Corso su Temperatura, Pressione e Calore

Lezione 1 • Natura del calore e della temperatura

Distingue il calore come trasferimento di energia dalla temperatura come proprietà scalare. Ancora tutte le successive analisi termiche a un inquadramento concettuale corretto.

Lezione 2 • Stati della materia e comportamento di fase

Esamina gli stati solido, liquido, gassoso e plasma e come l'energia termica guidi le transizioni di fase. Prepara gli studenti a interpretare i diagrammi di fase introdotti più avanti.

Lezione 3 • Scale di temperatura e conversioni

Tratta le scale Celsius, Fahrenheit, Kelvin e Rankine e le loro formule di interconversione. Sviluppa la fluidità numerica necessaria per tutto il lavoro quantitativo successivo.

Lezione 4 • Unità, dimensioni e misurazione

Stabilisce i sistemi di unità SI e imperiali per le grandezze termiche e introduce l'incertezza di misura. Garantisce la coerenza dimensionale in tutti i calcoli.

Lezione 1 • Terzo principio e zero assoluto

Afferma che l'entropia tende a un minimo al tendere della temperatura allo zero assoluto. Chiarisce perché lo zero assoluto sia irraggiungibile nella pratica.

Lezione 2 • Principio zero ed equilibrio termico

Spiega l'equilibrio termico e la proprietà transitiva che definisce la misura della temperatura. Stabilisce la base logica per tutti i termometri.

Lezione 3 • Processi e cicli termodinamici

Classifica i processi isotermi, adiabatici, isobarici e isocori e li rappresenta su diagrammi P-V. Prepara gli studenti all'analisi dei cicli nei capitoli successivi.

Lezione 4 • Primo principio: conservazione dell'energia

Presenta l'energia interna, il lavoro e il calore come componenti dell'equazione di bilancio energetico. Gli studenti calcolano le variazioni di energia in sistemi chiusi e aperti.

Lezione 1 • Radiazione: legge di Stefan-Boltzmann

Spiega la trasmissione del calore per radiazione usando emissività, assorbività e la legge di Stefan-Boltzmann. Affronta la radiazione in contesti industriali ad alta temperatura.

Lezione 2 • Conduzione: legge di Fourier

Deriva la legge di Fourier e la applica a pareti piane, cilindri e materiali compositi. Introduce la conducibilità termica come proprietà del materiale.

Lezione 3 • Convezione: legge di Newton del raffreddamento

Introduce i coefficienti di scambio termico convettivo e la legge di Newton del raffreddamento per convezione forzata e naturale. Collega il moto del fluido ai tassi di rimozione del calore.

Lezione 4 • Resistenza termica e isolamento

Modella il flusso di calore attraverso materiali stratificati usando reti di resistenze termiche. Consente agli studenti di progettare e valutare sistemi di isolamento.

Lezione 1 • Forze su superfici immerse

Calcola le forze idrostatiche risultanti e le posizioni del centro di pressione su superfici piane e curve. Supporta l'analisi strutturale di serbatoi e paratoie.

Lezione 2 • Distribuzione della pressione idrostatica

Deriva l'equazione idrostatica e la applica alla variazione della pressione con la profondità. Stabilisce la relazione pressione-profondità utilizzata nella progettazione dei recipienti.

Lezione 3 • Manometria e misura della pressione

Tratta manometri a U, inclinati e differenziali per misurare pressioni manometriche e differenziali. Collega i dispositivi di misura al monitoraggio di processo.

Lezione 4 • Spinta di galleggiamento e principio di Archimede

Applica il principio di Archimede ai corpi galleggianti e immersi e all'analisi di stabilità. Pertinente al galleggiamento delle apparecchiature e al rilevamento del livello di liquido.

Lezione 1 • Calori specifici ed entalpia

Definisce i calori specifici a pressione costante e a volume costante e il loro rapporto gamma. Consente il calcolo dell'entalpia e dell'energia interna per i gas.

Lezione 2 • Tabelle del vapore e consultazione delle proprietà

Guida gli studenti attraverso le tabelle del vapore saturo e surriscaldato per estrarre le proprietà termodinamiche. Supporta direttamente l'analisi di caldaie e turbine.

Lezione 3 • Comportamento dei gas reali ed equazioni di stato

Introduce il fattore di comprimibilità Z e le equazioni di van der Waals e di Peng-Robinson. Quantifica le deviazioni dal comportamento ideale ad alta pressione o bassa temperatura.

Lezione 4 • Diagrammi di fase e punti critici

Interpreta i diagrammi P-T e P-v, inclusi i punti tripli e i punti critici. Consente la previsione dello stato di fase in qualsiasi condizione data.

Lezione 1 • Cicli di refrigerazione e a pompa di calore

Applica l'analisi del ciclo a compressione di vapore alle configurazioni di refrigerazione e pompa di calore. Gli studenti calcolano il COP e identificano opportunità di miglioramento delle prestazioni.

Lezione 2 • Sistemi di combustione e forni

Tratta la combustione stechiometrica, l'eccesso d'aria e i calcoli del calore rilasciato nei forni. Collega la chimica dei combustibili alla potenza termica nel riscaldamento industriale.

Lezione 3 • Caldaie e generazione di vapore

Esamina i progetti di caldaie a tubi di fumo e a tubi d'acqua e le loro equazioni di bilancio energetico. Collega la generazione di vapore al riscaldamento industriale e alle applicazioni di potenza.

Lezione 4 • Scambiatori di calore: progettazione e analisi

Tratta scambiatori a fascio tubiero, a piastre e a doppio tubo usando i metodi LMTD e NTU. Gli studenti dimensionano gli scambiatori per carichi termici specificati.

Lezione 1 • Gestione delle sollecitazioni termiche e della dilatazione

Quantifica la dilatazione termica in tubazioni e recipienti e introduce giunti e lira di dilatazione. Previene il cedimento strutturale dovuto a dilatazione termica vincolata.

Lezione 2 • Scarico di pressione e protezione da sovrapressione

Tratta il dimensionamento di valvole di sicurezza, dischi di rottura e valvole di scarico per scenari di sovrapressione. Assicura che gli studenti possano specificare dispositivi di protezione per sistemi di processo.

Lezione 3 • Principi di progettazione dei recipienti a pressione

Introduce le sollecitazioni circonferenziali e longitudinali e i calcoli dello spessore di parete per recipienti cilindrici. Fornisce la base strutturale per una progettazione sicura dei recipienti.

Lezione 4 • Perdita di carico e flusso nelle tubazioni

Applica le equazioni di Darcy-Weisbach e di Hazen-Williams per calcolare la perdita di carico nelle reti di tubazioni. Collega il progetto idraulico alla gestione della pressione di sistema.

Lezione 1 • Transitori dinamici di pressione

Modella il colpo d'ariete, i picchi di pressione e la dinamica dei sistemi di scarico nelle reti di tubazioni. Prepara gli studenti a prevenire e mitigare i danni da transitori di pressione.

Lezione 2 • Flusso bifase ed ebollizione

Analizza i regimi di flusso, la frazione di vuoto e lo scambio termico nei sistemi bifase. Fondamentale per la generazione di vapore, la refrigerazione e le apparecchiature di processo chimico.

Lezione 3 • Conduzione termica transitoria

Applica i metodi della capacità concentrata e dei diagrammi di Heisler a problemi di conduzione dipendenti dal tempo. Affronta scenari di avviamento, spegnimento e shock termico.

Lezione 4 • Ottimizzazione energetica del sistema

Applica l'analisi pinch e i metodi exergetici per identificare e ridurre le perdite di energia nei sistemi termici. Favorisce miglioramenti dell'efficienza nelle operazioni industriali.