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FISICA TECNICA A

Anno accademico e docente
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English course description
Anno accademico
2022/2023
Docente
PATRIZIO FAUSTI
Crediti formativi
6
Periodo didattico
Secondo Semestre
SSD
ING-IND/11

Obiettivi formativi

L'insegnamento si propone di fornire i fondamenti della termodinamica e della trasmissione del calore (scienze termiche) oltre ad alcuni elementi di termofisica degli edifici. L’apprendimento di questi principi fisici consentirà allo studente di comprendere i fenomeni legati agli scambi di energia tra diversi sistemi con particolare riferimento agli edifici e agli ambienti di vita, oltre ad avere una visione delle applicazioni professionali nel campo del risparmio energetico negli edifici.

Prerequisiti

Conoscenze di Analisi matematica e di Fisica generale

Contenuti del corso

Richiami Unità di misura
TERMODINAMICA - Richiami di termodinamica del sistema. Richiami Primo principio della termodinamica, energia interna, calore e lavoro, calore specifico, entalpia. Richiami Secondo principio della termodinamica.
Sistemi aperti: bilancio delle masse, bilancio dell’energia (primo principio sistemi aperti).
Sistemi chimicamente omogenei: proprietà termodinamiche dei liquidi e dei vapori, uso delle tabelle dei vapori saturi e surriscaldati; richiami proprietà termodinamiche e trasformazioni di gas perfetti.
Diagrammi termodinamici T-s, h-s, p-h.
Cicli termodinamici delle macchine: ciclo Rankine, ciclo delle macchine frigorifere.
Miscele di gas ideali. Miscele di aria e vapor d’acqua: titolo, grado igrometrico, entalpia, diagramma psicrometrico, trasformazioni psicrometriche, misura del grado igrometrico.
TRASMISSIONE DEL CALORE - Generalità sullo scambio termico. Scambio termico per conduzione, legge di Fourier, equazione di Fourier; conduzione stazionaria senza generazione di calore in strato piano singolo e multiplo; resistenze termiche in serie ed in parallelo; conduzione in strato cilindrico singolo e multiplo; condizioni al contorno di tipo convettivo; raggio critico di isolante; cenni alla conduzione bidimensionale, fattori di forma. Conducibilità termica: proprietà e misura. Cenni sulla conduzione in regime transitorio; regime periodico sinusoidale. Scambio termico per convezione: cenni adimensionalizzazione delle equazioni di continuità, del moto e dell’energia; similitudine; numeri adimensionali Nu, Re, Gr, Pr, Pe, Ra. Convezione naturale con temperatura costante sulla parete e con flusso di calore costante. Convezione forzata con flusso esterno ed interno. Irraggiamento: definizioni; corpo nero; leggi dell’irraggiamento; scambio di energia tra superfici completamente affacciate e parzialmente affacciate; fattori di vista; isolamento termico mediante schermi. Contemporanea presenza di diverse modalità di scambio; coefficiente globale di scambio termico.
TERMOFISICA DELL’EDIFICO - Umidità nelle strutture, Diagramma di Glaser; proprietà termiche delle strutture, trasmittanza di pareti opache e finestre, ponti termici.

Metodi didattici

Il modulo didattico "Fisica tecnica A" (Prof. P. Fausti), è integrato con il modulo "Fisica tecnica B" (Prof. N. Prodi). Le lezioni svolte dai docenti dei due moduli si integrano per costituire l'insegnamento da 12 CFU denominato "Fisica tecnica".
Negli anni accademici fino al 2018-2019, l'insegnamento si è svolto in presenza, mediante lezioni frontali ed esercitazioni numeriche tese a risolvere problemi concreti di termodinamica, trasmissione del calore, termofisica.
Negli anni accademici 2019-20 e 2020-21, l'insegnamento si è svolto interamente in modalità telematica, con video-lezioni ed esercitazioni.
Nel presente anno accademico 2021-2022, sulla base delle attuali regole di sicurezza per l'emergenza COVID, le lezioni verranno tenute in modalità mista (in presenza e streaming), con lezioni ed esercitazioni numeriche.
Alcune lezioni o esercitazioni potrebbero essere svolte solo in modalità telematica ma con supporto in aula.

Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame relativo al modulo "Fisica tecnica A" consiste in una prova scritta ed in una orale che vengono svolte in concomitanza a quelle del modulo "Fisica tecnica B".
La prova scritta ha durata di 3 ore e consiste nella soluzione numerica di tre semplici problemi dei quali il primo sugli argomenti della termodinamica, il secondo sulla trasmissione del calore e termofisica degli edifici ed il terzo sull’acustica applicata o sull’illuminotecnica. I dati numerici dei problemi sono personalizzati tramite riferimento ad alcune cifre del numero di matricola. Per lo svolgimento del compito scritto è consentito fare uso di tavole, tabelle, libri e appunti, ma non di connessioni internet o telefoniche. Durante l'anno verranno svolte almeno 6 prove scritte (2 per ciascuna sessione).
Per l’accesso alla successiva prova orale (tipicamente programmata dopo 7 – 10 giorni dalla prova scritta) è necessario eguagliare o superare la soglia minima di valutazione pari a 15/30. Per i voti da 15/30 a 17/30 l’ammissione è con riserva, e potrà essere richiesta l'impostazione risolutiva di un problema. Per i voti dello scritto maggiori o uguali di 18/30 l’ammissione all'orale è senza riserva. Il voto della prova scritta viene considerato utile per la durata di 12 mesi dallo svolgimento della prova.
La prova orale consiste in domande sulla teoria, in numero minimo di tre, o nell’impostazione risolutiva di tipici esercizi coprendo tutti gli argomenti svolti nelle lezioni. Il voto finale viene assegnato formulando una valutazione che rispecchia il grado di preparazione riscontrato nella prova scritta ed in quella orale. Trattandosi di moduli integrati il voto viene registrato egualmente sia per il modulo "Fisica tecnica A" (Prof. P. Fausti) che per il modulo "Fisica tecnica B" (Prof. N. Prodi).

In aggiunta alle modalità classiche di svolgimento degli esami, nel periodo di lezione verranno svolte anche delle prove parziali di verifica alla conclusione di ogni ciclo di lezioni. In particolare, le prove parziali sono dedicate a tre diversi gruppi di argomenti:
- "Termodinamica"
- "Trasmissione del calore e termofisica dell’edificio"
- "Acustica applicata e Illuminotecnica".
Le prove parziali vengono programmate con largo anticipo, sono eseguite all’interno del normale orario di lezione o come recupero orario e pertanto hanno una durata di 2h e 30'. Le prove parziali possono sostituire lo scritto riepilogativo proposto all’interno delle sessioni d’esame. In questo caso le votazioni medie ottenute alle prove parziali danno l’accesso alla prova orale secondo i criteri esposti sopra. L’esito incompleto di una o più prove parziali o l’insufficienza della votazione media delle tre prove può essere migliorato utilizzando solo gli scritti di giugno e luglio. Dopo la sessione estiva le prove parziali incomplete decadono. Nell'anno accademico 2021-22, le prove parziali verranno effettuate in presenza.
Per agevolare la partecipazione degli allievi alle prove parziali sono allo studio nuove modalità di verifica scritta costituite da una parte di domande teoriche a risposta multipla e una parte con esercizi a risposta chiusa. Come piattaforma per queste nuove modalità di verifica potranno essere utilizzati Google moduli o Classroom o eventuali altre piattaforme.
Come ulteriore opzione, esclusivamente per chi svolge le tre prove parziali durante lo svolgimento del corso ottenendo una valutazione media maggiore o uguale a 18/30, c'è la possibilità di confermare il voto dello scritto con un colloquio o esame orale semplificato.



Testi di riferimento

1) Il materiale didattico è costituito principalmente dalle dispense e appunti fornite dai docenti.
Materiale integrativo per alcune parti teoriche può essere trovato nel seguente testo:
2) A. Cocchi, Elementi di fisica tecnica ambientale, ed. Progetto Leonardo.
Materiale integrativo per teoria ed esercizi può essere trovato nei seguenti testi:
3) Y. A. Gengel, G. Dall’ò, L. Sarto, Fisica Tecnica Ambientale, McGraw-Hill
4) Y. A. Gengel, Termodinamica e trasmissione del calore, McGraw-Hill.
5) G. Cesini, G. Latini, F. Polonara, FISICA TECNICA, Seconda edizione, Città Studi Edizioni