20801810 - FISICA TECNICA

IL CORSO SI PROPONE DI FORNIRE STRUMENTI PER LA COMPRENSIONE E LA VALUTAZIONE QUANTITATIVA DEI PRINCIPALI FENOMENI DI TRASMISSIONE DEL CALORE, MEDIANTE STRUMENTI SIA ANALITICI CHE NUMERICI. AL TERMINE DEL CORSO LO STUDENTE SARÀ IN GRADO DI ESEGUIRE LA PROGETTAZIONE DI MASSIMA DI ALCUNI DISPOSITIVI SEMPLICI, QUALI COIBENTAZIONE DI CORPI DI VARIA GEOMETRIA, SCAMBIATORI DI CALORE, ALETTE DI RAFFREDDAMENTO.
LINSEGNAMENTO SI BASA SU LEZIONI FRONTALI E SU ESERCITAZIONI APPLICATIVE.
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Programma

INTRODUZIONE

RICHIAMI UNITÀ DI MISURA

1. TRASMISSIONE DEL CALORE

1) Conduzione
Conduzione: fenomenologia della conduzione; generalità sui campi termici; Postulato di Fourier. Equazione di Fourier, in coordinate cartesiane e cilindriche, con e senza sviluppo interno di calore. Esempi di soluzioni esatte: lastra piana e strato cilindrico in regime stazionario. Cenni sull’adduzione sulle facce limite. La similitudine elettrica.Raggio critico di isolante. Esempio di regime variabile: Regime periodico stabilizzato in un mezzo semi-infinito

2) Convezione
Definizione. Convezione naturale e convezione forzata. Schematizzazione del fenomeno. Definizione del coefficiente di scambio termico. Analisi dimensionale. Teorema di Buckingham. Metodo degli indici. Determinazione delle variabili dimensionali caratteristiche del trasporto termico. Applicazioni.

3) Irraggiamento
Legge di Kirchhoff. Legge di Planck, di Stefan-Boltzmann e di Wien. Corpi grigi. Applicazioni.

4) Fenomeni complessi
Trasmissione del calore per adduzione. Applicazioni.


2. TERMODINAMICA APPLICATA

1) Sistemi termodinamici
Cenni storici. Equilibrio termodinamico. Lavoro di un sistema chiuso. Concetto di temperatura.

2) Primo principio
Conversione e trasformazione dell’energia: formulazione del primo principio. Energia interna. Calore specifico.

3) Secondo principio
Enunciati del secondo principio. Ciclo di Carnot. Teorema di Carnot. Scala termodinamica della temperatura. Entropia. Trasformazione reversibile ed irreversibile.


4) Cicli termodinamici
Ciclo delle turbine a vapore (Rankine). Ciclo della macchina frigorifera a compressione di vapor saturo.

5) Termodinamica dell’aria
Miscugli gassosi. Aria umida. Umidità assoluta e relativa. Temperatura di rugiada. Entalpia associata. Diagramma di Mollier. Trasformazione dell’aria umida. Psicrometro.
Scambi energetici tra uomo e ambiente. Benessere termoigrometrico. Equazioni del benessere. Indici di comfort termico: temperature effettive, PMV, PPD.

6) Qualità e trattamenti dell’aria
La qualità dell’aria negli ambienti confinanti. Impianti di riscaldamento (cenni) Impianti di climatizzazione (cenni) Impianti di condizionamento:impianti a tutt’aria (cenni). Impianti misti (cenni).


3. ACUSTICA APPLICATA

1) Definizioni, grandezze fisiche fondamentali, campi sonori e propagazione di onde acustiche. Sorgenti sonore e loro tipologie. Caratterizzazione dello stimolo. Scala dei decibel

2) L’organo uditivo e le grandezze psicofisiche. Audiogramma normale e scala di phon.

3) Acustica dei suoni desiderati: modi propri di una sala, tempo di riverberazione, indici di qualità di una sala, trattamenti acustici.

4) Acustica dei rumori indesiderati: caratterizzazione del fenomeno, indici di valutazione, legislazione vigente.

5) Metodi di misura: descrizione della strumentazione utilizzabile e delle metodologie di misura, legislazione vigente.

4. ILLUMINOTECNICA

1) Definizioni, grandezze fisiche fondamentali, leggi fondamentali dell’irraggiamento. Caratterizzazione dello stimolo.

2) L’organo visivo e le grandezze psicofisiche. Fotometria e principi di colorimetria.

3) Metodi di misura delle grandezze fotometriche: descrizione della strumentazione utilizzabile e delle metodologie di misura.

4) Sorgenti luminose artificiali: lampade ad incandescenza, lampade a scarica, Led

5) Apparecchi illuminanti: caratteristiche e funzionamento. Curve fotometriche e loro costruzione.

6) Tecnica di illuminazione artificiale: illuminazione di interni, illuminazioni di esterni. Equilibri di luminanze. Principi di progettazione e legislazione vigente.


Testi Adottati

1. Yunus A. Çengel, “Termodinamica e trasmissione del calore”, McGraw-Hill Education (testo base in versione completa con compendio di Acustica ed Illuminotecnica)
2. Michael Moran et al., “Elementi di Fisica Tecnica per l’Ingegneria”, McGraw-Hill (per consultazione ed approfondimento)
3. Dispense del corso

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Programma

Termodinamica

Concetti fondamentali: grandezze fisiche e unità di misura, sistemi chiusi e aperti, forme di energia, proprietà di un sistema termodinamico, trasformazioni e cicli termodinamici, temperatura e principio zero della termodinamica, pressione.
Primo principio della termodinamica: scambi di energia con l’esterno, primo principio per sistemi chiusi, lavoro di variazione di volume, primo principio per sistemi aperti, principi di conservazione della massa e dell’energia, lavoro di pulsione, entalpia, conservazione dell’energia per sistemi aperti a flusso stazionario.
Proprietà delle sostanze: sostanze pure, capacità termica e calori specifici, fasi di una sostanza, cambiamenti di fase delle sostanze pure, diagrammi di stato per trasformazioni con cambiamento di fase, equazione di stato dei gas perfetti, trasformazioni di stato dei gas ideali.
Secondo principio della termodinamica: enunciati del secondo principio della termodinamica, motori termici, macchine frigorifere e pompe di calore, trasformazioni reversibili e irreversibili, ciclo di Carnot, entropia.
Psicrometria: aria secca e aria atmosferica, umidità assoluta e umidità relativa, temperatura di rugiada, diagramma psicrometrico, condizionamento dell’aria, trasformazioni per il condizionamento dell’aria.

Trasmissione del calore

Conduzione termica in regime stazionario: postulato di Fourier, analogia con il flusso elettrico, conducibilità termica, conduzione monodimensionale in geometrie semplici, pareti piane multistrato, geometrie cilindriche, raggio critico di isolamento.
Convezione forzata e naturale: introduzione, numeri adimensionali, classificazione del moto dei fluidi, strato limite di velocità e temperatura, convezione naturale su superfici.
Irraggiamento: introduzione, radiazione termica, radiazione di corpo nero, proprietà radiative, fattori di vista, trasmissione del calore per irraggiamento tra superfici nere e grigie diffondenti, schermi di radiazione.
Applicazioni: trasmittanza e conduttanza termica di pareti, raggio critico di isolamento.
Scambiatori di calore.

Acustica

Grandezze acustiche e campi sonori: generalità, pressione sonora e livello di pressione sonora, potenza sonora e livello di potenza sonora, intensità sonora e livello di intensità sonora, cenni di acustica psicofisica, audiogramma normale, curve di ponderazione.
Propagazione in campo libero e in ambiente confinato: comportamento dei materiali sottoposti a sollecitazioni sonore, materiali fonoassorbenti e fonoisolanti, potere fonoisolante, isolamento acustico, teoria di Sabine.

Testi Adottati

Materiale didattico fornito dal docente

Yunus A. Çengel, Giuliano Dall'Ò, Luca Sarto, “Fisica tecnica ambientale. Con elementi di acustica e illuminotecnica”, McGraw-Hill Education

Yunus A. Çengel, “Termodinamica e trasmissione del calore”, McGraw-Hill Education (testo base in versione completa con compendio di Acustica ed Illuminotecnica)

Fabio Polonara, Gianni Cesini, Gianni Latini, “Fisica tecnica”, CittàStudi (per approfondimenti)