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FISICA TECNICA INDUSTRIALE 1
(obiettivi)
li studenti devono raggiungere una sufficiente conoscenza degli elementi ingegneristici fondamentali della Termodinamica applicata, della Termofluidodinamica e della Trasmissione del calore.
Il corso propone l'approfondimento e l'integrazione di competenze della Fisica Tecnica con specifici argomenti di trasmissione del calore e descrizione del funzionamento di impianti e componenti termici: impianti di riscaldamento e condizionamento ad aria e acqua, impianti a collettore solare, impianti di teleriscaldamento, alette di raffreddamento, scambiatori di calore.
CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE:
Si prevede che lo studente sia in grado di:
• conoscere le grandezze fondamentali necessarie per descrivere lo stato termodinamico di un sistema;
• conoscere i principi della Termodinamica nelle varie formulazioni, individuando con precisione le limitazioni cui sono soggetti tutti i processi reali;
• descrivere sia qualitativamente sia in forma matematica i principali componenti degli impianti;
• conoscere i principali impianti tecnici (cicli diretti, cicli inversi, impianti di riscaldamento ad acqua e aria, impianti di condizionamento), descritti sia in termini di funzionamento reale che di approccio termodinamico;
• conoscere gli aspetti fondamentali della Termofluidodinamica e della Trasmissione del Calore.
CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE:
Dalle conoscenze di base sopra indicate lo studente raggiungerà la capacità di
• impostare ed eseguire bilanci di massa e energia sui sistemi termodinamici;
• valutare le proprietà termofisiche delle sostanze, in funzione anche delle condizioni di moto;
• ricavare potenze termiche scambiate e andamenti di temperatura in alcuni sistemi termodinamici;
• fare una progettazione di base degli impianti di riscaldamento ad acqua, di quelli di climatizzazione e di quelli a collettore solare;
• progettare e verificare diverse tipologie di scambiatori di calore.
AUTONOMIA DI GIUDIZIO:
Viste le interconnessioni tra la Termodinamica, la Termofluidodinamica e la Trasmissione del calore, lo studente dovrà aver acquisito una autonomia di giudizio che gli consenta di avere una visione di insieme e allo stesso tempo di scegliere i criteri di sintesi nella soluzione dei problemi, selezionando correttamente le più opportune opzioni analitiche e di calcolo proposte. Dovrà anche essere in grado di valutare semplici progetti di impianti e dimensionamenti di componenti, anche se redatti da altri soggetti.
ABILITÀ COMUNICATIVE:
Lo studente è chiamato a sostenere un esame scritto-orale nel quale dovrà essere in grado di illustrare in modo sintetico, analitico, chiaro ed esauriente sia la soluzione di un esercizio ispirato ad un problema reale, sia la teoria alla base delle tematiche proposte.
CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO:
Lo studente dovrà essere in grado di leggere e comprendere testi scientifici e problemi ispirati ad applicazioni reali, riconoscendo gli ambiti di validità dei principi fisici introdotti e avendo autonomia nella ricerca e nell'utilizzo di grafici e correlazioni sperimentali dei quali farà uso anche nella prosecuzione della propria carriera universitaria e ambiti professionali.
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COPPA PAOLO
( programma)
Termodinamica
Il Sistema Internazionale (SI). La Scienza Termodinamica.
Il sistema termodinamico: gli stati, le grandezze e le trasformazioni.
Gli scambi di massa, lavoro e calore.
Il principio zero della termodinamica.
L’equilibrio termico. La temperatura e le sue misurazioni (ITS-90).
Il primo principio della termodinamica per sistemi chiusi e aperti. Il secondo principio della termodinamica.
Lineamentistoricieformulazioni.L’entropia.Teoremaaumentodell’entropia .
I sistemi tecnici.
Equazioni generali del lavoro scambiato. I sistemi chiusi: motore e frigorifero. Il ciclo di Carnot. I sistemi aperti: compressore, espansore, valvola di laminazione, miscelatore, scambiatore e condotto.
Le sostanze.
La regola delle fasi. Proprietà : coefficienti di dilatazione, coefficienti calorimetrici. I diagrammi termodinamici. I gas ideali. I fluidi reali.
Le sostanze pure e i diagrammi di stato.
Gli impianti tecnici.
Gli impianti motore a gas: cicli Otto e Joule-Brayton. Gli impianti motore a vapore: cicli Carnot ed Hirn. Gli impianti a ciclo inverso: cicli frigoriferi a compressione di vapore.
Termofluidodinamica
Teoria generale
L’equazione di conservazione della massa. La legge di conservazione dell’energia: l’equazione di Bernoulli generalizzata. I tubi di Pitot e Venturi. Moto esterno alle superfici: flusso su lastra piana. Moto nei condotti: caratterizzazione dei regimi di moto e analisi delle perdite di carico in condotte in pressione con fuido a densità costante (moto laminare, relazioni di Blausius e Colebrook-White, diagramma di Moody, perdite di carico concentrate e distribuite, relazione di Darcy-Weisbach).
Impianti di riscaldamento ad acqua
Tipologia, componenti, dimensionamento e regolazione. Impianti di teleriscaldamento.
Termocinetica
Introduzione
La trasmissione del calore e la termodinamica. Le modalità di trasmissione del calore.
La conduzione.
L’equazione generale della conduzione. La conduzione monodimensionale in regime permanente e la conduzione transitoria a parametri concentrati. Metodi di misura della conduttività termica Resistenze termiche di contatto.
Scambio termico su superfici estese: le alette di raffreddamento.
L’irraggiamento.
Definizioni generali delle grandezze radiometriche e fotometriche. Il corpo nero e le leggi fondamentali dell’irraggiamento. Il comportamento dei corpi non neri: corpi reali e corpi grigi. Scambi termici e fattori di vista (dimostrazione). Schermi radianti. L’irraggiamento solare. I pannelli solari. Scambi termici attraverso e con un gas.
La convezione termica.
La convezione forzata: il coefficiente di scambio termico, il numero di Nusselt e l’analisi dimensionale. Cenni alla convezione su lastra piana e all’interno di condotti. La convezione naturale: considerazioni generali e gruppi adimensionali. La condensazione. L’ebollizione.
Gli scambiatori di calore.
Classificazioni e tipologie. Dimensionamento. V erifica. Metodo Ψ-P.
Scambiatori compatti. Perdite di carico negli scambiatori.
Le equazioni del comfort di Fanger. Le miscele di aria umida. Introduzione
Definizioni generali. Costruzione dei diagrammi di Mollier e ASHRAE. Le principali trasformazioni con l’aria umida.
Gli impianti di climatizzazione.
Componenti. Impianti a sola aria. Impianti a sola acqua. Impianti misti ad aria e acqua. Ricambi di aria negli ambienti.
 Testi di riferimento
Da preferire: F. Gori, Lezioni di Termodinamica, TEXMAT; F. Kreith, Principi di trasmissione del calore, Liguori Editore; Gori, Corasaniti, Petracci, Lezioni di Termofluidodinamica, TEXMAT; F. Gori, S. Corasaniti, Fisica Tecnica Esercitazioni, TEXMAT; Appunti del corso di Termotecnica 1, P. Coppa.
Consigliati: Guglielmini e Pisoni, Elementi di Trasmissione del calore, Ambrosiana Yunus A. ÇÌÂengel, Termodinamica e trasmissione del calore, McGraw-Hill C. Bonacina, A. Cavallini, L. Mattarolo, Trasmissione del calore, CLEUP (Padova), 1985 E. Bettanini, F. Brunello, Lezioni di impianti tecnici, vol. 1 e 2, CLEUP (Padova), 1990 C. Pizzetti, Condizionamento dell’ aria e refrigerazione, teoria e calcolo degli impianti, Masson Italia Editori, 1988
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PETRACCI IVANO
( programma)
Termodinamica
Il Sistema Internazionale (SI).
La Scienza Termodinamica.
Il sistema termodinamico: gli stati, le grandezze e le trasformazioni.
Gli scambi di massa, lavoro e calore.
Il principio zero della termodinamica.
L’equilibrio termico. La temperatura e le sue misurazioni (ITS-90).
Il primo principio della termodinamica per sistemi chiusi e aperti.
Il secondo principio della termodinamica.
Lineamenti storici e formulazioni. L’entropia. Teorema aumento dell’entropia .
I sistemi tecnici.
Equazioni generali del lavoro scambiato.
I sistemi chiusi: motore e frigorifero. Il ciclo di Carnot.
I sistemi aperti: compressore, espansore, valvola di laminazione, miscelatore, scambiatore e condotto.
Le sostanze.
La regola delle fasi. Proprietà: coefficienti di dilatazione, coefficienti calorimetrici.
I diagrammi termodinamici.
I gas ideali.
I fluidi reali.
Le sostanze pure e i diagrammi di stato.
Gli impianti tecnici.
Gli impianti motore a gas: cicli Otto e Joule-Brayton.
Gli impianti motore a vapore: cicli Carnot ed Hirn.
Gli impianti a ciclo inverso: cicli frigoriferi a compressione di vapore.
Termofluidodinamica
Teoria generale
L’equazione di conservazione della massa.
La legge di conservazione dell’energia: l’equazione di Bernoulli generalizzata.
I tubi di Pitot e Venturi.
Moto esterno alle superfici: flusso su lastra piana.
Moto nei condotti: caratterizzazione dei regimi di moto e analisi delle perdite di carico in condotte in pressione con fuido a
densità costante (moto laminare, relazioni di Blausius e Colebrook-White, diagramma di Moody, perdite di carico
concentrate e distribuite, relazione di Darcy-Weisbach).
Impianti di riscaldamento ad acqua
Tipologia, componenti, dimensionamento e regolazione.
Impianti di teleriscaldamento.
Termocinetica
Introduzione
La trasmissione del calore e la termodinamica. Le modalità di trasmissione del calore.
La conduzione.
L’equazione generale della conduzione. La conduzione monodimensionale in regime permanente e la conduzione transitoria
a parametri concentrati.
Metodi di misura della conduttività termica
Resistenze termiche di contatto.
Scambio termico su superfici estese: le alette di raffreddamento.
L’irraggiamento.
Definizioni generali delle grandezze radiometriche e fotometriche.
Il corpo nero e le leggi fondamentali dell’irraggiamento. Il comportamento dei corpi non neri: corpi reali e corpi grigi.
Scambi termici e fattori di vista (dimostrazione).
Schermi radianti.
L’irraggiamento solare.
I pannelli solari.
Scambi termici attraverso e con un gas.
La convezione termica.
La convezione forzata: il coefficiente di scambio termico, il numero di Nusselt e l’analisi dimensionale. Cenni alla
convezione su lastra piana e all’interno di condotti.
La convezione naturale: considerazioni generali e gruppi adimensionali.
La condensazione. L’ebollizione.
Gli scambiatori di calore.
Classificazioni e tipologie.
Dimensionamento.
Verifica.
Metodo Ψ-P.
Scambiatori compatti.
Perdite di carico negli scambiatori.
Le equazioni del comfort di Fanger.
Le miscele di aria umida.
Introduzione
Definizioni generali.
Costruzione dei diagrammi di Mollier e ASHRAE.
Le principali trasformazioni con l’aria umida.
Gli impianti di climatizzazione.
Componenti.
Impianti a sola aria.
Impianti a sola acqua.
Impianti misti ad aria e acqua.
Ricambi di aria negli ambienti.
F. Gori, Lezioni di Termodinamica, TEXMAT;
F. Kreith, Principi di trasmissione del calore, Liguori Editore;
Gori, Corasaniti, Petracci, Lezioni di Termofluidodinamica, TEXMAT;
F. Gori, S. Corasaniti, Fisica Tecnica Esercitazioni, TEXMAT;
Appunti del corso di Termotecnica 1, P. Coppa.
Consigliati:
Guglielmini e Pisoni, Elementi di Trasmissione del calore, Ambrosiana
Yunus A. Ḉ engel, Termodinamica e trasmissione del calore, McGraw-Hill
C. Bonacina, A. Cavallini, L. Mattarolo, Trasmissione del calore, CLEUP (Padova), 1985
E. Bettanini, F. Brunello, Lezioni di impianti tecnici, vol. 1 e 2, CLEUP (Padova), 1990
C. Pizzetti, Condizionamento dell’ aria e refrigerazione, teoria e calcolo degli impianti, Masson Italia Editori, 1988
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9
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ING-IND/10
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90
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Attività formative caratterizzanti
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ITA |
