Obiettivi Formativi

Il corso si pone come obiettivo quello di: far acquisire agli studenti un’adeguata conoscenza e comprensione dei principi teorici della disciplina, fondamentali per le scienze ingegneristiche e per le loro realtà applicative; far sviluppare la capacità di applicare in maniera autonoma le nozioni teoriche per impostare, analizzare e risolvere problemi teorici anche complessi relativi alla Fisica Tecnica Ambientale; far conseguire la capacità di raccogliere e interpretare i dati utili anche attraverso operazioni di rilievo strumentale in piena autonomia; usare in maniera appropriata i linguaggi tecnici e scientifici specifici della disciplina anche per comunicare tra attori diversi nel settore dell'ingegneria civile; acquisire adeguati metodi di studio, di descrizione e di indagine scientifica che serviranno ad approfondire le conoscenze della Fisica Tecnica Ambientale all’ambiente nel campo dell’Ingegneria civile.

Metodi didattici

Il corso prevede lo svolgimento di lezioni frontali alla lavagna e di esercitazioni numeriche in classe sia individuali che di gruppo. Nel corso delle lezioni e delle esercitazioni si stimolerà costantemente negli studenti l’analisi critica degli argomenti trattati così che possano verificare il proprio livello di comprensione acquisendo, al contempo, un linguaggio tecnico adeguato e la capacità di applicare le tematiche affrontate.

Prerequisiti

Per superare l'esame del corso di Fisica Tecnica Ambientale vengono richieste come prerequisiti la conoscenza di base degli argomenti trattati nel corso di Fisica e Analisi matematica I e II.

Verifiche dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento prevede un esame composto da una prova scritta e da una prova orale cui è possibile accedere solo previo superamento della prova scritta. La valutazione delle prove viene espressa mediante votazione in trentesimi. La prova scritta consiste nella risoluzione di tre problemi vertenti su tutto il programma svolto. La prova scritta è giudicata insufficiente se da essa si evince che lo studente non è in grado di applicare le conoscenze acquisite. La prova orale consiste nell'esposizione di argomenti vertenti su tutto il programma svolto di cui verrà giudicata la capacità di organizzare discorsivamente la conoscenza, la capacità di ragionamento critico sullo studio realizzato, la qualità dell’esposizione, la competenza nell’impiego del lessico specialistico nell'esposizione degli argomenti nonché il rigore metodologico. La votazione finale è la media del voto riportato nella prova scritta e nella prova orale. Per sostenere la prova scritta è consentito l’uso di calcolatrici, tabelle e formulari. Il termine di validità della prova scritta, se superata, è di un anno accademico.

Programma del Corso

GENERALITA’. Equilibrio termodinamico. Lavoro meccanico e calore. Principio zero. Scale di temperatura. Trasformazioni. I PRINCIPIO. Equivalenza calore-lavoro. I principio. Schema dell’energia. Gas perfetti: energia interna e calori specifici. Politropiche. Calcolo del calore e lavoro scambiati lungo una politropica. II PRINCIPIO. Enunciati storici. Ciclo di Carnot. Temperatura termodinamica assoluta. Entropia. Calcolo delle variazioni di entropia. Lavoro massimo. SISTEMI APERTI. Primo principio per i sistemi aperti. Caldaie; scambiatori di calore; compressori alternativi; valvole di laminazione (Joule-Thomson). TRANSIZIONI DI FASE. Regola delle fasi: curve di coesistenza e punti tripli. Equazione di Clapeyron. Formule empiriche per l’acqua. Diagrammi (P,V),(P,T),(T,S),(H,S),(P,H). Calcolo delle principali grandezze termodinamiche con l’ausilio di diagrammi e tabelle. CICLI TERMODINAMICI. Cicli Otto, Diesel, Stirling, Brayton-Joule, Rankine. Ciclo frigorifero a compressione di vapore saturo. Calcolo dei coefficienti di prestazione. ELEMENTI DI PSICROMETRIA. Miscele di gas perfetti. Miscele di aria e vapor d'acqua. Psicrometria. Entalpia associata. Diagrammi psicrometrici di Mollier e di Carrier. Trasformazioni principali dell'aria umida. Trasformazioni tipiche per il condizionamento invernale ed estivo. MOTO DEI FLUIDI. Equazione di continuità. Legge di Poisseille. Distribuzione degli gli sforzi. Strato limite idrodinamico. Equazione di Bernoullì. Calcolo delle perdite di carico distribuite. Abaco di Moody. Calcolo delle perdite di carico concentrate. Formula di Borda. Progetto di un circuito idraulico. CONDUZIONE. La legge di Fourier. Equazione generale della conduzione. Calcolo del flusso termico e della distribuzione di temperatura in una parete piana semplice e multistrato e in un manicotto cilindrico semplice e multistrato. Reti di resistenze termiche. CONVEZIONE. Convezione forzata, naturale e mista. Legge di Newton. Metodo dell’analisi dimensionale. Applicazioni a problemi semplici. IRRAGGIAMENTO. Riflessione assorbimento e trasmissione. Sorgenti. Flusso energetico e grandezze derivate. Legge di Kirchhoff. Corpo nero e corpo grigio. Scambi termici tra superfici nere e grigie. Schermi alla radiazione termica. Calcolo degli scambi termici in cavità con il metodo dell’analogia elettrica. FORME MISTE. Trasmissione del calore tra due fluidi separati da una parete piana o cilindrica. Raggio critico di isolamento. Alette di raffreddamento. Dimensionamento di una superficie alettata. Transitori termici. Scambiatori di calore. Dimensionamento di uno scambiatore di calore. CENNI DI TERMOFISICA DELL’EDIFICIO. Componenti opache e trasparenti. Trasmittanza termica. Ponti termici. Formazione di condensa superficiale ed interstiziale. Bilancio termico e di massa di un edificio. Carichi termici invernali e estivi. Cenni sulle tipologie impiantistiche per il riscaldamento e la climatizzazione degli ambienti. Impianti integrati per l’utilizzo di energie rinnovabili.