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Ingegneria Biomedica L-9
Meccanica applicata alle macchine e fisica tecnica
| Settore scientifico disciplinare | Numero crediti formativi (CFU) | Docente |
| ING-IND/13 - ING-IND/10 (IIND-02/A - IIND-07/A) | 12 | Filippo Del Carro |
Risultati di apprendimento attesi
Al termine del corso di Fisica Tecnica e Meccanica applicata alle Macchine, lo studente di Ingegneria Biomedica sarà in grado di comprendere e applicare i principi fondamentali della termodinamica, della trasmissione del calore, della meccanica dei fluidi e della meccanica delle macchine ai sistemi e ai dispositivi biomedici. In particolare, saprà analizzare bilanci energetici e fluidodinamici, interpretare il funzionamento di macchine termiche, pompe, compressori e sistemi di climatizzazione, nonché valutare le prestazioni di apparecchiature biomedicali quali ventilatori polmonari, circuiti extracorporei, dispositivi di perfusione e sistemi di controllo termico. Lo studente acquisirà inoltre la capacità di utilizzare modelli matematici, diagrammi tecnici e strumenti di calcolo per risolvere problemi ingegneristici, interpretare dati sperimentali e valutare l’efficienza energetica e funzionale dei sistemi studiati. Tali competenze consentiranno di affrontare con metodo critico e quantitativo problematiche progettuali, operative e di innovazione tecnologica nel contesto dell’ingegneria biomedica.
Testi consigliati
- Termodinamica e trasmissione del calore 5ed. - Yunus A. Cengel, Giuliano Dall'O', Luca Sarto - ISBN: 9788838655630
-
Elementi di Fisica Tecnica per L'ingegneria 2ed - Michael J. Moran, Howard N. Shapiro, Daisie D. Boettner, Margaret B. Bailey, Bruce R. Munson, David P. DeWitt, Mauro A. Corticelli - ISBN: 9788838654961
-
Meccanica applicata alle Macchine - M. Callegari P. Fanghella F. Pellicano - ISBN: 978-8825174397
In ogni dispensa sono presenti dei testi di riferimento della singola lezione
Obiettivi Formativi
L’insegnamento di Fisica Tecnica e Meccanica Applicata alle Macchine ha l’obiettivo di fornire agli studenti del Corso di Laurea in Ingegneria Biomedica le conoscenze fondamentali per l’analisi dei fenomeni energetici, termodinamici e fluidodinamici, nonché dei principi della meccanica applicata ai sistemi ingegneristici. Al termine del corso, lo studente sarà in grado di comprendere il funzionamento delle principali macchine e degli impianti termofluidici, analizzandone le prestazioni energetiche e l’efficienza attraverso l’applicazione delle leggi della termodinamica, della trasmissione del calore e della meccanica dei fluidi. Saranno inoltre approfonditi i principi della meccanica applicata alle macchine, con particolare riferimento alla cinematica e alla dinamica dei sistemi meccanici, ai meccanismi di trasmissione del moto e alle macchine operatrici e motrici. Particolare attenzione sarà dedicata alle applicazioni in ambito biomedico, mettendo in relazione i modelli fisici con il funzionamento di dispositivi elettromedicali, sistemi di supporto vitale, circuiti extracorporei, pompe per infusione, ventilatori meccanici e apparati cardiovascolari. L’insegnamento mira inoltre a sviluppare la capacità di interpretare dati sperimentali, risolvere problemi ingegneristici mediante modelli matematici e utilizzare un linguaggio tecnico-scientifico appropriato, fornendo agli studenti gli strumenti necessari per affrontare con rigore le discipline caratterizzanti dell’ingegneria biomedica e le future attività professionali nel settore.
Modalità di accertamento dei risultati di apprendimento acquisiti dallo studente
I risultati di apprendimento degli studenti verranno accertati tramite un'esame finale, secondo le modalità decise dall'Ateneo.
Al termine di ogni lezione un quiz sugli argomenti trattati permette allo studente di valutare il proprio apprendimento. Una modalità simile è presente al termine delle lezioni sincrone, con un quiz di verifica finale per ogni modulo.
Ricevimento studenti
L'orario di ricevimento viene accordato tramite mail coi singoli studenti, secondo le disponibilità di professore e studente.
Modalit`à di esame
Propedeuticità
Prerequisiti
Programma del corso
Il corso è costituito dai seguenti moduli:
1 Introduzione alla Fisica Tecnica Industriale
2 Grandezze fisiche e unità di misura
3 Le proprietà di un sistema termodinamico
4 Sistemi chiusi e aperti e stati termodinamici
5 Energia, calore e lavoro
6 Il primo principio della termodinamica
7 Le proprietà delle sostanze pure
8 Le miscele di gas e gas-vapore
9 Condizionamento dell'aria
10 Il bilancio di energia per sistemi aperti
11 Il bilancio di energia per sistemi chiusi
12 Il secondo principio della termodinamica
13 Il ciclo di Carnot
14 Il ciclo inverso di Carnot
15 Entropia
16 Dispositivi a flusso stazionario
17 Equazione di Bernoulli
18 Perdite di carico ripartite
19 Perdite di carico concentrate
20 Pompe e ventilatori
21 Circuiti idraulici
22 Motori a combustione interna: ciclo Otto
23 Motori a combustione interna: ciclo Diesel
24 Motori a combustione interna: ciclo Brayton
25 Macchine a vapore: ciclo Rankine
26 Macchine termiche: esempi applicativi
27 Macchine frigorifere a compressione di vapore
28 Pompe di Calore
29 Introduzione alle macchine ad assorbimento
30 Macchine frigorifere: Esempi applicativi
31 Trasmissione di calore: energia termica e flusso di calore
32 Grandezze fisiche specifiche della trasmissione del calore
33 Trasmissione del calore: introduzione e panoramica generale
34 La conduzione pareti piane
35 Conduzione termica in regime stazionario nelle pareti multi strato
36 Conduzione esercizi
37 Convezione panoramica generale
38 Convezione naturale e forzata
39 Convezione esercizi
40 Irraggiamento
41 Irraggiamento esercizi
42 Fenomeni complessi
43 Applicazioni ingegneristiche: impianti
44 Applicazioni ingegneristiche: riscaldamento
45 Applicazioni ingegneristiche: condizionamento
Organizzazione Didattica
Risultati di apprendimento attesi
Al termine del corso di Fisica Tecnica e Meccanica applicata alle Macchine, lo studente di Ingegneria Biomedica sarà in grado di comprendere e applicare i principi fondamentali della termodinamica, della trasmissione del calore, della meccanica dei fluidi e della meccanica delle macchine ai sistemi e ai dispositivi biomedici. In particolare, saprà analizzare bilanci energetici e fluidodinamici, interpretare il funzionamento di macchine termiche, pompe, compressori e sistemi di climatizzazione, nonché valutare le prestazioni di apparecchiature biomedicali quali ventilatori polmonari, circuiti extracorporei, dispositivi di perfusione e sistemi di controllo termico. Lo studente acquisirà inoltre la capacità di utilizzare modelli matematici, diagrammi tecnici e strumenti di calcolo per risolvere problemi ingegneristici, interpretare dati sperimentali e valutare l’efficienza energetica e funzionale dei sistemi studiati. Tali competenze consentiranno di affrontare con metodo critico e quantitativo problematiche progettuali, operative e di innovazione tecnologica nel contesto dell’ingegneria biomedica.
Lezioni
Introduzione alla Fisica Tecnica Industriale
Grandezze fisiche e unità di misura
Le proprietà di un sistema termodinamico
Sistemi chiusi e aperti e stati termodinamici
Energia, calore e lavoro
Il primo principio della termodinamica
Le proprietà delle sostanze pure
Le miscele di gas e gas-vapore
Condizionamento dell'aria
Il bilancio di energia per sistemi aperti
Il bilancio di energia per sistemi chiusi
Il secondo principio della termodinamica
Il ciclo di Carnot
Il ciclo inverso di Carnot
Entropia
Dispositivi a flusso stazionario
Equazione di Bernoulli
Perdite di carico ripartite
Perdite di carico concentrate
Pompe e ventilatori
Circuiti idraulici
Motori a combustione interna: ciclo Otto
Motori a combustione interna: ciclo Diesel
Motori a combustione interna: ciclo Brayton
Macchine a vapore: ciclo Rankine
Macchine termiche: esempi applicativi
Macchine frigorifere a compressione di vapore
Pompe di Calore
Introduzione alle macchine ad assorbimento
Macchine frigorifere: Esempi applicativi
Trasmissione di calore: energia termica e flusso di calore
Grandezze fisiche specifiche della trasmissione del calore
Trasmissione del calore: introduzione e panoramica generale
La conduzione pareti piane
Conduzione termica in regime stazionario nelle pareti multi strato
Conduzione esercizi
Convezione panoramica generale
Convezione naturale e forzata
Convezione esercizi
Irraggiamento
Irraggiamento esercizi
Fenomeni complessi
Applicazioni ingegneristiche: impianti
Applicazioni ingegneristiche: riscaldamento
Applicazioni ingegneristiche: condizionamento
