ID:
502547
Durata (ore):
60
CFU:
6
SSD:
FISICA TECNICA AMBIENTALE
Anno:
2024
Dati Generali
Periodo di attività
Secondo Semestre (03/03/2025 - 13/06/2025)
Syllabus
Obiettivi Formativi
Il Corso intende fornire le basi tecniche necessarie alla comprensione e all'utilizzo dei principi fondamentali della termodinamica dei sistemi in equilibrio, dell’analisi energetica dei sistemi chiusi e fluenti, dello scambio termico, per applicarli, mediante esercitazioni ai processi ambientali, a strutture, componenti edilizi e impianti.
In particolare è previsto l’utilizzo delle equazioni fondamentali di conservazione della massa e dell’energia con particolare riferimento e esempi applicativi riguardanti pareti, trattamento aria umida e componentistica termo-idraulica.
Alla fine del corso lo studente sarà in grado di risolvere problemi semplificati legati allo scambio di energia e massa, e di analizzare vari sistemi quali pompe, sistemi frigoriferi, pompe di calore, sistemi di accumulo termico, sistemi radianti.
Inoltre lo studente avrà acquisito i concetti base che gli consentiranno di esaminare problemi inerenti l'isolamento termico in edilizia, il miglioramento energetico delle strutture e altre applicazioni.
In particolare è previsto l’utilizzo delle equazioni fondamentali di conservazione della massa e dell’energia con particolare riferimento e esempi applicativi riguardanti pareti, trattamento aria umida e componentistica termo-idraulica.
Alla fine del corso lo studente sarà in grado di risolvere problemi semplificati legati allo scambio di energia e massa, e di analizzare vari sistemi quali pompe, sistemi frigoriferi, pompe di calore, sistemi di accumulo termico, sistemi radianti.
Inoltre lo studente avrà acquisito i concetti base che gli consentiranno di esaminare problemi inerenti l'isolamento termico in edilizia, il miglioramento energetico delle strutture e altre applicazioni.
Prerequisiti
Conoscenze di base di strumenti matematici elementari, integrali e derivate (ordinarie e parziali).
Nozioni di fisica di base.
Nozioni di fisica di base.
Metodi didattici
Lezioni
Esercitazioni
Esercitazioni
Verifica Apprendimento
Esame scritto finale (2h 30min) con esercizi su tutto il programma (peso: 100%, ovvero 80% del punteggio nel caso di consegna tesina opzionale) nelle date degli appelli. Esame orale facoltativo.
Per gli studenti con problemi DSA si prega di contattare il docente per accordi sulla modalita' di esame. Ulteriori informazioni in https://saisd.unipv.it.
Tesina facoltativa su uno degli argomenti applicativi (peso del 20% sul punteggio complessivo in caso di consegna).
Esercizi d'esame risolti sono disponibili su piattaforma Kiro. L'accesso alle news è indicato nella pagina web del docente.
Per gli studenti con problemi DSA si prega di contattare il docente per accordi sulla modalita' di esame. Ulteriori informazioni in https://saisd.unipv.it.
Tesina facoltativa su uno degli argomenti applicativi (peso del 20% sul punteggio complessivo in caso di consegna).
Esercizi d'esame risolti sono disponibili su piattaforma Kiro. L'accesso alle news è indicato nella pagina web del docente.
Testi
1. G.E Cossali, S. Tonini, Lezioni di termofisica, Esculapio Editore, 2022, 304 p, EAN: 9788893853132
2. Michael J. Moran, Howard N. Shapiro, Daisie D. Boettner, Margaret B. Bailey, Fundamentals of Engineering Thermodynamics, 9th Edition, ISBN: 978-1-119-39138-8 January 2018, 880 Pages, Wiley
3. Theodore L. Bergman, Adrienne S. Lavine, Frank P. Incropera, David P. DeWitt, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 8th Edition, ISBN: 978-1-119-35388-1 December 2018, 992 Pages, Wiley
2. Michael J. Moran, Howard N. Shapiro, Daisie D. Boettner, Margaret B. Bailey, Fundamentals of Engineering Thermodynamics, 9th Edition, ISBN: 978-1-119-39138-8 January 2018, 880 Pages, Wiley
3. Theodore L. Bergman, Adrienne S. Lavine, Frank P. Incropera, David P. DeWitt, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 8th Edition, ISBN: 978-1-119-35388-1 December 2018, 992 Pages, Wiley
Contenuti
TERMODINAMICA DEI SISTEMI IN EQUILIBRIO
PARTE I
Introduzione
Le applicazioni termodinamiche: panoramica dei campi civili, ambientali ed edili in cui i concetti del corso possono essere applicati. Breve storia della termodinamica. Unità di misura.
Sistema, variabili e vincoli termodinamici
Definizione di un sistema termodinamico. Sistema omogeneo, eterogeneo, semplice, composto. Variabili intensive, estensive. Pareti e vincoli.
Equilibrio termodinamico
Equazioni di stato. Trasformazioni quasistatiche. Il lavoro meccanico: compressione, espansione, estensione.
Primo principio della termodinamica
L’energia interna. Equilibrio termico. Il calore scambiato. Primo principio della termodinamica.
Gas ideali
Definizione di gas ideale, equazione di stato dei gas ideali. Calori specifici dei gas ideali. La relazione di Mayer. Le trasformazioni termodinamiche e la loro rappresentazione grafica. Cenni sui gas reali.
PARTE II
Secondo principio della termodinamica
Postulati della termodinamica. Definizione della funzione entropia. Trasformazioni reversibili. Equazioni di Gibbs.
Enunciati del secondo principio della termodinamica. Postulati di Clausius e Carnot. Efficienza di Carnot. Temperatura assoluta.
Depositi quasi-statici di lavoro e calore.
Trasformazioni termodinamiche dei sistemi chiusi
Definizione della funzione di stato entalpia. Diagramma P-T, P-V. Trasformazione isobara. Trasformazione isoterma. Trasformazione adiabatica. Trasformazione isocora. Trasformazioni politropiche. Indice della politropica.
PARTE III
Le sostanze e le loro trasformazioni
Potenziali termodinamici, definizione e proprietà.
Derivazione entropica di calori specifici, coefficiente di comprimibilità isoterma ed espansione termica a pressione costante.
Proprieta' di una sostanza. Diagrammi Pv e PT delle fasi. Trasformazioni di fase. Linee di saturazione, punto critico e punto triplo. La regola delle fasi di Gibbs. Equazione di Clausius-Clapeyron. Il diagramma di Mollier. Tabelle del vapore. Miscelazione isobarica. Miscelazione isovolumica.
PARTE IV
Sistemi fluenti
Sistemi aperti. Definizione del volume di controllo. Bilancio di massa. Portata massica di un flusso in un condotto. Bilancio energetico. Moto dei fluidi nei condotti: sforzo tangenziale e termine di degradazione energetica. Profilo di velocità: caso laminare e caso turbolento. Abaco di Moody. Perdite di carico: coefficiente di perdita per varie geometrie.
I dispositivi fluidodinamici
Turbina, compressore, pompa, valvola di laminazione. Effetti delle irreversibilità sull’efficienza di una macchina, rendimenti isoentropici.
TRASMISSIONE DEL CALORE
PARTE V
Conduzione del calore
I fenomeni di trasporto del calore. Conduzione del calore: postulato di Fourier. Il bilancio energetico: equazione di Fourier. Conduzione in regime stazionario. Caso della lastra piana mono e multistrato (con e senza generazione). Conduzione stazionaria in geometria cilindrica e sferica. Similitudine elettrica.
Conduzione in regime variabile. Lastra piana semi-infinita. Metodo a parametri concentrati, numero di Biot.
Convezione
Legge di Newton. Coefficienti di convezione e resistenza termica complessiva. Calcolo dei coefficienti di convezione tramite numeri adimensionali. Alcune correlazioni semi-empiriche.
PARTE VI
Irraggiamento
Irraggiamento. Potere emissivo. Grandezze monocromatiche angolari e globali. Il corpo nero: legge di Plank, Stefan-Boltzman, Wien. Legge di Kirchhoff. Il corpo grigio. Scambio di calore tra corpi neri. Il fattore di vista. Scambio di calore tra corpi grigi. Analogia elettrica dello scambio radiativo. Scambio radiativo fra piu' superfici grigie.
Scambiatori di calore
Scambiatori di calore. Il bilancio di massa e di energia. Scambiatori in equicorrente e controcorrente Capacità termica di portata. La temperatura media logaritmica. Efficienza di uno scambiatore di calore. Metodo epsilon-NTU.
APPROFONDIMENTI APPLICATIVI
Aria umida
Miscele di gas ideali. Entropia di miscelamento. Aria umida. Le grandezze fondamentali. Trasformazioni dell’aria umida: riscaldamento, raffreddamento, compressione.
Miscelazione di aria umida.
I cicli termodinamici
Introduzione ai cicli inversi. Ciclo frigorifero a vapore. Diagramma p-h. I refrigeranti. Pompa di calore. Esercizi sul calcolo delle caratteristiche dei cicli: entalpie, lavoro di compressione, potenze, coefficienti prestazionali, portate. Definizione di exergia e applicazioni.
Impianti termotecnici
Ventilazione meccanica controllata, criteri di progettazione. Tipologie di impianto di climatizzazione. Calcoli per il dimensionamento di una unita' trattamento aria - UTA (funzionamento estivo/invernale), carichi termici sensibili e latenti. Dimensionamento impianto: le reti di distribuzione e le pompe di circolazione.
Trasmissione del calore applicata all'involucro edilizio
Proprietà termofisica dei materiali. Conduzione del calore in pareti multistrato. Conduzione termica 2D/3D. Formazione di condensa in pareti multistrato. Irraggiamento interno. Dimensionamento di un radiatore. Problemi igrometrici degli edifici: rischio di valori elevati di umidità superficiale e di condensazione interstiziale.
PARTE I
Introduzione
Le applicazioni termodinamiche: panoramica dei campi civili, ambientali ed edili in cui i concetti del corso possono essere applicati. Breve storia della termodinamica. Unità di misura.
Sistema, variabili e vincoli termodinamici
Definizione di un sistema termodinamico. Sistema omogeneo, eterogeneo, semplice, composto. Variabili intensive, estensive. Pareti e vincoli.
Equilibrio termodinamico
Equazioni di stato. Trasformazioni quasistatiche. Il lavoro meccanico: compressione, espansione, estensione.
Primo principio della termodinamica
L’energia interna. Equilibrio termico. Il calore scambiato. Primo principio della termodinamica.
Gas ideali
Definizione di gas ideale, equazione di stato dei gas ideali. Calori specifici dei gas ideali. La relazione di Mayer. Le trasformazioni termodinamiche e la loro rappresentazione grafica. Cenni sui gas reali.
PARTE II
Secondo principio della termodinamica
Postulati della termodinamica. Definizione della funzione entropia. Trasformazioni reversibili. Equazioni di Gibbs.
Enunciati del secondo principio della termodinamica. Postulati di Clausius e Carnot. Efficienza di Carnot. Temperatura assoluta.
Depositi quasi-statici di lavoro e calore.
Trasformazioni termodinamiche dei sistemi chiusi
Definizione della funzione di stato entalpia. Diagramma P-T, P-V. Trasformazione isobara. Trasformazione isoterma. Trasformazione adiabatica. Trasformazione isocora. Trasformazioni politropiche. Indice della politropica.
PARTE III
Le sostanze e le loro trasformazioni
Potenziali termodinamici, definizione e proprietà.
Derivazione entropica di calori specifici, coefficiente di comprimibilità isoterma ed espansione termica a pressione costante.
Proprieta' di una sostanza. Diagrammi Pv e PT delle fasi. Trasformazioni di fase. Linee di saturazione, punto critico e punto triplo. La regola delle fasi di Gibbs. Equazione di Clausius-Clapeyron. Il diagramma di Mollier. Tabelle del vapore. Miscelazione isobarica. Miscelazione isovolumica.
PARTE IV
Sistemi fluenti
Sistemi aperti. Definizione del volume di controllo. Bilancio di massa. Portata massica di un flusso in un condotto. Bilancio energetico. Moto dei fluidi nei condotti: sforzo tangenziale e termine di degradazione energetica. Profilo di velocità: caso laminare e caso turbolento. Abaco di Moody. Perdite di carico: coefficiente di perdita per varie geometrie.
I dispositivi fluidodinamici
Turbina, compressore, pompa, valvola di laminazione. Effetti delle irreversibilità sull’efficienza di una macchina, rendimenti isoentropici.
TRASMISSIONE DEL CALORE
PARTE V
Conduzione del calore
I fenomeni di trasporto del calore. Conduzione del calore: postulato di Fourier. Il bilancio energetico: equazione di Fourier. Conduzione in regime stazionario. Caso della lastra piana mono e multistrato (con e senza generazione). Conduzione stazionaria in geometria cilindrica e sferica. Similitudine elettrica.
Conduzione in regime variabile. Lastra piana semi-infinita. Metodo a parametri concentrati, numero di Biot.
Convezione
Legge di Newton. Coefficienti di convezione e resistenza termica complessiva. Calcolo dei coefficienti di convezione tramite numeri adimensionali. Alcune correlazioni semi-empiriche.
PARTE VI
Irraggiamento
Irraggiamento. Potere emissivo. Grandezze monocromatiche angolari e globali. Il corpo nero: legge di Plank, Stefan-Boltzman, Wien. Legge di Kirchhoff. Il corpo grigio. Scambio di calore tra corpi neri. Il fattore di vista. Scambio di calore tra corpi grigi. Analogia elettrica dello scambio radiativo. Scambio radiativo fra piu' superfici grigie.
Scambiatori di calore
Scambiatori di calore. Il bilancio di massa e di energia. Scambiatori in equicorrente e controcorrente Capacità termica di portata. La temperatura media logaritmica. Efficienza di uno scambiatore di calore. Metodo epsilon-NTU.
APPROFONDIMENTI APPLICATIVI
Aria umida
Miscele di gas ideali. Entropia di miscelamento. Aria umida. Le grandezze fondamentali. Trasformazioni dell’aria umida: riscaldamento, raffreddamento, compressione.
Miscelazione di aria umida.
I cicli termodinamici
Introduzione ai cicli inversi. Ciclo frigorifero a vapore. Diagramma p-h. I refrigeranti. Pompa di calore. Esercizi sul calcolo delle caratteristiche dei cicli: entalpie, lavoro di compressione, potenze, coefficienti prestazionali, portate. Definizione di exergia e applicazioni.
Impianti termotecnici
Ventilazione meccanica controllata, criteri di progettazione. Tipologie di impianto di climatizzazione. Calcoli per il dimensionamento di una unita' trattamento aria - UTA (funzionamento estivo/invernale), carichi termici sensibili e latenti. Dimensionamento impianto: le reti di distribuzione e le pompe di circolazione.
Trasmissione del calore applicata all'involucro edilizio
Proprietà termofisica dei materiali. Conduzione del calore in pareti multistrato. Conduzione termica 2D/3D. Formazione di condensa in pareti multistrato. Irraggiamento interno. Dimensionamento di un radiatore. Problemi igrometrici degli edifici: rischio di valori elevati di umidità superficiale e di condensazione interstiziale.
Lingua Insegnamento
italiano
Corsi
Corsi
3 anni
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Persone
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