Ingegneria Energetica

Impianti Termotecnici

Informazioni generali

Anno di corso: 1°
Semestre: 1°
CFU: 6

Docente responsabile

Obiettivi formativi

Il corso si propone di fornire agli studenti e alle studentesse una formazione avanzata sia sulle modalità di trasmissione del calore sia sugli impianti termotecnici. In merito ai principi di scambio termico, l’approccio ai problemi sarà sia teorico, per la comprensione del fenomeno fisico, sia numerico, per la determinazione degli andamenti di temperatura e dei flussi termici. Per la parte impiantistica, l’obiettivo è fornire un’ulteriore conoscenza dei componenti, delle tecnologie e degli strumenti per la progettazione avanzata degli impianti termotecnici e della loro regolazione.

Programma

Approfondimenti di trasmissione del calore
Conduzione
Conduzione termica in regime stazionario: Equazione generale della conduzione. Alette di raffreddamento. Conduzione con generazione del calore in varie geometrie. Resistenza termica di contatto. Conduzione a regime non stazionario in contenitori con
e senza capacità termica. Parete indefinita. Corpo semi-infinito e temperatura interfacciale.
Convezione
Lastra piana: equazione di conservazione della massa, della quantità di moto e dell’energia. Misure di laboratorio. Teoria di Nusselt della condensazione a film. L’ebollizione in quiete (pool boiling) e in convezione forzata (forced convection boiling).
Componenti per impianti
Scambiatori di calore
Tipi di scambiatori di calore. Progettazione e verifica. Metodo della differenza di temperatura media logaritmica. Metodo ε - NTU. Metodo ψ - P.
Collettori solari
Tubi di calore
Scambiatori (Evaporatori e Condensatori) e Torri di raffreddamento
Compressori volumetrici e dinamici per impianti frigoriferi
Valvole di espansione per impianti frigoriferi
Il Metanodotto e il Camino
Impianti termotecnici
Pompe di calore
Impianti frigoriferi e criogenici
I Refrigeranti
Criteri generali di progettazione. Impianto frigorifero con camera flash, con eiettore.
Impianti ad aria, impianti per aerei. Impianti transcritici.
Trigenerazione.
Impianti di liquefazione dei gas. Esperienza di Joule – Thomson.
Impianti frigoriferi termoelettrici: Effetto frigorifero e rendimento, fattore di irreversibilità, ottimizzazione dei parametri.
Impianti frigoriferi ad assorbimento.
Impianti di accumulo termico
Impianti di climatizzazione
Progettazione nel caso estivo
Impianti solari termici
Sistemi di Regolazione degli Impianti
Modo discontinuo - Modo proporzionale - Modo integrale.
Regolazione automatica degli impianti frigoriferi (valvole, comportamento e caratteristiche).
Cenni di termoeconomia ed exergoeconomia per l’analisi di impianti frigoriferi
Esercitazioni-Progetti
1. Simulazioni termofluidodinamiche con analisi di secondo principio.
Applicazioni dello scambio termico in ambito industriale: soluzioni analitiche, approssimate e numeriche.
2. Ottimizzazione e analisi energetica, exergetica e termoeconomica di un impianto frigorifero.

Eventuali propedeuticità

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Testi di riferimento

Dispense fornite dai docenti
F. Gori, Lezioni di Termodinamica, TEXMAT
F. Gori, S. Corasaniti, I. Petracci, Lezioni di Termofluidodinamica, TEXMAT
F. Kreith, Principi di trasmissione del calore, Liguori (Napoli), 1975
Per ulteriori approfondimenti:
- Yunus A. Ḉengel, Termodinamica e trasmissione del calore, McGraw-Hill, 2022
- C. Bonacina, A. Cavallini, L. Mattarolo, Trasmissione del calore, CLEUP, 1985
- E. Bettanini, F. Brunello, Lezioni di impianti tecnici, vol. 1° e 2°, CLEUP, 1990
- Kreith, Manglik, Bohn, Principles of Heat Transfer, 2010-7ed.
- C. Pizzetti, Condizionamento dell’aria e refrigerazione, teoria e calcolo degli impianti, Masson Italia Editori, 1988.
- AA.VV, Manuale degli impianti di climatizzazione, Tecniche Nuove, 2008
- A. Bejan, Entropy Generation Minimization (EGM), CRC, 1996.
- A. Bejan, G. Tsatsaronis and M. Moran, Thermal Design and Optimization (TDO), Wiley, 1996
- A. Bejan, Advanced Engineering Thermodynamics, John Wiley & Sons, 2016

Modalità d'esame

La prova d'esame valuta la preparazione complessiva dello studente, la capacità di integrare le conoscenze provenienti dalle diverse parti del programma, la consequenzialità del ragionamento, la capacità analitica e l'autonomia di giudizio.

La verifica finale dell'apprendimento avviene tramite l'esame orale, volto a valutare il livello di preparazione dello studente e a mettere in evidenza le sue capacità di argomentare e di descrivere sia i temi trattati sia i progetti assegnati.

La consegna dei progetti prima della verifica orale è una condizione necessaria