FISICA TECNICA E IMPIANTI

Fornire le metodologie di base per l’impostazione dei bilanci energetici dei sistemi termodinamici.

Conoscenza e capacità di utilizo delle grandezze fisiche che si utilizzano nei processi energetici.

Conoscenza dei principali cicli termodinamici.

Capacità di appllicare le equzioni per il calcolo del trasferimento di calore e di massa .

Conoscenza dei principali trattamenti dell’aria negli impianti di climitazzione.

Conoscenze di base per la valutazione della proprietà termofisiche dell'involucro edilizio.

Identificare le correlazioni inerenti i fenomeni fisici studiati e le loro applicazioni nel campo del risparmio energetico, della sostenibilità ambientale e il benessere globale degli occupant​i.

Conoscenza delle grandezze caratterizzanti l’acustica architettonica.

L'obiettivo del corso è quello di fornire le competenze che costituiscono la base per una progettazione consapevole alle problematiche legate all’energia ed all’ambiente.

L'insegnamento prevede l'alternanza fra lezioni teoriche ed esercitazioni applicative sugli argomenti presentati in aula.

Per ciascuno degli argomenti trattati in via teorica saranno proposte degli esercizi con lo scopo di raggiungere la capacità di applicare i concetti teorici a casi reali.

L'allievo deve avere conoscenza delle principali grandezze fisiche e delle loro unità di misura nonchè dei concetti fondamentali dell'analisi matematica e della fisica.

La frequenza delle lezioni è obbligatoria

FONDAMENTI DI TERMODINAMICA

a) Il sistema Termodinamico

Sistema Internazionale (Tab.CNR-UNI 10003) - Sis.Tecnico e Anglosassone. Definizioni e misurabilità dell’energia interna. Il calore come modalità di scambio energetico. Il primo principio

della termodinamica in forma estesa.

b) Stati d’equilibrio.

Grandezze di stato fisico e di percorso. Grandezze intensive ed estensive. Dipendenza del lavoro e del calore dal tipo di trasformazione termodinamica. I postulati entropici. Proprietà della relazione fondamentale. Processi reversibili e irreversibili. Trasformazioni quasi statiche. Equazione di Gibbs.

Il secondo principio della termodinamica (enunciati di Clausius e Kelvin).

c) Il gas ideale

Equazioni di stato. Calori specifici a P e V costanti. Le trasformazioni a T, P, V costanti. La trasformazione adiabatica quasistatica. Entropia di un gas perfetto. Cenni sul comportamento dei gas reali.

d) I diagrammi di stato fisico.

I diagrammi (p-T), (p-v), (T-s). Vapore d’acqua. Principali trasformazioni del vapore d’acqua.

Titolo di vapore. Il diagramma di MOLLIER (h-s) per il vapore d’acqua.

e) Cicli diretti e inversi .

Processi e trasformazioni cicliche. Cicli diretti a vapore (Rankine e Hirn), Turbine a gas e cicli Joule-Bryton. Il ciclo frigorifero. Rendimenti isoentropici. Cicli frigoriferi ad assorbimento. Applicazioni impiantistiche.

f) L’aria umida.

Le grandezze fondamentali. Diagrammi psicrometrici per l’aria umida. Le trasformazioni dell’aria umida. Temperatura di saturazione e temperatura di rugiada. Condizionamento estivo e invernale

TRASMISSIONE DEL CALORE E CENNI DI FLUIDODINAMICA

g) Trasmissione del calore per conduzione : Il postulato di Fourier. Il bilancio energetico in regime stazionario nel caso a simmetria piana. La lastra piana; le pareti piane multistrato (con e senza generazione di potenza termica). Metodo dell’analogia elettrica. Il bilancio energetico nel caso di simmetria cilindrica. Il tubo isolato. Analogia elettrica. Il raggio critico. La conduzione in regime variabile: numero di Biot; metodo delle capacità concentrate.

h) cenni di fluidodinamica: . Flussi interni ed esterni. Il moto dei fluidi nei condotti. Numero di Reynolds. Regimi di movimento di un liquido in un condotto (regimi: laminare, turbolento e di transizione). Fattore d’attrito. Sforzo tangenziale. Coefficienti di viscosità dinamica e cinematica. Profili di velocità)

i) Trasmissione del calore per convezione: strato limite: flusso esterno e flusso interno a superfici. Ipotesi dello strato limite.

l) Convezione forzata: Gruppi adimensionali per la convezione forzata e parametri di similitudine. Gruppi adimensionali per la convezione naturale. Cenni all’analisi adimensionale.

Correlazioni adimensionali sperimentali per la convezione termica forzata per le principali configurazioni di scambio termico all’esterno di superfici e all’interno di condotti.

m)Convezione naturale:

Considerazioni generali. Equazioni costitutive per la convezione naturale. Ipotesi di Boussinesque. Convezione naturale in spazi aperti.

n) Trasmissione del calore per irraggiamento

Potere emissivo. Irradiazione. Grandezze monocromatiche e complessive. Il corpo nero: leggi di Planck, Stefan-Boltzmann, Wien. I coefficienti d’assorbimento, riflessione, trasmissione ed emissione. Legge di Kirchhoff. Il corpo grigio. Scambio di calore fra corpi neri: il fattore di forma. Schermi antiradianti.

ENERGETICA E IMPIANTI TECNICI

o) Cenni di combustione. Generatori di calore. Reti di distribuzione idronica. Perdite di carico continue e localizzate.

p) Calcolo coefficieciente di trasmissione per gli infissi.Proprietà dei vetri

q) prestazioni delle pompe di calore nel riscaldamento degli edifici

ACUSTICA

p) Elementi d’Acustica architettonica

Principali grandezze acustiche. Leggi di propagazione delle onde sonore. Livello sonoro equivalente. Analisi spettrale. Materiali e strutture fonoassorbenti. Requisiti acustici passivi degli edifici.

TESTI CONSIGLIATI:

• Termodinamica e trasmissione del calore CENGEL YUNUS A. - McGraw-Hill
• Elementi di Fisica Tecnica per l’ingegneria Michael J. Moran et al. McGraw-Hill
• Trasmissione del Calore. Bonacina A., Cavallini A. , Mattarolo L., CLEUP Padova
• Manuale di Acustica Applicata, Spagnolo R., Utet
• La progettazione degli impianti di climatizzazione negli edifici –EPC Magrini Anna Magnani Lorenza -
• Dispense del Docente

http://studium.unict.it/dokeos/2016/

L’esame si articola su due distinte prove: scritto e orale.

La prova scritta, della durata complessiva di due ore, ha lo scopo di verificare la capacità di utilizzare le principali leggi ed equazioni della termodinamica e della trasmissione del calore per la risoluzione di esercizi avente come oggetto semplici casi applicativi.

Sono previste tre differenti tipologie di esercizi relative alla termodinamica (I e II principio) ed ai Cicli termodinamici (diretti ed inversi), trasmissione del calore (conduzione, convezione ed irraggiamento), Trasformazioni dell’aria umida ( climatizzazione estiva ed invernale).

Nel corso della prova scritta gli allievi possono utilizzare i sussidi didattici (e.g. libri, appunti, eserciziari)

Il colloquio orale, che viene di norma sostenuto in data successiva alla prova scritta, comunque all’interno della stessa sessione di esame, ha lo scopo di verificare le conoscenze teoriche e pratiche degli argomenti svolti durante il corso.

La valutazione dell'esame è basata sui seguenti criteri: livello di conoscenza degli argomenti discussi, utilizzo di terminologia adeguata e proprietà di linguaggio, capacità di applicare le conoscenze a semplici casi studio, capacità di interpretazione dei fenomeni e delle relazioni tra le grandezze fisiche

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FONDAMENTI DI TERMODINAMICA

Primo principio della termodinamica in forma estesa. Dipendenza del lavoro e del calore dal tipo di trasformazione termodinamica. I postulati entropici.Processi reversibili e irreversibili. Trasformazioni quasi statiche. Equazione di Gibbs.

Il secondo principio della termodinamica (enunciati di Clausius e Kelvin). Equazioni di stato. Calori specifici a P e V costanti. Le trasformazioni a T, P, V costanti.Entropia di un gas perfetto.

I diagrammi (p-T), (p-v), (T-s). Principali trasformazioni del vapore d’acqua.

. Il diagramma di MOLLIER (h-s) per il vapore d’acqua. Processi e trasformazioni cicliche. Cicli diretti a vapore (Rankine e Hirn), Turbine a gas e cicli JouleBryton. Il ciclo frigorifero. Rendimenti isoentropici. Cicli frigoriferi ad assorbimento.

ARIA UMIDA

Diagrammi psicrometrici per l’aria umida. Le trasformazioni dell’aria umida. Temperatura di saturazione e temperatura di rugiada. Condizionamento estivo e invernale

MOTO DEI FLUIDI

Equazione di Bernoulli. Similitudine, analisi dimensionale e modellizazione. Flussi interni ed esterni. Il moto dei fluidi nei condotti. .

(Regimi: laminare, turbolento e di transizione). Fattore d’attrito . Coefficienti di viscosità dinamica e cinematica. Profili di velocità

TRASMISSIONE DEL CALORE

Il postulato di Fourier. Il bilancio energetico in regime stazionario . La lastra piana; le pareti piane multistrato (con e senza generazione di potenza termica). Metodo dell’analogia elettrica. Il bilancio energetico nel caso di simmetria cilindrica. La conduzione in regime variabile: numero di Biot; metodo delle capacità concentrate.

Gruppi adimensionali per la convezione forzata e parametri di

similitudine. Gruppi adimensionali per la convezione naturale. Cenni all’analisi adimensionale.

Correlazioni adimensionali sperimentali per la convezione termica forzata per le principali

configurazioni di scambio termico all’esterno di superfici e all’interno di condotti.

. Equazioni costitutive per la convezione naturale. Ipotesi di Boussinesque.

Trasmissione del calore per irraggiamento

Potere emissivo. Irradiazione. Grandezze monocromatiche e complessive. Il corpo nero: leggi di

Planck, Stefan-Boltzmann, Wien. I coefficienti d’assorbimento, riflessione, trasmissione ed emissione. Legge di Kirchhoff. Il corpo grigio. Scambio di calore fra corpi neri: il fattore di forma. Schermi antiradianti.

SISTEMI ENERGETICI

Cenni di combustione. Generatori di calore. Reti di distribuzione idronica. Perdite di carico continue e localizzate. Abaco di Moody.

Potenza di una macchina idraulica operatrice (pompa). Calcolo delle prevalenze manometrica e totale di una pompa. . Terminali di emissione. Cenni sui Sistemi di regolazione

ACUSTICA

Principali grandezze acustiche. Leggi di propagazione delle onde sonore. Livello sonoro equivalente. Analisi spettrale. Materiali e strutture fonoassorbenti. Requisiti acustici passivi degli edifici