Ingegneria Meccanica

Il corso prevede 90 ore di didattica tra lezioni ed esercitazioni relative agli argomenti di seguito elencati, per un totale di 9 CFU. 1. Trasmissione del Calore 1.1. Generalità Introduzione alla trasmissione del calore. Aspetti generali della conduzione termica, convezione ed irraggiamento. Aspetti generali dello scambio termico in presenza di cambiamento di fase. 1.2. Conduzione termica Generalità sui campi termici. Postulato di Fourier. Conducibilità termica. Equazione generale della conduzione. Condizioni al contorno. Diffusività termica. Conduzione termica in regime stazionario. Trasmissione del calore attraverso lastre piane, lastre cilindriche e gusci sferici. Concetto di resistenza termica. Analogia elettrica. Trasmissione del calore attraverso lastre piane con sviluppo interno di calore. Trasmissione del calore in elementi cilindrici con sviluppo interno di calore uniformemente distribuito o concentrato sull’asse. Pareti piane e cilindriche multistrato. Conduzione termica in regime transitorio. Trasmissione del calore in un mezzo semi-infinito con variazione brusca od oscillazione sinusoidale della temperatura superficiale. Metodo di Lehman per la risoluzione grafica di problemi stazionari bidimensionali. 1.3. Convezione Aspetti generali. Definizione di convezione naturale, forzata e mista. Cenni di moto dei fluidi reali. Viscosità dinamica e cinematica. Moto laminare e moto turbolento. Concetti di strato limite meccanico e strato limite termico. Coefficiente di convezione. Numeri adimensionali di Reynolds, Prandtl, Nusselt e Rayleigh e loro significato fisico. Similitudine. Convezione forzata. Deflusso esterno su superfici piane o a debole curvatura nella direzione del moto. Deflusso esterno su superfici con forte curvatura nella direzione del moto. Deflusso interno entro condotti. Scambio termico con temperatura di parete uniforme. Convezione naturale. Deflusso esterno nell’intorno di una lastra piana verticale e di un cilindro orizzontale a temperatura uniforme. Scambio termico all’interno di cavità. 1.4. Scambio termico in presenza di cambiamento di fase Generalità sull'ebollizione. Esperienza di Nukiyama. Modalità e meccanismi di scambio termico con ebollizione. Generalità sulla condensazione. Teoria di Nusselt sulla condensazione a film. 1.5. Irraggiamento Emissione dell’energia raggiante. Irradiamento integrale. Emissione specifica. Intensità dell’irradiamento integrale. Intensità dell'emissione specifica. Legge di Lambert. Comportamento dei corpi nei confronti della radiazione incidente. Legge di Bouguer. Costante di assorbimento. Coefficienti di assorbimento, rinvio e trasparenza. Principio di Kirchhoff. Corpo nero. Legge di Stefan. Legge di Plank. Legge di Wien. Corpi grigi. Corpi reali. Selettività. Emissività globale. Emissività spettrale. Scambio termico per irraggiamento. Fattori di forma. Approccio della radiosità. 1.6. Problemi complessi di trasmissione del calore Scambio termico per adduzione. Trasmissione del calore tra due fluidi separati da una parete piana o cilindrica multistrato. Intercapedini. Resistenze di contatto. Caratteristiche dei materiali isolanti termici. Spessore critico dell'isolamento delle tubazioni. Pareti soggette ad irraggiamento solare. Comportamento termico dei cavi conduttori elettrici percorsi da corrente. Alette di raffreddamento. Raffreddamento o riscaldamento naturale di un corpo. Scambiatori di calore. Collettori solari. 2. Termodinamica 2.1. Generalità e richiami Grandezze e concetti fondamentali. Sistema, mezzo, superficie di controllo. Stati di equilibrio. Variabili di stato. Equazioni di stato. Trasformazioni reversibili ed irreversibili. Temperatura, calore e lavoro. Gas perfetti. 2.2. Principî della termodinamica Primo principio della termodinamica. Energia interna. Applicazione ai gas perfetti. Molteplicità dei calori specifici. Primo principio della termodinamica per sistemi aperti. Equazione di conservazione della massa. Equazione di conservazione dell’energia. Lavoro tecnico. Equazione di Bernouilli. Perdite di carico distribuite e concentrate. Diagramma di Nikuradse. Abaco di Moody. Calcolo della prevalenza di una pompa in circuiti idraulici chiusi ed aperti. Secondo principio della termodinamica. Macchine termiche. Ciclo di Carnot. Rendimento termico. Scala termodinamica delle temperature. Relazione di Clausius. Entropia. Piani termodinamici temperatura-entropia ed entalpia-entropia. L'entropia lungo le trasformazioni irreversibili. Inequazione di Clausius. 2.3. Proprieta termodinamiche delle sostanze pure Fasi di un corpo e cambiamenti di fase. Regola delle fasi di Gibbs. Equazione di Clausius-Clapeyron. Diagramma di stato p-v-T. Vapori saturi. Titolo del vapore. Calore latente di trasformazione. Gas reali. Fattore di comprimibilità. 2.4. Fondamenti di termodinamica applicata. Cicli termodinamici delle macchine termiche. Macchine termiche a vapore. Ciclo Rankine. Ciclo Hirn. Motori a combustione interna. Ciclo Otto. Ciclo Diesel. Ciclo Joule-Brayton. Cicli termodinamici delle macchine refrigeranti. Ciclo frigorifero a compressione di vapore. Termopompe. Cenni sulle macchine frigorifere ad assorbimento. Termodinamica delle miscele di aria e vapor d'acqua. Diagrammi psicrometrici. Principali trasformazioni dell'aria umida.

Fisica I, obbligatorio. E' inoltre opportuno avere conoscenze di base di analisi matematica e chimica.

1) M. Corcione, Note di Trasmissione del Calore, ed. CISU 2) Appunti a cura del docente

Lezioni ed esercitazioni tradizionali in aula sugli argomenti contenuti nel programma del corso.

Facoltativa

Prova scritta e successiva prova orale. La prova scritta consiste di domande di teoria ed applicazioni pratiche. La prova scritta sarà valutata tenendo conto sia della conoscenza della materia, sia delle capacità espressive. La prova orale consiste nella discussione della prova scritta ed una o due domande sugli argomenti principali del corso. La prova orale sarà valutata tenendo conto sia della conoscenza della materia, sia delle capacità espressive. La valutazione finale terrà conto dell'esito di entrambe le prove.

Lezioni ed esercitazioni tradizionali in aula sugli argomenti contenuti nel programma del corso.