Insegnamento TERMOFLUODINAMICA E IMPIANTI TERMOTECNICI

Nome del corso di laurea Ingegneria meccanica
Codice insegnamento GP004956
Curriculum Energia
CFU 10
Regolamento Coorte 2020
Erogato Erogato nel 2020/21
Erogato altro regolamento
Periodo Secondo Semestre
Tipo insegnamento Obbligatorio (Required)
Tipo attività Attività formativa integrata
Suddivisione

TERMOFLUIDODINAMICA E IMPIANTI TERMOTECNICI MODULO A

Codice A002342
CFU 5
Docente responsabile Giorgio Baldinelli
Docenti
  • Giorgio Baldinelli
Ore
  • 40 Ore - Giorgio Baldinelli
Attività Caratterizzante
Ambito Ingegneria meccanica
Settore ING-IND/10
Tipo insegnamento Obbligatorio (Required)
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 A002343
CFU 5
Docente responsabile Cinzia Buratti
Docenti
  • Cinzia Buratti
Ore
  • 40 Ore - Cinzia Buratti
Attività Caratterizzante
Ambito Ingegneria meccanica
Settore ING-IND/10
Tipo insegnamento Obbligatorio (Required)
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.
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