Università degli Studi Guglielmo Marconi

Insegnamento
Fisica tecnica ambientale
Docente
Prof. Di Matteo Umberto
Settore Scientifico Disciplinare
ING-IND/11
CFU
12
Descrizione dell'insegnamento

L’insegnamento ha carattere in parte propedeutico, per completare le conoscenze di base acquisite nel corso di Fisica generale o applicata, ed in parte formativo, per fornire quelle basi culturali necessarie alla comprensione dei principi fondamentali della termodinamica e del trasferimento di energia sotto forma di calore.
In particolare saranno affrontati i seguenti argomenti: la trasmissione del calore; i sistemi e i processi termodinamici; le macchine frigorifere; la climatizzazione degli ambienti e il benessere termoigrometrico;  principi di illuminotecnica e acustica.
L’insegnamento sarà proposto in modo da portare gli allievi ingegneri ad assimilare i concetti fisici e le metodologie fondamentali delle disciplina, le definizioni operative delle grandezze fondamentali, gli ordini di grandezza, in modo da poter costruire su basi solide e non mnemoniche la preparazione fisico-tecnica necessaria per gli approfondimenti dei corsi successi. Ove possibile saranno proposti e discussi casi studio di reali problemi ingegneristici che saranno utilizzati come supporto e motivazione all’acquisizione dei concetti di teoria.

Obiettivi formativi (espressi come risultati di apprendimento attesi)
Conoscenza e comprensione
Al termine del corso lo studente avrà conoscenza dei principi della Termodinamica e sarà in grado di utilizzarli in alcune applicazioni pratiche, inoltre sarà in grado di comprendere il funzionamento dei cicli termodinamici diretti e inversi e di calcolare il rendimento.
Lo studente sarà, inoltre, a conoscenza dei concetti base della Trasmissione del calore per la comprensione dei fenomeni di scambio termico in ogni sua forma (conduzione, convezione e irraggiamento). Il corso fornirà le conoscenze di base dell'illuminotecnica, acustica e del comfort termoigrometrico negli spazi confinati e delle trasformazioni delle miscele d’aria umida.

Capacità di applicare conoscenze e comprensione
Al termine del corso lo studente avrà acquisito padronanza nella comprensione delle dinamiche dei processi di uso e trasformazione dell’energia, nonché alla acquisizione delle competenze di base per le future attività di progettazione tecnico-impiantistica. Sarà in grado di impostare e gestire correttamente i problemi in cui sono coinvolte tutte le forme di trasmissione del calore ed avrà conoscenza di grandezze termodinamiche fondamentali.
Lo studente avrà acquisito padronanza nella comprensione delle dinamiche dei processi di uso e trasformazione dell’energia.
Il corso porterà gli studenti ad applicare le conoscenze acquisite nell'utilizzo di materiali ad alta prestazione energetica ed acustica nella progettazione dell’involucro dell’edificio, nonché alla acquisizione delle competenze di base per le future attività di progettazione tecnico-impiantistica.

 Competenze trasversali
- Autonomia di giudizio: lo studente acquisirà la capacità di confrontare processi per la produzione di lavoro ed energia e di valutarne l’efficienza, riuscendo a formulare e risolvere problemi proposti, dimostrando un adeguato grado di autonomia rispetto alle competenze specifiche del proprio futuro ambito professionale.
- Abilità comunicative: lo studente acquisirà la capacità di comunicare ed esprimere problematiche inerenti l’oggetto del corso. Sarà in grado di sostenere conversazioni su tematiche relative alle aree tipiche della fisica tecnica, ed in particolare di evidenziare le relazioni tra i principi basilari e gli aspetti applicativi.
- Capacità di apprendimento: lo studente acquisirà la piena comprensione delle basi della termodinamica, della trasmissione del calore dell’acustica e dell'illuminotecnica, conseguendo così la capacità di affrontare e risolvere problemi numerici su alcuni argomenti specifici, nonché quella di applicare gli strumenti cognitivi di base per l'aggiornamento continuo delle proprie conoscenze.
Prerequisiti

Al fine di comprendere e saper applicare la maggior parte delle tecniche descritte nell'insegnamento è necessario aver sostenuto con successo gli esami di:
-       Matematica I
-       Matematica II
-       Matematica III
-       Fisica generale o Applicata

Gli argomenti trattati nell'esame di Fisica Tecnica Ambientale richiedono di avere la capacità di:
-       Conoscere lo studio delle funzioni nel piano;
-       Risolvere equazioni differenziali;
-       Conoscere l'algebra degli operatori differenziali;
Tali conoscenze rappresentano un prerequisito indispensabile per lo studente che voglia superare il corso con profitto.

Contenuti dell'insegnamento
CONCETTI INTRODUTTIVI [*]
Unità di misura. Conversione delle unità di misura più ricorrenti. Costanti fisiche notevoli e universali. Valori comuni di alcune proprietà termofisiche dei corpi. Unità di misura delle grandezze derivate. Sistema Tecnico
(videolezione “Fisica tecnica”)

TERMODINAMICA [*]
Inizi e sviluppi della Termodinamica, Calore e Temperatura, Termometria. Sistemi e trasformazioni: Definizioni, Espressione del lavoro, Funzioni di stato e funzioni di trasformazione. – Il primo principio della termodinamica: Il Primo Principio per il sistema termodinamico classico, L’energia interna, L’entalpia, Calore specifico, Esperimento di Joule, Sistema dinamico chiuso, Sistema dinamico aperto. – Il secondo principio della Termodinamica: Enunciato di Kelvin, Ciclo di Carnot, Enunciato di Kelvin ed enunciato di Clausius, Teorema di Carnot, Scala termodinamica assoluta, Entropia, Piano di Gibbs. 
(videolezione “Fondamenti di termodinamica Parte I-II-III”)

PROPRIETÀ TERMODINAMICHE DELLE SOSTANZE [*]
Proprietà termodinamiche delle sostanze: Passaggi di fase, Rappresentazioni grafiche dell’equazione di stato, Vapori saturi, Rappresentazione sul piano di Gibbs, Diagramma entalpico di Mollier.
(videolezione “Fondamenti di termodinamica Parte IV”)

CICLI TERMODINAMICI
Cicli termodinamici: Frigorifero a compressione di vapori, Il piano di stato (i,p), Frigorifero ad assorbimento, Macchina Termica, Rendimento termodinamico, Ciclo di Carnot, Ciclo di Carnot – inverso, Teorema di Carnot, Scala termodinamica assoluta, Macchine frigorifere, Il piano di stato (i, p), Ciclo frigorifero a compressione di vapore, L’organo di laminazione, I fluidi refrigeranti.
(videolezione “Fondamenti di termodinamica Parte III-V”)

ARIA UMIDA [*]
Aria umida: Definizioni, Diagramma psicrometrico di Mollier, Operazioni con l’aria umida, Misura dell’umidità, Psicrometro, Condizionamento dell’aria
(videolezione “Fondamenti di termodinamica Parte VI”)

TECNICA DEL CONTROLLO AMBIENTALE [*]
Comfort termico, Sistema di termoregolazione, Equilibrio termico, Metabolismo, Lavoro esterno, Perdita di calore per evaporazione, e respirazione, Conduzione termica attraverso i vestiti, Scambio termico per radiazione, Condizioni di comfort termico, Equazioni del comfort termico, Gli indici PMV e PPD, FLOW CHART per il calcolo del PMV
(videolezione “Tecnica del controllo ambientale - Fondamenti”)

TRASMISSIONE DEL CALORE [*]
La Conduzione: - Il postulato di Fourier, La conduttività termica, L’equazione di Fourier, Problemi stazionari, Strato piano indefinito, Parete piana a più strati, Conduzione nello strato cilindrico, Strato cilindrico multiplo. 
La convezione: Moto dei fluidi reali, Cinematica delle correnti fluide, Viscosità, Moto laminare e moto turbolento, Numero di Reynolds, Strato limite, Strato limite termico, Correnti interne, Similitudine e numeri adimensionali, Espressioni del coefficiente convettivo.
L’irraggiamento termico: Richiami sulle radiazioni elettromagnetiche, Emissione delle radiazioni, Propagazione e assorbimento della radiazione, Il corpo nero, Scambi termici tra due superfici nere.
(videolezione “Trasmissione del calore Parte I-II-III-IV-V-VI-VII”)

PRINCIPI DI ILLUMINOTECNICA
Problematiche generali relative all’illuminazione naturale ed artificiale, anatomia e fisiologia dell'occhio, elementi di fotometria, grandezze fotometriche, Colorimetria, legge di Grassmann, le coordinate tricolori metri che, scala internazionale assoluta delle temperature, tipologie di lampade.
(videolezione “Illuminotecnica Parte I-II-III-IV-V”)

PRINCIPI DI ACUSTICA
Nozioni di base di acustica, pressione acustica, potenza acustica, densità di energia acustica, intensità acustica, la velocità del suono, i suoni composti, il decibel, Campo libero, Campo riverberante, L'orecchio umano, sensazione uditiva, impatto del rumore sull'uomo, materiali fonoisolanti, analisi statistica, il tempo di riverberazione.
(videolezione “Acustica Parte I-II-III-IV-V”)

ESERCITAZIONI
(videolezione “Esercitazioni Parte I-II-III-IV-V”)
Attività didattiche
Didattica Erogativa
L'insegnamento prevede, per ciascun CFU, 5 ore di Didattica Erogativa, costituite da 2,5 videolezioni (tenendo conto delle necessità di riascolto da parte dello studente). Ciascuna videolezione esplicita i propri obiettivi e argomenti, ed è corredata da materiale testuale in pdf.

Didattica Interattiva
L'insegnamento segue quanto previsto dalle Linee Guida di Ateneo sulla Didattica Interattiva e l'interazione didattica, e propone, per ciascun CFU, 1 ora di Didattica Interattiva dedicata alle seguenti attività: lettura area FAQ, partecipazione ad e-tivity strutturata costituita da attività finalizzate alla restituzione di un feedback formativo e interazioni sincrone dedicate a tale restituzione.
Modalità di verifica dell'apprendimento
Sono proposti in piattaforma dei test di verifica e autovalutazione erogati in modalità distance learning, che corredano le videolezioni, tramite i quali ogni studente può valutare sia la comprensione, sia il grado di conoscenza acquisita dei vari contenuti e prendere coscienza di quali siano, eventualmente, i propri punti deboli e le lacune sui vari argomenti del programma.
I test di verifica e autoverifica intermedie non sono obbligatori ai fini del sostenimento della prova d’esame, però sono consigliate per un’autovalutazione della propria preparazione
Libri di testo

Oltre alle lezioni realizzate dal Docente ed ai materiali didattici pubblicati in piattaforma, è obbligatorio lo studio dei seguenti testi:

  • “Fisica Tecnica – vol I”, Rodonò G., Volpes R., Aracne Editrice [*]
  • “Fisica Tecnica – vol II”, Rodonò G., Volpes R., Aracne Editrice [*]
  • G. Moncada Lo Giudice, L. De Santoli, Benessere termico, acustico e visivo, CEA, Milano
Ricevimento studenti

Previo appuntamento (u.dimatteo@unimarconi.it)