In un mondo in cui la domanda di raffreddamento è in continua crescita, dai processi industriali ai data center, fino alle nuove infrastrutture energetiche, la tecnica del freddo e la criogenia rappresentano competenze sempre più strategiche per l’ingegneria moderna. L’insegnamento, a scelta, approfondisce i principi e le applicazioni industriali della refrigerazione, con particolare attenzione agli impianti frigoriferi, alla refrigerazione industriale e alle tecnologie criogeniche. Il corso completa la formazione degli allievi interessati alla progettazione di impianti termotecnici, offrendo strumenti utili per affrontare sistemi complessi, efficienti e sostenibili. Ampio spazio è inoltre dedicato alle applicazioni innovative della tecnica del freddo e della criogenia nei sistemi per la produzione, la trasformazione e lo stoccaggio dell’energia, con riferimento a settori in forte evoluzione come l’idrogeno, il gas naturale liquefatto e le tecnologie a supporto della transizione energetica.

Al termine dell’insegnamento, gli studenti avranno acquisito una conoscenza solida dei principali impianti termotecnici per la refrigerazione industriale e la criogenia, con particolare attenzione alle loro caratteristiche costruttive, funzionali e prestazionali. Saranno in grado di individuare i dati di progetto necessari, selezionare le tipologie impiantistiche più idonee per diverse applicazioni industriali e applicare le principali metodologie di calcolo, tenendo conto dei riferimenti normativi pertinenti. Gli studenti svilupperanno inoltre la capacità di definire le logiche di funzionamento e regolazione dell’impianto, dimensionare e selezionare i principali componenti e sottosistemi, anche attraverso cataloghi tecnici, e documentare il progetto mediante relazioni di calcolo ed elaborati grafici quali piante, sezioni e schemi funzionali. Il corso fornirà infine gli strumenti per valutare sicurezza, affidabilità, efficienza energetica e impatto ambientale degli impianti, con una conoscenza specifica delle proprietà dei fluidi refrigeranti e del loro ruolo nelle diverse configurazioni frigorifere. Gli studenti saranno inoltre in grado di riconoscere e analizzare le applicazioni più innovative della tecnica del freddo e della criogenia, con riferimento a settori emergenti quali il raffreddamento dei data center, la liquefazione e lo stoccaggio dell’idrogeno e di altri fluidi, il recupero energetico e le tecnologie a supporto della transizione energetica.

Per seguire proficuamente l’insegnamento, lo studente deve conoscere e saper utilizzare le nozioni fondamentali di Termodinamica, Trasmissione del Calore e Meccanica dei Fluidi, normalmente acquisite nei corsi di base della Laurea Triennale in Ingegneria Meccanica, Energetica o in percorsi affini.

Strumenti termodinamici per l’analisi dei processi frigoriferi e criogenici (6 h): Richiami essenziali di termodinamica applicata ai sistemi frigoriferi e criogenici: proprietà delle sostanze pure, bilanci di massa ed energia, trasformazioni termodinamiche e diagrammi di stato. Introduzione agli indicatori di prestazione degli impianti frigoriferi, con particolare attenzione al coefficiente di prestazione, ai rendimenti e alle principali grandezze utili per l’analisi energetica dei cicli inversi. Cicli inversi a compressione di vapore (16 h): Studio del ciclo frigorifero a compressione di vapore semplice e delle sue principali trasformazioni. Analisi dell’effetto delle temperature di evaporazione e condensazione sulle prestazioni dell’impianto. Cicli con surriscaldamento, sottoraffreddamento e recupero interno di calore. Cicli a doppia compressione di vapore, con interrefrigerazione, separatore di liquido e ottimizzazione della pressione intermedia. Cicli in cascata per applicazioni a bassa e bassissima temperatura, con analisi delle prestazioni e dei principali campi di impiego industriale. Fluidi frigorigeni e compatibilità ambientale (8 h): Classificazione dei fluidi frigorigeni: fluidi puri, miscele azeotropiche e miscele zeotropiche. Proprietà termodinamiche, prestazionali e di sicurezza dei refrigeranti. Compatibilità con materiali, lubrificanti e componenti d’impianto. Criteri di selezione del fluido frigorigeno in funzione dell’applicazione, del livello termico e delle prestazioni richieste. Analisi dell’impatto ambientale attraverso indicatori quali ODP, GWP e TEWI, con riferimento all’evoluzione normativa e alla progressiva diffusione di refrigeranti naturali e a basso impatto climatico. Componenti e dispositivi degli impianti frigoriferi (8 h): Descrizione funzionale e criteri di scelta dei principali componenti di un impianto frigorifero: dispositivi di laminazione, compressori volumetrici e dinamici, condensatori, evaporatori, scambiatori di calore, ricevitori di liquido, separatori e sistemi di accumulo. Analisi delle caratteristiche costruttive e prestazionali dei componenti, con cenni al dimensionamento e alla selezione da catalogo. Strategie di regolazione, controllo della capacità frigorifera, gestione dei carichi parziali e integrazione dei componenti nello schema d’impianto. Macchine frigorifere ad assorbimento (14 h): Principi di funzionamento delle macchine frigorifere ad assorbimento e confronto con i cicli a compressione meccanica. Studio dei cicli acqua–ammoniaca (NH₃-H₂O) e acqua–bromuro di litio (H₂O-LiBr). Rappresentazione dei cicli su diagrammi termodinamici. Analisi delle prestazioni, dei limiti operativi e dei principali campi di applicazione. Integrazione delle macchine ad assorbimento con cascami termici, impianti cogenerativi, trigenerazione, calore di processo e fonti rinnovabili. Applicazioni industriali e innovative della tecnica del freddo e della criogenia (8 h): Applicazioni della refrigerazione industriale nei processi energetici industriale. Impiego della tecnica del freddo nei sistemi ad alta intensità energetica e nelle infrastrutture critiche, con particolare riferimento al raffreddamento dei data center e alla gestione termica di sistemi di potenza. Applicazioni criogeniche per la liquefazione, lo stoccaggio e il trasporto di gas tecnici, gas naturale liquefatto e idrogeno. Analisi del ruolo della criogenia nei sistemi energetici avanzati, nell’accumulo di energia, nel recupero di freddo, nei processi di separazione dei gas inclusa la cattura criogenica di CO2 e nelle tecnologie a supporto della transizione energetica.

Saranno disponibili sul portale dell'insegnamento le registrazioni delle videolezioni (lezioni ed esercitazioni) relative ad anni accademici precedenti.

L’insegnamento consiste in lezioni ed esercitazioni in aula. Verranno presentate e discusse delle applicazioni sulle quali gli allievi, a gruppi, dovranno redigere un progetto da sottoporre per la valutazione finale.

Il materiale didattico sarà reso disponibile attraverso il portale. Tutte le lezioni ed esercitazioni saranno accompagnate da dispense dettagliate, in formato pdf, scaricabili dal portale della didattica. Si forniranno anche indicazioni bibliografiche di riferimento per eventuali approfondimenti.

Modalita di esame: Prova scritta (in aula); Elaborato progettuale in gruppo;

Exam: Written test; Group project;

... L’esame prevede una prova scritta in aula della durata di 120 minuti, finalizzata a verificare la capacità dello studente di applicare gli strumenti teorici e progettuali sviluppati durante il corso. La prova sarà composta da due esercizi relativi alle applicazioni della tecnica del freddo e della criogenia trattate a lezione, con particolare attenzione all’analisi dei cicli, al dimensionamento dei componenti e alla valutazione delle prestazioni degli impianti. La prova scritta contribuirà alla valutazione finale fino a un massimo di 24 punti. Durante il periodo delle lezioni, gli studenti svilupperanno inoltre, organizzati in gruppo, un elaborato progettuale su un tema coerente con gli argomenti del corso. L’elaborato sarà discusso con i docenti e consentirà di valutare la capacità di impostare e documentare un progetto impiantistico, selezionare soluzioni tecniche adeguate e interpretare criticamente i risultati ottenuti. Il lavoro di gruppo contribuirà alla valutazione complessiva fino a un massimo di 8 punti.

Gli studenti e le studentesse con disabilita o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unita Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione piu idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.