Insegnamenti

Seleziona l'Anno Accademico:     2017/2018 2018/2019 2019/2020 2020/2021 2021/2022 2022/2023
Docente
NATALINO MANDAS (Tit.)
Periodo
Secondo Semestre 
Modalità d'Erogazione
Convenzionale 
Lingua Insegnamento
 



Informazioni aggiuntive

Corso Percorso CFU Durata(h)
[70/75]  INGEGNERIA BIOMEDICA [75/00 - Ord. 2014]  PERCORSO COMUNE 5 50
[70/78]  INGEGNERIA MECCANICA [78/00 - Ord. 2016]  PERCORSO COMUNE 6 60

Obiettivi

In accordo agli obiettivi formativi del Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica, gli obiettivi formativi dell'insegnamento sono quelli di fornire allo studente le conoscenze fondamentali per lo studio delle macchine a fluido e dei sistemi di conversione dell'energia, con particolare riferimento al comportamento reale dei fluidi in movimento e delle trasformazioni termodinamiche. In particolare, gli obiettivi formativi per i due moduli sono i seguenti.

Modulo di Termodinamica Tecnica

I principali risultati di apprendimento attesi per il modulo di Termodinamica Tecnica sono i seguenti:

•Acquisire le conoscenze fondamentali relative alle proprietà termodinamiche dei fluidi utilizzati nelle macchine e nei sistemi energetici.
•Comprendere il comportamento dei fluidi conseguentemente alle principali trasformazioni termodinamiche di interesse per i sistemi energetici.
•Acquisire le conoscenze fondamentali relativamente al primo e al secondo principio della termodinamica.
•Comprendere le modalità di funzionamento di un ciclo termodinamico.
•Acquisire le conoscenze fondamentali sulle modalità di trasmissione del calore.
•Acquisire la capacità di valutare le proprietà termodinamiche di un fluido utilizzando le equazioni di stato o i diagrammi di stato.
•Acquisire la capacità di sviluppare il bilancio energetico e di massa di semplici componenti impiantistici (tubazioni, scambiatori, miscelatori, pompe, turbine, etc.).
•Acquisire la capacità di sviluppare il bilancio energetico e di valutare il rendimento di un ciclo termodinamico.
•Acquisire la capacità di valutare la potenza termica scambiata e le temperature superficiali di una parete singola o multistrato.
•Acquisire la capacità di effettuare le più opportune assunzioni e semplificazioni relativamente a macchine e semplici componenti impiantistici al fine di risolverne il bilancio di massa e di energia.
•Acquisire la capacità di rappresentare graficamente sui piani termodinamici le principali trasformazioni di interesse per le macchine a fluido e per i sistemi energetici, con particolare riferimento a quelle relative ai più importanti cicli termodinamici.

I principali risultati di apprendimento attesi per il modulo di Fluidodinamica sono i seguenti:

Acquisire le conoscenze di base necessarie a capire la differenza tra fluidi e solidi e a interpretarne il comportamento reale.
Conseguire la capacità, a partire dalle conoscenze teoriche acquisite, di applicarle per la soluzione dei problemi pratici di fluidodinamica interna ed esterna.
Acquisire la capacità di adottare le ipotesi semplificative coerenti per ricavare il modello matematico adatto alla simulazione dei fenomeni fluidodinamici.
Acquisire la capacità di rappresentare, schematizzare, descrivere, sintetizzare e commentare, in forma grafica, scritta e orale, i risultati ottenuti.
Acquisire la capacità di utilizzare le conoscenze ed i metodi di analisi appresi per proporre eventuali modifiche dei sistemi fluidodinamici impiegati nelle applicazioni reali.

Prerequisiti

Conoscenza dei corsi base di Matematica, Fisica e Chimica

Contenuti

MODULO A Termodinamica
Sviluppo storico, approccio macroscopico e microscopico alla termodinamica. Definizioni. Unità di misura. Lez. 2.
Equilibrio termico, principio zero della termodinamica, temperatura e termometri, dilatazione termica. Lez. 1 Es. 1.
La materia e i suoi stati di aggregazione. Varianza. Superfici PVT. Diagrammi di fase PT e PV. Punto critico e Punto triplo. Titolo del vapore, miscele bifase liquido-vapore. Equazioni di stato: gas ideale, viriale, van deer Waals, diagramma generalizzato di compressibilità. Lez. 5 Es. 3.
Volumi di controllo chiusi. Calore Lavoro come forme di energia in transito. Equivalenza fra calore e lavoro: energia interna e primo principio della termodinamica. Trasformazioni dei gas. Energia interna e Entalpia del gas ideale. Effetto Joule. Lez. 5 Es. 3.
Conversione di lavoro in calore e viceversa, processi reversibili e irreversibili. Enunciati del secondo principio della termodinamica. Teorema di Carnot, temperatura termodinamica assoluta. Teorema di Clausius e funzione Entropia. Ciclo di Carnot. Lez. 4 Es. 2.
Cicli diretti o inversi. Il ciclo Otto, il ciclo Stirling e il ciclo Rankine a vapore Uso delle tabelle del vapore Lez. 3 Es. 2.
Proprietà medie delle miscele di gas ideali. Lez. 2 Es. 1.
Equazioni di bilancio della massa e dell’energia nei volumi di controllo aperti. Lavoro del sistema aperto, lavoro di pulsione. La trasformazione politropica. Sistemi in regime stazionario: equazione dell’energia in forma termica e meccanica. Sistemi con più ingressi e uscite. Trasformazioni con reazione chimica. Lez. 5 Es. 5.
Le trasformazioni dei gas ideali nei piani TS e HS. Lez. 2.
Fondamenti di Trasmissione del calore. Conduzione, Convezione e Irraggiamento. Resistenza termica equivalente in serie e in parallelo. Lez. 2 Es. 2.
MODULO B Fluidodinamica
Proprietà dei fluidi, Richiami: operazioni tra vettori e operatori Gradiente, Divergenza e Rotore applicati ai campi scalari e vettoriali.
Statica dei fluidi: Pressione idrostatica nei fluidi, Equazione generale della Idrostatica, Forze idrostatiche su superfici piane e curve, Equilibrio dei corpi immersi o galleggianti.
Cinematica dei fluidi: Concetto di portata volumetrica e massica, Punti di vista Lagrangiano e Euleriano per lo studio del moto dei fluidi, Il movimento dei fluidi perfetti.
Dinamica dei fluidi: Equazione del moto dei fluidi perfetti, Equazione di Eulero. Equazione di Bernoulli e sue applicazioni. Equazioni di bilancio di un Volume di Controllo Finito Il teorema di trasporto di Reynolds; Equazione di Conservazione della Massa, della Quantità di Moto, del Momento della Quantità di Moto e dell’Energia. Equazioni di bilancio di un Volume di Controllo Infinitesimo; Equazione di Conservazione della Massa, Equazione di Conservazione della Quantità di Moto, Equazione di Conservazione dell’Energia, Applicazione a Flussi Elementari.
Flussi Viscosi: Regimi di flusso Laminare e Turbolento, Flussi Completamente Sviluppati, Flusso nei condotti, Perdite di carico nei condotti, Transizione da flusso Laminare a Turbolento, Il diagramma di Moody, Le equazioni di Navier-Stokes. Metodi di analisi dei flussi: Misure di Pressione, Velocità e Portate dei flussi, Misura delle perdite di carico nei condotti, Visualizzazione dei Flussi, Impiego della CFD per l’analisi dei flussi.
Introduzione alla Teoria dello Strato Limite; Equazione dello strato limite, Forze agenti su un corpo immerso in una corrente libera, Concetto di Portanza e Resistenza.
Introduzione ai Flussi Comprimibili: Flusso Isentropico di un Gas Ideale, La velocità del suono nei fluidi, il numero di Mach, Pressione cinetica e pressione dinamica nei flussi comprimibili e incomprimibili.
L’equazione del Momento della Quantità di Moto in forma integrale: l’equazione di Eulero per le turbomacchine.

Metodi Didattici

L'insegnamento è articolato in 50 ore, suddivise in circa 30 ore di lezione frontale e 20 di esercitazioni in aula. Le lezioni si svolgono sia attraverso l’utilizzo della lavagna sia con il supporto di slides Power Point successivamente messe a disposizione degli studenti. Le esercitazioni consistono nello svolgimento da parte del docente di problemi pratici di valutazione delle proprietà dei fluidi, applicazione delle equazioni di bilancio dell'energia, della massa e di scambio termico.

Verifica dell'apprendimento

L’esame finale consiste in una prova pratica e una prova di teoria, entrambe in forma scritta. Nella prova pratica, della durata di 2 ore (1 ora per ciascun modulo), vengono tipicamente proposti problemi pratici di valutazione delle proprietà dei fluidi, applicazione delle equazioni di conservazione dell''''energia e della massa e di valutazione di forse, pressioni, etc., simili a quelli svolti in aula durante le esercitazioni. Durante il semestre vengono svolte due prove di valutazione intermedia, il cui superamento esonera lo studente dal sostenere la prova pratica.
Nella prova scritta di teoria vengono proposte 5-10 domande volte a valutare la conoscenza dei principi fondamentali della termodinamica, della fluidodinamica, delle trasformazioni seguite dai fluidi, dei piani termodinamici e delle modalità di trasmissione del calore. Nei siti web dei docenti sono riportate alcune tipiche domande proposte nella prova di teoria.
Le valutazioni conseguite nelle due prove concorrono alla formazione della valutazione finale in maniera paritaria (50%+50%)

Testi

MODULO A Termodinamica

4 - Yunus A. Cengel “Termodinamica e trasmissione del calore” Mc Graw Hill.

MODULO B Fluidodinamica
1- B.R. Munson, D.F. Young, H.Okiishi, “Fundamentals of Fluid Mechanics”, Edit.: J.Wiley & Sons, inc.
Mandas N., Cambuli F., “Dispense delle Lezioni di Fluidodinamica”, file .pdf.

Altre Informazioni

Copia di tutto il materiale didattico utilizzato durante le lezioni e le esercitazioni in aula, nonché di testi delle prove d’esame proposte in appelli precedenti, risultati delle prove scritte, modalità di iscrizione e di svolgimento degli esami, calendario delle prove orali, sono pubblicati sui siti web dei docenti (http://people.unica.it/danielecocco e http://people.unica.it/natalinomandas).

Questionario e social

Condividi su:
Impostazioni cookie