ITALIANO

Contenuti principali del corso:
• Termodinamica applicata: concetti fondamentali della termodinamica e definizioni di base; termodinamica degli stati; Equazioni di bilancio per sistemi termodinamici e loro conseguenze; cicli termodinamici.
• Trasmissione del calore: conduzione, convezione e irraggiamento.
• Termodinamica dell’aria umida: concetti e definizioni base, proprietà e trasformazioni elementari; benessere termo - igrometrico.

Y. A. Cengel, Termodinamica e trasmissione del calore, 4a edizione, McGraw-Hill, 2016.
Dispense fornite dal docente.

Il corso si propone di fornire agli allievi le nozioni teoriche e pratiche per l’analisi di problemi riguardanti le interazioni energetiche per sistemi di particolare interesse biomedico.

Lo studente deve possedere conoscenze di base di Analisi Matematica (derivate, equazioni differenziali ordinarie lineari) e Fisica

Didattica tradizionale. Lezioni frontali ed esercitazioni numeriche.

Prova scritta e orale.

Il materiale didattico (slide e appunti del corso in formato PDF) è reso disponibile dal docente.

Termodinamica Applicata:
• Concetti e definizioni di base: sistema chiusi e aperti, ambiente, proprietà termodinamiche, stato termodinamico, equazione di stato, sostanza pura, fase, sistema semplice comprimibile; energia, lavoro, calore.

• Termodinamica degli stati: fasi delle sostanze pure, cambiamenti di fase, titolo, superfici e curve caratteristiche. Piani termodinamici (p,T), (p,v), (T,s), (h,s) e (p,h). Gas Ideali, equazioni di stato dei gas ideali, trasformazione adiabatica internamente reversibile, trasformazione politropica.
Calcolo delle proprietà termodinamiche dell’acqua: fase liquida, bifase liquido-aeriforme, vapore surriscaldato, diagrammi di Mollier (h-s) per l’acqua, diagramma (p-h) per i freon.

• Cicli termodinamici: cicli termodinamici diretti e cicli termodinamici inversi.

• Equazioni di bilancio per sistemi termodinamici e loro conseguenze: equazioni di bilancio di una grandezza estensiva, conservazione della massa per un sistema chiuso e per un sistema aperto, flusso monodimensionale, portata massica e volumetrica, bilancio di energia per un sistema chiuso e per un sistema aperto, entropia generalità, bilancio di entropia per un sistema chiuso e per un sistema aperto, equazione dell'energia meccanica.

• Trasmissione del calore:
Cenni sui meccanismi di trasmissione del calore; meccanismi di trasmissione del calore per conduzione, legge di Fourier per la conduzione termica, legge di Newton per convezione, le leggi fondamentali per il trasferimento di calore per irraggiamento; meccanismi serie e parallelo.

• Termodinamica dell’aria umida:
Proprietà termodinamiche dell'aria umida: legge di Dalton, entalpia specifica dell'aria secca e del vapore acqueo, umidità specifica e relativa, temperatura di rugiada, entalpia, volume specifico, temperature di bulbo asciutto e di bulbo bagnato, diagramma psicrometrico. Condizioni di benessere termo-igrometrico. Uso del diagramma psicrometrico per la valutazione degli stati termodinamici nei processi elementari.

Italian

Applied thermodynamics, heat transfer and air conditioning systems: basic concepts and definitions; thermodynamic states; governing equations for thermodynamic systems; components of thermal plants; psychometric chart and elementary transformations; principle of heat transfer: conduction, radiation and convection; Thermodynamics of moist air.

Y. A. Cengel, Termodinamica e trasmissione del calore, 4a edizione, McGraw-Hill, 2016.
Lecture notes.

The course aims to provide students with both theoretical and practical knowledge for the analysis of problems related to energy interactions in systems of biomedical interest.

The student must have foundational knowledge of Mathematical Analysis, including derivatives and linear ordinary differential equations, as well as the fundamental principles of Physics.

Traditional: lectures and exercises.

Written and oral exam

The slides and PDF notes will be provided by the teacher.

Applied Thermodynamics
• Basic Concepts and Definitions: system and environment, closed and open systems, thermodynamic properties, thermodynamic state, equation of state, pure substances, phases, simple compressible systems; energy forms, mechanical work, energy transfer by heat.
• Thermodynamics of States: Properties of pure substances. Phases of pure substances. Phase-change processes of pure substances. Compressed liquid and saturated liquid. saturated vapor and superheated vapor. Property diagrams for phase-change processes. Thermodynamic diagrams: (T,v) (p,T), (p,v), (T,s), (h,s), and (p,h). The P-v-T Surface of a pure substance. Saturated Liquid and saturated Vapor States. Saturated liquid-vapor mixture. Superheated Vapor and Mollier diagram for water. Compressed liquids and solids. Gas: ideal gases, the ideal-gas equations of state, compressibility factor. Internally reversible adiabatic transformation, polytropic transformation.
• Balance Equations for Thermodynamic Systems: balance equation of extensive properties, energy conservation for closed systems and open systems, steady state, one-dimensional flow, mass and volumetric flow rates, general energy conservation equation, energy conservation equation for a closed system and an open system, introduction on entropy balance, entropy balance for a closed system and for an open system, mechanical energy equation.
I and II Gibbs equation, closed systems: volume variation work, open systems: mechanical energy equation. Direct and inverse cycles, refrigeration and heat pump cycles.

• Components of Thermal Systems: Ducts, general overview of fluid machines, steam and gas turbines, pumps, compressors, boilers, heat exchangers, valves.

• Air-Water Vapor Mixture Properties (Psychrometrics)
Thermodynamic properties of moist air: Dalton's law, specific enthalpy of dry air and water vapor, specific and relative humidity, dew temperature, enthalpy, specific volume, adiabatic saturation temperature, dry bulb and wet bulb temperatures, psychrometric diagram.
Elementary transformation: simple heating and cooling, adiabatic mixing, cooling and dehumidification, heating and humidification, adiabatic humidification.

• Heat Transfer: Overview of heat transfer mechanisms; heat conduction, Fourier’s law of heat conduction, Newton’s law of cooling for convection, fundamental laws governing radiative heat transfer; series and parallel mechanisms.