CONCETTI FONDAMENTALI DI TERMODINAMICA Richiami sulle principali grandezze della meccanica e della termodinamica. Energia meccanica e calore. Energia totale, interna, cinetica e potenziale. Sistemi termodinamici chiusi e aperti. Proprietà intensive ed estensive del sistema. PROPRIETÀ DELLE SOSTANZE PURE Sostanze pure, fasi e cambiamenti di fase. Diagrammi di stato delle sostanze pure: T-v, p-v, p-T, T-s. Entalpia, titolo, calore di evaporazione (condensazione). Equazione di stato dei gas perfetti. PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA Enunciato e formulazione matematica del primo principio per i sistemi chiusi. Energia interna, entalpia e calori specifici per gas perfetti, solidi e liquidi. Formulazione delle equazioni di conservazione dell’energia e della massa in sistemi aperti. Il lavoro di pulsione e il lavoro tecnico. SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA Enunciato e definizione della grandezza entropia. Trasformazioni reversibili e irreversibili. TRASMISSIONE DEL CALORE Trasmissione del calore per conduzione. Conducibilità termica e postulato di Fourier. Conduzione in regime stazionario in pareti piane e cilindriche. Isolamento termico. Isolamento termico in geometria cilindrica: raggio critico di isolamento. Il concetto di resistenza termica. Trasmissione del calore in una vetrocamera. Trasmissione del calore per conduzione in regime variabile: la diffusività termica. Trasmissione del calore per convezione. Convezione forzata e naturale. Il coefficiente di convezione. Fenomenologia della convezione forzata su lastre piane e in deflusso interno a tubazioni. Modello semplificato per l’individuazione della dipendenza funzionale del coefficiente di convezione dai principali parametri che governano il fenomeno. Variazioni spaziali del coefficiente di convezione. Il coefficiente di convezione per liquidi e aeriformi. Numeri di Reynolds, Nusselt e Prandtl e loro significato fisico. Relazioni per il calcolo del coefficiente di convezione forzata. Fenomenologia della convezione naturale. Il numero di Grashoff e suo significato fisico. Relazioni per il calcolo del coefficiente di convezione naturale. Trasmissione del calore per irraggiamento. Emissione di radiazione elettromagnetica: aeriformi e corpi condensati. Il corpo nero e le sue leggi. Emissione da corpi non neri: emissività ed emissività spettrale. Proprietà nei confronti della radiazione incidente: coefficienti di assorbimento, riflessione e trasparenza. Effetto serra. Relazione per il calcolo della potenza termica scambiata per irraggiamento con l’atmosfera. Coefficiente di adduzione. Influenza dell’irraggiamento sulle misure di temperatura degli aeriformi. Problemi di trasmissione del calore in regime variabile: transitori di accensione e spegnimento in un cavo elettrico percorso da corrente; riscaldamento dell’acqua contenuta in un serbatoio; raffreddamento naturale di fluidi in serbatoi. ILLUMINOTECNICA Principi della visione. Il fattore di visibilità e le grandezze fotometriche: flusso luminoso, intensità luminosa e illuminamento. Calcolo dell’illuminamento diretto prodotto da una sorgente puntiforme: illuminazione stradale. Sorgenti luminose artificiali: lampade ad incandescenza, alogene e alogene dicroiche; lampade a scarica in gas e lampade fluorescenti. Tensione di accensione e di esercizio delle lampade fluorescenti: lo starter ed il reattore. SCAMBIATORI DI CALORE Scambiatori di calore a tubi coassiali. Equazioni fondamentali per il calcolo di uno scambiatore di calore. La differenza di temperatura media logaritmica tra i due fluidi. Considerazioni sul coefficiente globale di trasmissione del calore; alettatura delle superfici di scambio termico. Problemi di progetto. Problemi di verifica: procedura iterativa e metodo ε-NTU. Scambiatori a più passaggi: correzione della differenza di temperatura media logaritmica. ALETTE DI RAFFREDDAMENTO Valutazione dell’efficacia di una singola aletta parallelepipeda. Valutazione dell’efficacia di dissipatori di calore. CIRCUITI IDRAULICI E AERAULICI Forma “meccanica” dell’equazione di conservazione dell’energia. Perdite di carico. Calcolo di un impianto di sollevamento. Massima altezza di installazione della pompa. Calcolo di circuiti chiusi. Curva caratteristica di un circuito e regolazione della portata. Bilanciamento delle portate in rami in parallelo. Condotti divergenti e convergenti. MACCHINE A FLUIDO Compressori e turbine. MACCHINE FRIGORIFERE E POMPE DI CALORE Macchina di Carnot frigorifera. Ciclo limite di una macchina frigorifera. Ciclo limite e reale di una macchina a compressione di vapore. Tipologie di macchine frigorifere e pompe di calore. Calcolo delle prestazioni di una macchina frigorifera: l’EER. Calcolo delle prestazioni di una pompa di calore: il COP. Pompe di calore geotermiche I fluidi refrigeranti. PSICROMETRIA E CONDIZIONAMENTO DELL’ARIA Psicrometria dell’aria umida. Proprietà termodinamiche dell’aria umida: entalpia, umidità assoluta e relativa. Diagrammi psicrometrici. Temperature di rugiada, saturazione adiabatica e bulbo umido. Condizionamento dell’aria. Benessere termoigrometrico e qualità dell’aria. Tipologie di impianti di condizionamento: Dimensionamento di un impianto di condizionamento a tutta aria. TORRI DI RAFFREDDAMENTO Principio di funzionamento. Equazioni di conservazione. Dimensionamento di massima.

Dispense a cura del docente. Cengel Y.A. Termodinamica e trasmissione del calore, MCGraw-Hill. Rossi N. Manuale del termotecnico, Hoepli.