L'obiettivo formativo del corso consiste nel fornire agli studenti degli strumenti di analisi analitici e generali che possano essere impiegati per comprendere e studiare la termodinamica e le problematiche di scambio termico legate al funzionamento degli impianti utilizzati sia in ambito industriale che civile. D1 - Conoscenza e capacità di comprensione. Lo studente, al termine del corso, dovrà conoscere i principi base della termodinamica e della trasmissione del calore. D2 - Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Lo studente dovrà essere in grado di risolvere in modo analitico semplici problemi termodinamici ma di grande importanza pratica comprendendo, inoltre, i limiti di queste analisi. D3 - Autonomia di giudizio. Lo studente dovrà essere in grado di applicare la modellizzazione del problema che più si avvicina al caso reale. D4 - Abilità comunicative. Lo studente alla fine del corso dovrà essere in grado di descrivere i problemi affrontati con proprietà di linguaggio. D5 - Capacità di apprendimento. Lo studente dovrà essere in grado di affrontare i problemi più complessi che verranno presentati nei successivi insegnamenti.

Conoscenze matematiche di base: calcolo differenziale ed integrale. Fisica: concetti di energia e lavoro. Precedenze: Analisi I, Fisica I.

TERMODINAMICA APPLICATA. Sistema termodinamico, primo principio per sistemi chiusi e calori specifici. Relazioni p-v-T, cambiamenti di fase. Gas ideali: proprietà termodinamiche, trasformazioni. Cenni di Fluidodinamica. Primo principio per sistemi aperti. Secondo principio della termodinamica: enunciati, entropia, bilanci di entropia. Diagrammi e cicli termodinamici, rendimento. Cicli diretti ed inversi, coefficiente di effetto utile. Aria umida: proprietà termodinamiche, diagrammi psicrometrici, temperatura di rugiada e bulbo bagnato, trasformazioni. TRASMISSIONE DEL CALORE. Modalità di scambio termico per conduzione, convezione e irraggiamento, bilanci energetici. Conduzione: postulato di Fourier, equazioni in regime stazionario e variabile, condizioni iniziali e al contorno. Conduzione in regime stazionario con e senza generazione interna: pareti piane, cilindriche e sferiche, analogia elettrotermica. Conduzione in regime variabile: metodo dei parametri concentrati. Convezione: strato limite, regimi di moto e analisi dimensionale, numeri caratteristici. Convezione forzata per deflussi esterni: lastra piana, cilindro, correlazioni. Convezione forzata per deflussi interni: temperatura di riferimento, distribuzioni della temperatura, correlazioni. Convezione naturale: regimi di moto e analisi dimensionale, numeri caratteristici, correlazioni. Irraggiamento: grandezze fondamentali, corpo nero, emissività, fattori di vista, reti elettriche equivalenti, irraggiamento tra superfici grigie e diffuse, schermi alla radiazione. Scambiatori di calore: tipologie, metodo della differenza di temperatura media logaritmica e dell'efficienza.

Elementi di fisica tecnica per l'ingegneria, Michael J. Moran, Howard N. Shapiro, Daisie D. Boettner, Margaret B. Bailey, Bruce R. Munson, David P. DeWitt (Edizione Italiana a cura di Mauro A. Corticelli), McGraw-Hill Education, 2022. Altri testi: Termodinamica applicata, E. Zandegiacomo, Ed. Goliardiche, Trieste. Appunti di trasmissione del calore, E. Zandegiacomo (moodle). Termodinamica applicata, A. Cavallini, l. Mattarolo, CLEUP. Lezioni di Termodinamica Applicata, G. Comini, SGE, Padova. Fundamentals of Heat and Mass Transfer, F. P. Incropera, D. P. Dewitt, T. L. Bergman, A. S. Lavine, 6th Ed., Wiley, (2007).

TERMODINAMICA APPLICATA. Sistema termodinamico: coordinate termodinamiche, temperatura, misure di temperatura, scale di temperatura. Primo principio per sistemi chiusi, trasformazioni reversibili ed irreversibili, lavoro di volume, calori specifici. Determinazione delle proprietà termodinamiche, relazioni p-v-T, cambiamenti di fase. Gas, modello di gas ideale, equazione di stato, proprietà termodinamiche, trasformazioni. Cenni di fluidodinamica: viscosità, strato limite, portate di massa e volumiche, conservazione della massa. Primo principio per sistemi aperti: lavoro tecnico utile, esempi di applicazione. Secondo principio della termodinamica: teorema di Carnot, temperatura termodinamica, enunciati di Kelvin-Plank e di Clausius, entropia, bilanci di entropia per sistemi chiusi ed aperti. Diagrammi termodinamici: diagramma T-s, h-s, p-h, rappresentazione delle trasformazioni. Cicli diretti a vapore: ciclo Rankine e Hirn, rendimento. Cicli inversi: cicli inversi a vapore, coefficiente di effetto utile, fluidi frigorigeni. Miscele di gas ideali: frazione di massa e molare, legge di Dalton. Aria umida: umidità specifica, relativa, entalpia e diagrammi psicrometrici, temperatura di rugiada e di bulbo bagnato. Trasformazioni: riscaldamento e raffreddamento, umidificazione adiabatica ed a vapore, raffreddamento con deumidificazione. TRASMISSIONE DEL CALORE. Generalità: scambi termici per conduzione, convezione e irraggiamento e bilanci energetici. Conduzione: postulato di Fourier, conduttività termica, equazione generale della conduzione, equazioni in regime variabile e stazionario, condizioni iniziali e al contorno. Conduzione in regime stazionario: pareti piane, cilindriche semplici e multistrato monodimensionali, coefficiente globale di scambio termico. Analogia elettrotermica: resistenze termiche in serie e parallelo e cenni alle reti composte per casi non elementari. Conduzione con generazione interna di calore: pareti piane e cilindriche. Conduzione in regime variabile: numero di Biot, sistemi a temperatura uniforme: metodo dei parametri concentrati. Equazioni della convezione: strato limite, numero di Nusselt, cenni al metodo dell'analisi dimensionale, numero di Reynolds e di Prandtl, moto laminare e turbolento. Convezione forzata per deflussi esterni: moto su lastra piana, flusso trasversale su cilindro. Convezione forzata per deflussi interni in tubi e condotti: temperatura di riferimento, effetti di imbocco, andamento della temperatura in un condotto, correlazioni, diametro equivalente, differenza di temperatura media logaritmica. Convezione naturale: coefficiente di dilatazione volumica, numeri di Grashof e Rayleigh, correlazioni per regime laminare e turbolento. Irraggiamento: grandezze fondamentali, leggi del corpo nero, superfici reali, emissività, legge di Kirchhoff, coefficienti di assorbimento, trasmissione e riflessione. Irraggiamento tra superfici nere e grigie, fattori di vista, reti elettriche equivalenti, irraggiamento fra superfici grigie e diffuse formanti una cavità, schermi alla radiazione. Scambiatori di calore: tipi di scambiatori, calcolo con il metodo della differenza di temperatura media logaritmica e metodo dell'efficienza.

Lezioni frontali ed esercitazioni con svolgimento di temi d'esame, esempi pratici di misura di quantità termoigrometriche.

Altro materiale didattico si trova sulla pagina web di moodle UNITS (https://moodle2.units.it/)

Esame scritto finale con soluzione di esercizi e domande di teoria. Per ciascuno dei due macroargomenti, ossia termodinamica e trasmissione del calore, lo studente dovrà svolgere un esercizio, atto a valutare la capacità di applicare conoscenza e comprensione, e rispondere alle relative domande teoriche attraverso formule, dimostrazioni e diagrammi opportunamente commentati ed interpretati, atti a valutare la conoscenza e le abilità comunicative.

7 Energia pulita e accessibile
9 Industria, innovazione e infrastrutture
11 Città e comunità sostenibili:
12 Consumo e produzione responsabili
13 Agire per il clima