Obiettivi formativi
Il corso si propone di fornire le nozioni di base della termodinamica, della
fluidodinamica e della trasmissione del calore necessarie ai fini dell’analisi
energetica dei sistemi. In particolare ci si propone di fornire allo studente le
nozioni di base riguardo i fenomeni fisici fondamentali che regolano il sistema
edificio impianto, nonché l’interazione tra edificio ed ambiente circostante. Come
introduzione al corso si richiameranno alcuni concetti fondamentali della fisica
classica.
Contenuti dell'insegnamento
Unità di misura e richiami di fisica classica.
Richiami di cinematica e dinamica. Termodinamica.
Sistemi chiusi e aperti.
Miscele di aria e vapore d’acqua.
Fluidodinamica. Trasmissione del calore. Il benessere termico.
Elementi di acustica.
Programma esteso
Unità di misura e richiami di fisica classica
Definizione di misura. Unità di misura fondamentali e derivate. Analisi dimensionale. Sistema di unità di misura. Il Sistema internazionale di unità di misura. Richiami di cinematica e dinamica: velocità, accelerazione, forza, massa, peso, densità, lavoro, energia, potenza. Energia cinetica e potenziale. Principi di conservazione dell’energia. Stati della materia. Definizione di fluido. Densità e peso specifico. Definizione di pressione, pressione atmosferica. Legge di Stevino, pressione idrostatica. Misure di pressione: Manometro a tubo aperto.
Termodinamica
Generalità e definizioni. Sistemi chiusi. Primo principio della termodinamica e proprietà energia. Secondo principio della termodinamica. Reversibilità e Irreversibilità. Macchine termiche dirette ed inverse. Macchina reversibile. Sistemi semplici monocomponenti. Superficie (p, v, T) e diagrammi termodinamici (p, v) e (p, T). Proprietà dei liquidi. Proprietà e trasformazioni dei vapori saturi e surriscaldati. Gas perfetti. Proprietà e trasformazioni dei gas perfetti. Sistemi aperti. Definizioni. Equazioni di bilancio di massa ed energia. Esempi applicativi di sistemi aperti.
Miscele di aria e vapore d’acqua
Miscele di gas perfetti: proprietà principali. Miscele di aria e vapor d’acqua: la psicrometria dell’aria. Principali proprietà delle miscele di aria umida: temperatura a bulbo secco, titolo, grado igrometrico, grado di saturazione, entalpia. Descrizione del Diagramma psicrometrico e suo uso. Temperatura di rugiada, di saturazione adiabatica e di bulbo umido. Misura del grado igrometrico: lo psicrometro. Principali trasformazioni delle miscele di aria umida: riscaldamento e raffreddamento sensibile; raffreddamento con deumidificazione; umidificazione;
miscelazione adiabatica.
Fluidodinamica.
Aspetti fisici del moto di un fluido. Portata in volume e in massa, velocità media del fluido. Viscosità. Moto laminare e moto turbolento. Strato limite fluidodinamico. Numero di Reynolds. Moto dei fluidi nei condotti. Equazione di bilancio dell'energia meccanica. Equazione di Bernoulli. Perdite di carico. Teorema di Buckingham. Misure di velocità e di portata.
Trasmissione del calore.
Conduzione. Legge di Fourier. Conduzione stazionaria. Analogia elettrica. Convezione. Analisi dimensionale. Convezione forzata, naturale e mista. Irraggiamento termico. Generalità e definizioni. Leggi dell'irraggiamento. Fattore di forma e sue proprietà. Applicazioni relative al mutuo scambio radiativo tra superfici nere e grigie. Contemporanea presenza di diverse modalità di scambio. Coefficiente globale di scambio termico. Trasmittanza di una parete.
Il benessere termico.
Il meccanismo di termoregolazione del corpo umano. Equazione di bilancio dell’energia per il corpo umano. Parametri ambientali. Temperatura operativa, temperatura media radiante, globe temperature. Indici di benessere. PMV e PPD. Il modello a due nodi.
Elementi di acustica.
Grandezze acustiche fondamentali. La propagazione del suono all’aperto e negli ambienti confinati. Proprietà acustiche dei materiali e degli edifici.
Bibliografia
CENGEL YUNUS A., TERMODINAMICA E TRASMISSIONE DEL CALORE,
MCGRAW-HILL.
PAOLA RICCIARDI, ELEMENTI DI ACUSTICA E ILLUMINOTECNICA, MCGRAWHILL.
Metodi didattici
Il corso è strutturato in lezioni frontali ed esercitazioni, che costituiscono un momento di verifica e chiarimento delle nozioni teoriche acquisite.
Modalità verifica apprendimento
L'esame consiste in una prova scritta e in un colloquio sugli argomenti teorici compresi nel programma. Sono argomento di esame anche gli esempi di applicazione del tipo di quelli presentati durante le esercitazioni.
