FONDAMENTI DI FISICA E MACCHINE

Modulo MECCANICA E MACCHINE

Conoscenza e comprensione

Al termine del corso lo studente possiederà le conoscenze di base della meccanica applicata, della termodinamica, della trasmissione del calore e delle macchine di interesse agroalimentare. Conoscerà le caratteristiche principali (potenza, rendimento, elementi per il dimensionamento) delle macchine come scambiatori di calore, macchine frigorifere, motori a combustione interna e pompe, nonché i processi di base necessari per la gestione dei sistemi energetici e produttivi.

 Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Lo studente sarà in grado di applicare le conoscenze acquisite per analizzare e valutare processi energetici e meccanici in contesti agroalimentari, dimensionare macchine semplici e calcolare prestazioni di base, utilizzare strumenti di calcolo per problemi applicativi e interpretare risultati numerici. Potrà inoltre comprendere le interazioni tra diverse macchine e sistemi, valutando efficienza e rendimento nei processi produttivi.

 Autonomia di giudizio

Lo studente svilupperà capacità critica nell’analisi dei processi produttivi e nel confronto tra valori teorici e dati misurati, sapendo identificare limiti, punti critici e possibili miglioramenti dei sistemi considerati. Sarà in grado di formulare giudizi autonomi sulla scelta delle soluzioni tecniche più appropriate, considerando gli aspetti ingegneristici e le prestazioni energetiche.

 Abilità comunicative

Lo studente sarà in grado di descrivere e discutere in maniera chiara e coerente problemi tecnici legati a meccanica, termodinamica e macchine agroalimentari, utilizzando un linguaggio tecnico-scientifico appropriato. Potrà comunicare i risultati di calcoli, analisi e valutazioni critiche sia in forma scritta sia orale, interagendo con docenti e colleghi.

 Capacità di apprendimento

Lo studente acquisirà un metodo di studio che gli consentirà di approfondire in autonomia le tematiche affrontate nel corso, aggiornando le proprie conoscenze sulle macchine e sui processi energetici del settore agroalimentare. Sarà in grado di integrare competenze già acquisite con nuove informazioni e strumenti, sviluppando un percorso formativo continuo.

L’insegnamento (6 CFU) prevede 21 ore di lezioni frontali e 42 ore di altre attività, prevalentemente esercitazioni numeriche guidate per la risoluzione di problemi di interesse pratico per la professione di tecnologo alimentare. Per lo svolgimento delle lezioni e delle esercitazioni si utilizzano prevalentemente presentazioni in PowerPoint.

Informazioni per studenti con disabilità e/o DSA

A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. E' possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del nostro Dipartimento, prof.ssa Anna De Angelis.

Per poter comprendere i contenuti dell’insegnamento, è indispensabile che lo studente possieda le conoscenze di base di fisica e matematica, normalmente acquisite nel corso delle scuole superiori.
 

Vivamente consigliata, ma non obbligatoria. La frequenza delle lezioni aiuta gli studenti ad applicare le conoscenze teoriche acquisite durante le lezioni alla risoluzione di problemi pratici inerenti la propria formazione professionale.

Il Sistema Internazionale di unità di misura: Grandezze fondamentali e derivate - Prefissi per multipli e sottomultipli decimali - Unità di misura delle principali grandezze fisiche di interesse per il corso.

Elementi di meccanica applicata: Classificazione delle macchine - Energia e Potenza meccanica - Forze agenti nelle macchine - Condizioni di equilibrio di un corpo rigido.

Rendimenti delle macchine: Definizione di rendimento - Rendimenti nei collegamenti in serie, in parallelo e in serie-parallelo.

Resistenze passive: Resistenza del mezzo - Attrito radente e volvente - Coefficienti di aderenza e d’attrito - Potenza dissipata per attrito - Cenni sui mezzi per ridurre l’attrito.

Sistemi per la trasmissione del moto: Rapporto di trasmissione - Cenni sui principali sistemi di trasmissionedel moto - Cenni sui sistemi per la regolazione del moto.

Termodinamica di base: Sistema termodinamico - Primo e secondo principio della termodinamica - Principali grandezze termodinamiche (calore, lavoro, energia interna, entalpia,
entropia).

Trasformazioni termodinamiche: Equazione di stato dei gas perfetti - Principali trasformazioni termodinamiche dei gas perfetti (isobare, isocore, isoterme, adiabatiche, politropiche) - Cicli termodinamici - Rendimento di un ciclo termodinamico - Diagrammi di sostanze pure nei cambiamenti di stato - Miscele di liquido e vapore - Titolo di un vapore.

Trasmissione del calore per conduzione: Postulato di Fourier - Conduzione in regime stazionario attraverso parete piana o cilindrica, semplice o composta - Resistenza termica di
conduzione - Profili di temperatura.

Trasmissione del calore per convezione: Legge di Newton - Coefficiente liminare - Conduzione e convezione attraverso parete piana o cilindrica, semplice o composta - Resistenza termica di convezione.

Trasmissione del calore per irraggiamento: Legge di Stephan-Boltzmann - Trasmissione fra schermi piani neri e/o grigi.

Scambiatori di calore: Tipologie costruttive e modalità di funzionamento - Scambiatori equicorrente e controcorrente - Bilancio energetico - Profili di temperatura - Dimensionamento.

Termodinamica dell’aria umida: Parametri fisici dell’aria umida (umidità specifica, relativa e assoluta, entalpia) - Diagramma di Mollier dell’aria umida.

Macchine frigorifere: Cicli inversi - COP di un ciclo inverso - Ciclo di Rankine inverso - Calcolo della potenza frigorifera teorica - Proprietà principali dei fluidi frigorigeni.

Motori a combustione interna: Cicli teorici Otto, Diesel e Sabathé - Parti fondamentali di un motore - Classificazione dei motori - Rendimenti - Differenze fra i cicli teorici ed effettivi - Curve caratteristiche dei motori (coppia, potenza, consumo specifico).

Pompe per il settore agroalimentare: Moto stazionario dei fluidi in condotta - Bilancio di massa e di energia - Perdite di carico - Calcolo della potenza di pompaggio - Classificazione delle pompe - Curve caratteristiche delle pompe.

Altre macchine di interesse per il settore agroalimentare: Cenni sul principio di funzionamento di compressori, centrifughe, decanter, macchine elettriche fondamentali.

Viene fornito dal docente tutto il materiale necessario per lo studio degli argomenti trattati in aula (dispense con la parte teorica e lucidi per lo svolgimento guidato degli esercizi). Inoltre sono consigliati i seguenti testi, fermo restando la libertà di consultare qualsiasi altro testo:

1. Anzalone G., Bassignana P., Brafa Musicoro G., Meccanica, macchine ed energia, Hoepli.

2. Çengel Y., Termodinamica e trasmissione del calore, Mc GrawHill.

L’esame finale consiste in due prove: una scritta obbligatoria e una orale facoltativa, quest’ultima accessibile solo dopo il superamento della prova scritta con un punteggio minimo di 18/30. L’esame scritto prevede domande a risposta multipla basate su conoscenze teoriche e/o sulla risoluzione di semplici esercizi numerici. Durante il corso saranno inoltre svolte due prove scritte in itinere, il cui esito sarà considerato nella valutazione finale. 

La votazione attribuita seguirà il seguente schema, anche sulla base degli esiti della prova scritta:

Non idoneo

Conoscenza e comprensione argomento: Importanti carenze. Significative imprecisioni.

Capacità di analisi e sintesi: Irrilevanti. Frequenti generalizzazioni. Incapacità di sintesi.

Utilizzo di referenze: Completamente inappropriato.

18-20

Conoscenza e comprensione argomento: A livello soglia. Imperfezioni evidenti.

Capacità di analisi e sintesi: Capacità appena sufficienti.

Utilizzo di referenze: Appena appropriato.

21-23

Conoscenza e comprensione argomento: Conoscenza routinaria.

Capacità di analisi e sintesi: Analisi e sintesi corrette, con capacità di argomentazione logica e coerente.

Utilizzo di referenze: Utilizzo di referenze standard.

24-26

Conoscenza e comprensione argomento: Buona.

Capacità di analisi e sintesi: Buone, con argomenti espressi coerentemente.

Utilizzo di referenze: Utilizzo di referenze standard.

27-29

Conoscenza e comprensione argomento: Più che buona.

Capacità di analisi e sintesi: Notevoli.

Utilizzo di referenze: Approfondite.

30-30L

Conoscenza e comprensione argomento: Ottima.

Capacità di analisi e sintesi: Notevoli.

Utilizzo di referenze: Importanti approfondimenti.

Tutto il materiale didattico (dispense con la parte teorica, lucidi utilizzati durante le lezioni, testi delle prove d'esame assegnate negli anni precedenti) è reso disponibile sulla
piattaforma STUDIUM. Gli argomenti più frequentemente richiesti in sede di colloquio orale riguardano:

Unità di misura SI di grandezze di interesse (energia, potenza, pressione)

Calcolo di rendimenti in macchine collegate in serie o in parallelo

Attrito e aderenza

Condizioni di equilibrio

Rapporto di trasmissione

Equazione di stato dei gas perfetti e calcolo del calore e del lavoro scambiati nelle principali trasformazioni termodinamiche

Modalità e leggi che governano la trasmissione del calore

Tipologie di scambiatori di calore e loro dimensionamento

Cicli termodinamici delle macchine frigorifere

Cicli termodinamici dei motori a combustione interna

Calcolo della potenza di pompaggio

Termodinamica dell’aria umida