SCHEDA DATI PER OFFERTA FORMATIVA PUBBLICA DI CUI AL PUNTO 1.2 DELLA CIRCOLARE MINISTERIALE N 187 DELL 11 GIUGNO 2008 Insegnamento:

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1 SCHEDA DATI PER OFFERTA FORMATIVA PUBBLICA DI CUI AL PUNTO 1.2 DELLA CIRCOLARE MINISTERIALE N 187 DELL 11 GIUGNO 2008 Insegnamento: Fisica Tecnica Modulo di: Fisica Tecnica Docente titolare: Prof. Paolo Giuseppe MURA Qualifica Professore ordinario ING-IND/11 SSD di appartenenza Dipartimento di ingegneria Civile, Ambientale ed Architettura Struttura di afferenza Telefono murapg@unica.it su appuntamento Orario di ricevimento Sito web docente Curriculum scientifico Svolge l'attività di ricerca nei settori della Termotecnica, Fluodinamica, Energetica, dell'acustica tecnica ed Illuminotecnica; degli Impianti di Climatizzazione con particolare riguardo all'uso delle fonti di Energia rinnovabili ed al risparmio di Energia delle fonti convenzionali, nei settori degli impianti a pompa di calore e impianti speciali. E' attualmente professore Ordinario di Fisica Tecnica presso la Facoltà d'ingegneria dell'università di Cagliari e tiene anche le lezioni del corso di Impianti Termotecnici e di Energetica. E' stato presidente del Corso di Laurea specialistica in Ingegneria Energetica. Ha lavorato come responsabile scientifico su convenzioni di ricerca con enti pubblici quali Enel, Regione Sardegna, e con industrie private del nord Italia quali Climaveneta, De' Longhi, Elettrolux. 11) Baccoli R., Carlini U., Mariotti S., Innamorati R., Solinas E., Mura P. (2010). Graybox and adaptative dynamic neural network identification models to infer the steady state efficiency of solar thermal collectors starting from the transient condition. Solar energy, vol. 84; p , ISSN: X, doi: /j.solener ) Baccoli R., Mura P.G., Carlini U., Innamorati R., Mariotti S., (2010). Energy analysis of a geothermal heat pump air conditioning system for regions with mild climates. In: Rehva congress Clima 2010 sustainable energy use in buildings. Antalya, 9 12 May 2010, ISBN ) Mura P.G., Carlini U., Innamorati R., Mariotti S., Baccoli R., (2010 ) Methodology to measure the thermal conductance of the elements of the buildings. Metrological analysis of the operations on the materials placed in work and in the laboratory: Energia per lo sviluppo sostenibile. Cagliari, 13-17/09/10, vol. 1, ISBN/ISSN: ) Mura P.G., Carlini U., Innamorati R., Mariotti S., Baccoli R., (2010 ) A Mathematical model based on discrete fourier transform for the thermodynamics analysis and applications of geothermal heat pump system in mild climate regions: Energia per lo sviluppo sostenibile. Cagliari, 13-17/09/10, vol. 1, ISBN/ISSN: ) Mura P.G., Baccoli R., Carlini U., Innamorati R., Mariotti S (2007). Methodologies for Energy certification of buildings. In: Methodologies for Energy certification of buildings - Internat.

2 Contenuto schematico del corso di insegnamento Obiettivi formativi e risultati attesi (secondo i descrittori di Dublino) Congress- Climamed 2007 Energy; climate and indoor comfort in Mediterranean countries Genova Italy September 5th through 7th Genova, 05/09/07, Milano: aicarr, vol. 1, p , ISBN/ISSN: Elementi di Fluidodinamica sperimentale, Teoria della Radiazione termica e della trasmissione del calore in presenza di diverse modalità di scambio, Applicazioni dei principi della Termodinamica ai sistemi con e senza deflusso. Macchine Termiche Motrici e Frigorifere. Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscere le grandezze che definiscono e influenzano un sistema termodinamico complesso. Conoscere le leggi della radiazione termica, della trasmissione del calore e gli effetti termodinamici legati alla loro interazione con i corpi. Conoscere gli elementi della fluidodinamica sperimentale dei flussi liberi e dei flussi confinati come parte integrante dell inquadramento termodinamico. Conoscere i concetti di base che permettono di valutare le efficienze e le prestazioni energetiche dei sistemi per la conversione dell energia in tutte le sue forme Conoscenza e capacità di comprensione applicate: saper formulare l Inquadramento Termodinamico dei sistemi nelle condizioni di scambio di calore, di radiazione termica, lavoro e massa come conseguenza dell applicazione dei principi della termodinamica. Saper formulare i bilanci di energia massa e materia dei sistemi termodinamici. Saper valutare le efficienze di conversione dei sistemi termodinamici complessi. Saper dimensionare i materiali in relazione alle loro proprietà termotecniche per ottenere specifiche condizioni termodinamiche nell ambito della trasmissione del calore e della radiazione termica in regime stazionario e monodimensionale. Autonomia di giudizio: sviluppare la capacità di valutare criticamente i risultati dell applicazione delle leggi della trasmissione del calore, della radiazione termica e dei principi della termodinamica ai sistemi in grado di scambiare energia e massa. Abilità comunicative: capacità di esprimere chiaramente concetti tecnici. Capacità di apprendere: saper integrare le conoscenze da varie fonti al fine di conseguire una visione ampia delle problematiche connesse allo studio dei sistemi termodinamici Articolazione del corso FLUIDODINAMICA SPERIMENTALE (teoria 5 ore Esercitazioni 3) Definizioni elementari Regime laminare e turbolento Strato limite dinamico Viscosità Fluidi newtoniani e non newtoniani Tensioni in un fluido in moto. Casi semplici di moto laminare, Moto isotermo di fluidi in condotti: equazioni integrali. Perdite di carico (cadute di pressione irreversibili) Fattore di attrito Diagramma di Moody Condotti convergenti e divergenti Cadute di pressione nelle lunghe condotte e cadute di pressione localizzate. Applicazioni (3 ore) TERMODINAMICA (teoria 6 ore, esercitazioni 1 ora ) Scopo e contenuti della Termodinamica, coordinate termodinamiche - Termodinamica fenomenologica o Termodinamica razionale? Definizione di sistema termodinamico Definizione di processo termodinamico Caratteristiche termodinamiche del sistema e della superficie di controllo- entità di scambio: massa, Lavoro, Calore e Radiazione. Sistemi termodinamici semplici e complessi Equilibrio

3 termico, principio zero della Termodinamica. Definizione empirica della Temperatura. Leggi sperimentali dei gas Temperatura del termometro a gas. Temperatura di gas ideale definizione razionale della Temperatura, nuova termometria Definizione di "stato termodinamico" come stato di equilibrio termodinamico. Coordinate termodinamiche generalizzate Sostanza pura (sistema monocomponente polifase) Definizione e proprietà del gas ideale Condizioni di equilibrio termodinamico tra l'ambiente circostante ed il sistema in studio Calore e Radiazione Termica (teoria 8 ore esercitazioni 4 ore) Definizione del Calore, Capacità Termica e Calore specifico Principio di conservazione del Calore Il fenomeno della trasmissione del Calore e la Termodinamica. Le modalità di trasmissione del calore. Fondamenti della trasmissione del calore per conduzione. La legge di Fourier per la conduzione interna. Conduzione monodimensionale in regime permanente. Il. Fondamenti della Trasmissione del Calore per convezione. Il coefficiente di trasmissione del calore per convezione. Meccanismo di trasporto dell'energia e fluidodinamica, concetti fondamentali dello strato limite termico. Convezione Libera e Forzata. Analisi dimensionale, teorema di Buckingham Radiazione termica. L'irraggiamento termico del corpo nero, la legge di Plank, legge di Wien. Intensità di radiazione, superfici Lambertiane. Caratteristiche di irraggiamento delle superfici reali, emissività, riflettività assorbitività, e trasmissività monocromatica e totale. Il problema dello scambio termico per irraggiamento tra superfici nere e superfici grigie. L'analogia elettrica con il metodo dei fattori di vista. L'irraggiamento solare, temperatura di equilibrio di una superficie esposta al sole sulla superficie terrestre. L'approssimazione mediante legge lineare dello scambio termico per irraggiamento. Parete opaca esposta all'irraggiamento solare. Meccanismi combinati di scambio termico (conduzione convezione e irraggiamento), Analogia tra flusso termico e flusso elettrico LA CONTEMPORANEA PRESENZA DI DIVERSE MODALITÀ DI SCAMBIO Il Coefficiente globale di scambio termico. Applicazioni caso della parete piana omogenea, della struttura composta, del cilindro cavo, della dissipazione termica nelle linee elettriche: il Raggio Critico. IL PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA PER SISTEMI SENZA DEFLUSSO (teoria 8 ore esercitazioni 4 ore) Lavoro significativo ai fini termodinamici Lavoro adiabatico ed Energia Interna Conversione del Lavoro in Calore Equivalenza della Radiazione termica e del Lavoro

4 Estensione del primo principio della termodinamica alla radiazione termica Principio generale di conservazione dell'energia, conclusione generale Espressioni particolari del 1 Principio La grandezza fisica: Entalpia Proprietà termodinamiche dei calori specifici cp e cv Equazioni del 1 principio per processi quasi statici Calcolo degli scambi di Calore e di Lavoro per sistemi pvt Esercitazione: dal diagramma (p, v) al (p, h) Proprietà dell Energia Interna di un gas ideale Espressioni del 1 P-d-T per un gas ideale Calcolo degli scambi di Calore e di Lavoro, variazione di Energia interna ed Entalpia per un gas ideale processo isotermo Processo adiabatico q. s. processo isovolumico processo isòbaro Equazione del processo politropico La superficie p,v,t per una sostanza pura, Diaqgamma di stato dell acqua. Applicazioni: captatore solare termico, Lavoro di compressione, confronto tra diversi processi politropici processo di compressione para-isotermo TERMODINAMICA DEI sistemi aperti (teoria 3 ore esercitazioni 2 ore) Equazione del 1 Principio della Termodinamica per i fluosistemi Confronto tra l uso del metodo dei sistemi chiusi e il metodo dei fluosistemi Applicazione del primo principio per fluosistemi ai principali processi: Scambiatori di calore espansore, ugello, diffusore, laminazione. CONVERSIONE DEL CALORE IN LAVORO 2 PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA MACCHINE TERMICHE MOTRICI E FRIGORIFERE (teoria 6 ore esercitazioni 2 ore) Premessa storica Processo di conversione del Calore in Lavoro la macchina monotermica ideale La macchina bi-termica ideale Macchina di Carnot Enunciato del 2 principio della Termodinamica nella forma fenomenologica. (secondo Kelvin Planck). la macchina termica ed il principio economico Analisi di una macchina mono-termica e bi-termica a gas ideale. macchine termiche reali che approssimano la macchina bitermica ideale. Macchina motrice a ciclo Stirling Macchina motrice a ciclo Rankine Diversi tipi di macchine termiche ideali Esercitazioni altre macchine termiche e termochimiche Enunciato del 2 Principio della Termodinamica secondo Clausius Equivalenza dei due enunciati del 2 P. d. T. Analisi termodinamica della reversibilità dei processi alla luce del 2 P. d. T La Macchina termica motrice reversibile Macchine termiche frigorifere

5 Funzione frigorifera Funzione pompa di Calore Macchina frigorifera a ciclo Rankine inverso Effetto Joule-Kelvin nella laminazione di un fluido TEOREMI CARDINALI TEMPERATURA TERMODINAMICA EXERGIA ESPRESSIONE MATEMATICA DEL 2 PRINCIPIO PIA- NI TERMODINAMICI (teoria 6 ore esercitazioni 2 ore) Il teorema di Carnot Conseguenze del teorema di Carnot Definizione della Temperatura termodinamica Misura di T (temperatura Termodinamica); significato di T=0 K Il Terzo Principio della Termodinamica nella forma dell irraggiungibilità Il concetto di exergia. L'equazione della exergia analisi exergetica di un processo Teorema di Clausius; istituzione della funzione di stato Entropia Equazioni del 1 e 2 Principio; equazioni di Gibbs 1^ e 2^ equazione di Gibbs per un gas ideale calcolo della variazione di entropia nei processi non reversibili bilancio di entropia del sistema complessivo isolato flusso di entropia produzione di entropia nei processi irreversibili, espressione generale del secondo principio della termodinamica DIAGRAMMI TERMODINAMICI DI USUALE IMPIEGO IN TER- MOTECNICA Diagramma (T,s,), Diagramma (h,s), Diagramma Entalpia (p,h), Diagramma (T,h), Propedeuticità Anno di corso e semestre Testi di riferimento Attività di supporto alla didattica (tutoraggio) Modalità di erogazione dell insegnamento Sede Modalità di frequenza Metodi di valutazione Dati statistici Calendario prove d esame Data inizio e di termine dell attività Organizzazione della Operazioni di derivazione e di integrazione, operazione di differenziazione. È consigliato aver superato i seguenti esami: Matematica 1, Matematica 2, Fisica. "Fondamenti di termodinamica per ingegneri" M.W Zemansky M.M. Abbott H.C. Van Hess Zanichelli "Lezioni di Fisica Tecnica" Paolo Giuseppe Mura Cuec editore "Principi di trasmissione del calore" Frank Kreith Liguori Editore "Termodinamica Applicata" Lino Mattarolo Cleup editrice Obbligatoria Prova scritta e orale Dati da inserire in futuro quando saranno disponibili. I riferimenti saranno i

6 didattica Eventuali attività di supporto alla didattica seguenti: un credito 25 ore, di cui 15 di studio e 10 di attività frontale. Le 10 ore di attività frontale saranno divise in 7 ore di lezioni e 3 di esercitazione assistita. Un assegnista di ricerca in Fisica Tecnica con curriculum in Fisica Tecnica collabora alle attività didattiche di supporto mediante assistenza durante le esercitazioni e disponibilità ad incontri con studenti previo appuntamento. La Presidenza inserirà i dati relativi ad eventuali tutor, una volta assegnati e stabiliti gli orari