Insegnamento TERMOFLUIDODINAMICA E IMPIANTI TERMOTECNICI
- Corso
- Ingegneria meccanica
- Codice insegnamento
- A002387
- Curriculum
- Costruzioni
- Docente
- Cinzia Buratti
- CFU
- 10
- Regolamento
- Coorte 2022
- Erogato
- 2022/23
- Tipo insegnamento
- Opzionale (Optional)
- Tipo attività
- Attività formativa integrata
TERMOFLUIDODINAMICA E IMPIANTI TERMOTECNICI modulo A
Codice | GP004963 |
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CFU | 5 |
Docente | Giorgio Baldinelli |
Docenti |
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Ore |
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Attività | Affine/integrativa |
Ambito | Attività formative affini o integrative |
Settore | ING-IND/10 |
Tipo insegnamento | Opzionale (Optional) |
Lingua insegnamento | Italiano |
Contenuti | Complementi di trasmissione del calore e di termofluidodinamica applicata ai problemi dell'ingegneria meccanica. Termofluidodinamica computazionale, modelli di dispersione di inquinanti in atmosfera. |
Testi di riferimento | G. Guglielmini, C. Pisoni, Elementi di trasmissione del calore, Ed. Veschi Saranno inoltre distribuite dispense da parte del docente |
Obiettivi formativi | L'obiettivo primario del modulo consiste nel fornire agli allievi gli strumenti per affrontare le problematiche avanzate di trasmissione del calore. La fase di laboratorio si pone l'obiettivo di rendere visibili gli aspetti teorici trattati in classe, sia in termini sperimentali, che per quanto concerne l'utilizzo di codici di calcolo termofluidodinamici. Inoltre, attraverso il coinvolgimento diretto (facoltativo) degli studenti nell'esporre argomenti di approfondimento davanti alla classe, si intende mettere i ragazzi di fronte alle difficoltà intrinseche del parlare in pubblico, indicando loro metodi per il relativo miglioramento. |
Prerequisiti | Lo studente deve conoscere le nozioni di base di analisi matematica, con particolare riferimento al calcolo differenziale e integrale. Costituiscono poi un prerequisito indispensabile le basi della termodinamica. |
Metodi didattici | Il corso è organizzato con lezioni in aula su tutti gli argomenti trattati, oltre ad esercitazioni in laboratorio per l'osservazione dei fenomeni di conduzione, convezione e irraggiamento. Lo studio dell'analisi computazionale è supportata da esempi applicativi attraverso un codice commerciale. Vi è inoltre la possibilità per tutti gli allievi, facoltativa, di presentare alla classe un argomento di approfondimento. |
Altre informazioni | La frequenza è facoltativa ma fortemente consigliata. |
Modalità di verifica dell'apprendimento | L'esame prevede una prova scritta e una prova orale. La prova scritta, della durata di un'ora e mezza, consiste nella soluzione di un tema su un argomento relativo al modulo A (termofluidodinamica) e di un problema relativo al modulo B (Impianti Termotecnici) riguardante il dimensionamento di parti di un impianto di riscaldamento o condizionamento dell'aria. La prova ha lo scopo di verificare: i) la capacità di comprensione delle problematiche proposte durante il corso, ii) la capacità di applicare correttamente le conoscenze teoriche, iii) l'abilità di proporre in autonomia modalità di dimensionamento diverse; iv) l'abilità di comunicare in modo efficace e pertinente in forma scritta. Le prove orali, una per ciascun modulo, consistono in una discussione della durata non superiore a circa 45 minuti ciascuna finalizzata ad accertare: i) il livello di conoscenza dei contenuti teorico-metodologici dei due moduli ii) il livello di competenza nell’esporre le possibili soluzioni tecniche di problemi di dimensionamento di componenti e impianti, iii) l’ autonomia di giudizio nel proporre l’approccio più opportuno per ciascun ambito applicativo. Le prove orali hanno anche l’obiettivo di verificare la capacità dello studente di esporre con proprietà di linguaggio i temi proposti dalla Commissione, di sostenere un rapporto dialettico durante discussione e di riassumere i risultati applicativi delle teorie studiate. La valutazione della prova scritta è effettuata dalla Commissione in trentesimi, attribuendo max 15 punti al tema relativo al modulo A e max 15 punti al problema relativo al modulo B; la valutazione finale è effettuata dalla Commissione mediando i risultati della prova scritta e delle due prove orali con i seguenti pesi: prova scritta peso = 1/3; prova orale modulo di Termofluidodinamica peso = 1/3; prova orale modulo Impianti Termotecnici peso =1/3. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa |
Programma esteso | Conduzione Proprietà termofisiche; casi non stazionari; approssimazione di corpo sottile; problemi non lineari: integrale di conducibilità; transitori in sistemi a temperatura non uniforme; superfici alettate. Irraggiamento Trasmissione di calore per irraggiamento; metodo della radiosità. Caratteri della convezione Equazioni di Navier-Stokes; equazione dell'energia nei fluidi, forma adimensionale delle equazioni della convezione; approssimazione di strato limite; valutazione dello spessore degli strati limite meccanico e termico; equazioni dello strato limite; soluzione di similitudine su lastra piana; strato limite in geometrie non piane: separazione; flusso laminare in tubi; calcolo delle perdite di carico; convezione laminare nei flussi interni; convezione naturale laminare. Caratteri della turbolenza Transizione alla turbolenza; struttura della turbolenza; sforzi di Reynolds; profili di velocità; perdite di carico in flussi turbolenti; tubi scabri; diffusività termica turbolenta; analogia di Reynolds; relazioni di scambio termico in flussi interni. Condensazione ed ebollizione Condensazione a film; effetti di turbolenza; correlazioni della condensazione a film; condensazione a gocce; effetto degli incondensabili. Curva di Nukiyama; surriscaldamento; crescita delle bolle; flusso critico; regimi di ebollizione in convezione forzata; correlazioni per l'ebollizione in convezione forzata. Scambiatori di calore Metodi della DTLM e dell’efficienza; scambiatori a più passaggi; tipologie di scambiatori di calore. Termofluidodinamica computazionale Metodo delle differenze finite; metodi alle differenze finite nella conduzione; applicazione delle differenze finite a problemi di conduzione; metodo degli elementi finiti; equazioni per il metodo degli elementi finiti nella conduzione stazionaria; applicazione del metodo agli elementi finiti ad un caso di conduzione non stazionaria; metodo agli elementi finiti nella conduzione non a regime; integrazione delle equazioni del metodo agli elementi finiti non stazionario. Applicazioni e casi di studio. Modelli matematici per il calcolo della dispersione di inquinanti in atmosfera Classi di stabilità atmosferica, gradienti termici verticali. Fenomeno dell’inversione termica. Criteri generali di scelta dei modelli di diffusione di inquinanti in atmosfera. Modelli gaussiani. Applicazioni e casi di studio. Aspetti termofluidodinamici degli edifici: caratteristiche termiche dinamiche, matrice di trasferimento, esempi pratici. |
TERMOFLUIDODINAMICA E IMPIANTI TERMOTECNICI modulo B
Codice | GP004964 |
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CFU | 5 |
Docente | Cinzia Buratti |
Docenti |
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Ore |
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Attività | Affine/integrativa |
Ambito | Attività formative affini o integrative |
Settore | ING-IND/10 |
Tipo insegnamento | Opzionale (Optional) |
Lingua insegnamento | ITALIANO |
Contenuti | Benessere termoigrometrico. Carichi termici. Classificazione degli impianti. Criteri di progetto impianti di riscaldamento e condizionamento: terminali di immissione dell'aria, canali, unità di trattamento aria, ventilconvettori, circuiti idraulici, generatori di calore, macchine frigorifere. Impianti a pompa di calore. Impianti antincendio. Cenni sulla regolazione. |
Testi di riferimento | - C. Buratti: Impianti di Climatizzazione e Condizionamento, Morlacchi Editore, 2015. - Dispense a cura del docente |
Obiettivi formativi | Il modulo ha l'obiettivo di fornire agli studenti le conoscenze e le abilità necessarie alla progettazione degli impianti di riscaldamento e ondizionamento di tipo convenzionale ed illustra i criteri di dimensionamneto dei principali componenti: terminali di immissione dell'aria, reti di distribuzione dell'aria, unità di trattamento aria, terminali di immissione del calore, reti di distribuzione dell'acqua, generatori di calore, macchine frigorifere. A tal fine, nella fase iniziale, sono trattate tematiche relative al benessere termoigrometrico negli ambienti confinati, al calcolo dei carichi termici, alla normativa vigente in materia di risparmio energetico e alla classificazione degli impianti. |
Prerequisiti | Al fine di comprendere e saper applicare la maggior parte delle tecniche descritte nel modulo è necessario avere sostenuto con successo l'esame di Fisica Tecnica. Gli argomenti trattati nel modulo inoltre richiedono di avere la capacità di applicare le relazioni per il calcolo del calore scambiato attraverso le pareti degli edifici e del rendimento termodinamico delle macchine. E' inoltre necessario saper rappresentare i trattamenti dell'aria sul diagramma psicrometrico e saper effettuare calcoli energetici a partire dai dati ricavati dal diagramma. Sono inoltre necessarie nozioni di Analisi Matematica quali le tecniche di derivazione ed integrazione di funzioni a più variabili e le equazioni differenziali. La conoscenza di queste tecniche rappresenta un prerequisito indispensabile per lo studente che voglia superare il modulo con profitto. |
Metodi didattici | ll corso è organizzato nel seguente modo: lezioni in aula su tutti gli argomenti del programma; esercitazioni numeriche in aula finalizzate alla preparazione per la prova scritta; esercitazioni pratiche mediante visite in laboratorio, strumentazioni o software mostrati in classe; visita a fine corso ad un impianto di condizionamento reale di un edificio con illustrazione da parte del progettista e/o del gestore del funzionamento dell'impianto stesso. |
Altre informazioni | La frequenza è facoltativa ma fortemente consigliata. |
Modalità di verifica dell'apprendimento | L'esame prevede una prova scritta e una prova orale. La prova scritta, della durata di un'ora e mezza, consiste nella soluzione di un tema su un argomento relativo al modulo A (termofluidodinamica) e di un problema relativo al modulo B (Impianti Termotecnici) riguardante il dimensionamento di parti di un impianto di riscaldamento o condizionamento dell'aria. La prova ha lo scopo di verificare: i) la capacità di comprensione delle problematiche proposte durante il corso, ii) la capacità di applicare correttamente le conoscenze teoriche, iii) l'abilità di proporre in autonomia modalità di dimensionamento diverse; iv) l'abilità di comunicare in modo efficace e pertinente in forma scritta. Le prove orali, una per ciascun modulo, consistono in una discussione della durata non superiore a circa 45 minuti ciascuna finalizzata ad accertare: i) il livello di conoscenza dei contenuti teorico-metodologici dei due moduli ii) il livello di competenza nell’esporre le possibili soluzioni tecniche di problemi di dimensionamento di componenti e impianti, iii) l’ autonomia di giudizio nel proporre l’approccio più opportuno per ciascun ambito applicativo. Le prove orali hanno anche l’obiettivo di verificare la capacità dello studente di esporre con proprietà di linguaggio i temi proposti dalla Commissione, di sostenere un rapporto dialettico durante discussione e di riassumere i risultati applicativi delle teorie studiate. La valutazione della prova scritta è effettuata dalla Commissione in trentesimi, attribuendo max 15 punti al tema relativo al modulo A e max 15 punti al problema relativo al modulo B; la valutazione finale è effettuata dalla Commissione mediando i risultati della prova scritta e delle due prove orali con i seguenti pesi: prova scritta peso = 1/3; prova orale modulo di Termofluidodinamica peso = 1/3; prova orale modulo Impianti Termotecnici peso =1/3. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa |
Programma esteso | Unità didattica: Benessere termoigrometrico e criteri di progetto Benessere termoigrometrico e indici del benessere; influenza dei principali parametri ambientali sul benessere (temperatura, umidità relativa, velocità dell'aria, ecc.). Cause di discomfort locale (asimmetria radiante, correnti d'aria, gradiente termico verticale, ecc.). Diagrammi del benessere. Qualità dell'aria e ventilazione degli edifici: metodi semplificati di valutazione e dimensionamento dei sistemi di ventilazione. Strumentazioni di misura (in laboratorio). Unità didattica: Carichi termici Fabbisogno energetico degli edifici: verifiche ai sensi della L.10/91 e dei suoi decreti attuativi. Condizioni interne ed esterne di progetto e calcolo dei carichi termici estivi ed invernali: carichi termici esterni (trasmissione attraverso l'involucro edilizio, infiltrazione, ventilazione) ed interni (persone, macchinari, illuminazione). Unità didattica: Impianti di climatizzazione Classificazione degli impianti di climatizzazione. Criteri di progettazione degli impianti di riscaldamento e condizionamento convenzionali. Descrizione e dimensionamento dei principali elementi costituenti gli impianti: terminali di immissione dell'aria in ambiente, canalizzazioni, unità di trattamento aria, ventilconvettori, circuiti idraulici. Generatori di calore: tipologie, caratteristiche costruttive e dimensionamento. Macchine frigorifere: tipologie, caratteristiche costruttive e dimensionamento. Cenni sulla regolazione degli impianti. Impianti a pompa di calore. Unità didattica Anincendio: Protezione e Prevenzione. Normativa di riferimento. Metodi di protezione attiva e passiva. |