Obiettivi Formativi

Il crescente ruolo dell’energia nella società contemporanea impone che tutti gli studenti di ingegneria abbiano un bagaglio di conoscenze di base dell’energia e degli aspetti associati alla sua utilizzazione, trasmissione e conversione tra differenti forme nonché dei dispositivi preposti alla sua produzione. Il corso si propone l’obiettivo di enfatizzare la fisica che descrive i fenomeni fondamentali e di fornire una descrizione matematica sufficiente per permettere la soluzione di problemi semplici. L’insegnamento ha anche l’obiettivo di: - far acquisire un metodo di indagine scientifica adeguato così da sviluppare la capacità di identificare, formulare, analizzare e risolvere problemi utilizzando metodi, tecniche e strumenti aggiornati. - far sviluppare la capacità di applicare le conoscenze ingegneristiche acquisite attraverso lo svolgimento di attività di progettazione/sviluppo pratico di concetti teorici, utilizzando tecniche e strumenti adeguati con l’analisi di esempi pratici o applicazioni ed esercitazioni da svolgere sia individualmente che in gruppo. - far sviluppare la capacità di elaborazione autonoma dei concetti e di presentazione dei risultati.

Metodi didattici

Lezioni teoriche ed esercitazioni in aula.

Prerequisiti

Prerequisiti: Contenuto dei corsi di Analisi Matematica e Fisica.

Verifiche dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento prevede, per ciascun modulo, un esame composto da una prova scritta e da una prova orale. La prova scritta consiste nella risoluzione di esercizi vertenti su tutto il programma svolto. Non si è ammessi alla prova orale se il risultato della prova scritta è insufficiente. La prova orale consiste nell'esposizione di argomenti vertenti su tutto il programma svolto.

Programma del Corso

MODULO FISICA TECNICA GENERALITA’ Equilibrio termodinamico. Lavoro meccanico e calore. Principio zero. Scale di temperatura. Trasformazioni. I PRINCIPIO Equivalenza calore-lavoro. I principio. Schema dell’energia. Gas perfetti: energia interna e calori specifici. Politropiche. II PRINCIPIO Enunciati storici. Ciclo di Carnot. Temperatura termodinamica assoluta. Entropia. Lavoro massimo. SISTEMI APERTI Primo principio per i sistemi aperti. Caldaie; scambiatori di calore; compressori alternativi; valvole di laminazione (Joule-Thomson). TRANSIZIONI DI FASE Regola delle fasi: curve di coesistenza e punti tripli. Equazione di Clapeyron. Formule empiriche per l’acqua. Diagrammi (P,V),(P,T),(T,S),(H,S),(P,H). CICLI TERMODINAMICI Cicli Otto, Diesel, Stirling, Brayton-Joule, Rankine. Ciclo frigorifero a compressione di vapore saturo. MOTO DEI FLUIDI Equazione di continuità. Legge di Poisseille. Distribuzione degli gli sforzi. Strato limite idrodinamico. Equazione di Bernoullì. Perdite di carico distribuite. Abaco di Moody. Perdite di carico concentrate. Formula di Borda. Efflusso da un piccolo foro. Progetto di un circuito idraulico. CONDUZIONE La legge di Fourier. Equazione generale della conduzione. Parete piana semplice e multistrato. manicotto cilindrico semplice e multistrato. Reti di resistenze termiche. CONVEZIONE Convezione forzata, naturale e mista. Legge di Newton. Metodo dell’analisi dimensionale. IRRAGGIAMENTO Riflessione assorbimento e trasmissione. Sorgenti. Flusso energetico e grandezze derivate. Legge di Kirchhoff. Corpo nero e corpo grigio. Scambi termici tra superfici nere e grigie. Schermi alla radiazione termica. FORME MISTE Trasmissione del calore tra due fluidi separati da una parete piana o cilindrica. Raggio critico di isolamento. Alette di raffreddamento. Transitori termici. Scambiatori di calore. MODULO MACCHINE FABBISOGNI E PRODUZIONE D’ENERGIA E RICHIAMI DI TERMODINAMICA TRASFORMAZIONI TECNICHE DEI FLUIDI Trasformazioni termodinamiche e loro rappresentazione sui piani termodinamici. Calcolo del lavoro. MOTO DEI FLUIDI NEI CONDOTTI CON SCAMBIO DI ENERGIA Eq. cardinali dell’efflusso. Eq. di De Saint Venant. Velocità locale del suono e numero di Mach. Proprietà di ristagno. Efflusso fluidi comprimibili nei condotti a sezione variabile. Equazioni di Hugoniot. Condotti convergenti, divergenti e convergenti-divergenti. Cono di Stodola. EFFLUSSO NEI CONDOTTI DELLE TURBOMACCHINE Equazione meccanica dell’impulso. Momento della quantità di moto. Eq. di Eulero: motrici e operatrici. Rendimento interno di uno stadio di turbomacchina motrice e operatrice. Grado di reazione di uno stadio. TURBOMACCHINE MOTRICI A FLUIDO COMPRIMIBILE Monostadio assiale: ad azione, a reazione. Triangoli di velocità. Turbine a vapore polistadio: a salti di pressione, a salti di velocità. Regolazione. TEORIA DELLA SIMILITUDINE LE TURBOMACCHINE MOTRICI IDRAULICHE Configurazioni delle turbine idrauliche. Potenze e rendimenti. Turbine Pelton, Francis e Kaplan: triangoli di velocità, rendimento interno. Distributore e la cassa a spirale. La regolazione. Recupero energetico allo scarico delle turbine idrauliche. Cavitazione. TURBOMACCHINE OPERATRICI compressori dinamici. caratteristica teorica con infinite pale, teorica con “z” pale e reale con “z” pale. Perdite. Diffusori lisci e palettati. Compressori centrifughi polistadio. Compressori assiali. Rendimento interno. Macchine operatrici idrauliche. Caratteristica meccanica esterna ed interna. Matching. Cavitazione, pompaggio e stallo. Ventilatori centrifughi. Turbomacchine operatrici assiali. COMPRESSORI VOLUMETRICI ALTERNATIVI Funzionamento limite. Funzionamento reale. Dimensionamento di massima. Regolazione della portata