Corsi di Laurea Corsi di Laurea Magistrale Corsi di Laurea Magistrale
a Ciclo Unico
Scuola di Ingegneria
INGEGNERIA MECCANICA
Insegnamento
FISICA TECNICA CON LABORATORIO
IN01123527, A.A. 2019/20

Informazioni valide per gli studenti immatricolati nell'A.A. 2018/19

Principali informazioni sull'insegnamento
Corso di studio Corso di laurea in
INGEGNERIA MECCANICA
IN0506, ordinamento 2011/12, A.A. 2019/20
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Curriculum INDUSTRIALE [002PD]
Crediti formativi 12.0
Tipo di valutazione Voto
Denominazione inglese APPLIED THERMODYNAMICS AND HEAT TRANSFER WITH LABORATORY
Dipartimento di riferimento Dipartimento di Ingegneria Industriale (DII)
Obbligo di frequenza No
Lingua di erogazione ITALIANO
Sede PADOVA
Corso singolo È possibile iscriversi all'insegnamento come corso singolo
Corso a libera scelta È possibile utilizzare l'insegnamento come corso a libera scelta

Docenti
Responsabile ANTONINO DI BELLA ING-IND/11

Dettaglio crediti formativi
Tipologia Ambito Disciplinare Settore Scientifico-Disciplinare Crediti
CARATTERIZZANTE Ingegneria energetica ING-IND/10 6.0
CARATTERIZZANTE Ingegneria energetica ING-IND/11 6.0

Organizzazione dell'insegnamento
Periodo di erogazione Primo semestre
Anno di corso II Anno
Modalità di erogazione frontale

Tipo ore Crediti Ore di
didattica
assistita
Ore Studio
Individuale
LEZIONE 12.0 96 204.0

Calendario
Inizio attività didattiche 30/09/2019
Fine attività didattiche 18/01/2020
Visualizza il calendario delle lezioni Lezioni 2019/20 Ord.2011

Syllabus
Prerequisiti: -
Conoscenze e abilita' da acquisire: Acquisire le conoscenze fondamentali della termodinamica classica e le capacità di analisi di macchine e sistemi. Conoscere i principi di funzionamento dei principali cicli termodinamici presenti nell’industria di processo. Possedere le nozioni teoriche e metodologiche necessarie per lo studio dei processi di scambio termico e per l’analisi dei flussi di energia ed exergia all’interno di un generico processo per una razionale gestione energetica.
Modalita' di esame: Prova scritta (soluzione di problemi numerici e domande aperte o a risposta multipla). La prova d'esame è costituita da due o più esercizi numerici eventualmente integrati da quesiti di teoria. Gli esercizi numerici riguardano: problemi di termodinamica applicata (valutazione e dimensionamento di apparati e componenti di cicli diretti a vapore e/o a gas e di cicli inversi a vapore); problemi di psicrometria e trattamento dell’aria umida; problemi di trasmissione del calore sia in condizioni specifiche (conduzione, convezione, irraggiamento), sia nel caso di scambio globale o integrato, con analisi e dimensionamento di scambiatori di calore e valutazione dell’efficienza di scambio termico. Il voto finale è una media dei voti presi negli esercizi e nei quesiti. Il voto minimo di ciascuna parte deve essere almeno 16, ma la media dei due voti deve necessariamente essere almeno 18.
Criteri di valutazione: La valutazione della preparazione dello studente si baserà sui seguenti punti:
1) comprensione degli argomenti svolti e completezza delle conoscenze acquisite;
2) proprietà della terminologia tecnica e delle convenzioni di espressione dei parametri descrittori dei fenomeni termodinamici, di trasmissione del calore e di controllo psicrometrico;
3) capacità di descrizione analitica dei fenomeni termodinamici e di trasmissione del calore;
4) capacità di applicazione in modo autonomo e consapevole degli strumenti di analisi e progetto per la risoluzione di problemi e casi studio inerenti i diversi campi della fisica tecnica (valutazione del rendimento di macchine operanti secondo cicli diretti o inversi, valutazione dell’efficienza di scambio termico, calcolo dello scambio termico, dimensionamento delle superfici e dei sistemi di scambio termico, valutazione e dimensionamento di sistemi di controllo psicometrico degli ambienti).
Contenuti: PROGRAMMA

ASPETTI GENERALI
Sistemi di unità di misura: unità fondamentali e derivate, sistema Internazionale SI, sistema Tecnico, sistema Anglosassone. Principali fattori di conversione.

TERMODINAMICA
Primo principio della termodinamica: primo principio per sistemi chiusi e per sistemi aperti. Esempi di lavoro per trasformazioni reversibili. Esempi di applicazione del primo principio.
Secondo principio della termodinamica: enunciato di Kelvin e di Clausius. Macchina termica. Rendimento termico. Ciclo di Carnot, teorema di Carnot. Uguaglianza di Clausius e disuguaglianza di Clausius. Entropia.
Gas ideali: equazione di stato. Esperienza di Joule Thompson. Calore specifico del gas ideale. Trasformazioni dei gas ideali: processo isobaro, isocoro, isotermo, adiabatico reversibile. Teoria cinetica dei gas ideali. Entropia del gas ideale. Esempi numerici.
Sostanze pure: diagrammi di stato. Superfici p-v-T per le sostanze pure. Diagrammi T-v, p-v, p-T. Vapori saturi, titolo del vapore. Vapore surriscaldato e liquido sottoraffreddato. Diagramma di Mollier h-s. Diagramma T-s. Diagramma p-h.
Cicli diretti a vapore: ciclo di Rankine a vapore saturo. Ciclo di Rankine a risurriscaldamento di vapore. Ciclo di Hirn. Cicli rigenerativi. La cogenerazione con impianti a vapore. Esempi numerici.
Cicli diretti a gas: ciclo Otto. Ciclo Diesel. Ciclo Brayton-Joule. Applicazione del ciclo Brayton-Joule in impianti di produzione elettrica. Esempi numerici.
Cicli inversi a vapore: ciclo frigorifero e pompa di calore. Ciclo frigorifero a doppia compressione. Ciclo frigorifero a doppia compressione e doppia laminazione. Ciclo frigorifero a doppia compressione e raffreddamento intermedio per miscelazione. Cenni alle macchine ad assorbimento. Esempi numerici.
Teoria dell'aria umida e sue trasformazioni

TRASMISSIONE DEL CALORE
Conduzione in regime stazionario: il postulato di Fourier, la conduttività termica delle sostanze. Equazione generale della conduzione. Integrazione dell’equazione generale della conduzione per una lastra piana con o senza generazione interna di calore e per lastre piane in serie e in parallelo. Integrazione dell’equazione generale della conduzione per uno o più strati cilindrici senza generazione interna di calore. Esempi numerici.
Conduzione in regime non stazionario: Variazioni periodiche di temperatura.
Convezione: convezione forzata e naturale. Deflusso laminare e deflusso turbolento. Numero di Reynolds, numero di Prandtl e numero di Nusselt. Formule pratiche per la convezione forzata. Numero di Grashof e numero di Rayleigh. Formule pratiche per la convezione naturale. Esempi numerici.
Trasmissione globale del calore: coefficiente di scambio termico globale. Scambiatori di calore: tipologie. Profilo delle temperature. Differenza di temperatura media logaritmica e temperatura media efficace. Dimensionamento di uno scambiatore di calore. Efficienza. Cenni al metodo ε-NTU. Esempi numerici.
Irraggiamento: spettro della radiazione elettromagnetica. La radiazione termica: definizioni. Coefficienti di assorbimento, riflessione e trasparenza. Superfici grigie. Il corpo nero e le sue leggi. Radiazione per superfici non nere, emissività. Leggi di Kirchoff. Scambio termico mutuo radiante. Fattori di forma. Radiazione tra superfici nere. Radiazione tra superfici non nere. Radiazione tra superfici piane parallele e superfici cilindriche coassiali. Esempi numerici.

LABORATORIO
Sono previste attività di sintesi sulle applicazioni dei cicli diretti ed inversi.
Il programma prevede alcune attività dimostrative, numeriche e sperimentali, relative alla trasmissione del calore ed alla valutazione delle condizioni di comfort negli edifici.
Attivita' di apprendimento previste e metodologie di insegnamento: Didattica frontale, esercitazioni in aula, presentazione di metodi analisi e tecniche di soluzione.
Eventuali indicazioni sui materiali di studio: Ad integrazione dei testi di riferimento verranno forniti, nel corso delle lezioni, elementi e materiali integrativi quali schemi, diagrammi, riferimenti a documentazione consultabile in rete.
Testi di riferimento:
  • Cavallini A., Mattarolo L., Termodinamica Applicata. Padova: CLEUP, 1992. Cerca nel catalogo
  • Bonacina C., Cavallini A., Mattarolo L., Trasmissione del Calore. Padova: CLEUP, 1992. Cerca nel catalogo
  • Cengel Y.A., Termodinamica e trasmissione del calore. Milano: McGraw-Hill, 2013. IV ed. Cerca nel catalogo

Didattica innovativa: Strategie di insegnamento e apprendimento previste
  • Lecturing
  • Laboratory
  • Problem based learning
  • Case study
  • Files e pagine caricati online (pagine web, Moodle, ...)

Didattica innovativa: Software o applicazioni utilizzati
  • Moodle (files, quiz, workshop, ...)
  • Hyperphysics, CoolPack, THERM

Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
Energia pulita e accessibile Industria, innovazione e infrastrutture Consumo e produzione responsabili Agire per il clima