L’insegnamento mira a fornire le competenze teoriche e pratiche relative ai principi di funzionamento ed ai metodi di dimensionamento dei dispositivi utilizzati per la produzione, la distribuzione e l’utilizzo di potenza termica e/o frigorifera. L’approccio seguito prevede l’illustrazione teorica dei principi e delle leggi di funzionamento dei diversi sistemi discussi (lezioni ex-cathedra) e la presentazione dei criteri generali di progettazione e dimensionamento di tali sistemi e la loro applicazione numerica (esercitazioni).

Lo studente

• Conosce il principio di funzionamento e le caratteristiche più importanti dei dispositivi utilizzati per la produzione, la distribuzione e l’utilizzo di potenza termica e/o frigorifera.
• Conosce il principio di funzionamento e le caratteristiche più importanti dei principali componenti utilizzati nella realizzazione di tali dispositivi.
• E’ in grado di descrivere sia qualitativamente, sia in forma matematica il funzionamento dei dispositivi utilizzati per la produzione, la distribuzione e l’utilizzo di potenza termica e/o frigorifera e dei principali componenti.
• E’ capace di applicare le conoscenze sopra descritte per analizzare e/o dimensionare i dispositivi utilizzati per la produzione, la distribuzione e l’utilizzo di potenza termica e/o frigorifera.
• E’ capace di operare delle scelte progettuali dei dispositivi utilizzati per la produzione, la distribuzione e l’utilizzo di potenza termica e/o frigorifera in maniera autonoma e di giustificarle e motivarle.

1. Macchine frigorigene e pompe di calore a compressione di vapore. Principio di funzionamento. Ciclo di Carnot, di Evans-Perkins e perdite intrinseche di efficienza energetica. Cicli di lavoro avanzati. Ciclo di Lorentz. Cicli transcritici. Influenza delle condizioni di funzionamento sulle prestazioni energetiche. Inversione del ciclo di lavoro della macchina. Sorgenti termiche. Prestazioni stagionali. Fluidi refrigeranti per macchine a compressione di vapore. Classificazione dei fluidi refrigeranti. Proprietà dei fluidi refrigeranti in relazione all’efficienza energetica ed alla funzionalità dei componenti della macchina. Confronti e campi tipici di applicazione di fluidi refrigeranti diversi. Compressori per macchine a compressione di vapore. Classificazione dei compressori. I compressori volumetrici e centrifughi: parametri principali, rendimenti ed efficienza energetica. Metodi di regolazione della portata.
2. Macchine frigorigene e pompe di calore ad assorbimento. Principio di funzionamento. Miscele di lavoro per macchine ad assorbimento. Macchine a singolo, doppio e triplo effetto. Macchine GAX e trasformatori di calore. Prestazioni e campi di impiego. Confronto con macchine a compressione di vapore.
3. Caldaie e generatori di calore. Classificazione delle caldaie. Richiami di combustione. Perdite di efficienza energetica in funzionamento continuo ed in funzionamento intermittente. Caldaie a temperatura costante, a temperatura scorrevole ed a condensazione
4. Scambiatori di calore. Metodo di dimensionamento del ΔT medio logaritmico. Analisi del coefficiente globale di scambio termico in geometria piana e cilindrica. Alettatura. Analisi del funzionamento fuori progetto con il metodo ε-NTU. Calcolo dei coefficienti di scambio termico e delle cadute di pressione. Fattori di sporcamento. Condensatori ed evaporatori. Torri di raffreddamento. Classificazione. Scambio termico e scambio di massa nelle torri di raffreddamento. Teoria di Merkel e potenziale entalpico. Influenza della temperatura di bulbo umido, del ΔT di approach e del ΔT di range sul dimensionamento di una torre di raffreddamento. Bilancio dell’acqua in una torre di raffreddamento. Sistemi antipennacchio.
5. Centrali termiche e frigorifere e reti di distribuzione della potenza termica e frigorifera. Fluidi termovettori monofase e bifase. Componenti: pompe, valvole, vasi di espansione e contrazione, accumuli di energia. etc. Lay-out impiantistico e reti di distribuzione. Circuito primario e circuiti secondari. Circuiti e pompe a portata costante e a portata variabile.

N.B. L’argomento di cui alla posizione 5 è escluso dal programma dell’insegnamento “Produzione di Energia Termica e Frigorifera B”.

Sono necessarie le conoscenze base di analisi matematica e di termodinamica applicata previste nei programmi degli insegnamenti di Analisi Matematica I, Fisica Tecnica e Fondamenti di Climatizzazione Ambientale.

La verifica della preparazione avviene mediante esame che potrà essere sostenuto nel periodo di valutazione finale al termine del semestre o in qualsiasi altro appello disponibile. L’esame consta di una prova scritta e di una orale, entrambe obbligatorie, in cui la prova orale è successiva alla prova scritta. La prova scritta non fornisce una votazione numerica ma solamente una valutazione (“Ammesso” o “Non ammesso”) che disciplina l’ammissibilità alla prova orale. Per essere ammessi a quest’ultima è necessario riportare la valutazione “Ammesso” alla prova scritta.

Nella prova scritta si richiede di risolvere due problemi, la cui valutazione si basa in modo paritario sullo svolgimento formale e su quello numerico, e volti ad accertare la capacità di:

• Impostare correttamente e sviluppare la progettazione termodinamica di macchine a compressione di vapore e/o ad assorbimento.
• Ricostruire il ciclo termodinamico di funzionamento di macchine a compressione di vapore e/o ad assorbimento a partire da rilievi sperimentali su sistemi funzionanti.
• Impostare correttamente e sviluppare la progettazione termodinamica di scambiatori di calore e/o di torri di raffreddamento.
• Analizzare il funzionamento di scambiatori di calore e/o di torri di raffreddamento in condizioni di lavoro diverse dalle condizioni utilizzati per la loro progettazione termodinamica.

La prova orale è orientata all’accertamento sia del grado di comprensione degli aspetti fondamentali dell’insegnamento, sia della capacità di applicare le conoscenze acquisite a situazioni tipiche della pratica ingegneristica ma non discusse nel dettaglio durante l’insegnamento.