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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2019/2020
Scuola Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Insegnamento 077930 - FISICA TECNICA E SISTEMI ENERGETICI
  • 077928 - FISICA TECNICA
Docente Baricci Andrea
Cfu 5.00 Tipo insegnamento Modulo Di Corso Strutturato

Corso di Studi Codice Piano di Studio preventivamente approvato Da (compreso) A (escluso) Insegnamento
Ing Ind - Inf (1 liv.)(ord. 270) - BV (394) INGEGNERIA GESTIONALE*MZZZZ077930 - FISICA TECNICA E SISTEMI ENERGETICI

Obiettivi dell'insegnamento

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. Verranno forniti  elementi di base relativi a vari processi di trasformazione dell’energia, in particolare per quanto concerne la generazione di energia elettrica. L’insegnamento si inserisce all’interno del percorso degli studi perseguendo in particolare i seguenti obiettivi generali di apprendimento:

  • Comprendere i principi della termodinamica e dello scambio termico e la loro declinazione nelle tecnologie di conversione e uso razionale dell'energia.
  • Progettare soluzioni applicando l’approccio scientifico ed ingegneristico (apprendimento, ragionamento e modellizzazione basati su una solida preparazione multidisciplinare) nell’affrontare problemi semplici di dimensionamento dei componenti presenti in processi di trasformazione, trasporto ed uso finale dell’energia.

Risultati di apprendimento attesi

I risultati attesi sono classificati in base agli obiettivi dell'insegnamento. La comprensione dei principi fondamentali consentirà allo studente di: 

  • Conoscere i principi fondamentali della termodinamica nelle varie formulazioni e le proprietà termofisiche della materia nei diversi stati di aggregazione.
  • Essere in grado di impostare bilanci di massa, energia ed entropia su sistemi termodinamici di varia complessità.
  • Individuare le limitazioni a cui sono soggetti tutti i processi reali in conseguenza dei principi della termodinamica.
  • Conoscere e comprendere i principi fondamentali di scambio termico per conduzione, convezione e irraggiamento.

La progettazione di soluzioni ingegneristiche prevede di:

  • Essere in grado di valutare i processi di trasformazione dell’energia e di generazione di potenza attraverso opportuni indici di prestazione.
  • Eseguire progettazione di massima di cicli termodinamici per applicazioni industriali.
  • Eseguire il dimensionamento di massima di scambiatori di calore e sistemi di isolamento per applicazioni industriali.

Argomenti trattati
1        Termodinamica
1.1     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, miscele di gas perfetti e cenni sull'aria umida.
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. 
1.8     Sistemi bifase ed 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     Gli scambiatori di calore.

Prerequisiti

Sono richieste conoscenze elementari di:

  • Analisi matematica e geometria, con particolare riferimento a calcolo differenziale-integrale ed equazioni differenziali lineari.
  • Fisica, in particolare la definizione di lavoro e familiarità con grandezze fisiche fondamentali, come forza, pressione, temperatura.

Questi argomenti sono previsti negli insegnamenti di Analisi Matematica 1 e geometria e Fisica sperimentale.


Modalità di valutazione

La valutazione avviene mediante esame scritto, verificando l’apprendimento delle conoscenze e competenze apprese nel corso, attraverso domande di teoria ed esercizi. In particolare, le domande di teoria sono volte alla verifica dell’apprendimento dei principi fondamentali della termodinamica, della trasmissione del calore e l’acquisizione di capacità di analisi critica di sistemi generici. Gli esercizi hanno la finalità di valutare le capacità progettuali e di analisi delle prestazioni, relativamente a cicli motore e frigoriferi, scambiatori di calore, isolamento.


Bibliografia
Risorsa bibliografica facoltativaYunus Cengel; John M. Cimbala; Robert Turner, Elementi di fisica tecnica, Editore: McGraw-Hill, Anno edizione: 2017, ISBN: 8838615438

Forme didattiche
Tipo Forma Didattica Ore di attività svolte in aula
(hh:mm)
Ore di studio autonome
(hh:mm)
Lezione
32:30
48:45
Esercitazione
17:30
26:15
Laboratorio Informatico
0:00
0:00
Laboratorio Sperimentale
0:00
0:00
Laboratorio Di Progetto
0:00
0:00
Totale 50:00 75:00

Informazioni in lingua inglese a supporto dell'internazionalizzazione
Insegnamento erogato in lingua Italiano
schedaincarico v. 1.6.1 / 1.6.1
Area Servizi ICT
21/01/2020