TERMODINAMICA,TRASMISSIONE DEL CALORE E TERMOFISICA DEGLI EDIFICI
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2020/2021
- Docente
- PATRIZIO FAUSTI
- Crediti formativi
- 6
- Periodo didattico
- Secondo Semestre
- SSD
- ING-IND/11
Obiettivi formativi
- L'insegnamento si propone di fornire i fondamenti della termodinamica e della trasmissione del calore (scienze termiche) oltre ad alcuni elementi di termofisica degli edifici. L’apprendimento di questi principi fisici consentirà allo studente di comprendere i fenomeni legati agli scambi di energia tra diversi sistemi con particolare riferimento agli edifici e agli ambienti di vita.
Prerequisiti
- Conoscenze di Analisi matematica e di Fisica generale
Contenuti del corso
- Richiami Unità di misura
TERMODINAMICA - Richiami di termodinamica del sistema. Richiami Primo principio della termodinamica, energia interna, calore e lavoro, calore specifico, entalpia. Richiami Secondo principio della termodinamica: enunciato di Kelvin Plank e di Clausius, reversibilità, teorema di Carnot, temperatura termodinamica, entropia, teorema dell’aumento dell’entropia.
Sistemi aperti: bilancio delle masse, bilancio dell’energia (primo principio sistemi aperti).
Sistemi chimicamente omogenei: proprietà termodinamiche dei liquidi e dei vapori, uso delle tabelle dei vapori saturi e surriscaldati; richiami proprietà termodinamiche e trasformazioni di gas perfetti.
Diagrammi termodinamici T-s, h-s, p-h.
Cicli termodinamici delle macchine: ciclo Rankine, ciclo delle macchine frigorifere.
Miscele di gas ideali. Miscele di aria e vapor d’acqua: titolo, grado igrometrico, entalpia, diagramma psicrometrico, trasformazioni psicrometriche, misura del grado igrometrico.
TRASMISSIONE DEL CALORE - Generalità sullo scambio termico. Scambio termico per conduzione, legge di Fourier, equazione di Fourier; conduzione stazionaria senza generazione di calore in strato piano singolo e multiplo; resistenze termiche in serie ed in parallelo; conduzione in strato cilindrico singolo e multiplo; condizioni al contorno di tipo convettivo; raggio critico di isolante; cenni alla conduzione bidimensionale, fattori di forma. Conducibilità termica: proprietà e misura. Cenni sulla conduzione in regime transitorio; regime periodico sinusoidale. Scambio termico per convezione: cenni adimensionalizzazione delle equazioni di continuità, del moto e dell’energia; similitudine; numeri adimensionali Nu, Re, Gr, Pr, Pe, Ra. Convezione naturale con temperatura costante sulla parete e con flusso di calore costante. Convezione forzata con flusso esterno ed interno. Irraggiamento: definizioni; corpo nero; leggi dell’irraggiamento; scambio di energia tra superfici completamente affacciate e parzialmente affacciate; fattori di vista; isolamento termico mediante schermi. Contemporanea presenza di diverse modalità di scambio; coefficiente globale di scambio termico.
TERMOFISICA DELL’EDIFICO - Umidità nelle strutture, Diagramma di Glaser; proprietà termiche delle strutture, trasmittanza di pareti opache e finestre, ponti termici. Metodi didattici
- Il modulo didattico "Termodinamica, trasmissione del calore e termofisica degli edifici" (Prof. P. Fausti), che dal prossimo anno accademico assumerà la denominazione "Fisica tecnica A", è integrato con il modulo "Acustica Applicata ed Illuminotecnica" (Prof. N. Prodi) che dal prossimo anno accademico assumerà la denominazione "Fisica tecnica B". Le lezioni svolte dai docenti dei due moduli si integrano per costituire l'insegnamento da 12 CFU denominato "Fisica tecnica".
Negli anni accademici fino al 2018-2019, l'insegnamento si è svolto in presenza, mediante lezioni frontali ed esercitazioni numeriche tese a risolvere problemi concreti di termodinamica, trasmissione del calore, termofisica.
Nell'anno accademico 2019-20, l'insegnamento si è svolto interamente modalità telematica, con video-lezioni ed esercitazioni.
Nel presente anno accademico 2020-2021, le lezioni verranno condotte ancora in modalità telematica, visto il perdurarsi dell'emergenza sanitaria da COVID.
Verranno svolte principalmente video-lezioni ed esercitazioni in diretta streaming; in alcuni casi verranno utilizzate lezioni preregistrate e si cercherà di incrementare la parte di esercitazioni pratiche. Modalità di verifica dell'apprendimento
- L'esame relativo al modulo "Termodinamica, trasmissione del calore e termofisica degli edifici", consiste in una prova scritta ed in una orale che vengono svolte in concomitanza a quelle del modulo "Acustica Applicata ed Illuminotecnica".
La prova scritta ha durata di 3 ore e consiste nella soluzione numerica di tre semplici problemi dei quali il primo sugli argomenti della termodinamica, il secondo sulla trasmissione del calore ed il terzo sull’acustica applicata o sull’illuminotecnica. I dati numerici dei problemi sono personalizzati tramite riferimento ad alcune cifre del numero di matricola. Per lo svolgimento del compito scritto è consentito fare uso di tavole, tabelle, libri e appunti, ma non di connessioni internet o telefoniche.
Per l’accesso alla successiva prova orale (tipicamente programmata dopo 7 – 10 giorni dalla prova scritta) è necessario eguagliare o superare la soglia minima di valutazione pari a 15/30. Per i voti da 15/30 a 17/30 l’ammissione è con riserva, e potrà essere richiesta l'impostazione risolutiva di un problema. Per i voti allo scritto maggiori o uguali di 18/30 l’ammissione all'orale è senza riserva. Il voto della prova scritta viene considerato utile per la durata di 12 mesi dallo svolgimento della prova.
La prova orale consiste in domande sulla teoria, in numero minimo di tre, o nell’impostazione risolutiva di tipici esercizi coprendo tutti gli argomenti svolti nelle lezioni. Il voto finale viene assegnato formulando una valutazione che rispecchia il grado di preparazione riscontrato nella prova scritta ed in quella orale. Trattandosi di moduli integrati il voto viene registrato egualmente sia per il Corso di "Termodinamica, trasmissione del calore e termofisica dell'edificio" (Prof. P. Fausti) che per il Corso di "Acustica Applicata ed Illuminotecnica" (Prof. N. Prodi).
In questo anno accademico si ritornerà all'inserimento delle prove parziali di verifica alla conclusione di ogni ciclo di lezioni. In particolare, le prove parziali sono dedicate a tre diversi gruppi di argomenti: la prima di "Termodinamica", la seconda di "Trasmissione del calore e termofisica dell’edificio", la terza di "Acustica applicata e Illuminotecnica". Le prove parziali vengono programmate con largo anticipo, sono eseguite all’interno del normale orario di lezione o come recupero orario e pertanto hanno una durata di 2h e 30'. Le prove parziali possono sostituire lo scritto riepilogativo proposto all’interno delle sessioni d’esame. In questo caso le votazioni medie ottenute alle prove parziali danno l’accesso alla prova orale secondo i criteri esposti sopra. L’esito incompleto di una o più prove parziali o l’insufficienza della votazione media delle tre prove può essere migliorato solo utilizzando gli scritti di giugno e luglio. Dopo la sessione estiva le prove parziali incomplete decadono e non potranno più essere utilizzate pur rimanendo garantito l’accesso all’orale con la votazione già acquisita. Nell'anno accademico 2020-21, le prove parziali verranno effettuate in via telematica, salvo diversa possibilità qualora si riattivi la modalità in presenza.
Inoltre, dallo scorso anno accademico è stata introdotta la possibilità, per chi ottiene una valutazione dello scritto senza riserva, di confermare il voto dello scritto con un esame orale semplificato, esponendo correttamente due argomenti a scelta dello studente, uno per ciascun modulo integrato.
Infine, per agevolare la partecipazione degli allievi alle prove parziali sono allo studio nuove modalità di verifica scritta costituite da una parte di domande teoriche a risposta multipla e una parte con esercizi a risposta chiusa. Come piattaforma per queste nuove modalità di verifica potranno essere utilizzati o Google moduli o Classroom. Testi di riferimento
- 1) Y. A. Gengel, G. Dall’ò, L. Sarto, Fisica Tecnica Ambientale, McGraw-Hill
oppure Y. A. Gengel, Termodinamica e trasmissione del calore, McGraw-Hill.
2) A. Cocchi, Elementi di fisica tecnica ambientale, ed. Progetto Leonardo.
3) Dispense dei docenti, appunti di lezioni.
