Scopi

Formazione di un insieme di conoscenze che consentano la verifica (e
il progetto) di impianti termotecnici industriali. Il corso segue quello
di Fisica Tecnica e ne presenta alcune applicazioni basate su un approccio
pratico, fondato prevalentemente sulla intuizione fisica. Nei contenuti
sono indicati in corsivo i temi di carattere generale che non hanno
trovato posto nei richiami iniziali.

Indicazioni generali

Il corso di Impianti Termotecnici è un corso applicativo
che origina la sua parte "teorica" dal corso
preliminare di Fisica Tecnica. È richiesta la conoscenza
delle nozioni fondamentali impartite in quel corso:

• principio di conservazione dell'energia per sistemi chiusi o aperti;


• moto di fluidi in condotti;


• analisi dello scambio termico globale con l'applicazione agli
  scambiatori di calore.

Queste nozioni costituiscono il fondamento per interpretare in
chiave "impiantistica" la teoria del corso.

Sono previste le seguenti precedenze di acquisto:

• Fluidodinamica Applicata


• Sistemi Energetici

Sono inoltre considerati propedeuticità concettuali i seguenti moduli:

• Fisica Tecnica

Contenuti del corso

• Richiami su scambiatori di calore, condotti per fluidi termovettori, unificazione.


• Impianti di combustione.
  
  Sistema bruciatore - generatore di calore - camino.
  
  Combustibili convenzionali e non, combustione, eccesso d'aria, emissioni.
  
  Rendimenti e perdite.
  
  Bruciatori, caldaie, generatori di vapore, inceneritori.
  
  


• Impianti frigoriferi.
  
  Cicli a compressione di vapore, efficienza, potenza frigorifera.
  
  Fluidi frigorigeni, caratteristiche termodinamiche e ambientali.
  
  Componenti principali e schemi di impianti.
  
  Curve caratteristiche di un impianto semplice.
  
  Redazione / interpretazione del catalogo di prodotti commerciali.
  
  


• Impianti cogenerativi.
  
  Generazione separata e cogenerazione di potenza termica e meccanica / elettrica.
  
  Risparmio di combustibile rispetto alla produzione separata.
  
  Impianti con ciclo a gas e a vapore.
  
  Offerta, ordinazione, collaudo.
  
  Cenni a centrali termoelettriche di grande potenza, ripotenziamento, gruppi a ciclo combinato.
  
  


• Impianti di climatizzazione.
  
  Aria umida, diagramma di Mollier, bilanci di massa ed energia in una unità di trattamento.
  
  Fabbisogno energetico di un edificio.
  
  Impianti di riscaldamento autonomi, centralizzati, a distanza.
  
  Impianti di climatizzazione ad aria e ad acqua.
  
  Regolazione.
  

Argomenti essenziali

La lista degli argomenti sotto-elencati non rappresenta il programma del corso, che resta
definito dal contenuto delle Videolezioni attinenti la materia,
ma vuole indicare, soprattutto agli allievi che non possono frequentare
i tutorati, una serie di vincoli che condizionano il superamento dell'esame,
ovvero di soggetti che non possono non essere noti per chiunque decida di
affrontare la prova finale del corso.

1. Richiami di Fisica Tecnica
   
   
   
   1. Concetti di coefficiente globale di scambio termico, differenza di temperatura media logaritmica
   
   
   2. Concetto e definizione di portata di massa in un condotto
   
   
   
   


2. Combustione
   
   
   
   1. Definizione di potere calorifico di un combustibile
   
   
   2. Definizione di temperatura teorica di combustione
   
   
   3. Definizione di rendimento di un generatore di calore e concetto di perdita
   
   
   4. Distinzione fra generatori di vapore a tubi d'acqua e tubi di fumo
   
   
   5. Distinzione fra bruciatore atmosferico e a aria soffiata
   
   
   
   


3. Impianti Frigoriferi
   
   
   
   1. Ciclo inverso standard a compressione di vapore
   
   
   2. Criteri di scelta di un fluido frigorigeno
   
   
   3. Concetto di efficienza (o coefficiente di prestazione)
   
   
   
   


4. Cogenerazione
   
   
   
   1. Distinzione fra impianto cogenerativo e cicli combinati
   
   
   2. Valutazione dell'indice di risparmio nella cogenerazione
   
   
   3. Tipologie fondamentali di impianto
   
   
   
   


5. Condizionamento dell'aria
   
   
   
   1. Lettura del diagramma psicrometrico di Mollier (significato delle linee, tracciamento delle trasformazioni fondamentali)
   
   
   2. Concetto e definizione di carico di un ambiente (retta di carico di un ambiente)
   
   
   
   

Testi consigliati dal docente responsabile del corso:

• P.Anglesio, Elementi di impianti termotecnici, Pitagora.


• Andreini, Pierini, La conduzione dei generatori di vapore,
  Hoepli;


• Boeche, Cavallini, del Giudice, Problemi
  di termodinamica
  applicata, CLEUP;


• Gregorio, Fisica tecnica esercizi svolti, Levrotto
  & Bella.

Il primo testo contiene tutta la teoria, coincide praticamente con le
videolezioni
curate dal Prof. Anglesio e costituisce
il riferimento basilare per
poter acquisire una preparazione conveniente per l'esame
finale del corso, che consiste unicamente in una prova orale.

Esercizi adottati

Possono essere utili, al fine di inquadrare i problemi
susseguenti alle analisi teoriche, gli esempi numerici suggeriti
nel testo di riferimento [1] della sezione Testi:

1. analisi dello scambiatore di fig.1.2 a pag.3;


2. esempio di uso dell'abaco di fig.1.24 a pag.30;


3. calcolo di una rete ad albero a pag.36;


4. ciclo frigorifero a semplice compressione di tab.4.3 a
   pag.122;


5. ciclo frigorifero a doppia compressione e doppia laminazione di
   tab.4.4 a pag.125;


6. verifica dei dati di impianto di tab.4.6 a pag.145;


7. esempio di costo del calore di tab.5.1 a pag.169;


8. esempio di costo dell'energia elettrica di tab.5.2 a
   pag.170;


9. analisi degli scambiatori di fig..5.8, 5.10, 5.12 a pagg.179,
   180, 182;


10. esempio di bilancio economico semplificato di tab.5.7 a
    pag.193-194;


11. esempi di calcolo delle coordinate sul piano di Mollier per
    l’aria umida a pagg.257, 259, 261, 263, 265


12. calcolo del consumo di energia primaria a norma di legge a
    pag.308;


13. calcolo degli impianti di condizionamento in condizioni
    invernali ed estive a pagg.332, 335, 336, 337, 339, 341.

Una buona comprensione di questi esempi consente di acquisire
manualità con gli schemi di calcolo e di individuare,
aspetto fondamentale per un tecnico a qualunque livello, gli ordini
di grandezza dei principali parametri impiantistici.

Alternativamente sono adottati nel
corso dei tutorati i seguenti esercizi:

• Riepilogo di fisica tecnica
  
  gli esercizi J05 e J06 di
  [4] che mostrano un calcolo secondo il metodo della differenza di
  temperatura media logaritmica e il metodo e - NUT di uno
  scambiatore di calore e gli esercizi H05 e H07 di [4] sulle
  applicazioni della formula di Bernoulli generalizzata.


• Generatori di calore:
  
  gli esercizi 3.1 e 3.3 di [3],
  inerenti la stechiometria della combustione in condizioni teoriche
  ed in eccesso d'aria, l'esempio di [2] che riguarda
  l'analisi di un generatore di vapore dotato di economizzatore
  e preriscaldatore d'aria e combustibile.


• Impianti frigoriferi
  
  l'esercizio E16 di [4] su un
  impianto a gas a ciclo Joule inverso, gli esercizi 5.11 (spunta la
  trattazione energetica) e 5.12 di [3] su impianti a vapore a
  semplice compressione e doppia compressione e doppia laminazione,
  l'esercizio 4.12 di [3] che presenta l'applicazione
  della refrigerazione a gas ad un frigorifero di un impianto di
  condizionamento, gli esercizi 5.13 e 5.17 di [3] dove vengono
  discussi un'applicazione dei cicli inversi ad un sistema a
  doppio livello di freddo ed un impianto con cicli in cascata.


• Impianti cogenerativi
  
  gli esercizi F02 ed F03 di [4] sui
  cicli a vapore di riferimento; il primo di essi, estremamente
  semplice, può essere impiegato per riabituarsi all'uso
  di tabelle di proprietà dell'acqua, il secondo
  è un'applicazione a risurriscaldamento e
  l'esercizio 4.1 di [3] che mostra l'effetto delle
  irreversibilità sul ciclo Joule. La trasformazione di un
  impianto Rankine in impianto cogenerativo a contropressione e a
  derivazione e condensazione viene discussa mediante un calcolo
  creato ad hoc, che può essere sostituito dagli esercizi 5.8
  e 5.9 di [3].


• Impianti di condizionamento
  
  gli esercizi 6.1, 6.2 di [3]
  sulla psicrometria e l'uso del diagramma di Mollier,
  l'esercizio G05 di [4] che tratta analiticamente gli stessi
  problemi, gli esercizi 6.4, 6.5 di [3] che presentano soluzioni
  impiantistiche nella climatizzazione estiva ed invernale.

Videocorso utilizzato: Impianti Termotecnici

• Prof. Paolo Anglesio, Politecnico di Torino

• [1.] Introduzione al corso.Richiami sugli scambiatori di calore


• [2.] Ulteriori elementisugli scambiatori di calore


• [3.] Richiami di Fisica Tecnica e Fluidodinamica Applicata


• [4.] Reti per trasporto di fluidi


• [5.] Impianti a combustione. Sistema generatore di calore - camino


• [6.] Impianti a combustione. Richiami su combustibili e combustione


• [7.] Impianti a combustione. Emissioni


• [8.] Impianti a combustione. Bilancio energetico


• [9.] Impianti a combustione. Rendimento e perdite


• [10.] Impianti a combustione. Generazione del calore, bruciatori


• [11.] Impianti a combustione. Caldaie e generatori di vapore


• [12.] Impianti a combustione. Generatori di vapore. Inceneritori


• [13.] Impianti frigoriferi. Generazione del freddo. Fluidi frigorigeni.


• [14.] Impianti frigoriferi. Cicli a compressione di vapore.


• [15.] Impianti frigoriferi. Componentiprincipali per cicli a compressione di vapore.


• [16.] Impianti frigoriferi. Esempi di applicazioni industriali


• [17.] Impianti frigoriferi. Curve caratteristiche di un sistema


• [18.] Impianti frigoriferi. Catalogo


• [19.] Impianti cogenerativi. Generazione separata, grandezze caratteristiche


• [20.] Impianti cogenerativi. Cogenerazione, grandezze caratteristiche


• [21.] Impianti cogenerativi. Tipi fondamentali


• [22.] Impianti cogenerativi. Esempi


• [23.] Impianti cogenerativi. Confronti economici


• [24.] Impianti cogenerativi. Offerta, ordinazione, collaudo.


• [25.] Impianti cogenerativi. Centraletermoelettrica di riferimento.


• [26.] Impianti cogenerativi. Centrale termoelettrica a ciclo combinato.


• [27.] Impianti di climatizzazione. Aria umida.


• [28.] Impianti di climatizzazione. Diagramma di Mollier dell'aria umida.


• [29.] Impianti di climatizzazione. Trasformazioni dell'aria umida.


• [30.] Impianti di climatizzazione. Condizioni di benessere.


• [31.] Impianti di climatizzazione. Bilanci di Energia e massa per un edificio.


• [32.] Impianti di climatizzazione. Classificazione.Riscaldamento.


• [33.] Impianti di climatizzazione. Riscaldamento. (I parte)


• [34.] Impianti di climatizzazione. Riscaldamento. (II parte)


• [35.] Impianti di climatizzazione. Bilanci di massa ed energia


• [36.] Impianti di climatizzazione. Esempi


• [37.] Impianti di climatizzazione. Qualità dell'aria.


• [38.] Impianti di climatizzazione. Scambiatori di calore e di massa


• [39.] Impianti di climatizzazione. Regolazione (I parte)


• [40.] Impianti di climatizzazione. Regolazione (II parte)

Prova d'esame: orale.