Fisica Tecnica Industriale I

Informazioni generali

Docente responsabile

Paolo COPPA
Ivano PETRACCI

Obiettivi del corso

 Conoscenza degli elementi ingegneristici fondamentali della Termodinamica applicata, della Termofluidodinamica e della

Trasmissione del calore.

Il corso propone un approfondimento e integrazione di competenze della Fisica Tecnica con particolari argomenti specifici di

trasmissione del calore. Contemporaneamente fornisce le conoscenze specifiche per la progettazione di particolari tipi di impianti e

componenti: impianti di riscaldamento e condizionamento ad aria e acqua, impianti a collettore solare, impianti di teleriscaldamento,

scambiatori di calore.

Prerequisiti

Anche se non sono previste propedeuticità formali, prima di frequentare il corso di ”FISICA TECNICA INDUSTRIALE  I” è fortemente consigliato di aver sostenuto i seguenti esami: Analisi Matematica 1 Fisica 1

Contenuti del corso

 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.

Libri di testo

 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. 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

Modalità di Esame

Scritto e Orale

Note

Il corso di ”Fisica Tecnica Industriale 1 (FTI1 — 9CFU)” è stato attivato nell’anno accademico 2011-2012

secondo il sistema 6-9-12 CFU.

Gli studenti che aderiscono al DM270 nel sistema 5-10 CFU e che devono sostenere l’esame ”Fisica Tecnica 1

+ Termotecnica 1” da 10 crediti possono seguire FTI1 e sostenere l’esame secondo le stesse modalità.

Per altri eventuali chiarimenti rivolgersi direttamente ai docenti a lezione o nell’orario di ricevimento.

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