Insegnamenti

 

IN/0008 - TERMODINAMICA E MACCHINE

Anno Accademico ​2019/2020

Docente
DANIELE ​COCCO (Tit.)
Periodo
Primo Semestre​
Modalità d'Erogazione
Convenzionale​
Lingua Insegnamento
ITALIANO​



Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[70/73] ​ ​INGEGNERIA PER L'AMBIENTE E IL TERRITORIO [73/00 - Ord. 2017] ​ ​PERCORSO COMUNE660
Obiettivi

In accordo agli obiettivi formativi del Corso di Laurea in Ingegneria per l'Ambiente e il Territorio, gli obiettivi formativi specifici dell'insegnamento sono quelli di fornire allo studente le competenze basilari nel settore della termodinamica e delle macchine a fluido.

I principali risultati di apprendimento attesi per l'insegnamento declinati secondo i 5 Descrittori di Dublino sono i seguenti:
Conoscenza e capacità di comprensione
• Acquisire le conoscenze fondamentali sulle modalità di valutazione delle proprietà termodinamiche dei fluidi, di impostazione dei bilanci di massa e di energia di singoli componenti e di impianti anche complessi e sui fondamenti di trasmissione del calore.
• Acquisire le conoscenze fondamentali sulle modalità di funzionamento delle macchine a fluido operatrici e motrici.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione
• Saper effettuare il bilancio energetico di semplici componenti impiantistici (caldaia, condensatore, pompa, turbina, scambiatore di calore, etc.).
• Saper calcolare il rendimento di una macchina motrice (turbina) o di una macchina operatrice (pompa, compressore, ventilatore).
• Saper scegliere la pompa o il ventilatore in accordo alla prevalenza ed alla portata richiesta dall’utenza (circuito idraulico, impianto di aerazione, etc.).

Autonomia di Giudizio
• Acquisire la capacità di reperire specifiche tecniche e dati di costo presso i fornitori di apparecchiature e componenti al fine di effettuare analisi e valutazioni comparative di tipo qualitativo e quantitativo sul piano tecnico ed economico, individuando la soluzione impiantistica più adatta al contesto.

Abilità Comunicative
• Saper rappresentare lo schema di una macchina a fluido e la forma delle palettature di uno stadio di turbomacchina assiale (stadio di turbina a vapore, stadio di compressore);
• Conseguire la capacità di descrivere, rappresentare sui piani termodinamici e analizzare criticamente il funzionamento di macchine a fluido, scambiatori di calore, caldaie e altri componenti impiegati negli impianti di conversione energetica.

Capacità di apprendere
• Acquisire la capacità di integrare le conoscenze con quelle relative ad altri insegnamenti del corso di studio e a fonti esterne per conseguire una preparazione ad ampio spettro nel settore delle macchine e dei processi di conversione dell'energia.
• Inoltre, l'insegnamento consentirà di consolidare gli strumenti necessari per l'eventuale prosecuzione degli studi nel percorso di laurea magistrale e per l'aggiornamento professionale continuo anche a livello individuale.

Prerequisiti

E' indispensabile che lo studente possieda una adeguata conoscenza degli strumenti matematici fondamentali (algebra, derivate e integrali semplici), della fisica e della termodinamica. Sono anche utili conoscenze basilari di chimica.
Le propedeuticità formali sono: Analisi matematica 1 e Fisica 1.

Contenuti

Il corso è suddiviso in 2 parti.

Parte A - Termodinamica Applicata

1. Primo Principio della Termodinamica (6h lezione, 4h esercitazione). Sistema termodinamico e principali proprietà termodinamiche. Le diverse forme di energia. Primo principio della termodinamica per sistemi chiusi. Energia interna ed entalpia. Calori specifici. Conservazione della massa. Primo principio della termodinamica per sistemi aperti.
2. Sostanze pure e miscele di gas (6h lezione, 2h esercitazione). Piani TS e HS e loro proprietà. Diagrammi di fase PT, PV e PVT. Titolo del vapore, proprietà termodinamiche in equilibrio bifase liquido-vapore. L’acqua, diagramma TS e HS (di Mollier) e tabelle termodinamiche dell’acqua. Composizione massica, molare volumetrica delle miscele di gas. Proprietà volumetriche e termodinamiche delle miscele di gas ideali.
3. Cicli e secondo principio della Termodinamica (6h lezione, 2h esercitazione). Cicli termodinamici. Definizione di lavoro utile e di rendimento. Principali cicli termodinamici (Ciclo di Carnot, Otto, Rankine, Stirling, Brayton). Secondo principio della termodinamica. Reversibilità e irreversibilità. Formulazioni di Kelvin e di Clausius. Diseguaglianza di Clausius e definizione dell’entropia.
4. Fondamenti di Trasmissione del calore (2h lezione, 2h esercitazione). Conduzione, legge di Fourier, conducibilità termica. Convezione, legge di Newton, convezione naturale e forzata. Coefficiente di convezione. Irraggiamento, legge di Stefan-Boltzman. Concetto di resistenza termica e coefficiente globale di trasmissione del calore.

Parte B - Macchine a Fluido

5. Prestazioni delle macchine a fluido (6h lezione, 3h esercitazione). Classificazione delle macchine a fluido. Le trasformazioni di compressione e di espansione. Lavoro reale, adiabatico, politropico e isotermo. Rendimento adiabatico, politropico e isotermo. Compressori multistadio e con refrigerazione intermedia. Problemi di progetto e di verifica delle prestazioni.
6. Principi di funzionamento delle macchine (6h lezione, 3h esercitazione). Il concetto di stadio di una turbomacchina: lo statore ed il rotore. L’equazione di Eulero ed i triangoli di velocità. Ugelli e diffusori: grandezze di ristagno, forma dei condotti e rendimenti. Il flusso nei condotti rotorici: grado di reazione, forma delle palettature e rendimenti.
7. Macchine operatrici (6h lezione, 4h esercitazione). Macchine dinamiche: pompe, compressori e ventilatori. Prestazioni e principali caratteristiche costruttive. Problemi di scelta della macchina operatrice in relazione al circuito. Macchine operatrici in serie e in parallelo. Avviamento e cavitazione delle pompe. Cenni alle macchine operatrici volumetriche alternative e rotative.
8. Macchine motrici (2h lezione). Classificazione e prestazioni. Turbine ad azione e turbine a reazione. Caratteristiche costruttive delle turbine a vapore e delle turbine a gas. Cenni alle turbine idrauliche ed alle turbine eoliche.

Metodi Didattici

Il corso ha una durata complessiva di 60 ore, di cui 40 di lezione e 20 di esercitazione. Le lezioni si svolgono prevalentemente in maniera tradizionale attraverso l’utilizzo della lavagna e la discussione di schemi e diagrammi proiettati con Power Point. Le esercitazioni consistono nello svolgimento da parte del docente di problemi pratici di dimensionamento e di verifica delle prestazioni di componenti e impianti. Per ciascun argomento verrà inoltre assegnata agli studenti una specifica esercitazione strutturata sulla falsariga dei problemi svolti in aula dal docente.

Verifica dell'apprendimento

L’esame consiste in una prova scritta e in una prova orale. Nella prova scritta, della durata di 2 ore, viene richiesta la risoluzione di problemi simili a quelli svolti in aula durante le esercitazioni. Durante il corso sono previste due prove scritte di valutazione intermedia, la prima inerente la parte di Termodinamica Applicata, la seconda la parte di Macchine a Fluido. Il superamento delle prove intermedie esonera dalla prova scritta finale. La prova orale consiste nella descrizione di schemi, modalità di funzionamento e di valutazione delle prestazioni di singole macchine a fluido. Le esercitazioni assegnate agli studenti durante il corso possono, a scelta dello studente, essere presentate prima dello svolgimento della prova orale.

Il punteggio della prova d'esame è attribuito mediante un voto espresso in trentesimi, di cui il 50% relativo alla prova scritta e il 50% alla prova orale. La presentazione delle esercitazioni e la loro valutazione positiva concorre alla formazione del voto finale con un bonus di 1-2 punti.

Il voto della prova scritta viene espresso in trentesimi, sulla base del voto attribuito ai singoli problemi in base all’impegno richiesto per la loro risoluzione sia in termini di contenuti che di complessità di svolgimento. Il voto di 18/30 viene conferito quando le conoscenze/competenze evidenziate nella risoluzione dei problemi sono almeno elementari, la valutazione di 30/30 con eventuale lode, quanto le conoscenze sono eccellenti. Per la valutazione della prova scritta, la determinazione del punteggio tiene conto dei seguenti elementi: a) Adeguatezza della procedura di risoluzione, b) Adeguatezza delle assunzioni e delle ipotesi di lavoro, c) Correttezza dello svolgimento dei calcoli.

Per la valutazione delle esercitazioni, la determinazione del punteggio tiene conto dei seguenti elementi: a) Adeguatezza della procedura di risoluzione, b) Correttezza dello svolgimento dei calcoli, c) Chiarezza nella rappresentazione e nella discussione dei risultati. Tali elementi contribuiscono in maniera paritaria alla formulazione del voto relativo alle esercitazioni.

Il voto della prova orale viene espresso in trentesimi. Il voto di 18/30 viene conferito quando le conoscenze/competenze evidenziate sono almeno elementari, la valutazione di 30/30 con eventuale lode, quanto le conoscenze sono eccellenti. Per la valutazione della prova orale, la determinazione del punteggio tiene conto dei seguenti elementi: a) Correttezza e completezza delle risposte, b) Capacità di analisi del problema, c) Proprietà di linguaggio, d) Chiarezza di esposizione. Gli elementi di cui ai punti a) e b) costituiscono la condizione necessaria per il superamento della prova orale.

Testi

Yunus A. Cengel, “Termodinamica e Trasmissione del Calore”, McGraw-Hill Libri Italia (punti 1-4)
V. Dossena, G. Ferrari, P. Gaetani, G. Montenegro, A. Onorati e G. Persico “Macchine a Fluido”, CittàStudi Edizioni (punti 5-8).
Per consultazione sono anche utili:
Giorgio Cornetti, “Macchine idrauliche” Edizioni il Capitello, Torino (punto 7)
Giorgio Cornetti, “Macchine termiche”, Edizioni il Capitello, Torino (punti 5, 6 , 8)
Renato Della Volpe “Esercizi di Macchine”, Liguori Editore.

Altre Informazioni

Copia di tutto il materiale didattico presentato durante le lezioni e le esercitazioni, nonché i testi delle esercitazioni proposte agli studenti, i testi di esercitazioni facoltative, i testi delle prove d’esame proposte negli anni precedenti, i risultati delle prove scritte, le modalità di iscrizione e di svolgimento degli esami e il calendario delle prove orali, sono pubblicati sul sito web del docente (http://people.unica.it/danielecocco).

credits unica.it | accessibilità Università degli Studi di Cagliari
C.F.: 80019600925 - P.I.: 00443370929
note legali | privacy

Nascondi la toolbar