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PORTALE DELLA DIDATTICA

Thermodynamics and Heat Transfer for Engineers

10AXYMC

A.A. 2020/21

Course Language

Italian

Course degree

1st degree and Bachelor-level of the Bologna process in Ingegneria Civile - Torino

Course structure
Teaching Hours
Lezioni 48
Esercitazioni in aula 32
Teachers
Teacher Status SSD h.Les h.Ex h.Lab h.Tut Years teaching
Corrado Vincenzo Professore Ordinario ING-IND/11 48 0 0 0 10
Teaching assistant
Espandi

Context
SSD CFU Activities Area context
ING-IND/11 8 C - Affini o integrative Attività formative affini o integrative
Valutazione CPD 2020/21
2020/21
Il corso si propone di fornire conoscenze tecnico-scientifiche di base e di sviluppare le capacità progettuali degli allievi nei settori della illuminotecnica, dell'acustica dell'ambiente esterno e confinato, della trasmissione del calore e della termodinamica. L’obiettivo didattico è quello di far acquisire allo studente: - la conoscenza dei fenomeni ambientali di carattere acustico e luminoso in rapporto alla percezione umana ed al progetto. - la conoscenza dei fenomeni ambientali di carattere energetico e termoigrometrico.
The course aims at providing students with basic technical and scientific knowledge and at developing design skills in the fields of lighting, environmental and building acoustics, heat transfer and thermodynamics. The educational objective is to provide students with: - knowledge of sound and light environmental phenomena in relation to the human perception and to design. - knowledge of energy and thermo-hygrometric environmental phenomena.
Conoscenza dei principi teorici fondamentali nonché degli strumenti di valutazione quantitativa e dei dati di riferimento principali nei settori della illuminotecnica, dell'acustica dell'ambiente esterno e confinato, della trasmissione del calore e della termodinamica. Capacità di eseguire bilanci di energia e massa, valutazioni di massima sulla caratteristiche dell’ambiente luminoso ed acustico. Capacità di elaborare soluzioni progettuali di massima, ottimizzate anche sotto il profilo energetico/ambientale, per i principali problemi di natura fisico-tecnica che si presentano oggi agli operatori del settore.
Knowledge of basic theoretical principles as well as of quantitative assessment tools and of the main reference data in the areas of lighting, environmental and building acoustics, heat transfer and thermodynamics. Ability to calculate mass and energy balances, rough estimation of visual and acoustic environment features. Ability to develop rough design solutions, also optimized in terms of energy / environment, for the main physical-technical problems faced by today's professionals.
Fondamenti di fisica, chimica, analisi matematica
Fundamentals of physics, chemistry, mathematical analysis
Fondamenti di termodinamica: equazioni di conservazione. Trasformazioni termodinamiche reversibili e non, lavoro e calore. I° principio della termodinamica per sistemi chiusi e aperti. Energia interna ed entalpia. II° principio della termodinamica. Entropia. Diagramma delle fasi, liquidi e vapori, gas ideali. Macchine termiche a ciclo diretto e inverso. Concetto di efficienza. Psicrometria: proprietà dell'aria umida. Diagramma di Mollier per l'aria umida. Trasformazioni di riferimento per il controllo dei parametri termoigrometrici dell'aria. Cenni sulle tipologie impiantistiche per la climatizzazione degli ambienti. Elementi di scambio termico: conduzione. Convezione forzata e naturale. Irraggiamento, corpo nero, scambio termico per irraggiamento fra corpi neri e grigi. Proprietà radiative dei vetri. Trasmittanza termica e calcolo del profilo di temperatura in una parete piana multistrato. Scambi termici in presenza di radiazione solare, Temperatura sole-aria. Transitori termici a capacità concentrata. Cenni sul bilancio termico e di massa di un edificio, carichi sensibili / latenti. Diffusione del vapore nelle strutture edilizie: legge di Fick, condensazione superficiale ed interstiziale. Diagramma di Glaser. Elementi di illuminotecnica: sistema energetico e sistema fotometrico, curva di visibilità, sorgenti naturali, fattore di luce diurna, sorgenti artificiali, lampade a basso consumo energetico, apparecchi illuminanti, efficienza luminosa, analisi costo/benefici, altri parametri di caratterizzazione. Criteri progettuali per l'illuminazione artificiale di interni ed esterni. Elementi di acustica: grandezze fondamentali, meccanismo dell'udito, sensazioni auditive, audiogramma normale. Fonoassorbimento e fonoisolamento, caratteristiche di assorbimento e di attenuazione acustica dei materiali. Calcolo del tempo di riverberazione in un ambiente chiuso (formula di Sabine) e scelta del suo valore ottimale. Calcolo del fonoisolamento tra due ambienti chiusi adiacenti. Criteri progettuali per interventi di acustica architettonica. Valutazione del rumore, Livello equivalente e Curve di ponderazione
Fundamentals of thermodynamics: conservation equations. Reversible thermodynamic transformations and not, work and heat. The first law of thermodynamics for closed and open systems. Internal energy and enthalpy. II Law of Thermodynamics. Entropy. Diagram of the phases, liquid and vapour, ideal gases. Thermal machines in direct and reverse cycle. Concept of efficiency. Psychrometry: moist air properties. Mollier diagram for moist air. Reference transformations for air hygrothermal parameters control. Outline of the system types for building air-conditioning. Elements of heat transfer: conduction. Forced and natural convection. Radiation, black body, heat exchange by radiation between blacks and grey bodies. Radiative properties of the glass. Thermal transmittance and the calculation of the temperature profile in a flat multilayer wall. Thermal exchanges in the presence of solar radiation, sol-air temperature. Thermal transients in lumped capacity. Notes on the heat and mass balance of a building, sensible / latent loads. Vapour diffusion in building structures: Fick's law, superficial and interstitial condensation. Diagram of Glaser. Lighting elements: energy system and photometric system, visibility curve, daylight sources, daylight factor, artificial sources, energy-saving lamps, lighting fixtures, lighting efficiency, cost / benefit analysis, other characterization parameters. Design criteria for artificial lighting of interiors and exteriors. Elements of acoustics: fundamental quantities, hearing mechanism, auditory sensations, normal audiogram. Sound absorption and sound insulation, absorption characteristics and acoustic attenuation of the materials. Calculation of the reverberation time in a closed environment (Sabine formula) and choice of its optimum value. Calculation of sound insulation between two adjacent enclosed spaces. Design criteria for architectural acoustics interventions. Noise rating, equivalent level and weighting curves.
Le esercitazioni proposte richiedono l’uso di calcolatrici tascabili scientifiche (logaritmi, elevamenti a potenza, trigonometria,...). Le lezioni seguono come riferimento il testo consigliato. Fotocopie di grafici e tabelle a fini esercitativi sono fornite dai docenti. Il materiale didattico di base e integrativo, la presentazione del corso e le regole d’esame sono disponibili sul portale della didattica sotto la voce "Materiale del corso”.
The proposed exercises require the use of scientific calculators (logarithms, raising to a power, trigonometry ...). The lectures follow the recommended reference texts. Photocopies of graphs and charts for the exercises are provided by the lecturers. The basic and the supplementary teaching materials, the presentation of the course and examination rules are available on the teaching web portal under the heading "Material of the course”.
L’insegnamento è organizzato in lezione a carattere teorico ed esercitazioni in cui si applicano, attraverso esercizi numerici, le conoscenze apprese. Le esercitazioni riguarderanno applicazioni delle conoscenze teoriche acquisite alla soluzione di problemi reali e di attualità, con particolare attenzione ai risvolti energetici/ambientali delle soluzioni elaborate. Saranno svolte mediante: • esercizi numerici in aula riguardanti le applicazioni dei concetti teorici introdotti a lezione, • sviluppo di calcoli progettuali di massima (tesine) riguardanti rispettivamente: - impianti di illuminazione per esterni; - interventi per la realizzazione delle condizioni di benessere acustico in una sala per conferenze; - riqualificazione energetica di un edificio mediante interventi sull’involucro edilizio opaco/trasparente
Teaching is organised in theoretical lectures and exercises, aimed at applying the learned knowledge through numerical exercises. The exercises will cover applications of the theoretical knowledge to the solution of real problems, with particular attention to energy / environmental implications of the solutions developed. They will be carried out by: • numerical exercises in the classroom regarding the applications of theoretical concepts introduced in lectures, • development of rough design calculations (term papers), respectively on: - lighting systems for outdoors; - measures for realising acoustic comfort conditions in a conference room; - building energy refurbishment by means of measures on the building opaque / transparent envelope.
• Corrado V., Fabrizio E., Fondamenti di Termofisica dell’Edificio e Climatizzazione, II edizione, CLUT, Torino, 2014. • G.V. Fracastoro, Fisica Tecnica Ambientale, Otto editore, Torino, 2003. • Corrado V., Fabrizio E., Applicazioni di Termofisica dell’Edificio e Climatizzazione, CLUT, Torino, 2009. • Astolfi A., Corrado V., Applicazioni di Illuminazione e Acustica, CELID, Torino, 2012. • materiale distribuito dai docenti. Per approfondire possono essere consultati all’occorrenza: • Cengel, Y.A., Termodinamica e Trasmissione del Calore, III edizione, McGraw-Hill, 2009.
• Corrado V., Fabrizio E., Fondamenti di Termofisica dell’Edificio e Climatizzazione, II edition, CLUT, Torino, 2014. • G.V. Fracastoro, Fisica Tecnica Ambientale, Otto editore, Torino, 2003. • Corrado V., Fabrizio E., Applicazioni di Termofisica dell’Edificio e Climatizzazione, CLUT, Torino, 2009. • Astolfi A., Corrado V., Applicazioni di Illuminazione e Acustica, CELID, Torino, 2012. • material provided by the lecturers. To depth the subjects, the following texts can be consulted, if necessary: • Cengel, Y.A., Termodinamica e Trasmissione del Calore, III edizione, McGraw-Hill, 2009.
Modalità di esame: Prova orale facoltativa; Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;
DESCRIZIONE DELL’ESAME L’esame consiste in una prova scritta obbligatoria ed in una prova orale facoltativa. La prova scritta è articolata in due parti: • un test di teoria, a risposta sia chiusa sia aperta (durata 1 ora e 15 minuti), finalizzato a verificare l’acquisizione delle conoscenze teoriche; • 4 esercizi numerici (durata 2 ore), finalizzati a verificare la capacità di applicare i concetti teorici. Il test di teoria comprende 80 affermazioni a risposta multipla (vero/falso) e 3 definizioni sintetiche o concetti da spiegare. Gli esercizi numerici riguardano i seguenti argomenti: termodinamica, trasmissione del calore, illuminazione, acustica. La prova orale è finalizzata a verificare gli approfondimenti sulla teoria e sulle sue applicazioni. PROCEDURA DI ESAME Il test di teoria, con domande a risposta sia chiusa sia aperta, sarà effettuato da remoto tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus). Gli esercizi numerici saranno svolti da remoto, come esame scritto su carta con videosorveglianza dei docenti realizzata con lo strumento della Virtual classroom del portale della didattica. Gli esercizi numerici inizieranno 2 ore dopo l’ora di inizio del test di teoria. La prova orale sarà svolta da remoto, mediante lo strumento della Virtual classroom del portale della didattica. La prova orale sarà programmato entro una settimana dalla prova scritta. REGOLE DELL’ESAME La prova scritta e la prova orale devono essere sostenute obbligatoriamente nello stesso appello. La prenotazione all’esame sul portale della didattica è obbligatoria. Nel caso di esito negativo del colloquio orale lo studente dovrà ripetere anche la prova scritta. Nel corso del test di teoria non è consentito consultare alcun testo. Nello svolgimento degli esercizi numerici è consentito consultare norme tecniche, libri, formulari, appunti di lezione, ma non testi contenenti esercizi svolti. VALUTAZIONE Il voto della prova scritta è in trentesimi, con i seguenti pesi: 40% per le affermazioni a risposta multipla (vero/falso), 10% per le definizioni sintetiche, 50% per gli esercizi numerici. Il massimo voto della prova scritta è 32/30. Per l’ammissione alla prova orale facoltativa occorre avere superato la prova scritta con un voto complessivo minimo di 15/30. Nel caso si opti per l’esame orale il voto finale è la media dei voti della prova scritta e della prova orale (con un voto minimo di 15/30 per ciascuna delle due prove). In alternativa al colloquio orale lo studente può optare per voto ridotto, secondo la seguente formula: Voto registrabile = 18 + (voto finale scritto – 18)/2 con un massimo voto registrabile di 24/30.
Exam: Optional oral exam; Computer-based written test using the PoliTo platform;
EXAM DESCRIPTION The exam consists of a compulsory written test and an optional oral interview. The written test is structured in two parts: • a theory test, with both closed and open answers (duration 1 hour and 15 min), aimed at verifying the acquisition of theoretical concepts, and • 4 numerical exercises (duration 2 hours), aimed at verifying the ability to apply theoretical concepts. The theory test consists of 80 true-or-false statements and 3 synthetic definitions or concepts to be explained. The numerical exercises regard the following topics: thermodynamics, heat transfer, lighting, and acoustics. The oral interview is aimed at verifying insights on the theory and on its applications. EXAM PROCEDURE The theory test, with closed and open answers, will be carried out online, via PC by using the Polito exam platform integrated with proctoring tools (Respondus). Numerical exercises will be carried out online, as paper-based written exams with video surveillance by professors with the tool of the Virtual classroom of the Polito teaching portal. Numerical exercises will start 2 hours after the start time of the theory test. The oral interview will be carried out online, with the tool of the Virtual classroom of the Polito teaching portal. The oral interview will be scheduled within one week of the written test. EXAM RULES The written test and oral interview must be taken in the same session. The exam booking on the didactics portal is mandatory. If one fails the oral interview, also the written test must be repeated. During the theory test the student is not allowed to use any support (book, note, lecture notes, slide, technical standards, others). During the numerical exercise the student is allowed to consult: technical standards (the own student copy), books, notes, lecture notes, slides. Texts containing exercises are not allowed. GRADING The grade of the written test is in thirtieths, with the following weights: 40% for the true-or-false statements, 10% for the synthetic definitions, and 50% for the numerical exercise. The maximum grade of the written test is 32/30. The threshold for accessing to the optional oral examination is 15/30. In case the student opts for the oral interview the final grade of the exam, in thirtieths, is the arithmetic mean of the written test and of the oral interview (with a minimum grade of 15/30 for each of the two parts). As an alternative to the oral interview the student can opt for a reduced grade according to the following formula: Final grade = 18 + (written test grade - 18) / 2 with a maximum grade of 24/30.
Modalità di esame: Prova orale facoltativa; Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;
DESCRIZIONE DELL’ESAME L’esame consiste in una prova scritta obbligatoria ed in una prova orale facoltativa. La prova scritta è articolata in due parti: • un test di teoria, a risposta sia chiusa sia aperta (durata 1 ora e 15 minuti), finalizzato a verificare l’acquisizione delle conoscenze teoriche; • 4 esercizi numerici (durata 2 ore), finalizzati a verificare la capacità di applicare i concetti teorici. Il test di teoria comprende 80 affermazioni a risposta multipla (vero/falso) e 3 definizioni sintetiche o concetti da spiegare. Gli esercizi numerici riguardano i seguenti argomenti: termodinamica, trasmissione del calore, illuminazione, acustica. La prova orale è finalizzata a verificare gli approfondimenti sulla teoria e sulle sue applicazioni. PROCEDURA DI ESAME Il test di teoria, con domande a risposta sia chiusa sia aperta, sarà effettuato da remoto tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus). Gli esercizi numerici saranno svolti da remoto, come esame scritto su carta con videosorveglianza dei docenti realizzata con lo strumento della Virtual classroom del portale della didattica, oppure in presenza. Gli esercizi numerici inizieranno 2 ore dopo l’ora di inizio del test di teoria. La prova orale sarà svolta da remoto, mediante lo strumento della Virtual classroom del portale della didattica, oppure in presenza. La prova orale sarà programmato entro una settimana dalla prova scritta. REGOLE DELL’ESAME La prova scritta e la prova orale devono essere sostenute obbligatoriamente nello stesso appello. La prenotazione all’esame sul portale della didattica è obbligatoria. Nel caso di esito negativo del colloquio orale lo studente dovrà ripetere anche la prova scritta. Nel corso del test di teoria non è consentito consultare alcun testo. Nello svolgimento degli esercizi numerici è consentito consultare norme tecniche, libri, formulari, appunti di lezione, ma non testi contenenti esercizi svolti. VALUTAZIONE Il voto della prova scritta è in trentesimi, con i seguenti pesi: 40% per le affermazioni a risposta multipla (vero/falso), 10% per le definizioni sintetiche, 50% per gli esercizi numerici. Il massimo voto della prova scritta è 32/30. Per l’ammissione alla prova orale facoltativa occorre avere superato la prova scritta con un voto complessivo minimo di 15/30. Nel caso si opti per l’esame orale il voto finale è la media dei voti della prova scritta e della prova orale (con un voto minimo di 15/30 per ciascuna delle due prove). In alternativa al colloquio orale lo studente può optare per voto ridotto, secondo la seguente formula: Voto registrabile = 18 + (voto finale scritto – 18)/2 con un massimo voto registrabile di 24/30.
Exam: Optional oral exam; Computer-based written test using the PoliTo platform;
EXAM DESCRIPTION The exam consists of a compulsory written test and an optional oral interview. The written test is structured in two parts: • a theory test, with both closed and open answers (duration 1 hour and 15 min), aimed at verifying the acquisition of theoretical concepts, and • 4 numerical exercises (duration 2 hours), aimed at verifying the ability to apply theoretical concepts. The theory test consists of 80 true-or-false statements and 3 synthetic definitions or concepts to be explained. The numerical exercises regard the following topics: thermodynamics, heat transfer, lighting, and acoustics. The oral interview is aimed at verifying insights on the theory and on its applications. EXAM PROCEDURE The theory test, with closed and open answers, will be carried out online, via PC by using the Polito exam platform integrated with proctoring tools (Respondus). Numerical exercises will be carried out, either online as paper-based written exams with video surveillance by professors with the tool of the Virtual classroom of the Polito teaching portal, or onsite. Numerical exercises will start 2 hours after the start time of the theory test. The oral interview will be carried out online, with the tool of the Virtual classroom of the Polito teaching portal. The oral interview will be scheduled within one week of the written test. EXAM RULES The written test and oral interview must be taken in the same session. The exam booking on the didactics portal is mandatory. If one fails the oral interview, also the written test must be repeated. During the theory test the student is not allowed to use any support (book, note, lecture notes, slide, technical standards, others). During the numerical exercise the student is allowed to consult: technical standards (the own student copy), books, notes, lecture notes, slides. Texts containing exercises are not allowed. GRADING The grade of the written test is in thirtieths, with the following weights: 40% for the true-or-false statements, 10% for the synthetic definitions, and 50% for the numerical exercise. The maximum grade of the written test is 32/30. The threshold for accessing to the optional oral examination is 15/30. In case the student opts for the oral interview the final grade of the exam, in thirtieths, is the arithmetic mean of the written test and of the oral interview (with a minimum grade of 15/30 for each of the two parts). As an alternative to the oral interview the student can opt for a reduced grade according to the following formula: Final grade = 18 + (written test grade - 18) / 2 with a maximum grade of 24/30.
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