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TERMODINAMICA APPLICATA E SISTEMI ENERGETICI

Marco SORRENTINO TERMODINAMICA APPLICATA E SISTEMI ENERGETICI

0612600012
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA INDUSTRIALE
CORSO DI LAUREA
INGEGNERIA GESTIONALE
2020/2021

OBBLIGATORIO
ANNO CORSO 2
ANNO ORDINAMENTO 2018
ANNUALE
CFUOREATTIVITÀ
1TERMODINAMICA APPLICATA E SISTEMI ENERGETICI MODULO DI (TERMODINAMICA APPLICATA E SISTEMI ENERGETICI)
660LEZIONE
2TERMODINAMICA APPLICATA E SISTEMI ENERGETICI MODULO DI (TERMODINAMICA APPLICATA E SISTEMI ENERGETICI)
660LEZIONE
CARLO RENNO2 T Curriculum
MARCO SORRENTINO1 Curriculum
Obiettivi
OBIETTIVO DEL CORSO DI TERMODINAMICA APPLICATA E SISTEMI ENERGETICI È QUELLO DI FORNIRE LE CONOSCENZE DEI PRINCIPALI CONCETTI RELATIVI ALLA TERMODINAMICA, ALLA TRASMISSIONE DEL CALORE E AI SISTEMI DI CONVERSIONE DELL'ENERGIA. IL CORSO, COLLOCATO AL SECONDO ANNO DEL CDL IN INGEGNERIA GESTIONALE, È DI 12 CREDITI E SI ARTICOLA SU DUE SEMESTRI. NEL PRIMO SEMESTRE SI AFFRONTA LO STUDIO DELLA TERMODINAMICA APPLICATA, NEL SECONDO SEMESTRE LO STUDIO DEI SISTEMI ENERGETICI.

CONOSCENZA E COMPRENSIONE
LE PRINCIPALI CONOSCENZE ACQUISITE DALLO STUDENTE NEL CORSO SONO:

- I E II LEGGE DELLA TERMODINAMICA PER SISTEMI CHIUSI E APERTI
- MODELLI DELLA TERMODINAMICA DEGLI STATI
- COMPONENTI DEGLI IMPIANTI TERMICI ALLA LUCE DELLA I E II LEGGE DELLA TERMODINAMICA
- PROPRIETA’ E TRASFORMAZIONI DELL’ARIA UMIDA
- IMPIANTO TERMICO MOTORE A VAPORE
- IMPIANTO TERMICO OPERATORE (POMPA DI CALORE, MACCHINA FRIGORIFERA)
- PRINCIPALI MECCANISMI DI SCAMBIO TERMICO (CONDUZIONE, CONVEZIONE E IRRAGGIAMENTO)
- PRINCIPI ALLA BASE DELLO STUDIO DEGLI SCAMBIATORI DI CALORE
- SFRUTTAMENTO OTTIMALE DELLE RISORSE ENERGETICHE
- PROBLEMATICHE AMBIENTALI LEGATE A FONTI ENERGETICHE CONVENZIONALI, ALTERNATIVE E RINNOVABILI
- STUDIO QUANTITATIVO DEI FLUSSI ENERGETICI NELLE MACCHINE TERMICHE ED IDRAULICHE
- STUDIO DEI PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO E DELLE TECNICHE DI INCREMENTO DEL RENDIMENTO DEI DIVERSI IMPIANTI TERMICI MOTORI (A VAPORE, A GAS, A CICLI COMBINATI)
- CURVE CARATTERISTICHE DI MACCHINE OPERATRICI ED ACCOPPIAMENTO CON L’IMPIANTO
- STRUTTURA E PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DEI MOTORI A COMBUSTIONE INTERNA
- PRINCIPALI CAMPI DI APPLICAZIONE DELLE MACCHINE OPERATRICI E DEGLI IMPIANTI MOTORI TERMICI TRATTATI

CAPACITA’ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE
ALLA FINE DEL CORSO LO STUDENTE SARA’ IN GRADO DI:

- CALCOLARE LE PROPRIETA’ TERMODINAMICHE
- ANALIZZARE IN TERMINI DI I E II LEGGE I COMPONENTI DI UN IMPIANTO TERMICO
- ANALIZZARE IN TERMINI DI I E II LEGGE UN IMPIANTO TERMICO MOTORE
- ANALIZZARE IN TERMINI DI I E II LEGGE UN IMPIANTO TERMICO OPERATORE (POMPA DI CALORE/MACCHINA FRIGORIFERA)
- VALUTARE LO SCAMBIO TERMICO IN UN MECCANISMO COMBINATO
- DIMENSIONARE UNO SCAMBIATORE DI CALORE
- EFFETTUARE UN DIMENSIONAMENTO DI MASSIMA DEGLI IMPIANTI DI CONVERSIONE ENERGETICA IN UN CONTESTO TECNICO-ECONOMICO
- SVOLGERE ANALISI QUANTITATIVE SUL RISPARMIO ENERGETICO E SULL’IMPATTO AMBIENTALE DEI SINGOLI IMPIANTI
- ANALIZZARE I FLUSSI ENERGETICI NELLE MACCHINE IN CONDIZIONI IDEALI E REALI
- INDIVIDUARE I CAMPI DI APPLICAZIONE DELLE MACCHINE IN BASE ALLE CARATTERISTICHE FUNZIONALI
- VERIFICARE E MIGLIORARE I PARAMETRI PRESTAZIONALI DEGLI IMPIANTI MOTORI TERMICI
- VERIFICARE I PARAMETRI PRESTAZIONALI DELLE MACCHINE OPERATRICI
- VALUTARE IL RISCHIO DI CAVITAZIONE NELLE POMPE

AUTONOMIA DI GIUDIZIO
SAPER DETERMINARE LE METODOLOGIE PIU’ APPROPRIATE PER AFFRONTARE LO STDUIO DI UN SISTEMA ENERGETICO.

ABILITA’ COMUNICATIVE
SAPER RAPPRESENTARE ATTRAVERSO LE PROVE SCRITTE ED ORALI, IN MODO CHIARO E COINCISO E CON UN LINGUAGGIO TECNICO APPROPRIATO, I CONCETTI ACQUISITI DURANTE IL CORSO.

CAPACITÀ DI APPRENDERE (LEARNING SKILLS)
AVERE LA CAPACITA’ DI UTILIZZARE E APPLICARE IN ALTRI CONTESTI LE CONOSCENZE ACQUISITE APPROFONDENDO LE PROBLEMATICHE TECNICHE.
Prerequisiti
PER IL PROFICUO RAGGIUNGIMENTO DEGLI OBIETTIVI PREFISSATI SONO RICHIESTE CONOSCENZE MATEMATICHE E FISICHE DI BASE E, QUINDI, SONO RICHIESTI PROPEDEUTICAMENTE I CORSI DI BASE DI MATEMATICA E FISICA.
Contenuti
TERMODINAMICA APPLICATA
CONCETTI DI BASE (2 H) - SISTEMA E AMBIENTE. PROPRIETÀ TERMODINAMICHE. STATO TERMODINAMICO. SISTEMA SEMPLICE E COMPRIMIBILE. EQUILIBRIO TERMODINAMICO. TRASFORMAZIONI QUASI STATICA E CICLICA. ENERGIA, LAVORO E CALORE.
I LEGGE DELLA TERMODINAMICA PER SISTEMI CHIUSI (4 H) - POSTULATO ENERGIA. I LEGGE PER SISTEMI ISOLATI. MISURABILITA' E CONTROLLABILITA' ENERGIA. FORMULAZIONE I LEGGE PER UN SISTEMA CHIUSO. LIMITI I LEGGE DELLA TERMODINAMICA.
II LEGGE DELLA TERMODINAMICA PER SISTEMI CHIUSI (8 H) - POSTULATO ENTROPICO. PROPRIETÀ GRANDEZZA ENTROPIA. TRASFORMAZIONI REVERSIBILI E IRREVERSIBILI. II LEGGE PER SISTEMI ISOLATI. MISURABILITÀ GRANDEZZA ENTROPIA. EQUAZIONI DI GIBBS. FORMULAZIONI II LEGGE PER SISTEMI CHIUSI. DISUGUAGLIANZA DI CLAUSIUS. LAVORO DI VARIAZIONE DI VOLUME. CALORI SPECIFICI. SISTEMI CONVERSIONE DELL'ENERGIA: MACCHINA DI CARNOT DIRETTA E INVERSA.
LEGGI GENERALI SISTEMI APERTI (6 H) - EQUAZIONE CONTINUITÀ DELLA MASSA. I LEGGE E II LEGGE. EQUAZIONE ENERGIA MECCANICA.
TERMODINAMICA DEGLI STATI (7 H) - IDENTIFICAZIONE FASE. PIANI TERMODINAMICI. LIQUIDI, VAPORI E GAS: MODELLI, CALCOLO PROPRIETÀ E TRASFORMAZIONI.
ARIA UMIDA (3 H) - PROPRIETÀ, EQUAZIONI DI STATO, DIAGRAMMA PSICROMETRICO, TRASFORMAZIONI.
IMPIANTI MOTORI ED OPERATORI (10 H) - COMPONENTI IMPIANTI. IMPIANTO MOTORE A VAPORE. IMPIANTO OPERATORE A VAPORE: FRIGORIFERO E POMPA DI CALORE.
TRASMISSIONE DEL CALORE
CONDUZIONE TERMICA (8 H) - EQUAZIONE FONDAMENTALE. STUDIO IN REGIME STAZIONARIO DI CORPI A SIMMETRIA PIANA E CILINDRICA SENZA GENERAZIONE. MECCANISMI IN SERIE E PARALLELO. REGIME NON STAZIONARIO.
IRRAGGIAMENTO TERMICO (5 H) - CORPO NERO: DEFINIZIONE E LEGGI. CARATTERISTICHE RADIATIVE DELLE SUPERFICI. CORPO GRIGIO. SCAMBIO TERMICO RADIATIVO TRA DUE SUPERFICI PIANE PARALLELE ED INDEFINITE. FATTORI DI VISTA.
CONVEZIONE (4 H) - CONVEZIONE NATURALE E FORZATA. LEGGE DI NEWTON. GRUPPI ADIMENSIONALI. VALUTAZIONE DELLA CONDUTTANZA CONVETTIVA UNITARIA MEDIA.
SCAMBIATORI DI CALORE (3 H) - EQUAZIONE DI PROGETTO E CONCETTO DI EFFICIENZA.

MACCHINE E SISTEMI ENERGETICI
FONTI DI ENERGIA (5 H) - FONTI PRIMARIE. ENERGIE RINNOVABILI. MIX ENERGETICO
CLASSIFICAZIONE MACCHINE (2 H) - MACCHINE MOTRICI ED OPERATRICI, DINAMICHE E VOLUMETRICHE, ALTERNATIVE E ROTATIVE
TERMODINAMICA DELLE MACCHINE (8 H) - EQUAZIONE DELL’ENERGIA. ESPANSIONI E COMPRESSIONI REALI. RENDIMENTO ADIABATICO E POLITROPICO.
SCAMBIO DI LAVORO (8H) - EQUAZIONE DI EULERO. GRADO DI REAZIONE. TURBINE ASSIALI
MACCHINE OPERATRICI (8 H) - PREVALENZA. CURVE CARATTERISTICHE INTERNE ED ESTERNE. STABILITÀ. COMPRESSORI CENTRIFUGHI. COMPRESSORE VOLUMETRICO ALTERNATIVO
POMPE (9 H) - CAMPI DI UTILIZZAZIONE. CAVITAZIONE. NPSH. REGOLAZIONE
IMPIANTI A VAPORE (8 H) - CATENA DEI RENDIMENTI. CICLI RANKINE E HIRN. RISURRISCALDAMENTI E RIGENERAZIONE.
IMPIANTI A GAS (10H) - CICLO JOULE. LAVORO E RENDIMENTO. INTERREFRIGERAZIONE E RISCALDAMENTI RIPETUTI. RIGENERAZIONE. CICLI COMBINATI.
MOTORI A COMBUSTIONE INTERNA (2H) - STRUTTURA. PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO. CICLI IDEALI. FORMULA DELLA POTENZA.
Metodi Didattici
L’INSEGNAMENTO È ARTICOLATO IN DUE MODULI (CIASCUNO DA 6 CFU) E PREVEDE 120 ORE DI DIDATTICA ASSISTITA RIPARTITE TRA 80 ORE DI DIDATTICA NELLA FORMA DI LEZIONI E 40 ORE DI ESERCITAZIONI. NELLE ESERCITAZIONI IN AULA VENGONO ASSEGNATI AGLI STUDENTI ESERCIZI NUMERICI OPPORTUNAMENTE SCELTI CON LO SCOPO DI APPROFONDIRE I CONCETTI RELATIVI ALLA TERMODINAMICA, ALLA TRASMISSIONE DEL CALORE, AI SISTEMI DI CONVERSIONE ENERGETICA ED ALLE MACCHINE OPERATRICI. NELLE ESERCITAZIONI IN LABORATORIO GLI STUDENTI RILEVANO SPERIMENTALMENTE LE CURVE CARATTERISTICHE DI UNA MACCHINA OPERATRICE DINAMICA. DURANTE LE ESERCITAZIONI I DOCENTI GUIDANO GLI STUDENTI NELLO SVOLGIMENTO DEL PROBLEMA ASSEGNATO CON LO SCOPO DI SVILUPPARE E RAFFORZARE LE CAPACITA’ DELLO STUDENTE NELL’AFFRONTARE L’APPLICAZIONE.
Verifica dell'apprendimento
IL LIVELLO DI RAGGIUNGIMENTO DEGLI OBIETTIVI DELL'INSEGNAMENTO E CERTIFICATO MEDIANTE IL SUPERAMENTO DI UN ESAME CON VALUTAZIONE IN TRENTESIMI. GLI STUDENTI DEVONO SOSTENERE PRIMA L’ESAME (SCRITTO ED ORALE) RELATIVO ALLA PARTE DI TERMODINAMICA APPLICATA CHE SI TIENE NEL PRIMO SEMESTRE, E POI L’ESAME (SCRITTO ED ORALE) RELATIVO ALLA PARTE DI SISTEMI ENERGETICI CHE SI TIENE NEL SECONDO SEMESTRE.
ALLA FINE DEL PRIMO SEMESTRE LO STUDENTE PUO’ SOSTENERE SUBITO L’ESAME RELATIVO ALLA PARTE DI TERMODINAMICA APPLICATA. IN MODO ANALOGO, ALLA FINE DEL SECONDO SEMESTRE, LO STUDENTE PUO’ SOSTENERE SUBITO L’ESAME RELATIVO ALLA PARTE DI SISTEMI ENERGETICI.
PER ACCEDERE AGLI ESAMI ORALI OCCORRE SUPERARE LE SUDDETTE PROVE SCRITTE CON UN VOTO MINIMO DI 18/30. IL VOTO DELLA PROVA SCRITTA E’ SUDDIVISO IN QUATTRO FASCE (A, B, C, D). I RISULTATI DELLA PROVE SCRITTE SONO DISPONIBILI SULLE PAGINE WEB DEI DOCENTI E GLI ESAMI ORALI SI TERRANNO A CIRCA SETTE GIORNI DI DISTANZA DALLA PROVA SCRITTA.
SCOPO DELLA PROVA SCRITTA È VALUTARE LE CAPACITÀ OPERATIVE DELLO STUDENTE NELL’AFFRONTARE PROBLEMI DI TERMODINAMICA APPLICATA, TRASMISSIONE DEL CALORE E SISTEMI ENERGETICI.
LA PROVA SCRITTA DI TERMODINAMICA APPLICATA PREVEDE DUE ESERCIZI DA SVOLGERE IN 2 ORE. IL PRIMO ESERCIZIO RIGUARDA L’ANALISI TERMODINAMICA DI SISTEMI CHIUSI O APERTI, O DI IMPIANTI TERMICI. IL SECONDO ESERCIZIO TRATTA LA RISOLUZIONE DI UN MECCANISMO COMBINATO. PUO’ ESSERE RICHIESTO IL CALCOLO DI: PROPRIETÀ TERMODINAMICHE, POTENZE MECCANICHE E TERMICHE, RENDIMENTI, PRODUZIONI ENTROPICHE, EFFICIENZA ED AREA DI UNO SCAMBIATORE DI CALORE, CONDUTTANZA CONVETTIVA UNITARIA, EMITTENZA DI UNA SUPERFICIE, RAPPRESENTAZIONE GRAFICA DEI FENOMENI FISICI.
LA PROVA SCRITTA DI SISTEMI ENERGETICI,DELLA DURATA DI 2 ORE PREVEDE UN PROBLEMA NUMERICO SU DIMENSIONAMENTO O VERIFICA DEI PARAMETRI PRESTAZIONALI DI UN IMPIANTO MOTORE TERMICO (A GAS O A CICLO COMBINATO) O LA VERIFICA DEI PARAMETRI PRESTAZIONALI E DEL FUNZIONAMENTO ESENTE DA CAVITAZIONE DI UNA MACCHINA OPERATRICE IDRAULICA. L’ESERCIZIO DI ESAME SARÀ DELLA STESSO TIPO DI QUELLI RISOLTI DURANTE LE ESERCITAZIONI E MESSI IN FORMA SCRITTA SUL SITO WEB DELL’INSEGNAMENTO.
LA PROVA ORALE È TESA AD APPROFONDIRE IL LIVELLO DELLE CONOSCENZE TEORICHE, L’AUTONOMIA DI ANALISI E GIUDIZIO E LE CAPACITÀ ESPOSITIVE DELL’ALLIEVO.
NELL’ESAME ORALE DI TERMODINAMICA APPLICATA POSSONO ESSERE POSTE DOMANDE SU: PRINCIPI DELLA TERMODINAMICA DI SISTEMI CHIUSI E APERTI, TERMODINAMICA DEGLI STATI, CICLI IDEALI E REALI DELLE MACCHINE DIRETTE E INVERSE, RAPPRESENTAZIONE GRAFICA DEI CICLI REALI, ARIA UMIDA, EQUAZIONI DEI MECCANISMI DI SCAMBIO TERMICO, SCAMBIATORI DI CALORE.
NELL’ESAME ORALE DI SISTEMI ENERGETICI POSSONO ESSERE POSTE DOMANDE SU: APPLICAZIONI E I PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO DEGLI IMPIANTI MOTORI TERMICI, MACCHINE OPERATRICI, SCAMBI DI LAVORO E TERMODINAMICA APPLICATA ALLE MACCHINE.
IL LIVELLO DI VALUTAZIONE MINIMO (18/30) È ATTRIBUITO QUANDO LO STUDENTE DIMOSTRA UNA LIMITATA CONOSCENZA DEI CONCETTI FONDAMENTALI DELLA TERMODINAMICA, DELLA TRASMISSIONE DEL CALORE E DEI SISTEMI DI CONVERSIONE DELL’ENERGIA, E UNA SCARSA CAPACITÀ ESPOSITIVA.
IL LIVELLO MASSIMO (30/30) È ATTRIBUITO QUANDO LO STUDENTE DIMOSTRA UNA CONOSCENZA COMPLETA ED APPROFONDITA DEI PRINCIPI FONDAMENTALI E DEI METODI, ED È IN GRADO DI RISOLVERE I PROBLEMI PROPOSTI INDIVIDUANDO LE SOLUZIONI PIÙ OPPORTUNE.
IL VOTO FINALE E’ LA MEDIA DEI VOTI CONSEGUITI IN TERMODINAMICA APPLICATA E SISTEMI ENERGETICI.
LA LODE VIENE ATTRIBUITA QUANDO IL CANDIDATO DIMOSTRA PADRONANZA DEI CONTENUTI TEORICI ED OPERATIVI, E MOSTRA DI SAPER PRESENTARE GLI ARGOMENTI CON NOTEVOLE PROPRIETÀ DI LINGUAGGIO E CAPACITÀ DI ELABORAZIONE AUTONOMA, ANCHE IN AMBITI DIVERSI DA QUELLI PROPOSTI DA DOCENTI.

Testi
A.CESARANO, P. MAZZEI - ELEMENTI DI TERMODINAMICA - LIGUORI EDITORE.
R.MASTRULLO, P.MAZZEI, R.VANOLI - TERMODINAMICA PER INGEGNERI - LIGUORI EDITORE.
R.MASTRULLO,V. NASO, R.VANOLI - FONDAMENTI DI TRASMISSIONE DEL CALORE - LIGUORI EDITORE.
G.RIZZO, SUPPORTI DIDATTICI MULTIMEDIALI AL CORSO DI MACCHINE, CD-ROM, CUES.
R.DELLA VOLPE, MACCHINE, LIGUORI, NAPOLI.
R.DELLA VOLPE, ESERCIZI DI MACCHINE, LIGUORI, NAPOLI.

PER ULTERIORI APPROFONDIMENTI:
MORAN, SHAPIRO, MUNSON, DEWITT. ELEMENTI DI FISICA TECNICA PER L'INGEGNERIA, MCGRAW-HILL.
OZISIK. HEAT TRANSFER: A BASIC APPROACH, MCGRAW-HILL.
I.I IONEL, PUMPS AND PUMPING, ELSEVIER.
M.J. MORAN, H.N. SHAPIRO, FUNDAMENTALS OF ENGINEERING THERMODYNAMICS, JOHN WILEY AND SONS.

IL MATERIALE PER LE ESERCITAZIONI, SE PUR PRESENTE NEI TESTI CONSIGLIATI, VERRÀ INTEGRATO DURANTE IL
CORSO DAI DOCENTI.
Altre Informazioni
INSEGNAMENTO EROGATO IN LINGUA ITALIANA.
  BETA VERSION Fonte dati ESSE3 [Ultima Sincronizzazione: 2022-05-23]