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FISICA TECNICA AMBIENTALE
PAOLO PRINCIPI

Sede Scienze
A.A. 2016/2017
Crediti 7
Ore 56
Periodo 2^ semestre
Lingua ITA
Codice U-gov ST03 3S437

Prerequisiti

Conoscenza degli argomenti degli insegnamenti di Matematica e Fisica.

Modalità di svolgimento del corso

Il corso si sviluppa attraverso serie di lezioni teoriche, articolate in blocchi riguardanti specifici argomenti ed al termine di ciascuna fase su esercitazioni destinate ad introdurre lo studente alla prova scritta d’esame. Nell’ambito del corso lo studente può accedere al materiale didattico in formato elettronico presente sul sito di ateneo costituito: da file in pdf riguardanti le slide proiettate durante le lezioni frontali, il file in pdf relativi alle esercitazioni numeriche svolte negli anni accademici precedenti e in quello corrente, i file in pdf relativi alle prove d’esame degli anni precedenti e delle sessioni già effettuate nell’anno accademico corrente, i risultati degli esami.

Risultati di apprendimento attesi

Conoscenze
L’insegnamento permette agli studenti di acquisire le conoscenze fondamentali sui fenomeni singoli di trasmissione del calore e sui meccanismi combinati di scambio termico. Il corso fornisce agli studenti le conoscenze sulla termodinamica dell’aria umida, evidenziando le trasformazioni termodinamiche che la miscela di gas e vapore che costituisce l’atmosfera, subisce per processi termici ed igrometrici. Gli studenti apprendono anche i fenomeni di scambio energetico tra il corpo umano e l’ambiente con lo scopo di verificare le condizioni di benessere ambientale e valutarne gli indici di comfort. 

Capacità di applicare le conoscenze
Lo studente dovrà anche acquisire la seguente abilità professionalizzante: capacità di effettuare semplici analisi energetiche, ad esempio di consumo di combustibile per climatizzazione degli edifici presenti su territorio allo scopo di fare strategie per l’abbattimento del consumo energetico e l’invio in atmosfera dei gas serra.
Fare comunque consulenze di problema energetico al decisore con lo scopo di produrre strategie per perseguire la sostenibilità ambientale, diminuire il consumo di combustibili fossili, diminuire il fenomeno dei cambiamenti climatici.

Competenze trasversali
Le esercitazioni, svolte dagli studenti in forma collaborativa, ma anche autonomamente, concedono di apprendere, oltre che le modalità d’esame scritto anche i meccanismi di cooperazione nello sviluppo di strategie energetiche per la sostenibilità ambientale. Queste pratiche consentono di acquisire autonomia di giudizio, capacità di apprendimento e di trarre conclusioni in autonomia, ma anche di sviluppare capacità comunicativa, accresciuta dal lavoro in gruppo.

 

Programma

TRASMISSIONE DEL CALORE

Meccanismi di scambio termico: Unità di misura e dimensioni utilizzate nell’analisi dei fenomeni energetici.
Leggi fondamentali dello scambio termico, meccanismi combinati di scambio termico, analogia tra flusso termico e flusso elettrico, metodi di risoluzione dei problemi complessi di scambio termico, il metodo resistivo, resistenze in serie e in parallelo. Resistenze e conduttanze termiche. Il flusso termico attraverso stratificazioni.
Calcolo del coefficiente globale di scambio termico di strutture stratificate con materiali omogenei, eterogenei, miste. Conduttanza, resistenza termica, trasmittanza di pareti complesse orizzontali, verticali con flusso di calore discendente ed ascendente, metodi di risoluzione dei problemi di scambio termico, uso della normativa UNI CTI.
I ponti termici: ponti termici di forma e di struttura, coefficiente di eterogeneità di temperatura superficiale, coefficienti lineici, correzione dei ponti termici, calcolo della dispersione di calore attraverso i ponti termici.
Comportamento termico dell’ambiente interno: materiali per l´isolamento termico, comportamento, classificazione, rinnovo dell’aria, orientamento dell’edificio, calcolo della dispersione termica degli ambienti, calcolo dell’energia necessaria alla climatizzazione.
Conduzione monodimensionale in regime permanente: campo di temperatura, superfici isoterme, regime stazionario, legge di Fourier, la conducibilità termica dei materiali (gas, liquidi, solidi),parametri che influenzano il valore della conducibilità termica dei solidi, metodi di misura della conducibilità termica,. Conduzione monodimensionale in assenza di sorgenti termiche, pareti a geometria semplice, strutture composte, materiali omogenei ed eterogenei, gli isolanti termici, parete a simmetria cilindrica.
Conduzione tridimensionale: derivazione dell’equazione generale della conduzione, la diffusività, equazioni di: Fourier, Poisson, Laplace, condizioni ai limiti spazio-temporali, soluzione analitica.
Convezione termica: caratteri della convezione termica, convezione naturale e forzata, il coefficiente di scambio termico convettivo, la legge di Newton, la convezione forzata, numero di Nusselt, strati limite laminare su una piastra piana, effetti di turbolenza. e numeri di Reynolds e Prandtl. Regime turbolento. Correlazioni per il calcolo dei coefficienti di attrito e di scambio termico.
Irraggiamento: il fenomeno fisico dell’irraggiamento termico, grandezze fondamentali, la radiazione termica, emissione termica del corpo nero, legge del corpo nero: Planck, dello spostamento di Wien e Stefan Boltzmann, potere emissivo monocromatico, l’ emissione delle superfici reali, l’emissività, i coefficienti di assorbimento, riflessione e trasmissione, riflessione speculare e diffusa, legge di Kirchhoff,, irraggiamento solare, lo spettro solare, il comportamento dei materiali sotto l’azione della radiazione solare, fenomeni in atmosfera, scambio termico per radiazione, fattori di vista, scambio termico per irraggiamento tra superfici nere e grigie, linearizzazione dell’equazione di scambio termico.

TERMODINAMICA 

Pompe di calore: Il ciclo inverso di Carnot, ciclo inverso a compressione di vapore ideale, coefficiente di prestazione C.O.P.,i refrigeranti e i carichi ambientali, le pompe di calore, le sorgenti fredde per le pompe di calore, il collegamento a sorgenti rinnovabili di energia.
Termodinamica dell’aria umida
La composizione dell’aria atmosferica, le variabili psicrometriche: temperatura a bulbo asciutto, temperatura a bulbo bagnato, umidità specifica, umidità relativa, entalpia specifica, volume specifico. Definizioni e calcolo delle variabili psicrometriche, diagrammi psicrometrici, diagramma Carrier dell'aria umida, trasformazioni psicrometriche: miscelazione adiabatica di masse e di portate d’aria, riscaldamento sensibile, raffreddamento sensibile, umidificazione adiabatica, umidificazione isoterma, deumidificazione, trasformazioni termodinamiche complesse per la climatizzazione estiva ed invernale.

CRITERI E VALUTAZIONI AMBIENTALI

Analisi igrotermica: il fenomeno della diffusione del vapore acqueo, temperatura e pressione di saturazione, pressione parziale del vapore, confronto fra i diagrammi, metodo grafico e metodo analitico, condensa superficiale, condensa interstiziale, fenomeni collegati, soluzione del problema.
Benessere ambientale: benessere fisiologico, benessere ambientale, benessere: termo-igrometrico, corpo umano come sistema termodinamico, scambio di massa e di energia, equazione del benessere, bilancio energetico, metabolismo, unità di misura non convenzionali (met e clo), scambio termico per calore sensibile e latente, interno ed esterno, gli indici del benessere.

Modalità di svolgimento dell'esame

Metodi di valutazione dell'apprendimento;
L’esame si articola su una prova scritta ed una prova orale

Criteri di valutazione dell'apprendimento;
Nella prova scritta lo studente dovrà dimostrare di saper risolvere una serie di esercizi divisi  in tre blocchi inerenti le tre aree: trasmissione del calore, termodinamica dell’aria umida e comfort ambientale.
Nella prova orale lo studente dovrà dimostrare di aver acquisito padronanza sulle tematiche dell’intero programma di insegnamento.

Criteri di misurazione dell'apprendimento;
La prova scritta che deve essere superata con la votazione minima di 18/30 per avere accesso alla successiva prova orale.
Al termine della prova orale viene assegnato il voto in trentesimi. Viene confermato il superamento dell’esame quando il voto è maggiore o uguale a 18. È prevista l’assegnazione del massimo dei voti con lode (30 e lode).

Criteri di attribuzione del voto finale
 La media dei voti conseguiti nelle due prove determina il voto finale dell’esame.

Testi consigliati

Çengel Y.A., Termodinamica e Trasmissione del Calore - seconda edizione, McGraw-Hill
Companies srl, Milano, 2013.
I file in pdf contenenti le diapositive relative a tutti gli argomenti trattati durante il corso (scaricabili
con password dalla pagina docente- allegati download paper)
Dispense (scaricabili con password dalla pagina docente- allegati download paper
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Corsi di laurea

• Scienze ambientali e protezione civile