ll corso si propone di fornire allo studente gli elementi di base relativi alla termodinamica applicata, al trasferimento del calore, all'illuminotecnica e all'acustica applicata

Saranno noti i meccanismi di scambio termico e i sistemi per il trasferimento del calore, i principi di funzionamento delle macchine termiche motrici ed operatrici, i sistemi di controllo delle grandezze termoigrometriche, acustiche e illuminotecniche

Termodinamica
Introduzione alla termodinamica. Grandezze e concetti fondamentali. Definizione della grandezza temperatura. Principio zero, termometria, scale termometriche, termometro a dilatazione di liquido, termometro a gas. Temperatura a gas ideale. Trasformazioni reversibili ed irreversibili, variabili di stato intensive ed estensive, equazione di stato, fluidi termodinamici, gas perfetti. Leggi di Boyle-Mariotte e Gay-Lussac-Charles. Equazione di stato dei gas perfetti. Costante universale dei gas perfetti. Legge di Dalton. Definizione di lavoro. Definizione di calore. Legge della calorimetria. Primo principio della termodinamica per sistemi chiusi. Esperienza di Joule. Energia interna. Espansione libera di un gas perfetto. Esperienza di Gay-Lussac-Joule. Entalpia. Dipendenza dell’energia interna e dell’entalpia di un gas perfetto dalla sola temperatura. Legge di Mayer. Equazione delle trasformazioni adiabatiche. Calcolo del calore e del lavoro scambiato lungo trasformazioni isocore, isobare, isoterme, adiabatiche, isodinamiche, isoentalpiche. Molteplicità dei calori specifici. Cenni sulle proprietà termodinamiche delle sostanze pure. Cambiamenti di fase. Diagramma di stato p-v-T. Regola delle fasi di Gibbs. Titolo del vapore. Calore latente di trasformazione. Equazione di Clapeyron-Clausius. Fattore di comprimibilità. Primo principio della termodinamica per sistemi aperti. Equazione di conservazione della massa. Equazione di conservazione dell’energia. Lavoro tecnico. Equazione di Bernoulli. Perdite di carico distribuite e concentrate. Secondo principio della termodinamica. Macchine termiche. Ciclo di Carnot. Rendimento termico. Scala termodinamica delle temperature. Relazione di Clausius. Entropia. Piani termodinamici temperatura-entropia ed entalpia-entropia. Inequazione di Clausius. Macchine termiche a vapore. Ciclo Rankine. Ciclo Hirn. Motori a combustione interna. Ciclo Otto. Ciclo Diesel. Ciclo Joule-Brayton. Cenni sui cicli termodinamici inversi. Ciclo frigorifero a compressione di vapore. Termopompe. Termodinamica dell’aria umida.
Trasmissione del Calore
Introduzione alla trasmissione del calore. Aspetti generali di conduzione termica, convezione ed irraggiamento. Conduzione termica. Postulato di Fourier. Conducibilità termica. Equazione generale della conduzione. Condizioni al contorno. Diffusività termica. Conduzione termica in regime stazionario. Trasmissione del calore attraverso lastre piane, lastre cilindriche e gusci sferici. Concetto di resistenza termica. Analogia elettrica. Trasmissione del calore attraverso lastre piane con sviluppo interno di calore. Trasmissione del calore in elementi cilindrici con sviluppo interno di calore uniformemente distribuito o concentrato sull’asse. Pareti piane e cilindriche multistrato. Conduzione termica in regime transitorio. Trasmissione del calore in un mezzo semi-infinito con variazione brusca o oscillazione sinusoidale della temperatura superficiale. Convezione. Aspetti generali. Definizione di convezione naturale, forzata e mista. Cenni di moto dei fluidi reali. Viscosità dinamica e cinematica. Moto laminare e moto turbolento. Concetti di strato limite meccanico e strato limite termico. Coefficiente di convezione. Numeri adimensionali di Reynolds, Prandtl, Nusselt, Grashof e loro significato fisico. Similitudine. Convezione forzata. Deflusso esterno su superfici piane o a debole curvatura nella direzione del moto. Deflusso esterno su superfici con forte curvatura nella direzione del moto. Deflusso interno entro condotti. Numero di Reynolds longitudinale e numero di Reynolds trasversale. Scambio termico con temperatura di parete uniforme. Convezione naturale. Deflusso esterno nell’intorno di una lastra piana verticale e di un cilindro orizzontale a temperatura uniforme. Scambio termico all’interno di intercapedini e cavità. Numero di Rayleigh. Irraggiamento. Emissione dell’energia raggiante. Irradiamento integrale. Emissione specifica. Intensità dell’irradiamento integrale. Legge di Lambert. Comportamento dei corpi nei confronti della radiazione incidente. Coefficienti di assorbimento, rinvio e trasparenza. Legge di Bouguer. Costante di assorbimento. Principio di Kirchhoff. Corpo nero. Legge di Stefan. Legge di Plank. Legge di Wien. Emissione dei corpi non neri. Emissività globale. Emissività spettrale. Corpi grigi. Corpi reali. Selettività. Scambio termico per irraggiamento. Fattori di forma. Problemi complessi di trasmissione del calore. Scambio termico per adduzione. Trasmissione del calore tra due fluidi separati da una parete piana o cilindrica multistrato. Pareti soggette ad irraggiamento solare. Alette di raffreddamento. Raffreddamento o riscaldamento naturale di un corpo. scambiatori di calore.
Elementi di Acustica
Principali grandezze acustiche. Comportamento dei corpi nei confronti della radiazione sonora incidente. Cenni di acustica degli ambienti confinati. Cenni di isolamento acustico.
Elementi di Illuminotecnica
Principali grandezze fotometriche. Sorgenti di luce artificiale. Cenni sul dimensionamento di un impianto di illuminazione.

G. Parolini, A. Del Monaco, D. M. Fontana 'Fondamenti di fisica tecnica', UTET
A. Badagliacca - Fondamenti di Fisica Tecnica - Ed .Ingegneria 2000
A. Badagliacca: Sistemi di unità di misura - Ed. Masson
Barducci: Acustica Applicata - Ed. Masson
Appunti a cura del docente (Handouts written by the teacher, in Italian).

PROGRAMMA di MACCHINE e MECCANICA APPLICATA
1) Richiami di Termodinamica delle Macchine
Stato e trasformazione dei fluidi, l’equazione di stato, principi di conservazione. 1° principio della termodinamica, bilancio energetico nei processi termodinamici, l’irreversibilità, l’entropia, 2° principio della termodinamica, trasformazione tecniche dei fluidi, cicli e processi termodinamici. Efflusso nei condotti. Relazioni di Hugoniot. Equazione di Eulero
2) Gli impianti motori
a. Impianti a vapore: ciclo Rankine/Hirn, lavoro specifico e rendimento. I surriscaldamenti ripetuti e rigenerazione. Ottimizzazione
b. Impianti a gas: ciclo termodinamico, lavoro specifico del ciclo ideale e reale. Rendimento. Regolazione. Ottimizzazione
c. Impianti motori a combustione interna: Beau de Rochas, Diesel, Dual Effect. Lavori, potenza, ottimizzazione
3) Macchine volumetriche
a. Pompe volumetriche: configurazioni, curve caratteristiche e prestazioni, pompe a stantuffi assiali, pompe rotative, pompe speciali e pompe per il vuoto. Campi di impiego.
b. Compressori volumetrici: descrizione del processo ideale e reale, perdite, pressione limite, interrefrigerazione, compressori rotativi, regolazione e campi di impiego
c. Motrici volumetriche: configurazioni, prestazioni. Espansori volumetrici e motrici idrauliche. Motrici a vapore.
4) Macchine dinamiche
a. Turbopompe: descrizione e tipologie, rendimento e potenza assorbita, cavitazione, criteri di scelta, regolazione, avviamento; pompe per liquidi molto viscosi e per il vuoto.
b. Ventilatori: campi operativi, perdite e rendimenti. Potenza assorbita, ventilatori radiali, assiali, a tamburo. Regolazione e accoppiamento dei ventilatori.
c. Turbine idrauliche: campi operativi, perdite e rendimenti. Pelton, Francis & Kaplan.
d. Compressori: descrizione e tipologie, rendimento e potenza assorbita, cavitazione, criteri di scelta, regolazione, avviamento.
e. Turbine a gas e vapore: campi operativi, perdite e rendimenti. configurazioni, prestazioni

“Complementi di Macchine a Fluido” R. Capata, Edizioni Compomat . 2017