Università degli Studi di Napoli "Parthenope"

Scheda dell'insegnamento

Anno accademico: 
2017/2018
Tipologia di insegnamento: 
Caratterizzante
Tipo di attività: 
Obbligatorio
Corso di afferenza: 
Corso di Laurea triennale (DM 270) in INGEGNERIA GESTIONALE
Sede: 
Napoli
Settore disciplinare: 
FISICA TECNICA INDUSTRIALE (ING-IND/10)
Lingua: 
Italiano
Crediti: 
9
Anno di corso: 
2
Docenti: 
Ciclo: 
Secondo Semestre
Ore di attivita' frontale: 
72

Obiettivi

Il corso insegna i principi fondamentali della termodinamica, la loro applicazione allo studio di sistemi di conversione dell'energia, e l'analisi dei problemi di trasmissione del calore.
Conoscenza e capacità di comprensione:
Al termine del corso gli studenti: conoscono i principi fondamentali della termodinamica nella loro applicazione allo studio di sistemi chiusi e aperti; la termodinamica degli stati, in termini di valutazione delle proprietà termodinamiche di sostanze pure; e sanno valutare delle prestazioni energetiche dei principali cicli termodinamici per la conversione dell'energia.
Infine, gli studenti conoscono i meccanismi di trasmissione del calore, e sanno valutare problemi di scambio termico con particolare riferimento a geometrie semplici in regime stazionario.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
Lo studente deve dimostrare di essere in grado di:
- applicare i principi fondamentali della termodinamica ai principali sistemi che si incontrano nella pratica ingegneristica;
- valutare le prestazioni energetiche dei principali cicli termodinamici per la conversione dell'energia;
- analizzare i meccanismi di scambio termico che si incontrano nelle applicazioni ingegneristiche, e sanno valutare la trasmissione del calore in geometrie semplici in condizioni di regime stazionario.
Autonomia di giudizio:
Lo studente deve dimostrare di aver sviluppato la capacità di valutare criticamente ed in maniera autonoma le problematiche di interazione energetica tra sistemi di interesse per le applicazioni ingegneristiche e l’ambiente circostante.
Abilità comunicative:
Lo studente deve maturare la capacità di spiegare in maniera semplice, anche a persone non esperte del settore, con linguaggio chiaro e rigoroso dal punto di vista scientifico, le problematiche relative alla conversione termodinamica dell’energia e alla trasmissione del calore.
Capacità di apprendimento:
Lo studente deve essere in grado di aggiornarsi, tramite la consultazione di testi e pubblicazioni inerenti il settore dell’energia, a partire dalle conoscenze e dal metodo di analisi acquisiti durante il corso.

Prerequisiti

Necessario che lo studente abbia acquisito le seguenti conoscenze, fornite nei corsi di Analisi I e Analisi II:
- Concetti di limite, integrazione e derivazione di funzioni di una variabile;
- Funzioni di più variabili, derivate parziali, e integrali superficiali;
- Differenziale e serie di funzioni.
Inoltre, è utile che lo studente abbia acquisito le seguenti conoscenze, fornite nel corso di Fisica I: Sistemi di Unità di misura, grandezze scalari e vettoriali: forza, velocità, accelerazione.

Contenuti

Sistemi Chiusi (1,0 CFU): Concetti e definizioni di base; Sistemi di unità di misura; Prima legge della termodinamica per sistemi chiusi e relativi limiti. Postulato entropico, trasformazioni reversibili ed irreversibili; misurabilità dell’entropia, temperature e pressioni termodinamiche; equazioni di Gibbs; Seconda legge della termodinamica per sistemi chiusi; conseguenze del secondo principio della termodinamica; Lavoro di variazione di volume; Cicli diretti ed inversi. Termodinamica degli Stati (1,5 CFU): Superfici e curve caratteristiche; calori specifici e coefficienti elastici; modelli per la valutazione delle proprietà termodinamiche di sostanze pure: gas ideali, trasformazione adiabatica internamente reversibile; vapore surriscaldato; liquido sottoraffreddato; miscele bifasiche liquido - aeriforme. Sistemi Aperti (1,0 CFU): Teorema del trasporto; equazioni di conservazione della massa; prima e seconda legge per sistemi aperti; equazione dell’energia meccanica. Componenti di impianti termici (1,0 CFU): Condotti; scambiatori di calore; turbine idrauliche; turbine a vapore; turbine a gas; pompe e compressori. Impianti Motori e Operatori (2,0 CFU): Impianti a vapore, ciclo Rankine e relative modifiche, impianti a gas, ciclo Joule e relative modifiche, impianti frigoriferi a compressione di vapore, pompe di calore. Elementi di trasmissione del calore (2,5 CFU): Meccanismi di scambio termico: Conduzione, convezione e irraggiamento. Equazione generale della conduzione, condizioni al contorno, problemi monodimensionali in condizioni di regime stazionario e assenza di generazione: lastra piana e simmetria cilindrica. Resistenze termiche in serie e parallelo, raggio critico di isolamento. Irraggiamento: proprietà radiative dei corpi, meccanismi di riflessione, assorbimento e trasmissione, leggi di corpo nero, corpo grigio, scambio radiativo in cavità. Convezione: strato limite fluidodinamico e termico, convezione su superfici interne ed esterne, adimensionalizzazione, numeri adimensionali della convezione forzata e naturale. Meccanismi di scambio combinati.

Metodi didattici

NELL’INSEGNAMENTO SONO PREVISTE LEZIONI TEORICHE NONCHÉ ESERCITAZIONI IN AULA. DURANTE LE PRIME, VENGONO INTRODOTTE LE TECNICHE UTILIZZATE PER DESCRIVERE PROBLEMI INGEGNERISTICI DI CONVERSIONE E TRASFERIMENTO DI ENERGIA. NEL CORSO DELLE ESERCITAZIONI IN AULA GLI STUDENTI SONO INVITATI A RISOLVERE UN PROBLEMA INGEGNERISTICO, UTILIZZANDO LE TECNICHE PRESENTATE NELLE LEZIONI TEORICHE. LA SOLUZIONE DEI PROBLEMI INGEGNERISTICI PROPOSTI VIENE SIA GUIDATA DAL DOCENTE, PER SVILUPPARE E RAFFORZARE LE CAPACITÀ DELL’ALLIEVO DI IDENTIFICARE LE TECNICHE PIÙ IDONEE, SIA SVOLTA IN MANIERA INDIVIDUALE COME VERIFICA IN ITINERE DEI CAPACITA’ MATURATE DAL SINGOLO.
VENGONO INOLTRE PROPOSTE UNA/DUE VISITE TECNICHE PRESSO IMPIANTI DI CONVERSIONE DELL’ENERGIA, DOVE GLI STUDENTI HANNO MODO DI CONFRONTARSI CON I RISVOLTI APPLICATIVI DEL CORSO.

Verifica dell'apprendimento

Sono previste esercitazioni intermedie (facoltative, valutabili su richiesta dello studente) sui seguenti argomenti: applicazione dei principi della termodinamica per sistemi chiusi; valutazione delle prestazioni di cicli termodinamici; meccanismi di scambio termico.
L’esame è diviso in due parti, che possono aver luogo nello stesso giorno ovvero nel corso di una settimana (sulla base delle esigenze dello studente): una prova scritta, costituita da tre esercizi, uno per ciascuno degli argomenti delle esercitazioni intermedie, nella quale lo studente deve dimostrare di sapere risolvere almeno due dei problemi presentati, e da una prova orale nel corso della quale viene valutata la comprensione degli argomenti trattati, la capacità di applicare i concetti appresi a sistemi incontrati nella pratica ingegneristica e la capacità di spiegare i problemi affrontati in maniera semplice ma rigorosa.

Testi

Dispense del corso, fornite sul sito del corso.
R. Mastrullo, P. Mazzei, R. Vanoli, Termodinamica per ingegneri - Applicazioni, Liguori, 1996.
Y.A. Çengel, Termodinamica e trasmissione del calore, McGraw-Hill, VI ed. 2016.
ULTERIORI LETTURE CONSIGLIATE
R. Mastrullo, P. Mazzei, R. Vanoli, Termodinamica degli Stati, Liguori, 1984.
M. Moran, H. N. Shapiro, D. D. Boettner, M. B. Bailey, Principles of Engineering Thermodynamics, Wiley, 8th ed. 2015.

Altre informazioni

L'esame può essere sostenuto in inglese, su richiesta dello studente