PROGETTAZIONE E OTTIMIZZAZIONE DI COMPONENTI TERMICI INDUSTRIALI

iten
Codice
104814
ANNO ACCADEMICO
2021/2022
CFU
6 cfu al 2° anno di 9270 INGEGNERIA MECCANICA - ENERGIA E AERONAUTICA (LM-33) GENOVA
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE
ING-IND/10
SEDE
GENOVA (INGEGNERIA MECCANICA - ENERGIA E AERONAUTICA)
periodo
1° Semestre
moduli
Questo insegnamento è un modulo di:
materiale didattico

PRESENTAZIONE

Obiettivo dell’insegnamento è quello di fornire le competenze per la scelta, il dimensionamento e il calcolo della performance di numerose tipologie di organi di scambio termico presenti in sistemi ed impianti industriali e civili.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Obiettivo del modulo è quello di indicare le strategie sia per il dimensionamento sia per il calcolo delle prestazioni dei componenti di scambio termico. Per raggiungere tale obiettivo particolare cura sarà posta nel proporre esercitazioni finalizzate alla predisposizione di brevi relazioni sol lavoro svolto.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Al termine del corso lo studente avrà acquisito le competenze per la scelta, il dimensionamento e il calcolo della performance di numerose tipologie di organi di scambio termico presenti in  sistemi ed impianti industriali e civili. Oltre a nozioni teoriche di analisi e modellizzazione, lo studente avrà acquisito una preparazione tecnica che gli permetterà di cimentarsi nella progettazione di sistemi di scambio termico e nell’ottimizzazione delle prestazioni di scambiatori di calore in sistemi complessi.

Tali obiettivi saranno raggiunti con lezioni teoriche abbinate ad applicazioni numeriche svolte durante le esercitazioni, nonché attraverso seminari e visite didattiche in Aziende costruttrici di scambiatori di calore, finalizzate alla formazione ingegneristica industriale dello studente.

PREREQUISITI

Non sono previste propedeuticità per accedere all'esame finale. 

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni frontali ed esercitazioni anche con l'ausilio di un PC.

Attraverso il progetto di innovazione della didattica adottato dal Corso di Studio in Ingegneria Meccanica, saranno utilizzati strumenti innovativi atti ad un apprendimento attivo dello studente. Lo scopo è quello di accrescere le competenze degli studenti attraverso nuove metodologie di apprendimento, dall'e-learning al team work, attraverso esperienze che accrescano la partecipazione dello studente mediante un livello comunicativo più elevato e rendano lo studente più consapevole ed autonomo.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Classificazione degli scambiatori di calore; scambiatori equi e controcorrente: calcolo della differenza di temperatura media logaritmica e della trasmittanza. Efficienza e fattore d’attrito; correlazioni di scambio termico,  temperatura di parete.

Scambiatori a correnti incrociate: distribuzione di temperatura e scambio termico; correlazioni di scambio termico per tubazione singola e per fascio di tubi; calcolo delle perdite di carico; superfici alettate: efficienza di aletta e alettatura.

Scambiatori a fasci di tubi: differenza di temperatura media logaritmica effettiva, determinazione del fattore Ft, diaframmi longitudinali e trasversali. Calcolo del coefficiente di scambio mediante il metodo di Kern; calcolo delle perdite di carico; parti di uno scambiatore e metodi per limitare le tensioni differenziali; Calcolo delle prestazioni e dimensionamento; procedure di calcolo.

Scambiatori compatti: parametri geometrici; definizione della temperatura media dei fluidi; calcolo delle perdite di carico. Calcolo delle prestazioni. Numero unità termiche dei singoli fluidi in funzione dell’NTU globale; correlazione con le perdite di carico lungo lo scambiatore; determinazione della portata specifica di primo tentativo. Dimensionamento attraverso il calcolo della portata specifica di primo tentativo.

Scambiatori a piastre: tipologie ed applicazioni, parametri geometrici; problematica della mal distribuzione dei fluidi bifase.

Cenni al fenomeno del fouling.

Fondamenti sul trasferimento di massa; equazione di conservazione delle specie chimiche, legge di Fick, coefficiente di diffusione. Controdiffusione equimolare e diffusione attraverso un film stagnante. Coefficienti al trasferimento di massa; relazione tra i coefficienti di scambio termico e di massa. Temperatura al bulbo umido e temperatura di saturazione adiabatica.

Torri evaporative: classificazione, materiali di riempimento; portata di reintegro; analisi dei meccanismi di scambio, calcolo del NUD. Curva caratteristica della torre, calcolo delle condizioni di uscita dell’aria, dimensionamento; influenza delle condizioni di processo. Esercitazione numerica.

Condensazione di miscele di vapori: Influenza degli incondensabili sulla resistenza all'interfaccia; Calcolo di una miscela di un vapore condensante.

Condensatori evaporativi: generalità; diagramma di Mollier; evaporazione non adiabatica; valutazione grafica dei contributi di scambio termico; calcolo di un condensatore evaporativo; determinazione delle condizioni di uscita dell’aria e dell’acqua.

Rigeneratori: analisi dell’accumulo termico, rigeneratori a letto fisso e rotativi, rigeneratori per alte e per medio-basse temperature; equazioni differenziali per il fluido e per la matrice solida.

Teoria dei rigeneratori: adimensionalizzazione delle variabili indipendenti e delle temperature; efficienza equi e controcorrente. Conduzione longitudinale; resistenza termica; differenza di pressione; tempo di permanenza. Calcolo delle prestazioni di un rigeneratore rotativo.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

•             Termodinamica e trasmissione del calore. Y. A. Cengel; McGraw-Hill; ISBN 8838662037.

•             Heat Exchangers: Selection, Rating, and Thermal Design, Third Edition. Sadik Kakaç and Hongtan Liu; CRC Press; 3.ed 2012; ISBN 9781439849903.

•             Fundamentals of Heat Exchanger Design. Sekulic, Dusan P.; Shah, Ramesh K.; ISBN 9780471321712.

•             Heat exchangers. S. Kacaç, A.E. Bergles, F. Mayinger, Hemisphere Publishing Corporation.

•             Process heat transfer. D.Q. Kern, McGraw Hill.

•             Compact Heat Exchangers. W. M. Kays, A.L. London, Krieger Publishing Company, 1984, 3rd edition.

•             Heat transfer. A. Bejan,John Wiley & Sons, Inc.

•             Heat pipes: Theory, design and application, Edgar Miller, Willford Press, 2016

•             Design and technology of heat pipes for cooling and heat exchange, Calvin C. Silverstein, Taylor & Francis Group, 1992

•             The evaporation mechanism in the wick of copper heat pipes, Shwin-Chung Wong, Springer, 2014

•             Oscillating heat pipes,  Hongbin Ma, Springer, 2015

•             Heat Transfer Handbook, A.Bejan, A.D.Kraus, John Wiley & Sons, 2003

DOCENTI E COMMISSIONI

Ricevimento: Su appuntamento con il docente

Ricevimento: Su appuntamento (previo accordo con il docente).

Commissione d'esame

ANNALISA MARCHITTO (Presidente)

LEZIONI

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni frontali ed esercitazioni anche con l'ausilio di un PC.

Attraverso il progetto di innovazione della didattica adottato dal Corso di Studio in Ingegneria Meccanica, saranno utilizzati strumenti innovativi atti ad un apprendimento attivo dello studente. Lo scopo è quello di accrescere le competenze degli studenti attraverso nuove metodologie di apprendimento, dall'e-learning al team work, attraverso esperienze che accrescano la partecipazione dello studente mediante un livello comunicativo più elevato e rendano lo studente più consapevole ed autonomo.

Orari delle lezioni

L'orario di tutti gli insegnamenti è consultabile su EasyAcademy.

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L'esame consiste in un colloquio orale, preceduto dalla consegna delle esercitazioni e dei progetti proposti durante il corso, che sono oggetto di discussione durante il colloquio.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

Nell'esame, di tipo orale, previo superamento di una prova progettuale o scritta, viene approfondito un argomento specifico tra quelli trattati nel corso con in aggiunta una o più domande sintetiche su altri argomenti. L'obiettivo non è solo quello di verificare la preparazione dell'allievo (formulazione corretta di un determinato problema termotecnico e sua risoluzione anche con l'ausilio di dimostrazioni matematiche) ma anche quello di valutare la sua capacità di analisi critica e di ragionamento.

Calendario appelli

Data Ora Luogo Tipologia Note
11/01/2022 09:00 GENOVA Orale
14/02/2022 09:00 GENOVA Orale
21/06/2022 09:00 GENOVA Orale
18/07/2022 09:00 GENOVA Orale
31/08/2022 09:00 GENOVA Orale