Generalità e definizioni. Sistemi termodinamici. Equilibrio termodinamico.
Proprietà e stato di un sistema
Sistemi semplici: diagrammi di stato e superfici di stato. Trasformazioni
termodinamiche.
Trasferimenti di energia: calore e lavoro
Simbologia e convezioni di segno per lavoro e calore. Trasformazioni
quasi statiche.
Lavoro di variazione di volume per trasformazioni quasi statiche. Piano
di Clapeyron
Trasformazioni reversibili ed irreversibili.
1° principio della termodinamica per sistemi chiusi
Energia interna ed enunciato del 1° principio.
Esempio numerico. Significato fisico dell’energia interna.
Entalpia. Capacità termica e calore specifico.
Calore specifico a volume costante ed a pressione costante.
Alcune particolari trasformazioni
Trasformazione adiabatica.
Trasformazione a volume costante. Trasformazione a pressione costante.
Trasformazione a temperatura
costante. Trasformazione ad energia interna costante. Trasformazione di
sistema isolato
Trasformazione politropica.
Trasformazione ciclica.
Ciclo diretto: rendimento.
Ciclo inverso: coefficiente
di effetto utile e coefficiente di prestazione
Limiti del primo principio della termodinamica.
2° principio della termodinamica per sistemi chiusi
Enunciati assiomatici del 1° e del 2° principio.
Calcolo della variazione di entropia.
Lavoro di elica.
Verso delle trasformazioni - Enunciato di Clausius.
Esempi numerici
Rendimento massimo di una macchina motrice ed enunciato
di Kelvin-Planck. Esempi numerici
Piano entropico.
Relazioni termodinamiche
Coefficienti elastici. Energia libera ed entalpia
libera. Equazioni di Maxwell. Equazioni dell’entropia.
Equazioni dell’energia. Relazioni tra calori specifici:
differenza e rapporto. Coefficiente di Joule-Thomson.
Unità di misura e fattori di conversione.
Capitolo 2 - Sostanze pure e gas
Sostanze pure
Generalità e definizioni. Fasi di un sistema. Varianza e regola
delle fasi.
Equilibrio liquido-vapore: la tensione di vapore. Richiami di Chimica:
evaporazione di liquidi e solidi
Condizioni di saturazione. Diagramma temperatura - pressione di una
sostanza pura. Superficie caratteristica F(p,v,T)=0
Il diagramma di Andrews (p,v). Richiami di Chimica sul diagramma di
Andrews. Titolo di una miscela.
Cambiamenti di fase: equazione di Clapeyron.
L’energia libera. Transizioni di stato, entropia e forme stabili.
Equilibri di fase. Cenni di termochimica
I Gas
Introduzione ai gas. Gas perfetti. Gas a comportamento perfetto Esempi
numerici
Volume molare, densità e peso specifico. Calori specifici, energia
interna ed entalpia. Entropia
Trasformazioni per i gas perfetti
Trasformazione a pressione costante. Trasformazione
a volume costante. Trasformazione a temperatura costante
Trasformazione adiabatica (internamente) reversibile.
Trasformazione di sistema isolato. Trasformazione politropica
Gas a comportamento non perfetto
Parametri ridotti e legge degli stati corrispondenti.
Criteri per la valutazione del comportamento da gas perfetto.
Capitolo 3 - Vapori e liquidi
Introduzione ai liquidi. Costanza del calore specifico.
Vapori saturi
Trasformazioni a titolo costante.
Entalpia. Energia interna. Entropia. Vapori surriscaldati. Diagramma
entropico. Diagramma di Mollier
Solidi
Esempi numerici
Capitolo 4 - Sistemi aperti
Premessa: ipotesi dell’equilibrio locale
Studio termodinamico dei sistemi aperti nell’ipotesi
di moto unidimensionale
Equazione di continuità. Primo principio della termodinamica
per sistemi aperti.
Secondo principio della termodinamica per sistemi aperti. Equazione
dell’energia meccanica. Laminazione.
Effetto Joule-Thomson.
Regimi di moto di fluidi in condotti
Numero di Reynolds.
Calcolo delle perdite di carico nel moto di fluidi in condotti.
Perdite di carico distribuite.
Determinazione del coefficiente
lambda: abaco di Moody
Perdite di carico concentrate
Esempi numerici
Capitolo 5 - Impianti termici motori ed operatori
Introduzione
Impianti termici motori a turbina a vapore.
Introduzione.
Ciclo Rankine a vapore surriscaldato
Rendimento termodinamico.
Miglioramento del rendimento. Risurriscaldamento. Rigenerazione. Esempio
numerico
Impianti termici motori a turbina a gas
Introduzione.
Ciclo Joule o Brayton.
Rendimento termodinamico.
Impianto con rigenerazione.
Motori alternativi
Introduzione.
Motori alternativi a combustione interna ad accensione
comandata.
Ciclo termodinamico di riferimento:
ciclo Otto. Rendimento termodinamico
Motori alternativi a combustione interna ad accensione
spontanea
Ciclo termodinamico di riferimento:
ciclo Diesel. Rendimento termodinamico.
Impianti frigoriferi e pompe di calore
Introduzione. Schemi elementari di impianti a compressione
di vapore.
Ciclo inverso a compressione di vapore.
Prestazioni del ciclo a
compressione di vapore. Rappresentazione nel piano p,h. Differenze di temperatura.
Sottoraffreddamento e surriscaldamento
del liquido. Scelta del fluido.
Capitolo 6 - Aria umida
Richiami sulle miscele gassose
Proprietà termodinamiche dell’aria umida
Relazioni per il calcolo di alcune proprietà interne
Titolo. Entalpia. Volume specifico. Temperatura
di saturazione adiabatica. Temperatura di rugiada.
Temperatura di bulbo umido. Richiami di Chimica
sulla temperatura di bulbo umido
Diagrammi psicrometrici
Diagramma di Mollier. Diagramma ASHRAE-AICARR.
Temperatura di rugiada
Trasformazioni elementari dell’aria umida
Riscaldamento o raffreddamento a titolo costante.
Esempio numerico
Deumidificazione per raffreddamento. Esempio numerico
Riscaldamento ed umidificazione
Umidificazione. Esempi numerici
Mescolamento adiabatico.
Misure di umidità dell’aria
Capitolo 7 - Impianti di condizionamento dell'aria
Introduzione. Generalità sulle condizioni di benessere fisiologico.
Purezza dell’aria e ventilazione.
Classificazione degli impianti di trattamento aria
Impianto di condizionamento totalmente centralizzato senza ricircolazione
Individuazione delle condizioni esterne (E) e delle
condizioni interne (A). Calcolo dei carichi termoigrometrici
Determinazione delle condizioni di trattamento e
immissione dell’aria.
Determinazione dei processi da realizzare nel gruppo
condizionatore
Condizionamento estivo.
Condizionamento invernale
Impianto di condizionamento con ricircolazione d’aria
Condizionamento estivo. Condizionamento invernale
Esempi numerici
Capitolo 8 - Introduzione all'acustica
Nozioni preliminari di acustica
Introduzione al suono. Velocità (di propagazione)
del suono. Propagazione nei liquidi e nei solidi (cenni).
Frequenza del suono. Campo dell’ udibile.
L’equazione delle onde. Le onde piane. Impedenza
acustica (specifica e caratteristica)
Intensità acustica e densità di energia
acustica
Le onde sferiche
La descrizione del suono
Introduzione. I livelli sonori. Sovrapposizione
di più suoni. Esempi numerici
Cenni sullo spettro sonoro. Bande di frequenza.
Scale di pesatura: scala A
La sorgente sonora
Introduzione.
La misura della potenza acustica. Misura del livello
di potenza in campo riverberante
La direttività. Indice di direttività
La voce (cenni)
Capitolo 9 - La propagazione del suono
La propagazione del suono all’aperto
Introduzione.
Il campo acustico all’esterno
Valutazione delle attenuazioni
aggiuntive. L’effetto dell’impedenza acustica dell’aria. L’effetto dell’assorbimento
dell’aria
L’effetto della presenza
del suolo. L’effetto delle barriere acustiche. L’effetto del fogliame.
L’effetto delle condizioni
metereologiche
La propagazione del suono nei grandi ambienti
Introduzione. Acustica fisica e acustica geometrica.
Acustica statistica.
L’assorbimento acustico. Il campo sonoro in condizioni
stazionarie.
Il tempo di riverberazione
Descrizione. Misura del
coefficiente di assorbimento secondo Sabine.
Materiali fonoassorbenti.
Materiali fonoassorbenti
porosi. Pannelli vibranti. Pannelli forati risonanti assorbenti
Capitolo 10 - Controllo attivo e passivo del suono
L’isolamento acustico
Introduzione. L’isolamento acustico tra due ambienti.
La legge della massa. L’effetto di coincidenza
Potere fonoisolante
Descrizione. Valori ricavati
sperimentalmente o dedotti graficamente. Il potere fonoisolante di pareti
composte
Potere fonoisolante delle
pareti doppie
Le vibrazioni e l’isolamento dalle vibrazioni
Il rumore
Introduzione al rumore. L’apparato uditivo. Percezione
del suono e dei rumori
La misurazione dei suoni e dei rumori
Il misuratore di livello sonoro. Il microfono.
Il controllo attivo del rumore
Introduzione. I primi sistemi di controllo attivo
del rumore. Il controllo attivo del rumore nei condotti di areazione
Applicazioni del controllo attivo del rumore
Capitolo 11 - Concetti generali sulla trasmissione del calore
Il “calore” e la sua trasmissione. Limiti della termodinamica classica
Modalità di trasmissione del calore
Conduzione. Irraggiamento. Convezione.
Regime stazionario e non stazionario
Leggi fondamentali dello scambio termico.
Introduzione
Conduzione: Postulato di Fourier. Esempio: flusso
stazionario attraverso una parete piana
Irraggiamento
Convezione.
Meccanismi combinati di scambio termico. Coefficiente
globale di scambio termico.
Analogia tra flusso termico e flusso elettrico
Esempi
Capitolo 12 - La conduzione
Conduzione monodimensionale in regime permanente.
Introduzione. Pareti geometricamente semplici.
Parete piana.
Cilindri cavi.
Area media logaritmica.
Effetti della conducibilità termica variabile
Strutture composte
Pareti composte: elementi
in serie ed in parallelo
Cilindri coassiali. Spessore
critico dell’isolante. Esempio numerico: cavo elettrico coibentato
Sistemi con generazione di calore
Piastra piana con generazione
di calore uniformemente distribuita
Cilindro solido con generazione
di calore uniformemente distribuita
Conduzione bidimensionale e tridimensionale
Metodi di analisi. Equazione generale della conduzione.
Soluzione analitica
Capitolo 13 - L'irraggiamento
Introduzione. Irraggiamento termico
Irraggiamento del corpo nero
Legge di Planck. Legge di
Stefan-Boltzmann. Diagrammi di utilità pratica. Esempi
Realizzazione di un corpo
nero in laboratorio
Intensità di radiazione
Caratteristiche di irraggiamento: legge di Kirchoff
Caratteristiche di irraggiamento delle superfici
reali.
Proprietà direzionali
dell’emittenza.
Coefficiente di riflessione e coefficiente di trasmissione.
Riflessione speculare e riflessione diffusa.
Fattore di vista
Irraggiamento in cavità con superfici nere. Irraggiamento in
cavità con superfici grigie.
Cenni all’irraggiamento solare
Capitolo 14 - La convezione
Introduzione. Coefficiente di trasmissione del calore per convezione.
Meccanismo di trasporto dell’energia e fluidodinamica
Convezione libera e convezione forzata.
Concetti fondamentali sullo “strato limite”
Lunghezza critica e numero di Reynolds 6
Strato limite termico. Il numero di Nusselt. Determinazione del coefficiente
di scambio termico convettivo.
Analisi dimensionale
Dimensioni fondamentali e formule dimensionali.
Determinazione del numero di gruppi adimensionali.
Determinazione dei gruppi adimensionali: Numero
di Prandtl. Correlazione dei dati sperimentali
Viscosità
Strato limite laminare su una lastra piana
Caso del moto turbolento
Convezione forzata interna
Introduzione. Scelta della temperatura di riferimento
del fluido.
Moto laminare e moto turbolento all’interno di condotti.
Influenza del numero di Prandtl. Effetti di imbocco
Convezione naturale
Introduzione. Distribuzione di temperatura e di
velocità. Equazioni principali per la convezione libera.
Superfici alettate
Dissipatori termici
Capitolo 15 - Scambiatori di calore
Introduzione. Progetto e scelta di uno scambiatore di calore. Tipi più
comuni di scambiatori di calore.
Differenza media di temperatura. Media logaritmica delle differenze
di temperatura
Efficienza di uno scambiatore.
Resistenza termica da incrostazioni (cenni). Coefficiente di scambio
termico variabile (cenni)
Capitolo 16 - Impianti termici ad energia solare
Introduzione. Energia solare disponibile.
Impianti fotovoltaici
Introduzione. Cenni sui materiali semiconduttori.
L’effetto fotovoltaico.
Circuito equivalente di una cella solare. Efficienza
di conversione. Perdite di energia
Schema generale di un pannello solare
Cenni sulla tecnologia delle celle solari di silicio.
Impianti fotovoltaici - Dimensionamento
Introduzione. Rendimento
istantaneo di un pannello fotovoltaico. Concetto di “utilizzabilità”.
Parametri caratteristici
dei pannelli fotovoltaici. Esempio applicativo.
Impianti fotovoltaici autonomi
Elaborazione statistica dei dati climatici. Modello di simulazione. Il
dimensionamento degli impianti
Capitolo 17 - Argomenti vari
Ugelli e diffusori
Turbine
Parti principali. Turbine idrauliche. Turbine a
gas (lettura). Turbine a vapore (lettura).
Impianti di compressione.
Compressori dinamici. Cenni ai compressori volumetrici
alternativi
Valvola di laminazione
Capitolo 18 - Sistemi ad assorbimento
Introduzione.
Funzionamento di una macchina frigorifera ad assorbimento.
Macchina ad acqua-bromuro di litio. Macchina ad
acqua-ammoniaca. Prestazioni. Miglioramenti