1. PROGRAMMA DEL CORSO DI Fisica Tecnica 2. PROFESSORE 3. CREDITI ECTS ORE DI CORSO 5. CORSO DI STUDIO 6. SPECIALIZZAZIONE IN

Transcript

1 1. PROGRAMMA DEL CORSO DI Fisica Tecnica Anno accademico 2014/15 2. PROFESSORE 3. CREDITI ECTS 10 UFFICIO K0.10 SETTORE SCIENT. ING-IND/11 INDIRIZZO TELEFONO UFFICIO xxx LEZIONI 4. ORE DI CORSO ESERCITAZIONI E LAB ALTRO 5. CORSO DI STUDIO Corso di laurea in Ingegneria Industriale Meccanica 6. SPECIALIZZAZIONE IN // 7. ANNO 2 o SEMESTRE 8. TIPO DI CORSO obbligatorio 9. LINGUA DEL CORSO Italiano 10. DESCRIZIONE Il corso fornisce agli studenti i concetti di base della termodinamica per la comprensione dei sistemi di conversione dell energia tradizionali ed innovativi. Il corso propone lo studio delle macchine termiche a ciclo diretto (cicli a vapore, cicli a gas) come lo studio dei sistemi a ciclo inverso, fornendo un quadro completo delle modalità di generazione di energia termica, elettrica e di raffrescamento sia in configurazione separata che in cogenerazione. Particolare rilevanza riveste la problematica dell utilizzo razionale delle fonti energetiche sia fossili che rinnovabili. Verranno proposte esercitazioni applicative e visite ad impianti in modo da fornire agli studenti elementi pratici di valutazione delle tematiche affrontate in classe. 11. FORMATO E ORGANIZZAZIONE DIDATTICA Lezioni frontali con diapositive (lucidi) e alla lavagna Esercitazioni in classe alla lavagna e/o con l ausilio di calcolatore 12. RISULTATI DI APPRENDIMENTO L applicazione delle conoscenze acquisite riguarda i campi di impiego delle macchine termiche/frigorifere, dei sistemi di generazione non convenzionali e gli ambiti legati all uso razionale delle fonti energetiche. I sistemi energetici saranno affrontati con particolare riflessione sugli aspetti termodinamici legati all efficienza di conversione Il corso fornisce le nozioni per la valutazione pratica delle possibilità di utilizzo e dell efficienza di un sistema energetico per una definita applicazione

2 FONDAMENTI DI TERMODINAMICA Unità di misura e fondamenti di Termometria. Prima legge della Termodinamica per sistemi chiusi e aperti. Entalpia. Applicazioni. Gas ideale e scala termodinamica di temperatura. Seconda legge della Termodinamica, postulati. Processi irreversibili. Cicli diretti e inversi. Ciclo di Carnot. Teorema e diseguaglianza di Clausius. Entropia. Stato termodinamico, funzioni di stato e diagrammi termodinamici. Superficie p-v-t per una sostanza pura. 13. ARGOMENTI DEL CORSO CONVERSIONE ENERGETICA Cicli a vapore. Impianti a vapore convenzionali e loro componenti. Upgrade degli impianti. Motori a combustione interna. Motori alternativi: cicli Otto e Diesel. Motori turbogas: ciclo di Brayton-Joule. Cicli combinati REFRIGERAZIONE E COGENERAZIONE Sistemi a ciclo inverso. Impianti di refrigerazione e pompe di calore. Sistemi a compressione di vapore e sistemi ad assorbimento. Impianti per la produzione combinata di elettricità e calore (cogenerazione). Sistemi trigenerativi. TRASMISSIONE DEL CALORE Meccanismi di scambio termico. Conduzione termica in regime stazionario monodimensionale. Convezione termica secondo l approccio dell analisi dimensionale. Scambio termico globale e scambiatori di calore. Radiazione termica. TERMODINAMICA DELL`ARIA UMIDA Miscele di gas e di vapori. Grandezze termodinamiche dell`aria umida. Processi dell aria umida. Cicli di climatizzazione invernale ed estiva. 14. BIBLIOGRAFIA DI BASE 15. STUDENTI AMMESSI 16. RACCOMAN- DAZIONI Analisi Matematica I Analisi Matematica II Fisica I Chimica generale ed inorganica 17. VALUTAZIONE DELLO STUDENTE

3 1. COURSE SYLLABUS OF Technical Physics Accad. year 2014/15 2. PROFESSOR 3. ECTS CREDITS 10 OFFICE K0.10 SCIENTIFIC FIELD ING-IND/11 ADDRESS OFFICE PHONE xxx LECTURES 4. COURSE HOURS EXERCISES AND LABS 5. STUDY PROGRAMME OTHERS Bachelor in Industrial and Mechanical Engineering 6. MAJOR IN // 7. YEAR 2 nd SEMESTER 8. PROGRAMME STATUS Core 9. COURSE LANGUAGE Italian 10. DESCRIPTION The module provides the fundamentals of thermodynamics in order to understand the conventional and innovative energy conversion systems. The study of prime movers based on direct cycles (steam and gas cycles) and inverse cycle systems will be proposed. The aim of the module is to provide a complete frame of the technologies devoted to the generation of heat, electrical energy and energy for refrigeration, both for separate production configuration and for cogeneration (CHP). The sustainable and rational use of the energy sources (fossil and renewable) represents a focus for the present module. Practical activities, applied exercises and visits to real plants will be proposed, in order to give the capability to assess and verify the topics of the lectures. 11. TEACHING FORMAT and ORGANIZA- TION Lectures with slides / at the blackboard. Exercises at the blackboard or by means of softwares 12. LEARNING OUTCOMES Knowledge and understanding of the operation of the main energy conversion plants and systems. Knowledge of the typologies and quality of the energy sources The application of the knowledge refers to the application fields of prime

4 movers and chillers, of the conventional/innovative energy generation systems and the fields of the sustainable and rational use of the energy resources. The Energy systems will be studied focusing on thermodynamic aspects related to conversion efficiency FUNDAMENTALS OF THERMODYNAMICS Units of measure and fundamentals of Thermometry. First Law of Thermodynamics for open and closed systems. Enthalpy. Applications. Ideal gas and thermodynamic temperature scale. Second Law of Thermodynamics, statements. Irreversible processes. Direct and inverse cycles. Carnot Cycle. Clausius theorem and inequality. Entropy. Thermodynamic state, state functions and thermodynamic charts. P-v-T surface for a pure substance. ENERGY CONVERSION Conventional energy sources. Steam cycle. Conventional steam plants, components. Upgrade of base steam plants. Internal combustion engines. Alternative engines: Otto and Diesel cycles. Gasturbine plants: Brayton-Joule cycle. Combined cycle plants. 13. TOPICS RENEWABLE ENERGY Non conventional energy sources, renewable energy sources. Solar source: thermal and photovoltaic applications. Wind power plants. Biomass and waste energy conversion: combustion, pyrolysis and gasification systems. Energy efficiency: low impact buildings and integration of energy generation systems from renewable sources. REFRIGERATION AND COGENERATION Inverse cycle systems. Refrigeration systems and heat pumps. Vapor compression and adsorption systems. Combine heat and power production (CHP) systems. Trigeneration systems. HEAT TRANSFER Heat transfer mechanisms. Thermal heat conduction in monodimensional systems in steady state. Thermal heat convection and dimensional analysis. Global heat transfer and heat exchangers. Thermal radiation. THERMODYNAMIC OF HUMID AIR Gas and vapour mixtures. Thermodynamic properties of humid air. Processes of humid air. Winter and summer air conditioning cycles. 14. BASIC BIBLIOGRAPHY

5 15. ELIGIBILITY 16. RECOMMAN- DATIONS Mathematical Analysis I Mathematical Analysis II Physics I General and Inorganic Chemistry 17. STUDENT ASSESSMENT