Il corso si propone di fornire agli studenti le conoscenze di base indispensabili perla progettazione e l’analisi energetica e ambientale degli apparecchi e dei sistemi per la refrigerazione e la criogenia.

Conoscere i dati di progetto delle macchine frigorifere e criogeniche e le tecniche per l’analisi energetica e exergetica dei relativi cicli. Identificare le tipologie d’impianto idonee per l’applicazione in esame e rappresentarle mediante schemi funzionali. Definire le logiche di funzionamento, regolazione, progettazione termodinamica e dimensionamento delle macchine frigorifere a compressione e ad assorbimento e delle macchine criogeniche. Conoscere gli aspetti di sicurezza, affidabilità, efficienza energetica e impatto ambientale relativi alla gestione della macchina. Conoscere le proprietà dei fluidi refrigeranti utilizzati nelle varie tipologie di impianti frigorigeni e criogenici e utilizzare i loro diagrammi di stato per la rappresentazione dei processi in esame.

Termodinamica applicata e trasmissione del calore.

Termodinamica. Equazione dell’exergia; teorema di Gouy – Stodola; rendimenti di 1° e 2° principio; temperatura media termodinamica di trasformazione. Cicli inversi a compressione di vapore. Ciclo di riferimento di Carnot. Espansione di Joule – Thomson. Ciclo Rankine inverso con trafilazione. Diagrammi T-s e p-h. Applicazioni del ciclo: frigorifero e pompa di calore. Cicli a doppia compressione. Cicli in cascata. Effetto delle perdite di carico negli scambiatori. Dispositivi delle macchine frigorifere. Instabilità di vapour hunting. Fluidi frigorigeni. Caratteristiche e proprietà dei fluidi frigorigeni. Fluidi puri, miscele azeotropiche, miscele zeotropiche. Cicli con miscele zeotropiche. Cicli con CO2. Nuovi fluidi. Compatibilità ambientale fluidi frigorigeni. Distruzione dello strato di ozono stratosferico e indice ODP. Contributo all’effetto serra antropogenico; effetti diretti e indiretti: indici GWP e TEWI. Le macchine frigorifere ad assorbimento. Componenti e loro funzione. Prestazioni teoricamente ottenibili. Cicli a acqua – ammoniaca (NH3-H2O) e acqua – bromuro di litio (H2O-LiBr): rappresentazione in diagramma p-1/T. Analisi termodinamica dei cicli NH3-H2O. Rappresentazione nei diagrammi entalpia – concentrazione e entropia – concentrazione. Progettazione termodinamica della colonna di distillazione. Impianti ad assorbimento a NH3-H2O e H2O-LiBr. Criogenia. Diagrammi di stato di fluidi criogenici. Macchine per la liquefazione di gas: il ciclo di Linde. Ciclo di Claude. Ciclo di Collins. Il ciclo di Stirling inverso a elio. Distillazione dell’aria per la produzione di azoto e ossigeno. Scambiatori di calore criogenici. Isolamento termico dei sistemi criogenici. Contenitori per la conservazione e il trasporto di gas liquefatti (dewar).

Lezioni ed esercitazioni.

Appunti di lezione. Materiale fornito dalla docente mediante il portale della didattica.

Modalità di esame: Elaborato scritto individuale;

L'esame finale consiste in un lavoro scritto individuale da inviare alla docente del corso mediante la posta elettronica istituzionale del Politecnico. Ogni studente presenta una tesina (in formato word o pdf), in cui dovrà rispondere a cinque domande, estratte da un elenco che sarà messo a disposizione sul portale della didattica, di cui due sulle esercitazioni obbligatorie e tre su argomenti vari del corso. Le valutazioni saranno comunicate individualmente agli interessati, mediante la posta elettronica istituzionale del Politecnico.

Modalità di esame: Elaborato scritto individuale;

Non prevista modalità presenziale. Vedi "Criteri, regole e procedure per l'esame in remoto".