ID:
502547
Durata (ore):
60
CFU:
6
SSD:
FISICA TECNICA AMBIENTALE
Anno:
2026
Dati Generali
Periodo di attività
Secondo Semestre (01/03/2027 - 11/06/2027)
Syllabus
Obiettivi Formativi
Il corso fornisce le basi tecniche e concettuali necessarie per comprendere e utilizzare in modo avanzato i principi della termodinamica dei sistemi in equilibrio, dell’analisi energetica dei sistemi chiusi e fluenti e dei meccanismi di trasmissione del calore. Tali fondamenti vengono applicati criticamente ai processi ambientali, alle strutture edilizie, ai componenti tecnologici e ai sistemi impiantistici, con particolare attenzione alle implicazioni progettuali, numeriche e prestazionali. Il programma prevede l’impiego delle equazioni fondamentali di conservazione della massa e dell’energia, con esempi applicativi dedicati ai principali elementi costruttivi dell'involucro edilizi coinvolti nei flussi termici, al trattamento dell’aria umida, ai sistemi termo‑idraulici, alle tecniche diagnostiche non invasive. Le attività includono analisi di stratigrafie costruttive, studio dei comportamenti termo‑fisici dei materiali, interpretazione di diagrammi psicrometrici, tecniche di termografia a raggi infrarossi, termoflussimetria e blower door test. Al termine del corso, lo studente sarà in grado di risolvere problemi semplificati legati allo scambio di energia e massa, di analizzare il funzionamento di pompe, sistemi frigoriferi, pompe di calore, sistemi di accumulo termico e sistemi radianti, e di interpretarne le prestazioni termiche in relazione alle condizioni operative e ai parametri di progetto. Inoltre, lo studente avrà acquisito le competenze fondamentali per esaminare criticamente problematiche relative all’isolamento termico in edilizia, al miglioramento energetico delle strutture, alla scelta dei materiali e alla valutazione delle soluzioni tecnologiche.
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
Tutoraggio
Esercitazioni
Tutoraggio
Verifica Apprendimento
L’esame finale comprenderà una componente teorica e una componente pratica. Nelle date previste per gli appelli, gli studenti sosterranno una prova scritta con esercizi relativi all’intero programma del corso. La preparazione teorica sarà verificata mediante domande inserite nella prova scritta ovvero attraverso un colloquio orale.
Gli studenti potranno inoltre presentare una tesina facoltativa. In tal caso, il voto finale potrà essere migliorato calcolando la valutazione complessiva secondo i seguenti pesi: 80% per la prova scritta e 20% per la tesina. L’eventuale esame orale farà invece media con il risultato dell’esame scritto.
Per gli studenti con problemi DSA si prega di contattare il docente per accordi sulla modalità 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.
Gli studenti potranno inoltre presentare una tesina facoltativa. In tal caso, il voto finale potrà essere migliorato calcolando la valutazione complessiva secondo i seguenti pesi: 80% per la prova scritta e 20% per la tesina. L’eventuale esame orale farà invece media con il risultato dell’esame scritto.
Per gli studenti con problemi DSA si prega di contattare il docente per accordi sulla modalità 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
I fenomeni di trasporto del calore.
PARTE V
Conduzione termica
Definizione di conduzione termica. Meccanismo operativo. Conduzione termica nei diversi materiali. Leggi di conduzione termica: Postulato (o Legge) di Fourier. Conduttività termica. Equazioni del calore: Postulato di Fourier per la conduzione. Conduzione in regime stazionario. Caso della lastra piana mono e multistrato. Distribuzione della temperatura e calcolo del flusso termico. Conduzione stazionaria in geometria cilindrica e sferica. Conduzione in regime variabile. Resistenza e conduttanza termica.
Convezione termica
Definizione di concezione termica. Tipi di convezione. Meccanismo operativo. Leggi e regimi di moto di convezione termica. Strato limite. Coefficiente convettivo. Numero adimensionali. Numero di Nusselt (Nu). Numero di Prandtl (Pr). Numero di Reynolds (Re). Numero di Grashof (Gr). Numero di Rayleigh (Ra). Resistenza termica convettiva.
PARTE VI
Irraggiamento termico
Definizione di irraggiamento termico. Evoluzione storica del tema. Spettro elettromagnetico. Corpo nero. Leggi di irraggiamento termico. Legge della distribuzione spettrale di Plank, Legge di Wien, Legge di Stefan-Boltzmann. Superficie reale o corpo grigio. Proprietà radiative. Emissività spettrale, Coefficienti spettrali di assorbimento, riflessione e trasmissione. Legge di Kirchhoff.
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 termofisiche 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.
Materiali isolanti:
Grandezze fisiche. Conduttività termica. Conduttanza termica. Trasmittanza termica. Resistenza termica. Classificazione dei materiali isolanti: Organici, Inorganici, Naturali, Sintetici, Innovativi.
Efficienza energetica dell’involucro edilizio opaco e trasparente
Involucro edilizio opaco. Pareti verticali. Isolamento dall’interno. Isolamento dall’esterno. Coperture: Piana e a falde. Basamento: Isolamento a Intradosso ed Estradosso. Isolamento della testa delle travi.
Involucro edilizio trasparente: Riqualificazione del serramento esistente. Inserimento di guarnizioni per migliorare la tenuta all'aria. Inserimento di sigillante. Inserimento di pellicole plastiche. Sostituzione del vetro su telaio esistente. Inserimento di un contro-vetro. Sostituzione del serramento.
Sistema Finestra: Il sistema finestra. I parametri in gioco. Trasmittanza termica. Fattore solare. Selettività spettrale. Vetri. Telai. Distanziatori. Metodologie di calcolo. Criteri di progettazione.
Tecniche diagnostiche
Termografia a raggi infrarossi. Termoflussimetria. Blower Door Test. Anemometria. Monitoraggio termoigrometrico. Monitoraggio Luminoso.
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
I fenomeni di trasporto del calore.
PARTE V
Conduzione termica
Definizione di conduzione termica. Meccanismo operativo. Conduzione termica nei diversi materiali. Leggi di conduzione termica: Postulato (o Legge) di Fourier. Conduttività termica. Equazioni del calore: Postulato di Fourier per la conduzione. Conduzione in regime stazionario. Caso della lastra piana mono e multistrato. Distribuzione della temperatura e calcolo del flusso termico. Conduzione stazionaria in geometria cilindrica e sferica. Conduzione in regime variabile. Resistenza e conduttanza termica.
Convezione termica
Definizione di concezione termica. Tipi di convezione. Meccanismo operativo. Leggi e regimi di moto di convezione termica. Strato limite. Coefficiente convettivo. Numero adimensionali. Numero di Nusselt (Nu). Numero di Prandtl (Pr). Numero di Reynolds (Re). Numero di Grashof (Gr). Numero di Rayleigh (Ra). Resistenza termica convettiva.
PARTE VI
Irraggiamento termico
Definizione di irraggiamento termico. Evoluzione storica del tema. Spettro elettromagnetico. Corpo nero. Leggi di irraggiamento termico. Legge della distribuzione spettrale di Plank, Legge di Wien, Legge di Stefan-Boltzmann. Superficie reale o corpo grigio. Proprietà radiative. Emissività spettrale, Coefficienti spettrali di assorbimento, riflessione e trasmissione. Legge di Kirchhoff.
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 termofisiche 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.
Materiali isolanti:
Grandezze fisiche. Conduttività termica. Conduttanza termica. Trasmittanza termica. Resistenza termica. Classificazione dei materiali isolanti: Organici, Inorganici, Naturali, Sintetici, Innovativi.
Efficienza energetica dell’involucro edilizio opaco e trasparente
Involucro edilizio opaco. Pareti verticali. Isolamento dall’interno. Isolamento dall’esterno. Coperture: Piana e a falde. Basamento: Isolamento a Intradosso ed Estradosso. Isolamento della testa delle travi.
Involucro edilizio trasparente: Riqualificazione del serramento esistente. Inserimento di guarnizioni per migliorare la tenuta all'aria. Inserimento di sigillante. Inserimento di pellicole plastiche. Sostituzione del vetro su telaio esistente. Inserimento di un contro-vetro. Sostituzione del serramento.
Sistema Finestra: Il sistema finestra. I parametri in gioco. Trasmittanza termica. Fattore solare. Selettività spettrale. Vetri. Telai. Distanziatori. Metodologie di calcolo. Criteri di progettazione.
Tecniche diagnostiche
Termografia a raggi infrarossi. Termoflussimetria. Blower Door Test. Anemometria. Monitoraggio termoigrometrico. Monitoraggio Luminoso.
Lingua Insegnamento
italiano
Corsi
Corsi
3 anni
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Persone
Persone (3)
Docente
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