Indice. Prefazione alla quarta edizione italiana XVII. Ringraziamenti dell Editore XIX. Guida alla lettura XXI

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1 Prefazione alla quarta edizione italiana Ringraziamenti dell Editore Guida alla lettura XVII XIX XXI Capitolo 1 Introduzione e uno sguardo d insieme Introduzione alle scienze termiche I campi di applicazione delle scienze termiche La termodinamica e l energia La trasmissione del calore Le grandezze fisiche e le unità di misura Alcune unità di misura SI L omogeneità dimensionale I rapporti di conversione delle unità La tecnica del problem solving I pacchetti di software per l ingegneria L Engineering Equation Solver (EES) Una nota sulle cifre significative 14 Capitolo 2 Introduzione e concetti fondamentali I sistemi e i volumi di controllo Le proprietà di un sistema Continuum La densità e la densità relativa Lo stato e l equilibrio Il postulato di stato Le trasformazioni e i cicli termodinamici Le trasformazioni termodinamiche in condizioni di flusso stazionario La temperatura e il principio zero della termodinamica Le scale termometriche La Scala Internazionale di Temperatura del 1990 (STI-90) [International Temperature Scale of 1990 (ITS-90)] La pressione La pressione in un punto La variazione della pressione con la profondità 30

2 VIII Indice 2.8 Gli strumenti di misurazione della pressione Il barometro Il manometro Altri strumenti di misurazione della pressione 37 Capitolo 3 Energia, trasferimento di energia e analisi energetica generale Introduzione Le forme di energia Alcuni approfondimenti sull energia interna Un approfondimento sull energia nucleare L energia meccanica Il trasferimento di energia sotto forma di calore Cenni storici Il trasferimento di energia sotto forma di lavoro Il lavoro elettrico Le forme meccaniche del lavoro Il lavoro meccanico (lavoro all albero) Il lavoro elastico (lavoro di una molla) Il lavoro compiuto su barre piene elastiche Il lavoro associato allo stiramento di una lamina liquida Il lavoro compiuto per sollevare o accelerare un corpo Le forme non meccaniche di lavoro Il primo principio della termodinamica Il bilancio energetico La variazione di energia di un sistema, E sistema I meccanismi di trasferimento di energia, E entrante e E uscente I rendimenti di conversione dell energia I rendimenti dei dispositivi meccanici ed elettrici Energia e ambiente Ozono e smog La pioggia acida L effetto serra: riscaldamento globale (planetario) e cambiamento climatico 84 Capitolo 4 Proprietà delle sostanze pure Le sostanze pure Le fasi di una sostanza pura Le trasformazioni con cambiamento di fase delle sostanze pure Il liquido sottoraffreddato e il liquido saturo Il vapore saturo e il vapore surriscaldato La temperatura di saturazione e la pressione di saturazione Alcune conseguenze della dipendenza di T sat da p sat I diagrammi di stato per trasformazioni con cambiamento di fase Il diagramma T-v Il diagramma p-v L estensione dei diagrammi alla fase solida Il diagramma p-t La superficie p-v-t 102

3 IX 4.5 Le tabelle delle proprietà L entalpia: una combinazione di proprietà termodinamiche Il liquido saturo e il vapore saturo La miscela satura liquido-vapore Il vapore surriscaldato Il liquido sottoraffreddato Gli stati termodinamici di riferimento e i valori di riferimento L equazione di stato dei gas ideali Il vapor d acqua è un gas ideale? Il fattore di compressibilità: una misura dello scostamento dal comportamento di gas ideale Altre equazioni di stato L equazione di stato di van der Waals L equazione di stato di Beattie-Bridgeman L equazione di stato di Benedict-Webb-Rubin L equazione di stato del viriale 124 Capitolo 5 Analisi energetica dei sistemi chiusi Il lavoro di variazione di volume La trasformazione politropica Il bilancio energetico per sistemi chiusi I calori specifici L energia interna, l entalpia e i calori specifici dei gas ideali Le relazioni tra i calori specifici dei gas ideali L energia interna, l entalpia e i calori specifici di solidi e liquidi Le variazioni di energia interna Le variazioni di entalpia 154 Capitolo 6 Analisi dei volumi di controllo in base alla conservazione della massa e alla conservazione dell energia Il principio di conservazione della massa La portata massica e la portata volumetrica Il principio di conservazione della massa Il bilancio di massa per i processi a flusso stazionario Un caso particolare: il flusso incomprimibile Il lavoro di pulsione e l energia di un fluido che scorre L energia totale di un fluido che scorre Il trasporto di energia mediante flusso di massa L analisi energetica dei sistemi a flusso stazionario Alcuni dispositivi a flusso stazionario Gli ugelli e i diffusori Le turbine e i turbocompressori Le valvole di laminazione Il flusso in tubi e condotti L analisi energetica dei processi a flusso non stazionario 190

4 X Indice Capitolo 7 Il secondo principio della termodinamica Introduzione al secondo principio della termodinamica I serbatoi di energia termica I motori termici Il rendimento termico È possibile ridurre il calore scaricato nell ambiente? Il secondo principio della termodinamica: l enunciato di Kelvin-Planck Le macchine frigorifere e le pompe di calore Il secondo principio della termodinamica: l enunciato di Clausius L equivalenza dei due enunciati Le macchine a moto perpetuo Le trasformazioni reversibili e irreversibili Le irreversibilità Le trasformazioni internamente ed esternamente reversibili Il ciclo di Carnot Il ciclo di Carnot inverso I teoremi di Carnot La scala termodinamica di temperatura Il motore termico di Carnot La qualità dell energia La quantità e la qualità dell energia nella vita quotidiana La macchina frigorifera e la pompa di calore di Carnot 226 Capitolo 8 L entropia L entropia Un caso particolare: i processi di scambio termico isotermi e internamente reversibili Il principio dell aumento dell entropia Alcune note sull entropia La variazione di entropia per le sostanze pure Le trasformazioni isoentropiche I diagrammi che coinvolgono l entropia Che cos è l entropia? L entropia nella vita quotidiana Le relazioni T ds La variazione di entropia di solidi e liquidi La variazione di entropia dei gas ideali Calore specifico costante (analisi approssimata) Calore specifico variabile (analisi esatta) Le trasformazioni isoentropiche dei gas ideali Calore specifico costante (analisi approssimata) Calore specifico variabile (analisi esatta) Pressione relativa e volume specifico relativo Il lavoro per trasformazioni reversibili in condizioni di flusso stazionario 257

5 XI Dimostrazione che i dispositivi a flusso stazionario producono il massimo e richiedono il minimo lavoro quando il processo è reversibile Il minimo lavoro di compressione La compressione multistadio con raffreddamento Il rendimento isoentropico per dispositivi a flusso stazionario Il rendimento isoentropico delle turbine Il rendimento isoentropico di compressori e pompe Il rendimento isoentropico degli ugelli Il bilancio di entropia La variazione di entropia di un sistema, S sistema L entropia scambiata, S e e S u L entropia generata, S gen I sistemi chiusi I volumi di controllo 276 Capitolo 9 I cicli termodinamici diretti e inversi Considerazioni fondamentali nell analisi dei cicli diretti Il ciclo di Carnot come ciclo di confronto I cicli ad aria standard Descrizione dei motori alternativi Il ciclo Otto: ciclo ideale dei motori ad accensione comandata Il ciclo Diesel: ciclo ideale dei motori ad accensione spontanea Il ciclo Brayton: ciclo ideale degli impianti a turbina a gas Il ciclo Brayton con rigenerazione Il ciclo ideale della propulsione a getto Sviluppi del motore turbogetto Il ciclo di Carnot a vapore Il ciclo Rankine: ciclo ideale degli impianti a vapore Analisi energetica del ciclo Rankine ideale Metodi per aumentare il rendimento termico del ciclo Rankine Il ciclo Rankine ideale con risurriscaldamento Il ciclo Rankine ideale con rigenerazione Rigeneratori aperti Rigeneratori chiusi Cogenerazione I cicli diretti combinati gas-vapore Macchine frigorifere e pompe di calore Il ciclo inverso di Carnot Il ciclo inverso a compressione di vapore ideale Proprietà dei refrigeranti Le pompe di calore La refrigerazione termoelettrica 351 Capitolo 10 Le miscele di gas La composizione delle miscele di gas 356

6 XII Indice 10.2 Comportamento p-v-t delle miscele di gas ideali e gas reali Miscele di gas ideali Miscele di gas reali Le proprietà delle miscele di gas: gas ideali e gas reali Miscele di gas ideali Miscele di gas reali 368 Capitolo 11 Le miscele di gas e vapore: l aria atmosferica Aria secca e aria atmosferica Umidità assoluta e umidità relativa La temperatura di rugiada La temperatura di saturazione adiabatica e la temperatura di bulbo umido Il diagramma psicrometrico Il benessere termoigrometrico e il condizionamento dell aria Gli indicatori del comfort termo igrometrico Trasformazioni per il condizionamento dell aria Semplice riscaldamento e raffreddamento (x = costante) Riscaldamento con umidificazione Raffreddamento con deumidificazione Raffreddamento per evaporazione Miscelazione adiabatica di flussi d aria Torri evaporative Verifica termoigrometrica delle strutture La condensazione superficiale Trasporti di vapore Metodo grafico di Glaser 406 Capitolo 12 Le modalità di trasmissione del calore Introduzione La conduzione La conduttività termica La diffusività termica La convezione Irraggiamento Modalità simultanee di trasmissione del calore 421 Capitolo 13 La conduzione termica in regime stazionario La conduzione termica stazionaria nelle pareti piane Il concetto di resistenza termica La rete di resistenze termiche Le pareti piane multistrato La resistenza termica di contatto Le reti di resistenze termiche La conduzione termica in cilindri e sfere I cilindri e le sfere multistrato Il raggio critico di isolamento 452

7 XIII 13.6 La trasmissione di calore da superfici alettate Equazione dell aletta L efficienza dell aletta L efficacia dell alettatura La giusta lunghezza dell aletta La trasmissione di calore nelle configurazioni comuni 471 Capitolo 14 La conduzione termica in regime variabile 477 Capitolo scaricabile dal sito Capitolo 15 La convezione forzata esterna Il fenomeno fisico della convezione forzata Il numero di Nusselt La classificazione del moto dei fluidi Regioni di moto viscoso e regioni di moto non viscoso Flusso interno e flusso esterno Flusso comprimibile e flusso incomprimibile Flusso laminare e flusso turbolento Flusso naturale (o non forzato) e flusso forzato Moto stazionario e moto non stazionario Moti mono-, bi- e tri-dimensionali Lo strato limite di velocità Sforzo di taglio Lo strato limite di temperatura Numero di Prandtl I flussi turbolenti e laminari Il numero di Reynolds Resistenza e trasmissione del calore nel flusso esterno La resistenza di pressione e la resistenza d attrito La trasmissione del calore Il flusso parallelo su piastre piane Il coefficiente d attrito Il coefficiente di scambio termico La piastra piana con regione iniziale non riscaldata Il flusso termico uniforme Il flusso su cilindri e sfere Gli effetti della rugosità superficiale Il coefficiente di trasmissione del calore 507 Capitolo 16 La convezione forzata interna Introduzione La velocità media e la temperatura media Il flusso laminare e turbolento nei tubi La regione d ingresso Le lunghezze d ingresso L analisi termica generale Il flusso termico superficiale costante (q+spf = costante) La temperatura superficiale costante (T spf = costante) Il flusso laminare all interno di tubi 525

8 XIV Indice La caduta di pressione Il profilo di temperatura e il numero di Nusselt Il flusso superficiale costante La temperatura superficiale costante Il flusso laminare in tubi non circolari Il flusso laminare in sviluppo nella regione d ingresso Il flusso turbolento all interno di tubi Le superfici rugose Il flusso turbolento in sviluppo nella regione d ingresso Il flusso turbolento in tubi non circolari Il flusso in due tubi concentrici Il miglioramento dello scambio termico 539 Capitolo 17 La convezione naturale Il fenomeno fisico della convezione naturale L equazione del moto e il numero di Grashof Il numero di Grashof La convezione naturale su superfici Le piastre verticali (T s = costante) Le piastre verticali (q+s = costante) I cilindri verticali Le piastre inclinate Le piastre orizzontali I cilindri orizzontali e le sfere La convezione naturale su superfici alettate e circuiti stampati Il raffreddamento per convezione naturale di superfici alettate (T s = costante) Il raffreddamento per convezione naturale di una piastra per circuito stampato verticale (q+s = costante) Il flusso di massa attraverso lo spazio tra le piastre La convezione naturale all interno di cavità La conduttività termica effettiva Le cavità rettangolari orizzontali Le cavità rettangolari inclinate Le cavità verticali rettangolari I cilindri concentrici Le sfere concentriche Gli effetti combinati di convezione naturale e irraggiamento 566 Capitolo 18 La trasmissione di calore per irraggiamento Introduzione La radiazione termica La radiazione di un corpo nero Le proprietà radiative L emissività I coefficienti di assorbimento, riflessione e trasmissione La legge di Kirchhoff L effetto serra Il fattore di vista 591

9 XV Le relazioni tra fattori di vista I fattori di vista tra superfici infinitamente lunghe: il metodo delle corde incrociate La trasmissione di calore per irraggiamento: superfici nere La trasmissione di calore per irraggiamento: superfici grigie e diffondenti La radiosità La potenza termica netta trasmessa per irraggiamento a (o da) una superficie La potenza termica netta trasmessa tra due superfici generiche Risoluzione dei problemi sull irraggiamento La trasmissione di calore per irraggiamento in cavità con due superfici La trasmissione di calore per irraggiamento in cavità con tre superfici 611 Capitolo 19 Gli scambiatori di calore 619 Capitolo scaricabile dal sito Capitolo 20 Il raffreddamento delle apparecchiature elettroniche 621 Capitolo scaricabile dal sito Appendice A Tabelle delle proprietà e diagrammi Indice analitico Eserciziario A1 I1 E1