FISICA TECNICA

FISICA TECNICA

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iten
Codice
95250
ANNO ACCADEMICO
2020/2021
CFU
6 cfu al 2° anno di 9274 DESIGN DEL PRODOTTO E DELLA NAUTICA (L-4) GENOVA
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE
ING-IND/11
LINGUA
Italiano
SEDE
GENOVA (DESIGN DEL PRODOTTO E DELLA NAUTICA)
periodo
1° Semestre
materiale didattico

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 del corso 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.
  • 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.
  • 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.

Modalità didattiche

Il corso è svolto in lingua italiana secondo le modalità didattiche previste dal TBL (Team Based Learning), strategia didattica basata sullo studio indipendente e sull’apprendimento collaborativo.
Il metodo prevede i seguenti passi. Prima della lezione, vengono assegnati i contenuti didattici per lo studio autonomo. Sugli stessi contenuti vengono poi effettuate in aula attività individuali e di gruppo volte ad applicare e verificare le conoscenze acquisite: in genere vengono somministrati sia test a riposta multipla con feedback immediato, da risolvere individualmente o in gruppo, sia problemi pratici da analizzare e risolvere anche numericamente, atti a favorire l’apprendimento mediante la discussione in team. Durante tali attività il docente stimola e modera la discussione, riprendendo e precisando, anche con lezioni frontali successive, i diversi contenuti secondo le criticità emerse.
Per le attività di gruppo la classe è suddivisa in gruppi (teams) stabiliti dal docente e stabili per tutta la durata del corso.
Tutte le attività individuali e di gruppo sono soggette a valutazione.

L’adesione da parte dello studente al TBL è conseguente all’accettazione del “patto d’aula” all’inizio del corso e prevede la frequenza obbligatoria.
Qualora uno studente non aderisca al TBL è esonerato dall’obbligatorietà della frequenza, può usufruire del materiale didattico messo a disposizione e assistere alle lezioni frontali, ma non partecipa alle attività in aula e viene valutato solo sulla base dell’esame finale.

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 P., Chiari A., Problemi di Fisica Tecnica, Dario Flaccovio, 2014.

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

Ricevimento: Il ricevimento studenti si tiene almeno un giorno alla settimana da stabilirsi, privilegiando i giorni in cui sono svolte le lezioni del corso. Gli studenti interessati dovranno prendere appuntamento, inviando una mail al docente. Qualora venga fissato un appuntamento, il docente potrà aprire l’attività ad altri studenti interessati, dandone comunicazione a tutta la classe mediante AulaWeb. Il ricevimento potrà essere effettuato in presenza presso il Polo di La Spezia o nella sede di Genova, oppure anche con modalità telematica a distanza.

LEZIONI

Modalità didattiche

Il corso è svolto in lingua italiana secondo le modalità didattiche previste dal TBL (Team Based Learning), strategia didattica basata sullo studio indipendente e sull’apprendimento collaborativo.
Il metodo prevede i seguenti passi. Prima della lezione, vengono assegnati i contenuti didattici per lo studio autonomo. Sugli stessi contenuti vengono poi effettuate in aula attività individuali e di gruppo volte ad applicare e verificare le conoscenze acquisite: in genere vengono somministrati sia test a riposta multipla con feedback immediato, da risolvere individualmente o in gruppo, sia problemi pratici da analizzare e risolvere anche numericamente, atti a favorire l’apprendimento mediante la discussione in team. Durante tali attività il docente stimola e modera la discussione, riprendendo e precisando, anche con lezioni frontali successive, i diversi contenuti secondo le criticità emerse.
Per le attività di gruppo la classe è suddivisa in gruppi (teams) stabiliti dal docente e stabili per tutta la durata del corso.
Tutte le attività individuali e di gruppo sono soggette a valutazione.

L’adesione da parte dello studente al TBL è conseguente all’accettazione del “patto d’aula” all’inizio del corso e prevede la frequenza obbligatoria.
Qualora uno studente non aderisca al TBL è esonerato dall’obbligatorietà della frequenza, può usufruire del materiale didattico messo a disposizione e assistere alle lezioni frontali, ma non partecipa alle attività in aula e viene valutato solo sulla base dell’esame finale.

INIZIO LEZIONI

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

Informazioni più dettagliate sull'accesso alle lezioni in modalità a distanza su piattaforma Teams sono contenute all'interno della pagina Aulaweb del corso.
L'accesso è riservato agli studenti del curriculum in DESIGN DELLA NAUTICA. Chi non è abilitato ad accedere deve inviare una mail al docente per richiedere l'iscrizione.

ORARI

L'orario di tutti gli insegnamenti è consultabile su EasyAcademy.

Vedi anche:

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ESAMI

Modalità d'esame

L'esame consiste in una prova scritta e una prova orale.
La prova scritta verte sulla risoluzione numerica di problemi relativi alle principali tematiche trattate nel corso. La prova orale è rivolta ad accertare la conoscenza teorica delle stesse e soprattutto la comprensione critica delle problematiche affrontate.

Nel calendario ufficiale vengono riportate solo le date delle prove scritte.
La data della prova orale viene comunicata al termine della prova scritta.
La prova orale si svolge generalmente nella settimana successiva a quella della prova scritta.

L'accesso alla prova orale è ammesso previo superamento della prova scritta.
In caso di non superamento della prova orale la prova scritta non è più considerata valida.

Durante la prova scritta è consentito l'uso unicamente della calcolatrice, delle tabelle e del formulario forniti dal docente. Non è concesso l'utilizzo di altri appunti o libri.

Modalità di accertamento

Alla valutazione finale concorre sia la valutazione dell’esame finale sia la valutazione delle attività individuali e di gruppo svolte in itinere.
Il punteggio finale sarà pari alla somma del punteggio conseguito durante l’esame finale e del punteggio relativo alle stesse attività, entrambi espressi in trentesimi.
Per tutte le prove, la modalità di valutazione tiene conto di quanto specificato nei risultati di apprendimento.

Valutazione dell’esame finale

L’esame finale consiste in una prova scritta e una prova orale: a quest’ultima possono accedere solo gli studenti che hanno sostenuto la prova scritta con esito positivo.
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.
La votazione dell’esame finale, espressa in trentesimi, viene stabilita unicamente sulla base della valutazione della prova orale.
Di fatto l’esame finale è da considerarsi come un’unica attività: qualora la prova orale non venga superata, la prova scritta non sarà più considerata valida.

Valutazione delle attività individuali e di gruppo

La valutazione di tutte le prove individuali e di gruppo svolte durante il corso concorre all’acquisizione di un punteggio complessivo compreso tra 0 e 4 trentesimi.

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.