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    Antonio ROSATO

    Insegnamento di FISICA TECNICA

    Corso di laurea magistrale a ciclo unico in ARCHITETTURA

    SSD: ING-IND/11

    CFU: 6,00

    ORE PER UNITÀ DIDATTICA: 48,00

    Periodo di Erogazione: Secondo Quadrimestre

    Italiano

    Lingua di insegnamento

    ITALIANO

    Contenuti

    1) I CONCETTI FONDAMENTALI DELLA TERMODINAMICA
    2) LE PROPRIETÀ DELLE SOSTANZE PURE
    3) IL PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA PER I SISTEMI CHIUSI
    4) IL PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA PER I SISTEMI APERTI
    5) PROPRIETA’ E TRASFORMAZIONI ELEMENTARI DELL’ARIA UMIDA
    6) LA CONDUZIONE
    7) LA CONVEZIONE
    8) L’IRRAGGIAMENTO

    Testi di riferimento

    Il testo di riferimento è:
    Autori: Yunus A. Cengel, Giuliano dall'O', Luca Sarto; Titolo: “Fisica Tecnica ambientale con elementi di acustica ed illuminotecnica”; Luogo di edizione: Milano; Casa editrice: McGraw Hill; Data edizione: 2017; Numero edizione: Prima Edizione; Numero di pagine: 469, Lingua: Italiano.

    Il testo di riferimento è integrato con ulteriore materiale didattico di supporto (slides, tabelle, grafici) caricato sulla pagina web istituzionale dell’insegnamento.

    Obiettivi formativi

    L’insegnamento di Fisica Tecnica si prefigge l’obiettivo di fornire le conoscenze di base sulle discipline della termodinamica e della trasmissione del calore. Al termine del percorso formativo lo studente dovrà conoscere gli argomenti trattati e saper applicare le conoscenze acquisite ai fini dell'analisi energetica degli edifici e degli impianti dedicati al controllo del comfort termo-igrometrico in ambienti confinati.
    In particolare, lo studente dovrà essere in grado di:
    - determinare le proprietà termodinamiche delle sostanze pure monocomponente e dell’aria umida;
    - impostare e risolvere bilanci di massa e energia;
    - risolvere problemi di trasmissione del calore.


    Prerequisiti

    Elementi di Fisica e Matematica di base.

    Metodologie didattiche

    L’insegnamento di Fisica Tecnica si articolerà in 48 ore di lezioni frontali, comprensive di 13 ore di esercitazione.
    La frequenza delle lezioni è obbligatoria. Per poter accedere all’esame di profitto finale sarà necessario raggiungere una percentuale minima di presenza del 70%. Le presenze verranno registrate in aula all’inizio della lezione mediante la firma da parte degli studenti di un apposito modulo fornito dal docente.

    Metodi di valutazione

    La verifica dell’apprendimento sarà effettuata mediante 2 prove scritte intercorso, ciascuna costituita da 4 esercizi, riguardanti tutto il programma dell’insegnamento. Ogni prova scritta intercorso avrà una durata di 1,5 ore e sarà svolta in aula; ad essa verrà assegnato un punteggio in trentesimi; il punteggio complessivo sarà la media aritmetica dei punteggi delle singole prove scritte intercorso. Lo studente che avrà ottenuto un punteggio complessivo di almeno 18/30 sarà esonerato dall’esame di profitto finale.

    L’esame di profitto finale consisterà in una prova scritta ed in una prova orale. La prova scritta sarà costituita da 6 esercizi riguardanti tutto il programma dell’insegnamento; essa avrà una durata di 2,5 ore e sarà svolta in aula; ad essa verrà assegnato un punteggio in trentesimi. La prova scritta risulterà superata solo nel caso di punteggio almeno pari a 18/30 e sarà propedeutica alla prova orale. La prova orale in aula si svolgerà con un colloquio articolato in domande riguardanti tutto il programma dell’insegnamento; essa mirerà a valutare la capacità dello studente di collegamenti critici, di sintesi, di esposizione e di uso del lessico specialistico. Alla prova orale sarà assegnato un punteggio in trentesimi. Il punteggio complessivo dell’esame di profitto finale sarà la media aritmetica dei punteggi della prova scritta e della prova orale e dovrà essere almeno pari a 18/30 per superare l’esame.

    Durante le prove scritte intercorso e la prova scritta finale sarà possibile consultare solo le tabelle ed i diagrammi forniti dal docente; sarà consentito l’uso della calcolatrice e non sarà consentito l’uso di PC, smart phone, tablet.

    Altre informazioni

    Saranno caricate sulla pagina web istituzionale dell’insegnamento e messe a disposizione degli studenti le slides usate durante le lezioni e tabelle/diagrammi per risolvere gli esercizi.

    Programma del corso

    1) I CONCETTI FONDAMENTALI DELLA TERMODINAMICA (5 ore di lezioni frontali, inclusa 1 ora di esercitazione):
    La termodinamica e l’energia. I sistemi chiusi e i sistemi aperti. Le forme di energia. Le proprietà di un sistema termodinamico. Lo stato e l’equilibrio. Le trasformazioni e i cicli termodinamici. La pressione. La temperatura. Le unità di misura e le cifre significative.

    2) LE PROPRIETÀ DELLE SOSTANZE PURE (13 ore di lezioni frontali, incluse 3 ore di esercitazione):
    Le sostanze pure. Le fasi di una sostanza pura. I cambiamenti di fase delle sostanze pure. Diagrammi di stato per trasformazioni con cambiamento di fase. L’equazione di stato dei gas ideali. Energia interna, entalpia e calori specifici dei gas ideali. Energia interna, entalpia e calori specifici di liquidi.

    3) IL PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA PER I SISTEMI CHIUSI (2,5 ore di lezioni frontali, inclusa 1 ora di esercitazione):
    Il calore. Il lavoro. Bilancio di massa e energia per i sistemi chiusi.

    4) IL PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA PER I SISTEMI APERTI (2,5 ore di lezioni frontali, inclusa 1 ora di esercitazione):
    Il calore. Il lavoro. Il lavoro di pulsione. Il flusso convettivo di energia. Bilancio di massa e energia per i sistemi aperti.

    5) PROPRIETA’ E TRASFORMAZIONI ELEMENTARI DELL’ARIA UMIDA (13 ore di lezioni frontali, incluse 3 ore di esercitazione):
    La composizione delle miscele di gas. Aria secca e aria atmosferica. Umidità specifica e umidità relativa. La temperatura di rugiada. Il diagramma psicrometrico. Il benessere termo igrometrico e il condizionamento dell’aria. Trasformazioni elementari per il condizionamento dell’aria: mescolamento adiabatico, semplice raffreddamento, raffreddamento con deumidificazione, semplice riscaldamento, riscaldamento con umidificazione.

    6) LA CONDUZIONE (5 ore di lezioni frontali, incluse 3 ore di esercitazione):
    La conducibilità termica. La resistenza termica conduttiva. La conduzione termica stazionaria nelle pareti piane monostrato o multistrato.

    7) LA CONVEZIONE (2 ore di lezioni frontali):
    Il fenomeno fisico della convezione forzata e naturale. Il coefficiente di scambio termico convettivo.

    8) L’IRRAGGIAMENTO (5 ore di lezioni frontali, incluse 1 ora di esercitazione):
    La radiazione termica. Le proprietà radiative. Il corpo nero. Leggi di Stefan-Boltzmann, Planck e Wien. I corpi grigi. Il fattore di vista. La trasmissione di calore per irraggiamento tra superfici grigie e diffondenti.

    English

    Teaching language

    Italian

    Contents

    1) Fundamentals of Thermodynamics
    2) Properties of pure substances
    3) The first law of thermodynamics: closed systems
    4) The first law of thermodynamics: open systems
    5) MOIST AIR and Psychrometrics
    Applications
    6) HEAT TRANSFER BY conduction
    7) HEAT TRANSFER BY convection
    8) HEAT TRANSFER BY radiation

    Textbook

    The reference book is:
    Authors: Yunus A. Cengel, Giuliano dall'O', Luca Sarto; Title: “Fisica Tecnica ambientale con elementi di acustica ed illuminotecnica”; Milan; Editor: McGraw Hill; Publication year: 2017; Edition number: First Edition; Number of pages: 469, Language: Italian.


    The reference book is integrated with additional didactic material (slides, tables, graphs) uploaded on the institutional course webpage.

    Training objectives

    The course of Technical Physics is aimed at providing students with the basic knowledge of thermodynamics and heat transfer together with their technical applications in the real world. At the end of the course the students should be able to understand the topics of the course and apply the knowledge in order to analyze the energy performance of buildings as well as heating, ventilation and air-conditioning systems. In particular, students have to be able to:
    - calculate the properties of both single-component pure substances as well as moist air;
    - solve mass and energy balances;
    - solve heat transfer problems.


    Prerequisite

    Elements of Physics and Mathematics.

    Teaching methods

    The course consists of 48 hours of frontal lessons, including 13 hours of written exercises.
    Attending the lessons is mandatory. At least 70% of lessons have to be attended in order to participate to the examination session. The participation of students to the lessons will be registered at the beginning of the lessons by signing a document supplied by the professor.

    Evaluation methods

    During the course two classroom tests, with a duration of 1,5 hours each, are scheduled. Each test will include 4 numerical problems focusing on thermodynamics and heat transfer.
    The results of the tests will be expressed in thirtieths; the overall score will be calculated as the arithmetic mean of the results of both written tests. Only the students obtaining a score greater than 18/30 will pass the exam without sustaining additional written/oral part.

    The final exam will consist of a written as well as an oral part. For the written part (duration of 2,5 hours), the student has to solve 6 numerical problems. The score of the written test will be expressed in thirtieths; only the students obtaining a score greater than 18/30 will be admitted to the oral part.
    In the oral part, the student must demonstrate his theoretical knowledge of the subjects and must connect the different aspects. The score of the oral part will be expressed in thirtieths. The overall score will be calculated as the arithmetic mean of the results of both written and oral parts. Only the students obtaining an overall score greater than 18/30 will pass the exam.

    During the written tests, students are allowed to use tables and graphs supplied by the professor as well as the calculator, while using PCs, smart phones, tablets, etc. is not allowed.

    Others

    Slides focusing on the content of the lectures as well as tables/graphs for solving the exercises will be made available to students on the institutional course webpage.

    Course Syllabus

    1) Fundamentals of Thermodynamics (5 hours of frontal lessons, including 1 hour of written exercises):
    Properties of a thermodynamic system. Closed systems and open systems. The forms of energy. Transformations and thermodynamic cycles. Pressure. Temperature. Units and significant digits.

    2) Properties of pure substances (13 hours of frontal lessons, including 3 hours of written exercises):
    Pure substances. Phases of pure substances. Phase changes of pure substances. Thermodynamic charts. Ideal gas equation of state. Internal energy, enthalpy and specific heat of ideal gases and liquids.

    3) The first law of thermodynamics: closed systems (2,5 hours of frontal lessons, including 1 hour of written exercises):
    Heat. Work. Conservation of mass and energy for a closed system.

    4) The first law of thermodynamics: open systems (2,5 hours of frontal lessons, including 1 hour of written exercises):
    Heat. Work. Flow work. Energy that accompanies the mass entering and exiting. Conservation of mass and energy for an open system.

    5) MOIST AIR and Psychrometrics Applications (13 hours of frontal lessons, including 3 hours of written exercises):
    The composition of moist air. Dry air and atmospheric air. Absolute humidity and relative humidity. Dew point temperature. The psychrometric diagram. Thermo-hygrometric wellbeing and air conditioning. Transformations of moist air for air-conditioning.

    6) HEAT TRANSFER BY conduction (5 hours of frontal lessons, including 3 hours of written exercises):
    Thermal conductivity. Conductive thermal resistance. Steady-state conduction through plane multi-layer walls.

    7) HEAT TRANSFER BY convection (2 hours of frontal lessons):
    Natural and forced convection. Convective heat transfer coefficient.

    8) HEAT TRANSFER BY radiation (5 hours of frontal lessons, including 1 hour of written exercises):
    Thermal radiation. Radiative properties. Blackbody properties. Laws of Stefan-Boltzmann, Planck and Wien. Radiation properties of grey surfaces. View factor. Radiation properties of real surfaces. Radiation exchange between diffuse-gray surfaces.






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