Università degli Studi di Roma "Tor Vergata"

Il metodo scientifico. Elementi e composti. Formule chimiche. Bilanciamento delle reazioni chimiche. Cenni di nomenclatura chimica. Calcoli stechiometrici.
Le principali classi di reazioni chimiche (sintesi, dissociazione, precipitazione, neutralizzazione, combustione ossidoriduzione).
Teoria atomica. Particelle subatomiche. Isotopi. Teoria quantistica. Dualismo onda-particella. Numeri quantici. Orbitali atomici. Principio di esclusione e massima molteplicità. Strutture elettroniche degli atomi. Il sistema periodico e le proprietà periodiche.
Legame chimico. Proprietà generali. Legame ionico e covalente. Teoria del legame di valenza: ibridazione e risonanza. Determinazione delle strutture molecolari in base al principio della repulsione delle coppie elettroniche del guscio di valenza (VSEPR).
Teoria degli orbitali molecolari (LCAO-MO). Diagrammi dell’energia degli OM per molecole biatomiche omo- ed eteronucleari del I e II periodo.
Interazioni dipolari. Legame idrogeno. Legame metallico. struttura e conducibilità.
Stato solido. Solidi cristallini e amorfi. Cristalli metallici. Cristalli ionici ed energia reticolare. Isolanti e semiconduttori. Cristalli liquidi.
Lo stato gassoso. Leggi dei gas ideali. Equazione di stato dei gas ideali i. Legge di Dalton. Gas reali: equazione di van der Waals.
Primo principio della termodinamica. Funzioni di stato: Energia Interna ed Entalpia. Termochimica. Legge di Hess.
Secondo e terzo principio della termodinamica. Funzioni di stato Entropia ed Energia Libera. Criteri di equilibrio e di spontaneità. Energia libera molare: attività e stati standard.
Tensione di Vapore. Equazione di Clapeyron.
Soluzioni: Equilibri di fase in sistemi ad un componente e a due componenti: regola delle fasi. Diagrammi di stato. Distillazione frazionata.
Proprietà colligative per soluzioni ideali.
Equilibrio chimico: Principio di Le Chatelier. Costante di equilibrio. La legge di azione di massa. Equilibri di dissociazione gassosa.
Sistemi elettrolitici: equilibri di dissociazione elettrolitica, conducibilità elettrica. Proprietà colligative di soluzioni di elettroliti. Elettroliti poco solubili: prodotto di solubilità.
Equilibri acido-base. Autoionizzazione dell’acqua: pH. Acidi e basi monoprotici e poliprotici. Soluzioni tampone. Indicatori. Titolazioni. Solubilità in funzione del pH.
Cinetica chimica: velocità delle reazioni chimiche, energie di attivazione, catalisi.
Sistemi ossidoriduttivi: potenziali elettrodici. Pile: equazione di Nernst. Elettrolisi: legge di Faraday; ordine di scarica nei processi elettrodici.
Applicazioni elettrochimiche: pile a combustibile, accumulatori. Corrosione dei metalli

B. Crociani: Appunti di Chimica, Ed. Aracne (Roma)
P. Silvestroni - Fondamenti di Chimica
R. Breschi, A. Massagli, Stechiometria, Edizioni ETS

Metodo scientifico.
Cinematica del punto materiale.
Moti relativi.
Leggi di Newton.
Oscillatore armonico semplice, smorzato e forzato.
Dinamica nei sistemi non inerziali.
Lavoro, energia, potenza.
Forze centrali.
Momenti ed equilibrio dei momenti.
Dinamica dei sistemi di punti materiali.
Statica e dinamica dei corpi rigidi.
Termologia.
1° principio della termodinamica.
2° principio della termodinamica, entropia, probabilità.
Teoria cinetica dei gas, statistiche.
Energie libere di Gibbs ed Helmholtz.
Onde elastiche.
Princ. Huygens, riflessione e rifrazione.
Statica e dinamica dei fluidi.

Focardi, Massa, Uguzzoni, "Fisica Generale", Casa Editrice Ambrosiana
Mazzoldi, Nigro, Voci, "Elementi di Fisica", Edises
Resnick, Halliday, Krane, "Fisica 1", Casa Editrice Ambrosiona

Serie numeriche

Definizione e proprietà elementari
Serie a termini non negativi
Criteri di convergenza (confronto, radice, rapporto)
Serie numeriche e integrali impropri
Convergenza assoluta
Serie a termini di segno qualsiasi, criterio di Leibniz

Successioni e serie di funzioni

Convergenza puntuale e uniforme di successioni di funzioni
Scambio di limiti con la derivata e l'integrale
Serie di potenze
Raggio di convergenza e criteri per determinarlo
Derivazione e integrazione per serie
Serie di Taylor, funzioni analitiche
Serie di Fourier e applicazioni alla risoluzione di problemi differenziali

Calcolo differenziale per funzioni vettoriali

Matrice jacobiana
Rotore e divergenza di campi vettoriali, proprietà
Massimi e minimi liberi
Matrice hessiana, condizioni per la determinazione di estremi liberi
Estremi vincolati, moltiplicatori di Lagrange (cenni)

Integrali multipli secondo Riemann

Definizione di integrale multiplo secondo Riemann
Calcolo dell'integrale mediante le formule di riduzione
Insiemi misurabili secondo Peano-Jordan
Insiemi di misura nulla e integrabilità di funzioni generalmente continue
Integrazione di funzioni continue su domini semplici
Cambio di variabili nell'integrale
Coordinate cilindriche e polari nello spazio

Curve e campi vettoriali

Curve nel piano e nello spazio: definizioni e proprietà
Curve regolari, retta tangente
Lunghezza di una curva, ascissa curvilinea
Integrali curvilinei di funzioni e di campi vettoriali
Campi vettoriali conservativi e irrotazionali, potenziale
Il teorema di Gauss-Green e della divergenza nel piano

Funzioni di variabile complessa

Funzioni olomorfe, esempi e proprietà
Sviluppo in serie di potenze
Punti singolari, serie di Laurent
Formula di Cauchy
Il teorema dei residui e sue applicazioni

Trasformata di Laplace

Trasformata di Laplace, definizione ed esempi (es. funzione Gamma, funzione impulso etc)
Proprieta' della trasformata: linearita', olomorfia, teoremi del valore iniziale e finale, smorzamento, similitudine e ritardo.
Convoluzione e trasformata di integrali e derivate.
Trasformata di funzioni periodiche.
Antitrasformata di Laplace: teorema di unicita', teorema dei residui, antitrasformazione per serie.
Applicazione della trasformata di Laplace alla soluzione di equazioni differenziali ordinarie lineari con termine forzante discontinuo o impulsivo.
Trasformata di Fourier e applicazioni alla risoluzione di problemi differenziali (cenni)

R. A. Adams, Calcolo Differenziale 2, Casa Ed. Ambrosiana
M. Bramanti, C. D. Pagani, S. Salsa, Matematica + 2 Eserciziari, Zanichelli
M. Bertsch, R. Dal Passo, Giacomelli, Elementi di Analisi Matematica, McGraw-Hill
B. P. Demidovic, Esercizi e problemi di Analisi Matematica, Editori Riuniti (solo esercizi)

Termodinamica

Il Sistema Internazionale (SI). La Scienza Termodinamica. Il principio zero della termodinamica. Il primo principio della termodinamica per sistemi chiusi e aperti. Il secondo principio della termodinamica. I sistemi tecnici. Le sostanze. I cicli tecnici.

Termofluidodinamica

L’equazione di conservazione della massa. La legge di conservazione dell’energia: l’equazione di Bernoulli generalizzata. Moto esterno e interno a superfici: caratterizzazione dei regimi di moto e analisi delle perdite di carico in condotte in pressione.

Termocinetica

Trasmissione del calore e termodinamica. Modalità di trasmissione del calore. Leggi fondamentali. Unità di misura e dimensioni. Conduzione in regime permanente. Conduzione in regime non permanente. Irraggiamento dei corpi neri e grigi. Convezione naturale e forzata.

Cenni sul trasporto di massa.

Applicazioni

Termometria: termometro a gas e a resistenza, pirometro ottico. Tubi di Pitot e Venturi. Problema del “camino”. Il metanodotto. Gli ugelli. Scambiatori di calore: condensatori e vaporizzatori.

Dispense fornite dal docente;
F. Gori, Lezioni di Termodinamica, TEXMAT;
F. Kreith, Principi di trasmissione del calore, Liguori Editore;
F. Gori, S. Corasaniti, I. Petracci, Lezioni di Termofluidodinamica, TEXMAT;
F. Gori, S. Corasaniti, Fisica Tecnica Esercitazioni, TEXMAT.

1) Termofluidodinamica delle macchine Il principio della conservazione e dell’equivalenza: il 1° Principio della Termodinamica. Il Principio dell’Evoluzione e le irreversibilità: il 2° Principio della Termodinamica. L’equazione dell’energia in termini termodinamici e meccanici. Proprietà dei fluidi tecnici. Le trasformazioni dei fluidi tecnici: lavoro scambiato, rendimento e potenza nelle fasi di compressione ed espansione. Elementi di fluidodinamica applicata allo studio delle macchine: efflusso di fluidi comprimibili e incomprimibili nei condotti, le equazioni cardinali dell’efflusso, espressione termo-fluidodinamica dell’equazione dell’energia, scambio di lavoro fluido-macchina.

2) Le macchine a fluido Generalità e classificazione delle macchine a fluido. Principi di funzionamento delle macchine dinamiche e volumetriche. Le macchine dinamiche: macchine motrici (turbine idrauliche e a fluido comprimibile) ed operatrici (pompe e compressori). Elementi di macchine volumetriche operatrici (pompe e compressori alternativi e rotativi).

3) Le apparecchiature di scambio termico Elementi di scambio termico: conduzione, convezione e irraggiamento. Equazioni cardinali degli scambiatori di calore a superficie. Principali configurazioni costruttive degli scambiatori di calore.

M. Gambini M. Vellini, ''Appunti per le lezioni di Macchine'', TEXMAT 2008.

Fluidi tecnici

Proprietà termofisiche dei fluidi agenti nelle macchine (gas, miscele di gas, gas umidi e saturi, prodotti di combustione, liquidi, vapori) e correlazioni per il loro utilizzo nel calcolo delle macchine a fluido, dei sistemi di conversione dell'energia e delle relative apparecchiature di scambio termico.

Turbomacchine

Turbomacchine motrici ed operatrici: triangoli di velocità, lavoro di stadio, grado di reazione; elementi di dimensionamento; architettura di macchine multistadio e problematiche di progetto.

Turbine a vapore

Stadio ad azione (ruota Curtis e Rateau) e a reazione, profili delle palettature, confronto tra i rendimenti di stadio; criterio del vortice libero nella progettazione delle pale svergolate; equilibramento della spinta assiale, tenute a labirinto; layout di macchina, determinazione del numero degli stadi; linea di espansione e rendimento.

Turbine a gas

Layout di un impianto di turbina a gas, caratteristiche e configurazione del compressore e dell'espansore.

Turbine idrauliche e centrali idroelettriche

Turbine idrauliche ad azione e a reazione: turbine Pelton, Francis, Kaplan; funzione del diffusore nelle turbine a reazione; cavitazione nelle turbine idrauliche; centrali idroelettriche; impianti idraulici di accumulazione dell'energia.

Motori alternativi a combustione interna

Classificazione; cicli termodinamici e cicli di lavoro ideali e reali; potenza utile, rendimenti, coefficiente di riempimento e parametri caratteristici delle prestazioni; alimentazione dell'aria e del combustibile nei motori a quattro tempi; curve caratteristiche; accoppiamento del motore all'utilizzatore (propulsione, generazione di energia elettrica); emissioni inquinanti.

Dispense fornite dal docente (rese disponibili su DidatticaWeb)
R. della Volpe, Macchine, Liguori Editore, Napoli, 2011.

Per approfondimenti:

Proprietà dei fluidi e termodinamica di base
A. Bejan, Advanced engineering thermodynamics, John Wiley And Sons Ltd, New York, 2006.
M.J. Moran et al., Fundamentals of Engineering Thermodynamics, John Wiley & Sons Inc., 2010.
Turbomacchine
R.I. Lewis, Turbomachinery Performance Analysis, Butterworth-Heinemann, Oxford (UK), 1996.
A.S. Rangwala, Turbo-Machinery Dynamics, McGraw-Hill Professional, 2005.
Motori alternativi a combustione interna
G. Ferrari, Internal Combustion Engines, Progetto Leonardo, 2011.
R. Stone, Introduction to Internal Combustion Engines, Palgrave Macmillan, 2012

Circuiti lineari, permanenti, a costanti concentrate.
Le leggi di Kirchhoff.
Topologia dei circuiti.
Analisi di circuiti semplici del dominio del tempo.
Il metodo della trasformata di Laplace.
Analisi in regime permanente.
Metodi dei Fasori.
Sistemi trifase.
Cenni di Macchine elettriche.
Trasformatori.
Circuiti risonanti.
Funzioni di rete.
Stabilità dei circuiti.
Normalizzazione.
Rappresentazione di reti due porte.
Matrici di rappresentazione.
Trasformazioni circuitali ed equivalenze.
Impianti elettrici.
Sicurezza elettrica.

Dispense fornite dal docente

Resistenza dei materiali in presenza di sollecitazioni statiche. Parametri che influenzano la resistenza statica.

Resistenza dei materiali in presenza di sollecitazioni di fatica. Parametri che influenzano la resistenza a fatica. Concentrazioni di tensione. Cumulo di fatica. Stati multi assiali.

Elementi di macchine monodimensionali e relativi accessori. Progetto e verifica di perni, assi e alberi. Chiavette, linguette, profili scanalati.

Supporti. Cuscinetti volventi. Calcolo della durata. Cuscinetti a strisciamento. Lubrificazione. Progetto dimensionale e verifica termica.

Filettature, tipologie, modalità di calcolo.

Criteri e metodi di quotatura.

Quotatura funzionale, lavorazione e collaudo.

Cenni alle principali lavorazioni meccaniche.

Tolleranze dimensionali e sistema ISO.

Tolleranze geometriche.

Cenni nell'applicazione delle tolleranza nella progettazione industriale.

non disponibili

1 Generalità sui fluidi: Definizione di fluido, fluidi come sistemi continui, sforzi nei fluidi, viscosità. Grandezze e unità di misura, comprimibilità, equazioni di stato e grandezze termodinamiche.

2 Statica e cinematica dei fluidi: Equilibrio di fluidi in quiete comprimibili ed incomprimibili, principio di Archimede e legge di Stevino, atmosfera standard (cenni sui misuratori di pressione). Descrizione Lagrangiana ed Euleriana, derivata materiale. Linee di corrente, traiettorie e `streaklines'.

3 Dinamica dei fluidi ed equazioni di conservazione: Concetto di sistema e volume di controllo, teorema del trasporto di Reynolds, equazione di conservazione della massa equazione di bilancio della quantità di moto, equazione di conservazione dell'energia (forme integrali e differenziali)

4 Soluzioni esatte delle equazioni di Navier-Stokes: Soluzioni piane: flusso tra lastre piane e parallele, flusso di Couette piano. Soluzione di Hagen-Poiseuille per condotti a sezione cilindrica.

5 Equazione di Bernoulli: Equazione di Bernoulli e sue applicazioni. (tubo di Venturi, tubo di Pitot).

6 Strato limite: Fenomenologia dello strato limite, equazioni di Prandtl, equazione integrale dello strato limite. Concetto di separazione, perdita di carico.

7 Forze fluidodinamiche e similitudini: Forze e coefficienti di forza, resistenza di attrito e di forma, teorema di Buckingham, analisi dimensionale e similitudine dinamica. Perdite di carico concentrate e distribuite.

Dispense fornite dal docente

Proprieta dell'acqua, formazione e composizione delle acque naturali, Durezza temporanea e permanente, alcalinita, Acque incrostanti e aggressive, Indice di Langelier. Trattamenti delle acque: Sedimentazione, Flocculazione, Coagulazione, Filtrazione, Degasazione Ossidazione, Addolcimento, Scambio ionico, Desalinazione per distillazione, multi stage flash, osmosi inversa, termocompressione. Specifiche delle acque per caldaia.

La combustione, Potere calorifico, aria teorica di combustione, Temperatura teorica di combustione, temperatura di ignizione, limiti di infiammabilita, rendimento della combustione. Combustibili solidi. Tipologie di carbone, distillazione del carbone, gassificazione del carbone, tipologie di gasogeni, equilibrio di Boudouard. I cicli combinati (IGCC). Combustibili liquidi. Composizione del petrolio, distillazione frazionata, reforming, cracking, alchilazione. Tipologie di carburanti: benzine, cherosene, gasolio. Combustibili gassosi: metano. Cenni di energie alternative e rinnovabili.

Dispense fornite dal docente