Corso di TermoFluidodinamica Applicata (9 CFU) - A/A 2012/2013

Corsi di Laurea Magistrale in Ing. Meccanica e Ing. Meccanica dell'Industria Alimentare

1°Anno L.M., 2° Ciclo

Orario: Giovedi', 9.30-12.30, aula D e Venerdi' 10.30-13.30, aula I

ATTENZIONE!
Nell'A/A 2013-2014 la titolarità del corso passa alla prof.ssa Sara Rainieri, ed il corso si svolge al I° Ciclo.
Gli studenti dei precedenti anni accademici possono dare l'esame col prof. Farina solo fino alla chiusura della 4a sessione del precedente anno accademico 2012/2013 (cioè sino al 28 febbraio 2014), poi dovranno farlo unicamente con la nuova docente del corso.

docente: prof. Angelo Farina

E-MAIL: [email protected]

Internet: http://pcfarina.eng.unipr.it/ oppure http://www.angelofarina.it/

Ricevimento studenti: Venerdì, dalle 10.30 alle 12.30 - palazzina 7 (sconsigliato: meglio la posta elettronica)

Telefono: 0521 905854 (risponditore telefonico) (sconsigliato)

Fax: 0521 905705 (me li recapitano solo dopo 2-3 giorni)

Contenuti

Programma del Corso di TermoFluidodinamica Applicata (9 CFU)

  • Trasporto di materia. Legge di Fick. Coefficiente di diffusione di materia. Equazione di conservazione per una singola specie chimica in miscele binarie. Forma adimensionale dell'equazione. Il numero di Schmidt. Numero di Sherwood. Strato limite di concentrazione. La diffusione del vapore nelle pareti multistrato - condensazione interstiziale (diagramma di Glaser)
  • Analogia tra trasporto di energia, materia e quantita' di moto. Analogia di Reynolds. Analogia di Chilton-Colburn.  Simultaneo trasporto di materia ed energia. Raffreddamento evaporativo. Processo di saturazione adiabatica. Teoria e pratica dello psicrometro. Il diagramma psicrometrico.
  • Convezione. Generalita' sullo scambio termico per convezione. Le equazioni di strato limite. Convezione forzata. Flusso esterno. Lastra piana con deflusso parallelo. Deflusso trasversale su superfici cilindriche e sferiche. Deflusso trasversale su banchi di tubi.
  • Flusso interno. Regione di ingresso e moto laminare completamente sviluppato. Il bilancio dell'energia per le condizioni al contorno di flusso uniforme alla parete e di temperatura di parete uniforme. Correlazioni di convezione per il moto laminare nei condotti. Moto turbolento completamente sviluppato. Correlazioni. Condotti a sezione non circolare. 
  • Incremento dello scambio termico. Le tecniche di incremento dello scambio termico. Tecniche passive ed attive. Vantaggi dell'incremento dello scambio termico. Superfici alettate. Tubi con alettatura longitudinale ed elicoidale.
  • Scambiatori di calore. Generalita' e classificazione. Coefficiente globale di scambio termico. Effetto dello sporcamento della superficie. Differenza di temperatura medio logaritmica: scambiatori a correnti parallele e non parallele. Metodo dell'efficienza e del numero di unita' di trasporto (NTU). Scambiatori compatti.
  • Reologia. Classificazione dei fluidi: puramente viscosi, viscoelastici e dipendenti dal tempo. Modelli reologici. Fludi non Newtoniani: modello di Bingham e a legge di potenza. Determinazione dei parametri reologici mediante reometro a tubo capillare. Fluidi verificanti la legge di potenza in moto entro condotti. Profilo di velocita'. Numero di Reynolds generalizzato. Fattore di attrito in regime laminare. Regime turbolento. Relazione di Dodge e Metzner. Scambio termico convettivo in regime laminare e turbolento.
  • Scambio termico in ebollizione e condensazione. Raggruppamenti adimensionali nell'ebollizione e nella condensazione. Regimi di ebollizione: ebollizione di massa, ebollizione in convezione forzata, ebollizione sottoraffreddata e satura. Modalita' di ebollizione di massa: in convezione naturale, nucleata, regime di transizione, a film. Correlazione di Rhosenow. Flusso critico. Flusso minimo. Ebollizione in convezione forzata. Condensazione superficiale. Condensazione a film e condensazione a gocce. Condensazione a film laminare su lastra piana verticale, soluzione di Nusselt, numero di Reynolds per la condensazione a film: regime di transizione, regime turbolento numero di Nusselt modificato. Condensazione a film su sistemi radiali. Condensazione a gocce.
  • Il problema dei transitori termici e fluidodinamici: soluzioni analitiche e soluzioni numeriche.
  • Applicazioni tecniche nell'industria alimentare: apparecchiature per l'essicazione, il congelamento, la concentrazione di sostanze alimentari. Esempi impiantistici.
  • Esercitazioni in laboratorio informatico sulle tecniche di simulazione numerica dello scambio termico, utilizzando sia codice realizzato dagli studenti in Excel (eserc. n. 1), sia il programma "general purpose" COMSOL (eserc. n. 2).
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Modalita' d'esame

L'esame consiste tipicamente di due fasi:

Al contrario di altri esami, non e' richiesto di mostrare di ricordare a memoria formule complicate: occorre invece dimostrare di padroneggiare bene le definizioni delle grandezze fisiche e le loro unita' di misura, di aver compreso le legge fisiche fondamentali (non di averne semplicemente imparato a memoria l'enunciato), e di saper ragionare nell'impostazione di problemi diversi da quelli illustrati a lezione.

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Date Ufficiali degli Appelli d'Esame

Data

Giorno

Ora

Luogo

11/02/2013

 Lunedi'

9.00

 Aula B

01/03/2013

 Venerdi'

9.00

 Aula B

08/04/2013

 Lunedi'

9.00

 Aula 3

01/07/2013

Lunedi'

9.00

Aula 8

12/07/2013

Venerdi'

9.00

Aula 8

26/07/2013

Venerdi'

9.00

Aula 8

13/09/2013

Venerdi'

9.00

Aula A

24/09/2013

Venerdi'

9.00

Aula B1

31/01/2014

Venerdi'

9.00

Aula B1

14/02/2014

Venerdi'

9.00

Aula A1

28/02/2014

Venerdi'

9.00

Aula L

Nota: per gli appelli della 4a sessione A/A 2012/2013 (gennaio-febbraio 2014) occorre iscriversi tramite il portale Iscrizionet, avendo cura di selezionare gli appelli dell'A/A 2012-2013. Selezionando il corrente anno accademico 2013-2014, compaiono invece gli appelli della prof.ssa Rainieri.

Esami in orario di ricevimento

Gli studenti possono chiedere al docente di sostenere l'esame anche in date diverse da quelle "ufficiali" su indicate, concordando data e luogo dell'esame tramite E-mail.

Questo è possibile in qualunque momento dell'anno, con esclusione del mese di Agosto, delle vacanze di Natale e di Pasqua.

In particolare la regola generale e' quella di presentarsi agli esami "fuori appello" durante l'orario di ricevimento, anche se e' sempre opportuno preavvisare via E-mail. Spetta agli studenti interessati verificare che sia loro consentito sostenere l'esame in tali date "non ufficiali": se poi risulta che non era consentito, la segreteria annulla l'esame, che deve essere ripetuto....

Per maggiore chiarezza: chi fa l'esame "fuori appello" in un giorno di ricevimento ha l'immediata verbalizzazione dell'esame svolto. Pertanto occorre verificare di poter fare l'esame nella data in cui esso effettivamente si svolge. Per nessun motivo si lascera' la verbalizzazione "in sospeso" sino alla successiva sessione di esami. Chi non e' autorizzato a fare l'esame in una certa data, ovviamente non lo puo' fare in tale data. Non ho fatto io queste regole che impediscono di fare esami in certi periodi dell'anno; esse sono state fatte per motivi presumibilmente buoni, per cui non c'e' alcun motivo di aggirare queste regole. Se esse sono ritenute inappropriate, basta chiedere al Dipartimento di cambiarle, anziche' tempestare il sottoscritto di improprie richieste di aggiramento delle stesse...

Pertanto gli studenti sono vivamente pregati di non avanzare richieste di "verbalizzazione differita" di alcun tipo !!!

Iscrizione agli esami

L'iscrizione all'esame (appelli ufficiali) va fatta attraverso Internet, tramite l'apposito server:

https://iscrizionet.unipr.it/iscrizionet.cgi

Informatizzazione delle dispense

Nel 2010 e’ stata realizzata per la prima volta, con la collaborazione degli studenti, una raccolta di dispense informatizzata, consultabile via Internet su questo sito. Esse costituiscono un valido supporto per la preparazione dell'esame, e dovrebbero evitare la spesa di acquistare libri, manuali e tabelle. Si rammenta tuttavia che il docente non puo' assumersi alcuna responsabilita' in merito ad omissioni o inesattezze in esse contenute.

Le DISPENSE (A/A 2009/2010) sono rese consultabili direttamente via rete, anche se si sconsiglia l'uso delle stesse, in quanto affette da numerosi e gravi errori. Come spiegato nel seguito, ne esistono versioni più recenti e migliori.

Nell'A/A 2012/2013 viene nuovamente organizzata la raccolta delle dispense delle lezioni redatte dagli studenti. Ovviamente in questo caso si tratta piu' che altro di una revisione e correzione delle "vecchie" dispense di cui sopra. All'inizio di ogni lezione (blocco di 3h) il docente chiede alla classe chi si offre di redigere la dipensa "del giorno". Solitamente basta 1 solo studnete per dispensa, tuttavia in alcuni casi si hanno "copie" di studenti che la redigono assieme.

Si consiglia agli studenti di organizzarsi e pianificare la copertura del corso, come da calendario, in modo che per ciascuna lezione ci sia sempre qualcuno disponibile e presente alla redazione della dispensa.

Si tratta di una attività volta primariamente a favore dei propri colleghi studenti. Ciononostante, viene elargito agli studenti che si impegnano in tale attività un "premio" che va da 1 a 5 punti, che possono venire sommati al punteggio guadagnato con la prova scritta e con la prova orale in sede di esame. Ovviamente il punteggio viene assegnato dal docente in funzione della qualità della dispensa prodotta, valutando sia i contenuti, sia anche gli aspetti grafici, di impaginazione, di supporto mediante immagini, di reperimento di dati accessori (tabelle, grafici, etc.).

Per la corretta impaginazione e formattazione delle dispense, sono disponibili dettagliate istruzioni ed è possibile scaricare una file DOT (Document Template) che imposta già correttamente gli stili per Microsoft Word (anche se ovviamente è possibile usare qualunque altro Word processor in grado di produrre un normale documento in formato .DOC)

ISTRUZIONI

Le "nuove" dispense redatte quest'anno vengono man mano caricate sulla pagina web contenente il calendario delle lezioni dell'A/A 2012/213, le registrazioni audio-video delle lezioni, e le "vecchie" dispense nella loro versione più aggiornata, parzialmente già corretta dal docente durante le lezioni:

Elenco progressivo delle lezioni svolte nell' A.A. 2012/2013

Registrazioni Audio-Video

A partire dall' A/A 2010/2011, viene realizzata la registrazione audio/video delle lezioni, in formato AVI, grazie al programma Open Source CamStudio.

I seguenti link portano all'elenco di tali registrazioni per gli A/A 2010/2011, 2011/2012 e 2012/2013 (quest'ultimo aggiornato man mano che le lezioni stesse vengono effettuate):

Elenco progressivo delle lezioni svolte nell' A.A. 2010/2011

Elenco progressivo delle lezioni svolte nell' A.A. 2011/2012

Elenco progressivo delle lezioni svolte nell' A.A. 2012/2013

Le registrazioni consentono di fruire delle lezioni anche a chi non era presente in aula (sebbene la presenza in aula sia sempre didatticamente superiore all'ascolto della registrazione, diciamo che l'utilizzo della registrazione deve essere visto come un "piano B", e si consiglia sempre agli studenti di frequentare "di persona" le lezioni in aula - dalla registrazione vengono infatti a mancare alcuni elementi di trasmissione dell'informazione, quali la visione della bocca del parlatore, o il linguaggio del corpo, la mimica facciale, etc., che contribuiscono al trasferimento dell'informazione stessa).

Statisticamente, che NON frequenta le lezioni in aula prende, in media, 4-5 punti in meno rispetto a chi segue le lezioni in classe.

Inoltre le registrazioni costituiscono un valido supporto didattico agli studenti con D.S.A. (dislessia, etc.), ipovedenti, agli studenti lavoratori, o comunque a chi trova difficolta' di utilizzo del tradizionale materiale cartaceo. A questo fine, comunque, si rammenta che le dispense on-line di cui al capitolo precedente possono essere utilizzate con idonei software "compensativi", quali sintesi vocale, lettura "karaoke", etc., trattandosi di documenti editabili e liberamente convertibili in altri formati.

Nota: nell'elenco sono anche linkate le versioni delle "vecchie" dispense on-line utilizzate mediante videoproiettore durante le lezioni stesse: si tratta di files in formato Word che hanno subito modifiche durante le lezioni, con correzioni di errori, aggiunta di formule e di disegni, evidenziazione delle parti importanti. Per la preparazione dell'esame, si consiglia pertanto di utilizzare questa versione corretta delle dispense on-line, anziche' quella originale dell'AA 2009/2010 linkata piu' sopra.

Ancor meglio, ovviamente, sarà l'utilizzo delle "nuove" dispense, che verranno progressivamente caricate anch'esse sulla pagina web suddetta, man mano che gli studenti dell'A/A 2012-2013 le rendereanno disponibili.

Materiale didattico online

Il materiale didattico relativo al corso (fogli Excel, tabelle, grafici, vecchie dispense, etc.) utilizzato durante le lezioni e' disponibile nella area "Public" di questo sito web: http://pcfarina.eng.unipr.it/Public/Termofluidodinamica/ - Si consiglia di scaricare soprattutto i fogli Excel contenenti gli esercizi svolti in aula.

Testi raccomandati/consigliati

F. KREITH:  “Principi di trasmissione del calore” - Liguori Editore, Napoli, 1975

F. P. Incropera, D.P. DeWitt:  "Fundamentals of Heat and Mass Trasfer" - John Wiley & Sons, 6th ed., New York, 2006.

Inoltre, una estesa raccolta di tabelle e grafici utili allo svolgimento della parte scritta dell'esame (esercizio con calcolatrice) può esser scaricata dal sito Web dell'Università di Genova:

TABELLE_fta.pdf

Contatti

Per favore comunicate con me preferenzialmente via E-Mail per ogni necessita' di chiarimenti o per suggerimenti. Trovarmi al telefono e' pressoche' impossibile, in quanto non sono quasi mai in ufficio. Passo il mio tempo migliore in qualche laboratorio, o a fare esperimenti "sul campo". Anche sugli orari ufficiali di ricevimento non si deve fare troppo affidamento, perche' spesso sono via in missione. Meglio prendere appuntamento via E-mail....

Per la preparazione dell'esame, e' consigliabile venire ad assistere nell'appello precedente a quello in cui si vuole sostenere l'esame.

Copyright © Angelo Farina - riproduzione vietata senza autorizzazione.
Ultima revisione: 25/02/14