Fisica tecnica per ingegneria meccanica

Equazioni di bilancio per la massa, l'energia, l'entropia

Equazioni di bilancio di una proprietà estensiva; bilancio di massa per un sistema chiuso; bilancio di massa per un sistema aperto; bilancio di energia, generalità; bilancio di energia per sistema chiuso; bilancio di energia per sistema aperto; bilancio di entropia, generalità; bilancio di entropia per un sistema chiuso; bilancio di entropia per un sistema aperto. Misurabilità dell’energia. Postulato entropico e misurabilità dell’entropia.

Alcune conseguenze della prima e della seconda legge

Equazioni di Gibbs; sistemi chiusi: lavoro di variazione di volume; equazione dell'energia meccanica per sistemi aperti; uguaglianza e disuguaglianza di Clausius; piani termodinamici pv e Ts; sull'irreversibilità termica; macchina termica; macchina frigorifera e pompa di calore; calori specifici.

Termodinamica degli stati

Superficie caratteristica (cenni); diagramma pressione-temperatura; diagramma pressione-volume specifico; diagramma temperatura-entropia; diagramma entalpia-entropia; diagramma pressione-entalpia; gas ideale; trasformazione adiabatica internamente reversibile; vapore surriscaldato; fase liquida; miscela bifasica liquido-aeriforme

Componenti di sistemi termodinamici

Condotti; generalità sulle macchine a fluido dinamiche; turbina a vapore; turbina a gas; pompa; compressore; componenti per il trasferimento di potenza termica; valvola di laminazione.

Impianti motori

Impianto motore a vapore, ciclo endoreversibile di Rankine, ciclo di Rankine con compressione ed espansione reali, modifiche al ciclo di Rankine (risurriscaldamento, rigenerazione); impianto motore a gas, ciclo endoreversibile di Joule o Brayton

Impianti operatori a vapore

Impianti operatori a compressione di vapore: impianti frigoriferi e pompe di calore, definizione del ciclo standard, sottoraffreddamento, surriscaldamento, scambiatore di calore interno, separatore di fase, fluidi frigorigeni

Aria umida

Proprietà e trasformazioni elementari: legge di Dalton; entalpia specifica dell’aria secca e del vapore acqueo; umidità specifica e relativa; temperatura di rugiada; entalpia; volume specifico; temperatura di saturazione adiabatica; temperatura di bulbo asciutto e bulbo bagnato; diagramma psicrometrico; semplice riscaldamento e raffreddamento; mescolamento adiabatico; raffreddamento e deumidificazione; riscaldamento e umidificazione; umidificazione adiabatica

Trasmissione del calore

Introduzione ai meccanismi di scambio termico. Conduzione in regime stazionario monodimensionale: geometria piana e cilindrica, resistenze termiche in serie e in paralello, raggio critico di isolamento. Irraggiamento: concetti e definizioni di base; leggi del corpo nero, corpo grigio, cavità grigie costituite da sole due superfici. Convezione: flusso laminare e turbolento, flusso esterno ed interno, convezione forzata e naturale, numeri di Nusselt, Reynolds, Prandtl, Grashof. Correlazioni tra parametri adimensionali. Scambiatori di calore: classificazione e tipologie; equazione di progetto per uno scambiatore a tubi coassiali; metodo dell’efficienza