rankine e ciclo frigorifero a vapore; grandezze principali e trattamenti relativi all’aria umida, cenni di condizionamento.

3. Trasmissione del calore: generalità sui meccanismi di trasporto di energia. Conduzione: legge di Fourier, equazione generale della conduzione, sua integrazione in regime stazionario con flusso monodirezionale in geometria piana, cilindrica e sferica, senza e con generazione uniforme di potenza; conduzione in regime variabile. Convezione: tipologie (forzata, naturale,mista), legge di Newton, temperature di riferimento, gruppi adimensionali caratteristici e correlazioni sperimentali (cenni). Irraggiamento: emettitori reali e ideali, corpi opachi e trasparenti, corpo nero, principali leggi fisiche, scambi di energia per irraggiamento. Superfici estese e scambiatori di calore.


Prerequisiti

Per seguire proficuamente l'insegnamento è necessario che lo studente abbia una solida conoscenza di Analisi matematica (inclusi differenziali, derivate parziali ed equazioni differenziali alle derivate parziali a variabili separabili, integrali – competenze sviluppate negli insegnamenti di Analisi e Geometria 1 e 2) e conoscenze almeno a livello base di Chimica (come sviluppato nell’insegnamento di Fondamenti di Chimica).


Modalità di valutazione

La verifica della preparazione avviene mediante esame che potrà essere sostenuto nel periodo di valutazione finale al termine del semestre o in qualsiasi altro appello disponibile (non sono previste prove intermedie). Tale esame consiste in una prova scritta strutturata in due parti:

- una prima parte costituita da una serie di brevi domande teoriche “aperte”;

- una seconda parte costituita da alcuni esercizi numerici.

La prima parte è intesa a verificare l’apprendimento dei concetti teorici ed in particolare che lo studente conosca i principali concetti, definizioni, enunciati ed equazioni inerenti alla Termodinamica e Trasmissione del calore.

La seconda parte è intesa a verificare la capacità di applicare tali concetti – organizzando ed utilizzando sinergicamente i principali risultati modellistici ed analitici ed effettuando le opportune ipotesi – per la soluzione di problemi. Più specificamente viene accertata la capacità di:

- impostare ed eseguire bilanci di massa, energia ed entropia per sistemi chiusi e aperti;

- calcolare le proprietà di gas, liquidi e solidi nonché di sistemi liquido-vapore e gas-vapore lungo processi termodinamici;

- analizzare dal punto di vista termodinamico le configurazioni di base di macchine e impianti (caratterizzazione di stati e trasformazioni, calcolo degli indici di prestazione);

- valutare le caratteristiche di scambio termico, come potenze, temperature, tempi e dimensioni, adottando i modelli più adatti a descrivere le modalità di trasporto (conduzione, convezione e irraggiamento).


Bibliografia
Risorsa bibliografica facoltativaM. Guilizzoni, La Fisica Tecnica e il rasoio di Ockham - Terza edizione, Editore: Maggioli, Anno edizione: 2017, ISBN: 978-8891624130
Risorsa bibliografica facoltativaY. A. Cengel, Termodinamica e Trasmissione del Calore, Editore: The McGraw-Hill Companies, Anno edizione: 2013, ISBN: 978-8838665141
Risorsa bibliografica facoltativaM. Moran, H.N. Shapiro, B.R. Munson, D.P. DeWitt, Elementi di Fisica Tecnica per l'Ingegneria, Editore: McGraw-Hill, Anno edizione: 2011, ISBN: 978-8838665509
Risorsa bibliografica facoltativaJ.H. Lienhard IV, J.H. Lienhard V, A Heat Transfer Textbook, 4th edition http://web.mit.edu/lienhard/www/ahtt.html
Risorsa bibliografica facoltativaG. Casagrande, E. Lanzarone, L.D. Marocco, F. Miglietta, Esercizi di fisica tecnica, Editore: Pitagora, Anno edizione: 2013, ISBN: 978-8837118150
Risorsa bibliografica facoltativaG.P. Beretta, Le nozioni di base della termodinamica per i corsi del nuovo ordinamento degli studi universitari, Editore: Cartolibreria Snoopy Brescia, Anno edizione: 2002
Risorsa bibliografica facoltativaE.P. Gyftopoulos, G.P. Beretta, Thermodynamics: Foundations and Applications, Editore: Dover Publications, Anno edizione: 2005, ISBN: 978-0486439327

Forme didattiche
Tipo Forma Didattica Ore di attività svolte in aula
(hh:mm)
Ore di studio autonome
(hh:mm)
Lezione
60:00
90:00
Esercitazione
40:00
60:00
Laboratorio Informatico
0:00
0:00
Laboratorio Sperimentale
0:00
0:00
Laboratorio Di Progetto
0:00
0:00
Totale 100:00 150:00

Informazioni in lingua inglese a supporto dell'internazionalizzazione
Insegnamento erogato in lingua Italiano
schedaincarico v. 1.6.5 / 1.6.5
Area Servizi ICT
30/11/2020