PRESENTAZIONE

Il corso si propone di fornire le conoscenze di base necessarie alla comprensione delle principali applicazioni della fisica tecnica interessanti la progettazione della nautica da diporto. Dopo l’introduzione ai principi della termodinamica dei sistemi energetici, viene affrontato in particolare lo studio della trasmissione del calore e delle principali problematiche legate al comfort termoigrometrico e alla climatizzazione ambientale.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Lo scopo dell’insegnamento è la formazione di un soggetto in grado di analizzare e risolvere semplici problemi nei diversi campi della fisica tecnica, favorendo contemporaneamente l'acquisizione di un adeguato linguaggio tecnico-scientifico.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Obiettivi formativi

Attraverso i contenuti del corso, lo studente è in grado di analizzare e risolvere semplici problemi nei diversi campi della fisica tecnica: termodinamica applicata, trasmissione del calore, comfort e climatizzazione ambientale, con particolare riferimento alle applicazioni relative alle imbarcazioni da diporto.

Le lezioni e le attività mirano contemporaneamente a

• favorire l’acquisizione di una conoscenza critica dei temi o casi studio proposti e dei relativi fenomeni fisici;
• sostenere lo studente nell’acquisizione di un adeguato linguaggio tecnico-scientifico, quale strumento indispensabile sia alla comprensione di documentazioni tecniche sia al dialogo con i diversi attori del processo di progettazione e costruzione navale.

Risultati di apprendimento

Al termine del corso gli studenti dovranno

• ricordare le principali grandezze/proprietà termofisiche con le relative unità di misura,
• essere in grado di identificare con precisione il significato fisico dei termini che costituisco le espressioni matematiche delle relazioni/principi fisici, con particolare attenzione all’analisi dimensionale,
• essere in grado di interpretare correttamente un testo proposto, sapendo discutere l’applicazione o il caso studio presentato,
• essere in grado di risolvere semplici problemi numerici,
• avere una consapevolezza chiara dei fenomeni fisici trattati e delle relative implicazioni tecniche,
• avere acquisito un adeguato linguaggio tecnico-scientifico, che tenda a non lasciare ambiguità nell’interpretazione di quanto esposto.

Inoltre, quale auspicabile risultato più avanzato, gli studenti potranno anche acquisire una consapevolezza della materia tale da essere in grado di

• analizzare problemi più complessi relativi ad applicazioni fisico-tecniche nell’ambito della nautica,
• studiare soluzioni progettuali articolate inerenti al comfort termoigrometrico e agli impianti di climatizzazione nelle imbarcazioni da diporto.

PREREQUISITI

Per affrontare efficacemente i contenuti dell’insegnamento sono necessarie le seguenti conoscenze matematiche di base.

• Calcolo di aree e volumi di geometrie semplici;
• Calcolo di percentuali, variazione percentuale tra due valori, aumento/diminuzione percentuale;
• Studio di funzioni: retta, modulo, parabola, iperbole, logaritmo, esponenziale, funzioni trigonometriche (seno, coseno, tangente e relative funzioni inverse);
• Risoluzione di equazioni e di primo e secondo grado, di equazioni con logaritmi e funzioni trigonometriche;
• Risoluzione di disequazioni semplici.

Per la comprensione critica dei fenomeni fisici trattati è inoltre auspicabile la padronanza dei seguenti contenuti dell’analisi matematica.

• Significato di passaggio al limite.
• Calcolo differenziale in una variabile reale: interpretazione geometrica dei concetti di derivata ed integrale, calcolo di derivate e primitive di funzioni semplici.
• Equazioni differenziali ordinarie alle variabili separabili del primo e del secondo ordine.

Per poter affrontare la risoluzione di semplici problemi numerici è inoltre necessaria una adeguata dimestichezza nell'uso di una calcolatrice scientifica.

MODALITA' DIDATTICHE

Il corso è svolto in lingua italiana con metodo didattico tradizionale articolato secondo lezioni frontali ed esercitazioni numeriche guidate.

L’apprendimento è inoltre supportato da numerosi test a risposta multipla divisi per argomenti e liberamente fruibili dagli studenti su AulaWeb.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Preliminare e indispensabile allo studio dei fenomeni fisici è la dimestichezza con le grandezze fisiche della meccanica e le relative unità di misura: al richiamo delle stesse viene infatti dedicata la parte introduttiva del corso.
Il corso affronta quindi i principali temi della termodinamica tecnica, accennando all'analisi dei sistemi termodinamici e degli scambi energetici che li caratterizzano.
Di seguito si passa allo studio dei principali meccanismi di scambio termico, conduzione, convezione e irraggiamento. Infine vengono introdotte le basi della termoigrometria finalizzate all’analisi delle condizioni di comfort ambientale e preliminari allo studio degli impianti di climatizzazione. In relazione a questi ultimi si accenna brevemente ad alcune applicazioni in ambito nautico.

Programma dettagliato

RICHIAMI DI MECCANICA

Unità di misura, grandezze scalari e vettoriali.
Cinematica: spostamento, velocità, accelerazione. Moti rettilinei uniforme e uniformemente accelerato. Moto circolare uniforme.
Leggi fondamentali della dinamica. Forza centripeta, forza gravitazionale, forza d'attrito, forza elastica.
Lavoro, teorema dell'energia cinetica, potenza. Forze conservative e non, energia potenziale, principio di conservazione dell'energia meccanica.

RICHIAMI DI STATICA DEI FLUIDI

Pressione, legge di Stevino, principio di Pascal, principio di Archimede, esperienza di Torricelli, manometri differenziali.

TERMODINAMICA

Sistemi termodinamici, grandezze di stato, trasformazioni termodinamiche.
Definizione operativa di temperatura. Scala assoluta di temperatura. Gas perfetti.
Lavoro meccanico. Definizione operativa di quantità di calore.
Primo principio della termodinamica per sistemi chiusi.
Principio di conservazione dell'energia e della massa. Equazione di continuità. Primo principio della termodinamica per sistemi aperti.
Energia interna, entalpia, calore specifico delle sostanze incomprimibili.
Energia interna, entalpia, calore specifico a pressione e volume costante dei gas perfetti.
Equazione dell'energia in termini meccanici. Equazione di Bernoulli. Perdite di carico distribuite. Perdite di carico concentrate. Prevalenza di un propulsore. Canali convergenti e divergenti. Rendimento di pompa e turbina, circuito chiuso.
Sostanze pure: diagrammi di stato, titolo, calore latente di passaggio di fase.

TRASMISSIONE DEL CALORE

Generalità e secondo principio della termodinamica (cenni).
Conduzione termica: legge di Fourier, conducibilità termica, conduzione in geometria piana e cilindrica, resistenza termica conduttiva, resistenze termiche in serie e parallelo. Pareti piane multistrato e pareti complesse.
Convezione termica: generalità, legge di Newton, convezione forzata e naturale.
Irraggiamento termico: onde elettromagnetiche, corpo nero, leggi di Planck e di Wien, emissività, corpo grigio, fattori di assorbimento, riflessione e trasmissione, principio di Kirchhoff, superfici selettive, fattore di vista, scambio termico tra superfici nere e grigie.
Meccanismi combinati di scambio termico: resistenze liminari, pareti piane multistrato. Trasmittanza di pareti piane multistrato e complesse.

TERMOIGROMETRIA E IMPIANTI

Psicrometria: generalità. Grandezze termoigrometriche: umidità specifica, assoluta e relativa, volume specifico, entalpia dell'aria umida, temperatura di rugiada, temperatura di saturazione adiabatica. Diagramma psicrometrico, misura dell'umidità relativa.
Il benessere termoigrometrico. Il sistema termoregolatore del corpo umano. Il bilancio termico del corpo umano. Indici di comfort globale. Indici di discomfort locale (cenni).
Trasformazioni dell'aria umida: miscelazione adiabatica, riscaldamento sensibile, raffreddamento sensibile e con deumidificazione, umidificazione adiabatica.
Classificazione degli impianti di climatizzazione. Bilancio di massa e di energia di un ambiente climatizzato. Impianto di riscaldamento: disperdimenti per ventilazione e trasmissione, dimensionamento e parametri di calcolo.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Bergero S., Chiari A., Appunti di termodinamica, Aracne editrice, 2007.
Bergero S., Chiari A., Appunti di trasmissione del calore, Aracne editrice, 2012.
Bergero S., Chiari A., Appunti di termoigrometria e impianti, Aracne editrice, 2015.
Bergero S., Cavalletti A., Chiari A., Problemi di Fisica Tecnica, Dario Flaccovio, 2023.

Tutti i libri sono disponibili in biblioteca; gli stessi sono facilmente acquistabili sui principali siti internet e sono disponibili anche in formato elettronico.

Nell'AulaWeb del corso viene messo a disposizione degli studenti ulteriore materiale didattico necessario, tra cui le dispense per la parte introduttiva di "Richiami di fisica generale", la bibliografia di riferimento completa, esercizi proposti e risolti, testi di esami passati.

DOCENTI E COMMISSIONI

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

Le lezioni del corso si tengono nel primo semestre, come da calendario accademico.

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L'esame consiste in una prova a quiz, una prova scritta e una prova orale.
La prova a quiz ha lo scopo di verificare la conoscenza teorica di base degli argomenti trattati nel corso. La prova scritta verte sulla risoluzione numerica di problemi relativi alle principali tematiche trattate, mentre la prova orale è rivolta ad accertare la comprensione critica delle problematiche affrontate.

Nel calendario ufficiale vengono riportate le date delle prove a quiz e delle prove scritte. La data della prova orale viene comunicata al termine della prova scritta.
Le prove a quiz e scritta si svolgono preferibilmente nella stessa giornata, mentre la prova orale si svolge generalmente nella settimana successiva a quella della prova scritta.

L'accesso a ciascuna prova è ammesso previo superamento della prova precedente (quiz, scritto e orale nell’ordine).
In caso di non superamento di una prova, anche le precedenti prove perdono di validità.

Durante le prove a quiz e scritta è consentito l'uso unicamente della calcolatrice e di specifiche tabelle. Durante la prova scritta è ulteriormente ammesso l’uso del formulario messo a disposizione dal docente. Non è concesso l'utilizzo di altri appunti o libri.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

Per tutte le prove, la modalità di valutazione tiene conto di quanto specificato nei risultati di apprendimento.

Prova a quiz

La prova a quiz è costituita da un test di 30 domande a risposta multipla con una sola risposta corretta, della durata di 30 minuti. Alla domanda corretta è attribuito un punteggio di 1, a quella sbagliata -0.2, il punteggio è nullo se non si risponde. La sufficienza è ottenuta con un punteggio totale di 18/30.
Con il superamento della prova lo studente consegue la votazione minima di 18/30 sull'esame finale (indipendentemente dal punteggio riportato) e può rinunciare a sostenere la successiva prova scritta, accettando tale votazione.
L'accesso all'esame a quiz è vincolato al superamento di un test analogo messo a disposizione in AulaWeb, dove è stata attivata una sezione specifica "PERCORSO TEST per esame".
Nel mese precedente la data di appello, lo studente deve compiere l'intero percorso superando i test sui singoli argomenti per poter accedere all'ultimo test sull'intero programma del corso. Il percorso deve essere completato con esito positivo almeno due giorni prima della data di appello.

Prova scritta

L’accesso prova scritta è consentito se è stata superata la prova a quiz.
Accedendo alla prova scritta, lo studente che consegna l'elaborato rinuncia alla votazione minima conseguita con il test ed è tenuto a ripetere la prova d'esame all'appello successivo nel caso di non superamento della prova stessa.
Il punteggio conseguito nella prova scritta non incide sul punteggio finale ma definisce unicamente il superamento o meno della soglia stabilita per il passaggio alla prova orale. La prova scritta è superata conseguendo un punteggio ≥5.5/10 o ≥4.5/8.

Prova orale

A quest’ultima possono accedere solo gli studenti che hanno sostenuto la prova scritta con esito positivo.
La votazione finale dell’esame finale viene stabilita sulla base della valutazione di quest’ultima prova.
Dal momento che l’esame finale è da considerarsi come un’unica attività, qualora la prova orale non venga superata, sia la prova a quiz che la prova scritta non saranno più considerate valide.

ALTRE INFORMAZIONI

Tutte le informazioni relative al corso (orario di ricevimento studenti, comunicazioni del docente, materiale didattico, ecc.) sono reperibili e costantemente aggiornate su AulaWeb.