UNIVERSITA DEGLI STUDI DI CATANIA Dipartimento di Ingegneria Industriale Sezione Energetica ed Ambientale

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI CATANIA Dipartimento di Ingegneria Industriale Sezione Energetica ed Ambientale Corso di Fisica Tecnica e Impianti a.a Docente: Prof. Ing. Francesco Patania Obiettivi del Corso Gli argomenti trattati nelle lezioni forniranno all Allievo Ingegnere quelle conoscenze di base necessarie ad affrontare i corsi progettuali della laurea specialistica: a) Trasmissione del calore: per il calcolo dei fabbisogni termici indoor nella progettazione di impianti di HVAC ad uso civile e/o industriale; b) Fluidodinamica: per il calcolo e la progettazione di base delle condotte idroniche e delle canalizzazioni aereauliche per gli impianti di cui al punto a, nonché per l individuazione delle concentrazioni di inquinanti aerei nei processi di dispersione degli inquinanti in atmosfera indoor e outdoor; c) Termodinamica dell aria umida: per il calcolo di base delle richieste termo-igrometriche degli ambienti indoor, il tutto finalizzato alle progettazioni di base degli impianti di condizionamento civili e/o industriali; d) Acustica fisica e applicata: per la conoscenza dei parametri di base e la loro elaborazione nella progettazione di base dei presidi per l isolamento acustico (indoor outdoor) nonché per la valutazione dei processi di diffusione del rumore outdoor ed il loro controllo; e) Cicli, schemi e bilanci energetici: il tutto finalizzato a rendere l Allievo Ingegnere in grado di effettuare bilanci termici per le conversioni energetiche da fonti rinnovabili e/o assimilate per l autoproduzione energetica integrata sia termica che elettrica. Lo svolgimento del corso verrà effettuato attraverso: Lezioni teoriche di base, per l apprendimento dei parametri e delle formulazioni fondamentali per la tematica progettuale dei temi trattati; Esercitazioni numeriche; Laboratorio, per apprendere l utilizzo di apparecchiature e strumentazioni idonee al rilevamento sia di parametri termo igrometrici (x, T, Φ) sia delle concentrazioni di inquinanti aerei (CO 2 PM) che di parametri acustici (L EQ ). Pagina 1 di 6

2 Argomenti trattati nel corso 1) Termodinamica applicata Sistemi termodinamici, equazioni fondamentali per i bilanci energetici nei sistemi, Primo e Secondo Principio della Termodinamica, entalpia ed entropia, gas reali e loro differenti comportamenti dei gas ideali (processi teorici processi tecnici), cicli diretti, cicli inversi e loro evoluzioni nelle applicazioni tecniche. 2) Fluidodinamica Comportamento dei fluidi comprimibili ed incomprimibili nel moto all interno di geometrie elementari, perdite energetiche per fenomeni di attrito nel moto dei fluidi, formulazioni teoriche e metodi semi-sperimentali, tecniche di progettazione per il bilanciamento dei circuiti idronici ed aereaulici. 3) Trasmissioni del calore Formulazioni e teorie di base dei meccanismi di trasmissione del calore. Calcolo dei flussi termici e dell andamento delle temperature nei corpi a regime stazionario per geometrie piane, cilindriche e sferiche nella Conduzione, nella Convezione e nell Irraggiamento. Trasmissione Globale del calore. 4) Termodinamica dell Aria Umida Parametri caratteristici dell Aria Umida, formulazioni di base nei processi di trasformazione delle sue caratteristiche termoigrometriche, uso dei diagrammi psicrometrici e processi tecnici nel trattamento dell Aria Umida. Cenni sulla climatizzazione ambientale. 5) Acustica Fenomeni caratterizzanti la propagazione delle onde sonore: attenuazione, assorbimento, riflessione, rifrazione, diffrazione. Livello sonoro equivalente. Analisi spettrale. Materiali e strutture fonoassorbenti. Requisiti acustici passivi degli edifici. Criteri di valutazione del disturbo del rumore ed interventi di mitigazione. 6) Impianti - Impianti a cicli diretti a vapore per la produzione di energia termica calda ed elettrica; - Impianti a cicli inversi a vapore per la produzione di energia termica fredda; - Impianti con cicli ad assorbimento per la produzione del freddo; - Impianti cogenerativi e poligenerativi. Laboratorio - Utilizzazione di strumenti per le misure indoor e outdoor dei parametri caratterizzanti l aria umida (φ, T, H, x); - Utilizzazione di apparecchiature e strumentazioni per il rilevamento di concentrazioni gassose di inquinanti in atmosfera (CO x, SO x, PM x, etc.); - Utilizzazione di sistemi e strumentazione per la misurazione indoor e outdoor delle grandezza acustiche (SPL. L EQ, ). Pagina 2 di 6

3 Esercitazioni Verranno proposte esercitazioni su tematiche inerenti gli aspetti applicativi progettuali per gli argomenti trattati nelle lezioni teoriche. Metodo di valutazione Verrà effettuata una prova scritta per la risoluzione numerica di problemi tecnici nell ambito dei temi trattati nel corso, propedeutica ed obbligatoria per l accesso alla prova orale. Al superamento della prova scritta verrà effettuata la successiva prova orale per la valutazione. Si sconsiglia vivamente agli Allievi che non abbiano superato la prova scritta di presentarsi per l esame orale. Propedeuticità Si consiglia agli Allievi di sostenere l esame dopo aver superato gli esami inerenti le Fisiche. Testi consigliati Data la varietà e la complessità dei temi trattati, si consiglia vivamente all Allievo Ingegnere di utilizzare gli appunti presi durante lo svolgimento del corso e, solamente per le tematiche trattate dal Docente, effettuare approfondimenti su testi, fra i quali: - Cavallini A. Mattarolo L., Termodinamica Applicata, CLEUP Padova - Bonacina A., Cavallini A., Mattarolo L., Trasmissione del Calore, CLEUP Padova - CENGEL YUNUS A. Termodinamica e Trasmissione del Calore, McGraw-Hill - Spagnolo R., Manuale di Acustica Applicata, Utet - Magrini Anna, Magnani Lorenza La progettazione degli impianti di climatizzazione negli edifici, EPC - Bartolazzi Andrea Le Energie Rinnovabili Hoepli Pagina 3 di 6

4 Bachelor of Applied Physics and Equipment a.a Lecturer: Prof. Francesco Patania Objectives of the Course The topics covered in the lessons Engineer will provide the student the knowledge base needed to address the design of the specialist degree courses : a) Heat transfer: for the calculation of indoor thermal requirements in the design of HVAC systems for civil and / or industrial use; b ) Fluid : for the calculation and the basic design of pipelines and ducts aereauliche for hydronic installations referred to in paragraph "a", as well as for the detection of concentrations of air pollutants in the processes of dispersion of pollutants in indoor air and outdoor ; c) Thermodynamics of moist air : the basis for the calculation of the required temperature-humidity indoor environments, all aimed at basic designs of air conditioning civil and / or industrial; d) Physical acoustics and applied : for the knowledge of the basic parameters and their processing in the basic design principals for sound insulation ( indoor - outdoor) as well as for the evaluation of diffusion processes of the outdoor noise and their control ; e) cycles, patterns, and energy balances : all aimed at making the student engineer can perform heat balances for the conversion of energy from renewable sources and / or assimilated to the self- integrated thermal and electrical energy. The course will be done through : Lectures base for learning the parameters of the formulations and fundamental to the design theme of the topics covered ; Numerical exercises ; Workshop to learn how to use equipment and instrumentation suitable for the detection of both thermo- hygrometric parameters (x, T, Φ ) and the concentrations of air pollutants (CO2 - PM ) and acoustic parameters ( LEQ ). Topics covered in the course 1 ) Applied Thermodynamics Thermodynamic systems, the fundamental equations for the energy balance in the systems, the First and Second Law of Thermodynamics, enthalpy and entropy, real gases and their different behaviors of the ideal gas ( theoretical processes - technical Pagina 4 di 6

5 processes ), cycles direct, inverse cycles and their evolution in applications techniques. 2 ) Fluid Dynamics Behavior of incompressible and compressible fluids in motion in elementary geometries, energy losses to friction phenomena in the motion of fluids, theoretical formulations and methods quasi- experimental design techniques for balancing of hydronic circuits and aereaulici. 3 ) Transmission of heat Formulations and basic theories of the mechanisms of heat transmission. Calculation of heat flows and temperatures in the bodies of the trend of steady state for plane geometries, cylindrical and spherical in conduction, convection and in the ' Radiation. Global transmission of heat. 4) Moist Thermodynamics of the Air Characteristic parameters of the Air Moist, basic formulations in the processes of transformation of its features temperature and humidity, use of psychrometric charts and technical processes in the treatment Humid Air. Work on the environmental climate. 5 ) Acoustic Phenomena characterizing the propagation of sound waves : attenuation, absorption, reflection, refraction, diffraction. Equivalent sound level. Spectral analysis. Soundabsorbing materials and structures. Passive acoustic requirements of buildings. Evaluation criteria for the disorder and noise mitigation. 6) Equipment - Equipment in cycles direct steam for the production of thermal energy and electrical hot ; - Equipment in inverse cycles steam for the production of cold thermal energy ; - Equipment absorption cycles for the production of cold ; - Cogeneration plants and poligenerativi. laboratory - Use of instruments for measuring both indoor and outdoor parameters characterizing the humid air ( φ, T, H, x) ; - Use of equipment and instrumentation for the detection of concentrations of gaseous pollutants in the atmosphere ( COx, SOx, PMx, etc.. ) - Use of systems and instrumentation for the measurement of indoor and outdoor acoustic size ( SPL. LEQ,...). tutorials Will be offered on topics related to the practical aspects of implementation planning for the topics covered in the lectures. Pagina 5 di 6

6 Method of assessment There will be a written test for the numerical solution of technical problems on the topics discussed in the course, preliminary and mandatory for access to the oral test. At the written test will be performed for the subsequent oral evaluation. It is not recommended for students who do not pass the written exam to appear for the oral examination. Prerequisites It is recommended that students take the exam after passing the exams inherent Physics. Recommended books Given the variety and complexity of the topics, we strongly recommend that the student engineer to use notes taken during the course, and only for the issues addressed by the teacher, to perform in-depth texts, including: - A. Cavallini Mattarolo L., Applied Thermodynamics, CLEUP Padua - A. Bonacina, A. Cavallini, Mattarolo L., Heat Transfer, CLEUP Padua - YUNUS A. Cengel Thermodynamics and Heat Transfer, McGraw -Hill - Spanish R., Handbook of Applied Acoustics, UTET - Anna Magrini, Lorenza Magnani - The design of air conditioning systems in buildings, the EPC - Bartolazzi Andrea - Renewable Energy - Hoepli Pagina 6 di 6