Obiettivi formativi
Il corso si propone di fornire le nozioni di base della termodinamica, della fluidodinamica e della trasmissione del calore necessarie ai fini dell’analisi energetica dei sistemi. In particolare ci si propone di fornire allo studente le nozioni di base riguardo i fenomeni fisici fondamentali che regolano il sistema edificio-impianto, nonché l’interazione tra edificio ed ambiente circostante.
Contenuti dell'insegnamento
Unità di misura e richiami di fisica classica.
Richiami di cinematica e dinamica.
Termodinamica.
Sistemi chiusi e aperti.
Miscele di aria e vapore d’acqua.
Fluidodinamica.
Trasmissione del calore.
Programma esteso
Unità di misura e richiami di fisica classica .
Definizione di misura. Unità di misura fondamentali e derivate. Analisi dimensionale. Sistema di unità di misura. Il Sistema internazionale di unità di misura. Richiami di cinematica e dinamica: velocità, accelerazione, forza, massa, peso, densità, lavoro, energia, potenza. Energia cinetica e potenziale. Principi di conservazione dell’energia. Stati della materia. Definizione di fluido. Densità e peso specifico. Definizione
di pressione, pressione atmosferica. Legge di Stevino, pressione idrostatica. Misure di pressione: Manometro a tubo aperto.
Termodinamica
Generalità e definizioni. Sistemi chiusi. Primo principio della termodinamica e proprietà energia. Secondo principio della termodinamica. Reversibilità e Irreversibilità. Macchine termiche dirette ed inverse. Macchina reversibile. Sistemi semplici monocomponenti. Superficie (p, v, T) e diagrammi termodinamici (p, v) e (p, T). Proprietà dei liquidi. Proprietà e trasformazioni dei vapori saturi e surriscaldati. Gas perfetti. Proprietà e trasformazioni dei gas perfetti. Sistemi aperti. Equazioni di bilancio di massa ed energia. Esempi applicativi di sistemi aperti. Miscele di aria e vapore d’acqua. Miscele di gas perfetti: proprietà principali.
Miscele di aria e vapor d’acqua: la psicrometria dell’aria.
Principali proprietà delle miscele di aria umida: temperatura a bulbo secco, titolo, grado igrometrico, grado di
saturazione, entalpia. Descrizione del Diagramma psicrometrico e suo uso. Temperatura di rugiada, di saturazione adiabatica e di bulbo umido. Misura del grado igrometrico: lo psicrometro. Principali trasformazioni delle miscele di aria umida: riscaldamento e raffreddamento sensibile; raffreddamento con deumidificazione; umidificazione; miscelazione adiabatica.
Fluidodinamica.
Aspetti fisici del moto di un fluido. Portata in volume e in massa, velocità media del fluido. Viscosità. Moto laminare e moto turbolento. Strato limite fluidodinamico. Numero di Reynolds. Moto dei fluidi nei condotti.
Equazione di bilancio dell'energia meccanica. Equazione di Bernoulli. Perdite di carico. Teorema di Buckingham. Misure di velocità e di portata.
Trasmissione del calore.
Conduzione. Legge di Fourier. Conduzione stazionaria. Analogia elettrica. Convezione. Analisi dimensionale. Convezione forzata, naturale e mista. Irraggiamento termico. Generalità e definizioni. Leggi dell'irraggiamento.Fattore di forma e sue proprietà. Applicazioni relative al mutuo scambio
radiativo tra superfici nere e grigie. Contemporanea presenza di diverse modalità di scambio. Coefficiente globale di scambio termico. Trasmittanza di una parete.
Bibliografia
CENGEL YUNUS A., TERMODINAMICA E TRASMISSIONE DEL CALORE, Ed Mc Graw Hill.
G. CAMMARATA: FISICA TECNICA AMBIENTALE, Ed Mc Graw Hill
Metodi didattici
Il corso è strutturato in lezioni frontali ed esercitazioni, che costituiscono un momento di verifica e chiarimento delle nozioni teoriche acquisite.
Modalità verifica apprendimento
L'esame consiste in una prova scritta e in un colloquio sugli argomenti teorici compresi nel programma. Sono argomento di esame anche gli esempi di applicazione del tipo di quelli presentati durante le esercitazioni.
