PRESENTAZIONE

Il corso intende fornire agli studenti le nozioni indispensabili per il corretto uso dei fondamenti di termodinamica tecnica e trasmissione del calore nel contesto degli impianti per la conversione dell’energia.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Conoscenze di base relative alla termodinamica applicata; diagrammi termodinamici per i gas e per i vapori ed il loro utilizzo pratico; studio elementare dei principali cicli termodinamici diretti e inversi; rudimenti di trasmissione del calore con particolare riguardo alla conduzione termica.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Capacità operative

Al termine dell'insegnamento lo studente avrà compreso
il principi fondamentali della termodinamica e della trasmissione del calore.

Sarà in grado di applicare tali principi alla risoluzione 
di problemi elementari di termodinamica dei fluidi (gas, liquidi, bifase), e di trasmissione del calore.

Sarà in grado di effettuare analisi di primo principio di impianti per la conversione dell’energia, diretti ed inversi: scelta del ciclo, dimensionamento di massima (portata), dimensionamento funzionale (bilanci).

Sarà in grado di effettuare confronti fra diverse possibili soluzioni e di valutare accorgimenti per il miglioramento delle prestazioni di detti impianti.

L'insegnamento contribuisce al raggiungimento degli "obiettivi per lo sviluppo sostenibile" Agenda 2030, concorrendo in particolare agli obiettivi 4-7-9-11-13

PREREQUISITI

Nozioni elementari di Matematica e Fisica
Nessun blocco 

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni frontali

le lezioni del I° semestre 2021/2022 saranno verosimilmente tenute in presenza salvo eventuali situazioni di emergenza e comunque nel rispetto delle linee guida di Ateneo

PROGRAMMA/CONTENUTO

Il modulo fornisce le conoscenze di base relative alla termodinamica applicata: dal concetto di sistema al primo e secondo  principio della termodinamica. Vengono illustrati i diagrammi termodinamici per i gas e per i vapori ed il loro utilizzo pratico. Viene affrontato lo studio elementare dei principali cicli termodinamici diretti e inversi. Le conoscenze acquisite vengono infine applicate allo studio degli impianti termici diretti (produzione di energia) e inversi (frigo).

Vengono inoltre dati rudimenti di trasmissione del calore con particolare riguardo alla conduzione termica.

NEL DETTAGLIO
 

Termodinamica

- Definizione di sistema termodinamico – stato –variabili di stato- interazioni sistema/esterno. Concetto di equilibrio termodinamico. Trasformazioni termodinamiche.

- Scambi di lavoro e di calore. Funzione di stato energia totale. Primo principio della termodinamica per sistemi chiusi, ciclici in regime permanente, aperti in regime permanente. Lavoro totale, di pulsione ed esterno netto. Funzione di stato entalpia e sue proprietà.

- Concetto di reversibilità nelle trasformazioni termodinamiche. Trasformazioni spontanee. Secondo principio della termodinamica: disuguaglianza di Clausius e conseguenze sulla possibilità di conversione dell'energia. Funzione di stato entropia.

Fluidi termodinamici

- Equazioni di stato: gas perfetto, gas reale, uso tabelle.

- Miscele bifasi in equilibrio: titolo e volume specifico.

- Diagrammi di stato. Tabelle vapor saturo e surriscaldato. Espressione dell'energia interna, dell'entalpia e dell'entropia

- Studio delle principali trasformazioni termodinamiche nel gas perfetto e nel vapore saturo (isoterme, isobare, isocore, adiabatiche) nei piani p-v, T-s, p-h.

Processi tecnici di conversione energetica

- Analisi termodinamica dei processi di conversione energetica. Rappresentazione di un ciclo motore. Frazione utilizzabile ed utilizzata. - Struttura di un ciclo di Carnot. Molteplicità delle sorgenti. Ruolo delle temperature delle sorgenti.

- Rappresentazione di un ciclo inverso, effetto frigorigeno specifico, COP.

- Alcune trasformazioni reali. Rendimenti isoentropici dell'espansore e del compressore. Significato fisico.

Fluosistemi chiusi (anello di sistemi aperti)

-Impianti motore a gas: ciclo di riferimento di Brayton. Frazione utilizzata in funzione del rapporto di compressione. Espressione del lavoro utile. Dipendenza dal punto di lavoro di lavoro utile e frazione utilizzata. Metodi per aumentare la frazione utilizzata. Limiti fisici ed economici che ostacolano l’aumento della frazione utilizzata.

-Impianti motore a vapore: Analisi dei parametri di stato e delle funzioni di stato nei vari organi che compongono un impianto motore a vapore.-Espressione della frazione utilizzata per l'impianto motore a vapore e sua ottimizzazione. Limiti fisici ed economici che ostacolano l’aumento della frazione utilizzata.

-Impianti frigorigeni a compressione di vapore: Rappresentazioni delle trasformazioni nei diversi piani termodinamici.

- Metodi per aumentare le prestazioni dei cicli frigo  Cenni sui cicli composti. -Impianto  frigorigeno ad absorbimento, qualitativo

Elementi di fluidodinamica

- Equazione di Bernoulli da prima legge termodinamica. significato fisico dei vari termini. Cenni su fenomeni di attrito viscoso.

Cenni di trasmissione del calore

- Legge della conduzione di Fourier per materiali isotropi e omogenei.

- Concetto di resistenza termica per la conduzione monodimensionale in geometria piana (e cilindrica, cenni). Analogia con la legge di Ohm.

- Flusso termico nella convezione. Legge di Newton. Classificazione della convezione. Concetto di Correlazioni di scambio termico per la convezione naturale e forzata.

- Caratteristiche del trasporto di energia radiativa. Cenni. Emissività e coefficiente di assorbimento.

- Scambiatori: Concetti generali. Scambiatori a miscelazione e a superficie. Distribuzione temperature. Efficienza

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Materiale didattico scaricabile da aulaweb  al link https://2024.aulaweb.unige.it/course/edit.php?id=3211

M.J. Moran, H.N. Shapiro: Fundamentals of Engineering Thermodynamics, John Wiley and Sons, Inc, 1993

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

FEDERICO SCARPA (Presidente)

JOHAN AUGUSTO BOCANEGRA CIFUENTES

MATTIA DE ROSA (Presidente Supplente)

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

https://corsi.unige.it/8722/p/studenti-orario

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

Le prove valutative sono di tipo orale, distribuite su 7 appelli nei mesi di Gennaio,Febbraio,Giugno,Luglio e Settembre. Le date sono disponibili online (entro il mese di Ottobre). 

Si consigliano gli studenti con certificazione di DSA, di disabilità o di altri bisogni educativi speciali di contattare il docente all’inizio del corso per concordare modalità didattiche e d’esame che, nel rispetto degli obiettivi dell’insegnamento, tengano conto delle modalità di apprendimento individuali e forniscano idonei strumenti compensativi.
Si rammenta inoltre che la richiesta di misure compensative/dispensative per gli esami dovrà essere inviate al docente del corso, al referente di Scuola (federico.scarpa@unige.it) e al settore (dsa@unige.it) almeno 10 giorni lavorativi prima della prova, come da linee guida https://unige.it/disabilita-dsa/studenti-disabilit%C3%A0

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

La prima domanda, di carattere tecnico mira, in coerenza con gli obiettivi formativi (dettaglio) ad accertare la capacità dell'allievo a risolvere problemi elementari di termodinamica o termofluidodinamica (usualmente l'analisi di una o due trasformazioni parte di un ciclo , diretto o inverso, più complesso).

La prova prosegue verificando la capacità e la compresione dell'allievo a gestire bilanci di massa ed energia e in genere a padroneggiare tutti gli elementi di primo e secondo principio forniti durante il corso. L'accertamento mira anche a verificare il livello di maturità raggiunto dall'allievo nel valutare corretamente soluzioni diverse a confronto e nel proporre varianti e accorgimenti idonei a migliorare la prestazione dell'impianto in esame (motore o frigo).

​La percentuale di allievi che supera con esito positivo la valutazione si aggira attorno al 65% per prova

Calendario appelli

ALTRE INFORMAZIONI

https://2023.aulaweb.unige.it/course/view.php?id=10157