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Anno Accademico 2007/08
01IQTFI
Sistemi termotecnici
Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica - Alessandria
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Tut Anni incarico
Borchiellini Romano ORARIO RICEVIMENTO PO ING-IND/10 30 18 8 0 6
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/10 5 B - Caratterizzanti Ingegneria energetica
Obiettivi dell'insegnamento
Il corso si propone di fornire agli allievi ingegneri meccanici strumenti metodologici, concettuali e di calcolo per affrontare le problematiche di progettazione di impianti termici sia in ambito residenziale che industriale. Il corso approfondisce aspetti di termodinamica applicata e trasmissione del calore con forti ricadute nella progettazione degli impianti: lĄŻallievo sar¨¤ in grado di individuare e analizzare le soluzioni tecniche pi¨´ convenienti da utilizzare nelle diverse applicazioni della progettazione termica civile ed industriale. Durante lo svolgimento del corso lo studente familiarizzer¨¤ con: lĄŻanalisi dei generatori per la produzione di energia termica per riscaldamento e raffrescamento (caldaie, generatori di vapori, cicli frigoriferi a compressione di vapore e assorbimento); i sistemi efficienti per il trasferimento di calore (batterie alettate, scambiatori di calore); la definizione e lĄŻanalisi di sistemi energetici integrati e complessi che utilizzano fonti rinnovabili, di sistemi poligenerativi; lĄŻuso razionale del calore e il recupero termico.
Da un punto di vista metodologico, le soluzioni tecniche scelte verranno inquadrate nel contesto normativo di riferimento che condiziona, in ultima analisi ed anche in termini economici, le valutazioni del progettista. Verranno altres¨Ź forniti gli strumenti metodologici per eseguire i calcoli progettuali sui sistemi termotecnici integrati e sui singoli dispositivi del sistema (carichi termici, fabbisogni di energia primaria, dimensionamento di sistemi solari termici, dimensionamento scambiatori di calore).
Competenze attese
Conoscenza approfondita delle applicazioni termotecniche della termodinamica dei gas e dei vapori e dei meccanismi di scambio termico. Valutazione di dispositivi di scambio termico, di batterie alettate e di scambiatori di calore. Dimensionamento di massima dei sistemi di produzione di energia termica e frigorigena in applicazioni industriali e civili. Valutazione energetica dei principali impianti termotecnici anche complessi e che includano lĄŻutilizzo di fonti di energia rinnovabile.
Prerequisiti
Termodinamica, Trasmissione del calore.
Programma
Richiami su grandezze ed equazioni fondamentali (conservazione della massa, quantit¨¤ di moto, Principi fondamentali della Termodinamica). Richiami di Trasmissione del Calore: analogo elettrico, parete piana multistrato, parete cilindrica multistrato, raggio critico di isolamento, scambio termico convettivo e radiativo.
Introduzione alle superfici alettate. Calcolo dell'andamento della temperatura, del flusso termico scambiato per alette a sezione costante. Alette con punta adiabatica e lunghezza infinita. Efficienza ed efficacia per una schiera di alette.
Miscele di gas con un vapore condensabile: psicrometria. Caratteristiche dell'aria umida: umidit¨¤ relativa, titolo. Entalpia. Diagramma di Mollier per l'aria umida. Principali trasformazioni: miscelazione di due correnti, riscaldamento, raffreddamento, umidificazione, saturazione adiabatica. Bilancio di energia e di massa in un ambiente. Impianti di riscaldamento: introduzione al calcolo del fabbisogno energetico invernale. Impianti di climatizzazione e raffrescamento: cenni sul calcolo del fabbisogno termico estivo. Rette di carico su Mollier. Casi estivi e invernali con ricircolo e senza ricircolo.
Scambiatori di calore. Scambiatori a miscela e a superficie: principali caratteristiche costruttive e impieghi. Calcolo di uno scambiatore e temperatura media logaritmica. Fattore di Temperatura Ft e diagrammi per il calcolo. Metodo ŚĹ-NTU. Metodo Bell-Delaware per il dimensionamento degli scambiatori.
Radiatori: equazioni di bilancio, potenza nominale, tipologie. Torri di raffreddamento: equazioni di bilancio semplificate; torri a tiraggio forzato e naturale e tipologie costruttive. Free Cooling. Recuperatori di Calore: equazioni di bilancio e tipologie costruttive.
Bruciatori e griglie. Combustione e caratteristiche dei combustibili, indice d'aria, aria teorica. Generatori di vapore, bilancio di massa e di energia, rendimento, perdite per dispersione, perdite al camino. Misura diretta e indiretta del rendimento di un generatore di vapore; tipologie di generatori e loro classificazione.
Introduzione alle macchine frigorifere. Trafilazione isoentalpica (effetto Joule-Thomson). Cicli a gas inversi ( Ciclo di Carnot inverso). Schemi di impianto e diagramma log(p)-h. Cicli frigoriferi a vapore a semplice e a doppia compressione. Cicli a doppia laminazione; cicli in cascata. Cicli frigoriferi ad assorbimento. Liquefazione dei gas.
Terminali per la distribuzione dell'aria. Umidit¨¤ relativa e comfort e igiene ambientale. Umidificatori e efficacia di saturazione. Deumidificatori (a compressione, ad assorbimento, a saturazione). Inquinanti presenti nell'aria e filtri; filtri meccanici, elettrostatici e chimici.
Centrali termiche e normativa. Calcolo vaso di espansione. Impianti di riscaldamento con pannelli allĄŻinfrarosso.
Laboratori e/o esercitazioni
Strumenti per la misura di portata: misuratori a sezione variabile e costante. Rotametro, diaframma tarato, Venturi. Tubo di Pitot. Normativa UNI per il calcolo di coefficiente di scarico di un diaframma. Altri strumenti di misura di portata. Principali strumenti per la misura della temperatura. Principali strumenti per la misura dell'umidit¨¤ relativa.
Esempi di impianti e normativa di riferimento. Definizione di un problema progettuale da sviluppare durante lo svolgimento del corso.
Introduzione alla legge 10 e definizioni principali. Il calcolo secondo il nuovo D.lgs.192/05.e D.lgs 311/06. Le novit¨¤ introdotte dal D.lgs. 192 a confronto con la L.10/91. Valutazione dei carichi termici invernali. Calcolo dei carichi termici estivi (metodo dei fattori di accumulo).
Collettori solari termici: principi di funzionamento, applicazioni residenziali ed industriali, metodi di calcolo (metodo f-chart).
Dimensionamento degli scambiatori di calore mediante il metodo Bell-Delaware, calcolo dei coefficienti di scambio termico ai circuiti dello scambiatore, valutazione delle perdite di carico allo scambiatore.
Sistemi di produzione, regolazione, emissione di calore ad alta efficienza. Elementi di analisi impianti di cogenerazione. Perdite di carico e dimensionamento delle reti di distribuzione del calore.
Misure di temperatura e umidit¨¤ relativa in campo.
Prove di laboratorio a Torino: analisi di un ciclo frigorifero, calcolo del coefficiente di scambio termico per uno scambiatore di calore.
Visita alla centrale termica del Politecnico
Bibliografia
P. Anglesio - Impianti Termotecnici - Pitagora - Bologna
E. Bettanini, P.F. Brunello - Lezioni di impianti tecnici - Cleup Editore ¨C Padova
Controlli dell'apprendimento / Modalitŕ d'esame
Prova orale sugli argomenti del corso: teoria, esercitazione progettuale.
E' richiesta una relazione scritta per l'esercitazione progettuale.
Note

Informazioni urgenti riguardanti sia lo svolgimento del corso sia gli esami sia i laboratori saranno comunicate utilizzando gli spazi appositi messi a disposizione allĄŻinterno del portale web del Politecnico. I siti web di riferimento sono quello del docente e quello del corso.
Orario delle lezioni
Statistiche superamento esami

Programma provvisorio per l'A.A.2009/10
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