Obiettivi Formativi

Far acquisire conoscenze su: (a) principi di conversione e trasmissione dell’energia, (b) principi di funzionamento degli impianti termici nel settore civile ed industriale (c) fonti di energia rinnovabili e riduzione dei consumi energetici (d) metodologie di dimensionamento dei sottosistemi energetici costitutivi; (e) strumenti progettuali e metodologie operative in campo industriale che civile; (f) metodologie di analisi ambientale in spazi confinati finalizzati al benessere dell’uomo. Far acquisire la piena conoscenza dei dispositivi per la produzione, l’utilizzo e la conversione dell’energia focalizzandosi sui sistemi aperti. Far acquisire la capacità di applicare le metodologie di risoluzione più adeguate al dimensionamento e alla gestione dei più comuni apparati per la conversione di energia e di correlare il funzionamento di ogni singola macchina con le trasformazioni termodinamiche di riferimento. Far acquisire la capacità di scegliere soluzioni impiantistiche che soddisfino i requisiti ambientali (climatizzazione, illuminazione ed acustica), per il benessere dell’uomo (comfort termico, qualità dell’aria, comfort visivo, comfort acustico, ergonomia dell’ambiente confinato) e per la pianificazione energetica ed ambientale e la gestione dei servizi energetici. Far sviluppare la capacità di applicare le conoscenze ingegneristiche acquisite formulando, analizzando e risolvendo, attraverso un metodo scientifico rigoroso, problemi inerenti alle macchine a fluido e i sistemi di conversione dell’energia. Particolare attenzione viene posta alle attività di progettazione/sviluppo pratico dei concetti teorici e all’utilizzo di tecniche e strumenti adeguati all’analisi di esempi pratici. Far acquisire la capacità di individuare autonomamente gli strumenti e le fonti di dati necessarie all'analisi, alla comprensione e alla risoluzione dei problemi pertinenti l'insegnamento anche attraverso l'integrazione delle conoscenze acquisite con appropriate indagini bibliografiche tali da consentire un confronto critico tra le diverse soluzioni possibili. Far acquisire la capacità di interloquire con linguaggio tecnico appropriato alla disciplina. Far sviluppare la capacità di elaborazione autonoma dei concetti e di presentazione dei risultati Far acquisire un metodo di studio individuale adeguato a consentire l'approfondimento delle conoscenze e ad affrontare ulteriori tematiche avanzate o settoriali.

Metodi didattici

Il corso, al fine di raggiungere gli obiettivi formativi previsti, si svolge attraverso lezioni frontali ed esercitazioni in aula effettuate coinvolgendo gli studenti nella risoluzione di problemi alla lavagna.

Prerequisiti

Conoscenze di base di Analisi Matematica, Fisica, Geometria e di Fisica Tecnica.

Verifiche dell'apprendimento

Modulo A (Fisica tecnica): La verifica dell'apprendimento prevede un esame orale. La valutazione della prova viene espressa mediante votazione in trentesimi. La prova consiste nella risoluzione di problemi della stessa tipologia di quelli svolti durante le esercitazioni e 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. Per sostenere la prova è consentito l’uso di calcolatrici e tabelle. Modulo B (Sistemi di conversione dell’energia): Verranno effettuate 2 o 3 prove scritte di verifica intermedia durante il corso (durata 2/3 ore ciascuna) in cui lo studente dovrà risolvere 3 esercizi. Il superamento di tutte le prove di verifica intermedia (giudizio approvato/non approvato) consentirà di accedere direttamente alla prova orale, che dovrà essere sostenuta improrogabilmente, in uno degli appelli appartenenti alla prima sessione d’esame dopo la fine del corso. Per chi non avesse sostenuto o superato tutte le prove di verifica intermedia, le modalità di verifica dell’apprendimento saranno effettuate mediante una prova scritta (durata 2/3 ore), il cui superamento (giudizio approvato/non approvato) consentirà di proseguire l’esame tramite il colloquio orale. La prova scritta consiste nella risoluzione di 3 esercizi di dimensionamento dei componenti delle macchine a fluido, studiate durante il corso, al fine di poter valutare l’acquisizione da parte dello studente della capacità di formulare, analizzare e risolvere problemi inerenti l’insegnamento. La prova orale, che dovrà essere sostenuta nello stesso appello in cui è stata superata la prova scritta, consiste nell’esposizione degli argomenti trattati durante il corso al fine di poter valutare l’acquisizione, da parte dello studente, delle conoscenze degli argomenti trattati durante il corso mediante l’utilizzo del linguaggio tecnico specifico. Il voto finale in trentesimi sarà determinato dalla valutazione complessiva sia dell’elaborato scritto che della prova orale sostenuta e sarà commisurato al raggiungimento degli obiettivi proposti dal corso (acquisizione dei concetti teorici e delle modalità di risoluzione numerica, proprietà di linguaggio, capacità di elaborazione autonoma e collegamento tra i vari argomenti trattati, ecc.).

Programma del Corso

------------------------------------------------------------ Modulo: A000672 - SISTEMI ENERGETICI PER L'INDUSTRIA - MOD. A ------------------------------------------------------------ -GENERALITA’: 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. -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, pompe, turbine, valvole di laminazione. -TRANSIZIONI DI FASE: Relazioni di Eulero e Gibbs-Duhem. Regola delle fasi. Equazione di Clapeyron. Diagrammi (P,V),(P,T),(T,S),(H,S),(P,H) e tabelle di calcolo. Applicazioni: ciclo Rankine e ciclo frigorifero a compressione di vapore saturo. -MOTO DEI FLUIDI: Strato limite idrodinamico. Distribuzione degli sforzi nei condotti. Equazione di Bernoullì generalizzata. Calcolo delle perdite di carico distribuite e concentrate. -CONDUZIONE: Legge di Fourier. Equazione generale della conduzione. Flusso termico e distribuzione di temperatura in pareti piane e manicotti cilindrici semplici e multistrato. -CONVEZIONE: Convezione forzata, naturale e mista. Legge di Newton. Metodo dell’analisi dimensionale. -IRRAGGIAMENTO: Riflessione assorbimento e trasmissione. Intensità e grandezze derivate. Legge di Kirchhoff. Corpo nero e corpo grigio. Scambi termici tra superfici nere e grigie. 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. Scambiatori di calore. Metodi di dimensionamento. -CONTROLLO AMBIENTALE DEGLI SPAZI CONFINATI: Trasformazioni dell’aria umida e diagrammi psicrometrici. Bilancio energetico del corpo umano e comfort termoigrometrico. Qualità dell’aria interna e requisiti di ventilazione. Illuminotecnica degli ambienti indoor. Progettazione di un impianto di illuminazione. Psicoacustica. Fonometria. Acustica degli ambienti confinati. -ENERGETICA DELL’EDIFICIO: Trasmittanza termica di pareti opache e trasparenti. Bilancio termico e di massa di un edificio. Carichi termici invernali e estivi. Tipologie impiantistiche per il riscaldamento e la climatizzazione degli ambienti. Impianti integrati per l’utilizzo di energie rinnovabili. Edifici nZEB. ------------------------------------------------------------ Modulo: A000673 - SISTEMI ENERGETICI PER L'INDUSTRIA - MOD. B ------------------------------------------------------------ -INTRODUZIONE AL CORSO -FABBISOGNI E PRODUZIONE D’ENERGIA E RICHIAMI DI TERMODINAMICA -TRASFORMAZIONI TECNICHE DEI FLUIDI: Trasformazioni termodinamiche e loro rappresentazione sui piani termodinamici. Calcolo del lavoro. -MOTO DEI FLUIDI NEI CONDOTTI CON SCAMBIO DI ENERGIA: Eq. cardinali dell’efflusso. Eq. di De Saint Venant. Velocità locale del suono e numero di Mach. Proprietà di ristagno. Efflusso fluidi comprimibili nei condotti a sezione variabile. Equazioni di Hugoniot. Condotti convergenti, divergenti e convergenti-divergenti. Cono di Stodola. -EFFLUSSO NEI CONDOTTI DELLE TURBOMACCHINE: Equazione meccanica dell’impulso. Momento della quantità di moto. Eq. di Eulero: motrici e operatrici. Rendimento interno di uno stadio di turbomacchina motrice e operatrice. Grado di reazione di uno stadio. Risoluzione di esercizi di dimensionamento. -TURBOMACCHINE MOTRICI A FLUIDO COMPRIMIBILE: Monostadio assiale: ad azione, a reazione. Triangoli di velocità. Turbine a vapore polistadio: a salti di pressione, a salti di velocità. Regolazione. Risoluzione di esercizi di dimensionamento. -TEORIA DELLA SIMILITUDINE -LE TURBOMACCHINE MOTRICI IDRAULICHE: Configurazioni delle turbine idrauliche. Potenze e rendimenti. Turbine Pelton, Francis e Kaplan: triangoli di velocità, rendimento interno. Distributore e la cassa a spirale. La regolazione. Recupero energetico allo scarico delle turbine idrauliche. Cavitazione. Risoluzione di esercizi di dimensionamento. -TURBOMACCHINE OPERATRICI: Compressori dinamici. Caratteristica teorica con infinite pale, teorica con “z” pale e reale con “z” pale. Perdite. Diffusori lisci e palettati. Compressori centrifughi polistadio. Compressori assiali. Rendimento interno. Macchine operatrici idrauliche. Caratteristica meccanica esterna ed interna. Matching. Cavitazione, pompaggio e stallo. Ventilatori centrifughi. Turbomacchine operatrici assiali. Risoluzione di esercizi di dimensionamento. -COMPRESSORI VOLUMETRICI ALTERNATIVI: Funzionamento in sede limite. Funzionamento in sede reale. Dimensionamento di massima. Regolazione della portata. Risoluzione di esercizi di dimensionamento.