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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2019/2020
Scuola Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Insegnamento 077930 - FISICA TECNICA E SISTEMI ENERGETICI
Docente Baricci Andrea , Manzolini Giampaolo
Cfu 10.00 Tipo insegnamento Corso Integrato

Corso di Studi Codice Piano di Studio preventivamente approvato Da (compreso) A (escluso) Insegnamento
Ing Ind - Inf (1 liv.)(ord. 270) - BV (394) INGEGNERIA GESTIONALE*MZZZZ077930 - FISICA TECNICA E SISTEMI ENERGETICI

Obiettivi dell'insegnamento

Il corso è strutturato in due parti: la prima parte, relativa alla Fisica Tecnica (tematiche 1-2), mira a fornire le conoscenze di base della termodinamica e della trasmissione del calore dirette alla risoluzione dei problemi fondamentali dei processi energetici; la seconda parte, relativa ai Sistemi Energetici (tematiche 3-4), è mirata ad un conoscenza ingegneristica dei componenti, delle macchine e degli impianti che assicurano la conversione e la gestione dell’energia, con particolare attenzione ai problemi di efficienza energetica e di rispetto dell’ambiente.

L’insegnamento si inserisce all’interno del percorso degli studi perseguendo alcuni degli obiettivi generali di apprendimento dichiarati. In particolare, l’insegnamento contribuisce allo sviluppo delle capacità di:

  • Comprendere i principi della termodinamica e dello scambio termico e la loro declinazione nelle tecnologie di conversione e uso razionale dell'energia;
  • Comprendere i principi dei sistemi di conversione dell'energia, i limiti tecnologici e la loro applicazione nei vari settori energetici.
  • Progettare soluzioni applicando l’approccio scientifico ed ingegneristico (apprendimento, ragionamento e modellizzazione basati su una solida preparazione multidisciplinare) nell’affrontare problemi semplici di dimensionamento dei componenti presenti in processi di trasformazione, trasporto ed uso finale dell’energia.
  • Progettare sistemi di conversione dell'energia al fine di massimizzare il risparmio energetico/economico/ambientale nelle varie applicazioni di interesse

Risultati di apprendimento attesi

I risultati attesi sono classificati in base agli obiettivi dell'insegnamento.

La comprensione dei principi fondamentali consentirà di: 

  • Conoscere i principi fondamentali della termodinamica nelle varie formulazioni e le proprietà termofisiche della materia nei diversi stati di aggregazione.
  • Essere in grado di impostare bilanci di massa, energia ed entropia su sistemi termodinamici di varia complessità.
  • Individuare le limitazioni a cui sono soggetti tutti i processi reali in conseguenza dei principi della termodinamica.
  • Conoscere e comprendere i principi fondamentali di scambio termico per conduzione, convezione e irraggiamento.
  • Conoscere il concetto di energia primaria e i cicli termodinamici per la conversione dell'energia,
  • Conoscere e scrivere l'equazione di Bernoulli e le perdite di carico nelle varie tipologie per i circuiti idraulici

La progettazione di soluzioni ingegneristiche prevede di:

  • Essere in grado di valutare i processi di trasformazione dell’energia e di generazione di potenza attraverso opportuni indici di prestazione.
  • Eseguire progettazione di massima di cicli termodinamici per applicazioni industriali.
  • Eseguire il dimensionamento di massima di scambiatori di calore e sistemi di isolamento per applicazioni industriali.
  • Valutare le prestazioni energetiche ed economiche di un sistema energetico e identificare la soluzione più conveniente a seconda dei vari contesti e delle varie applicazioni
  • Confrontare dal punto di vista ambientale i vari sistemi di conversione dell'energia
  • gestire problemi non strettamente inerenti alle problematiche affrontate nel corso di laurea assumendo decisioni motivate

 

 


Argomenti trattati

1        Termodinamica

1.1     Grandezze fisiche ed unità di misura. Misura di pressione e temperatura. Sistemi termodinamici e trasformazioni termodinamiche. Sistemi chiusi e aperti. Proprietà di un sistema termodinamico, stato di equilibrio e trasformazioni.

1.2     Sostanze pure, gas perfetti, miscele di gas perfetti.

1.3     Primo principio della termodinamica per sistemi chiusi e aperti. Bilanci di massa e di energia. Calore e lavoro, le diverse forme di lavoro, conservazione e trasformazione dell’energia. Calori specifici, energia interna ed entalpia. Trasformazioni politropiche.

1.4     Entropia: entropia scambiata ed entropia generata, bilanci entropici in sistemi chiusi e aperti. Il diagramma T-s. Variazioni di entropia in gas, solidi e liquidi.

1.5     Serbatoi di energia e motori termici, macchine frigorifere e pompe di calore, rendimento e coefficienti di prestazione. Secondo principio della termodinamica, gli enunciati di Kelvin-Planck e Clausius. Trasformazioni reversibili ed irreversibili. Ciclo e teoremi di Carnot, scala termodinamica della temperatura.

1.6     Analisi termodinamica di volumi di controllo. Analisi di dispositivi a flusso stazionario: ugelli e diffusori, compressori e turbine, pompe, scambiatori di calore, valvole di laminazione. 

1.7     Analisi termodinamica dei cicli Otto, Diesel, Joule. 

1.8     Sistemi bifase ed analisi termodinamica del ciclo Rankine.

2        Scambio termico

2.1     Le diverse forme di trasmissione del calore.    

2.2     Conduzione termica. Postulato ed equazione di Fourier, conduzione in regime stazionario, resistenze termiche.

2.3     Convezione forzata in condotti e all'esterno di superfici. Coefficiente di scambio termico convettivo, perdite di carico e potenza di pompaggio.

2.4     Scambio termico radiativo e proprietà radiative delle superfici.

2.5     Gli scambiatori di calore.

3 Impianti idraulici

3.1    Equazioni di Bernoulli e definizione della curva caratteristica di impianto;

3.2     Dimensionamento e scelta delle pompe; verifica della cavitazione per pompe.

3.3   Conoscenza e scelta dei sistemi di controllo più adeguati per i circuiti idraulici

4. Sistemi di conversione dell'energia

4.1 Caratterizzazione della fonte primaria di energia. Definizione di PCI e PCS per combustibili

4.2  Componenti per le trasformazione di energia nelle varie forme: turbine/compressore/caldaie

4.3  Bilanci energetici per sistemi per la conversione dell'energia elettrica/termica/frigorifera

4.4  Bilanci economici per sistemi per la conversione dell'energia elettrica/termica/frigorifera

4.5  Caratterizzazione dei componenti e loro dimensionamento nei sistemi di conversione dell'energia elettrica/termica/frigorifera


Prerequisiti

Sono richieste conoscenze elementari di:

  • Analisi matematica e geometria, con particolare riferimento a calcolo differenziale-integrale e equazioni differenziali lineari.
  • Fisica, in particolare la definizione di lavoro e familiarità con grandezze fisiche fondamentali, come forza, pressione, temperatura.

Questi argomenti sono previsti negli insegnamenti di Analisi Matematica 1 e geometria e Fisica sperimentale.


Modalità di valutazione
Il corso prevede una serie di lezioni ed esercitazioni sui vari argomenti trattati, in numero adeguato a coprire i crediti previsti.
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 scrittacon quesiti numerici e teorici inerenti agli argomenti trattati nella parte di fisica tecnica e sistemi energetici. La prova si ritiene superata a fronte di una valutazione complessiva uguale o superiore a 18 senza distinguo tra la parte di fisica tecnica e sistemi energetici
 
Nella prova scritta si richiede di risolvere problemi al fine di accertare la capacità di:
impostare ed eseguire bilanci di massa, energia ed entropia per sistemi chiusi e aperti;
calcolare le proprietà di gas, di liquidi e solidi, di sistemi liquido-vapore e gas-vapore lungo processi termodinamici;
analizzare dal punto di vista termodinamico le configurazioni di base di macchine e impianti (caratterizzazione di stati e trasformazioni, calcolo degli indici di prestazione);
valutare le caratteristiche di scambio termico, come potenze, temperature, tempi e dimensioni, adottando i modelli più adatti a descrivere le modalità di trasporto (conduzione, convezione e irraggiamento);
valutare dal punto di vista tecnico ed economico diverse configurazioni di impianto al fine di identificare quella ottimale;
 
I quesiti teorici mirano all'accertamento del grado di comprensione degli aspetti fondamentali dell'insegnamento come pure della consapevolezza dell'uso dei modelli di calcolo utilizzati
 

Bibliografia
Risorsa bibliografica facoltativaYunus A. Cengel, Termodinamica e trasmissione del calore, Editore: McGraw Hill, ISBN: 978-88-386-6514-1
Risorsa bibliografica facoltativaG Casagrande, E Lanzarone, L.D. Marocco, F. Miglietta, Esercizi di Fisica Tecnica, Editore: Pitagora Editrice Bologna
Risorsa bibliografica facoltativaG. Cornetti - F. Millo, MACCHINE IDRAULICHE, Editore: Il Capitello, Anno edizione: 2015, ISBN: 9788842675136 http://www.capitello.it/libri/macchine-idrauliche/
Risorsa bibliografica facoltativaG. Cornetti - F. Millo, SCIENZE TERMICHE E MACCHINE A VAPORE, Editore: Il Capitello, Anno edizione: 2015, ISBN: 9788842675143 http://www.capitello.it/libri/scienze-termiche-e-macchine-a-vapore/
Risorsa bibliografica facoltativaG. Cornetti - F. Millo, MACCHINE A GAS, Editore: Il Capitello, Anno edizione: 2015, ISBN: 9788842675150 http://www.capitello.it/libri/macchine-a-gas/

Forme didattiche
Tipo Forma Didattica Ore di attività svolte in aula
(hh:mm)
Ore di studio autonome
(hh:mm)
Lezione
60:00
90:00
Esercitazione
40:00
60:00
Laboratorio Informatico
0:00
0:00
Laboratorio Sperimentale
0:00
0:00
Laboratorio Di Progetto
0:00
0:00
Totale 100:00 150:00

Informazioni in lingua inglese a supporto dell'internazionalizzazione
Insegnamento erogato in lingua / Italiano / Inglese
Disponibilità di materiale didattico/slides in lingua inglese
schedaincarico v. 1.6.1 / 1.6.1
Area Servizi ICT
28/01/2020