ITALIANO

Il corso trasferisce ai discenti i contenuti necessari per comprendere i principi alla base della fisica tecnica e delle misure. In particolare:

FISICA TECNICA:
Termodinamica applicata: concetti e definizioni di base; termodinamica degli stati; equazioni di bilancio e di conservazione per lo studio dei sistemi termodinamici; conseguenze della prima e della seconda legge della termodinamica; componenti di impianti termici; aria umida: proprietà e trasformazioni elementari; principi di trasmissione del calore: conduzione, convezione e irraggiamento.

MISURE:
- Concetti generali di metrologia;
- Sensori di misura della temperatura;
- Sensori di misura della pressione e della velocità;
- Sensori di misura della portata.

FISICA TECNICA:
- A. Cesarano, P. Mazzei, Elementi di termodinamica applicata, Liguori editore.
- R. Mastrullo, P. Mazzei, R. Vanoli, Termodinamica per ingegneri - Applicazioni, Liguori editore.
- Y. A. Cengel, Termodinamica e trasmissione del calore, 4a edizione, McGraw-Hill, 2016.
- Dispense didattiche a cura del docente.

MISURE:
- F. Cascetta, G. Rotondo, M. Musto, Fondamenti di termometria, ADiSU, Caserta, 2010.
- F. Cascetta, P. Vigo, Introduzione alla metrologia, Liguri Editore, Napoli 1988.
- F. Cascetta, P. Vigo, Misure di pressione e velocità nei fluidi, CUEN Ed., Napoli 1985.
- F. Cascetta, Strumentazione di misura per sistemi di telecontrollo di reti idriche di pubblica utilità – Linee Guida, Franco Angeli Editore, Milano, 1999. Appunti delle lezioni.

Il corso insegna i principi fondamentali della termodinamica applicata, dell’aria umida, della trasmissione del calore e delle misure, per consentire agli allievi di applicare tali principi allo studio di impianti termici e sistemi di conversione dell’energia. In particolare:

FISICA TECNICA:
Questa parte dell'insegnamento si propone di fornire agli studenti le nozioni di base relative ai concetti fondamentali della termodinamica applicata, dell’aria umida e della trasmissione del calore. In particolare:
Al termine del corso, lo studente deve:
- conoscere la termodinamica applicata e saper calcolare le proprietà termodinamiche di sostanze pure;
- saper applicare i principi della termodinamica allo studio di sistemi aperti ed impianti;
- conoscere i principali trattamenti che l’aria umida subisce negli impianti;
- conoscere i principi della trasmissione del calore.

MISURE:
Questa parte dell'insegnamento si propone di fornire agli studenti le nozioni di base relative ai concetti di metrologia generale, ai sistemi e metodi di misura delle principali grandezze meccaniche e termo-fluidodinamiche.
Al termine del corso, lo studente deve:
- conoscere, saper descrivere e selezionare gli idonei strumenti di misura nelle principali applicazioni dell'ingegneria industriale;
- possedere capacità di comprensione nella lettura e studio di libri di testo specialistici e riviste nel settore della strumentazione di misura;
- essere capace di applicare le conoscenze acquisite e le capacità di comprensione in maniera tale da dimostrare un approccio professionale;
- possedere le competenze adeguate per individuare e risolvere problematiche di misura in campo industriale.

FISICA TECNICA:
Lo studente deve conoscere gli elementi fondamentali di Analisi matematica e di Fisica. In particolare, deve essere in possesso dei principi di base di analisi matematica, quali derivate, equazioni differenziali ordinarie lineari. Deve conoscere i principi elementari della meccanica.

MISURE:
Lo studente deve essere in possesso degli strumenti basilari della fisica e della matematica. Deve, inoltre, conoscere i principi di termodinamica applicata e di trasmissione del calore.

L'erogazione dei contenuti formativi avviene principalmente tramite lo svolgimento di lezioni frontali ed esercitazioni in aula. Le lezioni frontali e le esercitazioni sono articolate tipicamente in moduli da 2 ore (120 minuti) e sono tenute dal docente ufficiale. Le lezione frontali sono suddivise tra lezioni teoriche e lezioni applicative (esercitazioni numeriche). Le esercitazioni numeriche sono parte integrante dell'insegnamento.

L’obiettivo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di raggiungimento degli obiettivi formativi precedentemente indicati.

FISICA TECNICA:
Al termine del corso è prevista una prova scritta selettiva che, se superata, consente allo studente di sostenere il colloquio orale, finalizzato a valutare la comprensione degli argomenti trattati, la capacità di applicarli e di spiegare i problemi affrontati in maniera semplice ma rigorosa.
La valutazione finale si basa sia sull’esito della prova scritta sia sull’esito del colloquio orale.
La prova scritta selettiva è fissata con cadenza almeno mensile (ad esclusione del mese di agosto), con almeno tre prove in ciascuna finestra di esame.

MISURE:
L'esame consta in una sola prova finale orale. Al termine del colloquio orale avverrà la valutazione finale sui seguenti criteri:
- verifica dell'apprendimento di un argomento nell'ambito della parte 'Fondamenti di Metrologia' (vedi programma)
- verifica dell'apprendimento di un argomento nell'ambito della parte 'Misure di portata' (vedi programma)
- verifica dell'apprendimento di un argomento nell'ambito della parte 'Misure di temperatura' (vedi programma)
- verifica dell'apprendimento di un argomento nell'ambito della parte 'Misure di pressione' o 'Misure di velocità'(vedi programma)
Gli appelli degli esami orali sono programmati con cadenza pressoché mensile (ad esclusione del mese di agosto).

FISICA TECNICA:
Il docente è sempre disponibile via mail, nell’orario di ricevimento e per appuntamento, nonché prima dell’inizio di ciascuna lezione e dopo il termine di ciascuna lezione.

MISURE:
Il docente è disponibile, nell'orario di ricevimento o via email (Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.), a fornire materiale didattico di supporto ai testi ufficiali per eventuali approfondimenti.

FISICA TECNICA:
Termodinamica applicata
Concetti e definizioni di base: sistema e ambiente, proprietà, stato, equazione di stato, sostanza pura, fase, sistema semplice comprimibile, equilibrio termodinamico, processo e trasformazione quasi statica, energia, lavoro, calore, temperatura; prima legge per sistema isolato e sistema chiuso.
Termodinamica degli stati
Nozioni introduttive, superficie caratteristica, diagrammi pressione-temperatura, pressione-volume, temperatura-entropia, entalpia-entropia e pressione-entalpia.
Gas: gas ideale, criteri di scelta del modello, proprietà dei gas a bassa pressione e loro valutazione; trasformazione adiabatica internamente reversibile, trasformazione politropica.
Liquidi, vapori e solidi: vapore surriscaldato e diagramma di Mollier per l’acqua, fase liquida, miscela bifasica liquido-aeriforme, fase solida.
Formulazione delle equazioni di bilancio per lo studio dei sistemi termodinamici
Equazioni di bilancio per lo studio dei sistemi termodinamici: equazioni di bilancio di una proprietà estensiva, conservazione dell’energia per sistemi chiusi e per sistemi aperti, regime stazionario, flusso monodimensionale, portata massica e volumetrica, bilancio di energia generalità, bilancio di energia per un sistema chiuso e per un sistema aperto, bilancio di entropia generalità, bilancio di entropia per un sistema chiuso e per un sistema aperto, equazione dell'energia meccanica.
Alcune conseguenze della prima e della seconda legge della termodinamica: I e II equazione di Gibbs, sistemi chiusi: lavoro di variazione di volume, sistemi aperti: equazione dell’energia meccanica, piani termodinamici (p,v) e (T,s), irreversibilità termica e generazione di entropia, macchina termica, macchina frigorifera e pompa di calore.
Componenti di impianti termici: condotti, generalità sulle macchine a fluido, turbine a vapore e a gas, pompe, compressori, caldaia, scambiatori di calore, valvole.
Impianti operatori: cicli inversi, principi di base, impianti frigoriferi a compressione di vapore, pompe di calore.
Aria umida
Proprietà termodinamiche dell'aria umida: legge di Dalton, entalpia specifica dell'aria secca e del vapore acqueo, umidità specifica e relativa, temperatura di rugiada, entalpia, volume specifico, temperatura di saturazione adiabatica, temperature di bulbo asciutto e di bulbo bagnato, diagramma psicrometrico.
Processi elementari: riscaldamento e raffreddamento semplici, mescolamento adiabatico, raffreddamento e deumidificazione, riscaldamento e umidificazione, umidificazione adiabatica.
Trasmissione del calore
Cenni introduttivi: generalità, enunciati delle leggi particolari.
Conduzione: relazione costitutiva fondamentale per la conduzione, equazione differenziale della trasmissione del calore per conduzione, condizioni ai limiti, cenni di adimensionalizzazione, parametri adimensionali, regime stazionario monodimensionale.
Convezione: generalità, flusso laminare e turbolento, viscosità (dinamica, cinematica), gruppi adimensionali per la convezione forzata (definizione, significato fisico), strato limite, gruppi adimensionali per la convezione naturale (definizione, significato fisico), uso delle relazioni per la valutazione della conduttanza convettiva unitaria media.
Irraggiamento: generalità e definizioni di base, corpo nero, caratteristiche radiative delle superfici, scambio termico radiativo, fattore di vista o di configurazione, superfici nere e grigie.

MISURE:
1. Concetti generali di metrologia Definizione del concetto di misura, misure dirette ed indirette. Configurazione generalizzata degli strumenti di misura. Incertezze di misura e loro classificazione. Curva caratteristica di un generico sensore di misura. Distribuzioni dei risultati di misura (modello gaussiano e modello t di Student). Test statistici (test del “chi quadro” e carte di probabilità). Analisi delle incertezze. Legge di propagazione degli scarti quadratici medi. Caratteristiche metrologiche degli strumenti di misura. Taratura e riferibilità metrologica (Sistema Nazionale di Taratura). Prestazioni statiche e dinamiche degli strumenti di misura: strumenti del primo e del secondo ordine. Prontezza di uno strumento di misura: costante di tempo e tempo di risposta.
2. Sensori di misura della temperatura (Misure di temperatura): generalità e scala di temperatura internazionale (STI-90). Sensori per misure a contatto e a distanza. Termometria termoelettrica (leggi dei circuiti termoelettrici, tipo di termocoppie). Termometria a resistenza (termometri ad elemento metallico e a semiconduttore, schemi di misura). Termometria a radiazione (pirometro monocromatico, bicolore, ad irraggiamento totale, sensori di energia termica). Effetti di installazione delle termosonde.
3. Sensori di misura della pressione e della velocità.
Misure di pressione: sensori di pressione meccanici ed elettrici (piezoresistivi, piezoelettrici, a capacità variabile, a riluttanza variabile). Misure di pressione in fluidi in quiete ed in movimento. Prese di pressione statica. Effetti di installazione. Sonda aerodinamica.
Misure di velocità: sensori di velocità locale, tubi di Pitot, anemometria a filo/film caldo (CCA e CTA). Sensori di velocità media (tubi di Pitot multipli). 4. Sensori di misura della portata (Misure di portata): generalità, cenni storici e classificazione. Definizione di portata volumetrica e di portata massica (metodo diretto ed indiretto). Misuratori a pressione differenziale, ad area variabile, volumetrici, a turbina, fluidodinamici (a generazione ed a precessione di vortici, ad effetto Coanda), magnetici, ad ultrasuoni, termici, ad effetto Coriolis. Impianti di taratura.

Italian

The course provides the contents necessary to understand the principles of applied thermodynamics, thermal science and measurements. In particular:
APPLIED THERMODYNAMICS AND THERMAL SCIENCE:
Applied thermodynamics: basic concepts and definitions; evaluating properties; balance and conservation equations for thermodynamic systems; consequences of the first and second law of thermodynamics; components of thermal systems; psychrometry and basic transformations; principles of heat transfer: conduction, convection and radiation.

MEASUREMENTS:
- General concepts of metrology;
- Temperature measurement sensors;
- Pressure and velocity measurement sensors;
- Flow rate measurement sensors.

APPLIED THERMODYNAMICS AND THERMAL SCIENCE:
- A. Cesarano, P. Mazzei, Elementi di termodinamica applicata, Liguori editore.
- R. Mastrullo, P. Mazzei, R. Vanoli, Termodinamica per ingegneri - Applicazioni, Liguori editore.
- Y. A. Cengel, Termodinamica e trasmissione del calore, 4a edizione, McGraw-Hill, 2016.
- Notes of the teacher.


MEASUREMENTS:
- F. Cascetta, G. Rotondo, M. Musto, Fondamenti di termometria, ADiSU, Caserta, 2010.
- F. Cascetta, P. Vigo, Introduzione alla metrologia, Liguri Editore, Napoli 1988.
- F. Cascetta, P. Vigo, Misure di pressione e velocità nei fluidi, CUEN Ed., Napoli 1985.
- F. Cascetta, Strumentazione di misura per sistemi di telecontrollo di reti idriche di pubblica utilità – Linee Guida, Franco Angeli Editore, Milano, 1999. Appunti delle lezioni.

The course teaches the fundamental principles of applied thermodynamics, humid air, heat transmission and measurements, to allow students to apply these principles to the study of thermal systems and energy conversion systems. In particular:

APPLIED THERMODYNAMICS AND THERMAL SCIENCE:
This part of the course aims to provide students with the basic notions relating to the fundamental concepts of applied thermodynamics, humid air and heat transmission. In particular:
At the end of the course, the student must:
- know applied thermodynamics and be able to calculate the thermodynamic properties of pure substances;
- know how to apply the principles of thermodynamics to the study of open systems and plants;
- know the main treatments that moist air undergoes in systems;
- know the principles of heat transfer.

MEASUREMENTS:
This part of the course aims to provide students with the basic notions relating to the concepts of general metrology, systems and methods of measurement of the main mechanical and thermo-fluid-dynamic quantities.
At the end of the course, the student must:
- know, be able to describe and select suitable measuring instruments in the main industrial engineering applications;
- possess comprehension skills in reading and studying specialist textbooks and magazines in the measurement instrumentation sector;
- be able to apply acquired knowledge and understanding skills in such a way as to demonstrate a professional approach;
- possess the appropriate skills to identify and resolve measurement problems in the industrial field.

APPLIED THERMODYNAMICS AND THERMAL SCIENCE:
The student must know the fundamental elements of Mathematical Analysis and Physics. In particular, he must know the basic principles of mathematical analysis, such as derivatives, linear ordinary differential equations. He must know the elementary principles of mechanics.

MEASUREMENTS:
The student must know the basic tools of physics and mathematics. He must also know the principles of applied thermodynamics and heat transfer.

The course is based on lectures and classroom exercises. The lectures and exercises are typically divided into 2-hour modules (120 minutes) and are held by the official teacher. The lectures are divided between theoretical lessons and application lessons (numerical exercises). Numerical exercises are an integral part of the teaching.

The objective of the exam is to verify the level of achievement of the previously indicated training objectives.

APPLIED THERMODYNAMICS AND THERMAL SCIENCE:
At the end of the course there is a selective written test which, if passed, allows the student to take the oral interview, aimed at evaluating the understanding of the topics covered, the ability to apply them and to explain the problems faced in a simple but rigorous way.
The final evaluation is based on both the outcome of the written test and the outcome of the oral interview.
The selective written test is set at least monthly (excluding the month of August), with at least three tests in each exam window.

MEASUREMENTS:
The exam consists of a single final oral test. At the end of the oral interview, the final evaluation will take place on the following criteria:
- verification of learning of a topic within the 'Fundamentals of Metrology' part (see program)
- verification of learning of a topic within the 'Discharge measurements' part (see program)
- verification of learning of a topic in the 'Temperature measurements' part (see program)
- verification of learning of a topic within the 'Pressure measurements' or 'Velocity measurements' part (see program)
The oral exam sessions are scheduled on an almost monthly basis (with the exception of the month of August).

APPLIED THERMODYNAMICS AND THERMAL SCIENCE:
The teacher is always available by email, during office hours and by appointment, as well as before the start of each lesson and after the end of each lesson.

MEASUREMENTS:
The teacher is available, during office hours or via email (Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.), to provide teaching material to support the official texts for any further information.

APPLIED THERMODYNAMICS AND THERMAL SCIENCE:
Applied thermodynamics
Basic concepts and definitions: system and environment, properties, state, equation of state, pure substance, phase, simple compressible system, thermodynamic equilibrium, process and quasi-static transformation, energy, work, heat, temperature; first law for isolated system and closed system.
Thermodynamics of states
Introductory notions, characteristic surface, pressure-temperature, pressure-volume, temperature-entropy, enthalpy-entropy and pressure-enthalpy diagrams.
Gas: ideal gas, model selection criteria, properties of low pressure gases and their evaluation; internally reversible adiabatic transformation, polytropic transformation.
Liquids, vapors and solids: superheated vapor and Mollier diagram for water, liquid phase, biphasic liquid-gas mixture, solid phase.
Formulation of balance equations for the study of thermodynamic systems
Balance equations for the study of thermodynamic systems: balance equations of an extensive property, conservation of energy for closed systems and for open systems, steady state, one-dimensional flow, mass and volumetric flow rate, general energy balance, energy balance for a closed system and for an open system, entropy balance generalities, entropy balance for a closed system and for an open system, mechanical energy equation.
Some consequences of the first and second laws of thermodynamics: Gibbs equations I and II, closed systems: work of volume change, open systems: mechanical energy equation, thermodynamic planes (p,v) and (T,s), thermal irreversibility and entropy generation, thermal machine, refrigerating machine and heat pump.
Components of thermal systems: ducts, general information on fluid machines, steam and gas turbines, pumps, compressors, boiler, heat exchangers, valves.
Operating systems: reverse cycles, basic principles, vapor compression refrigeration systems, heat pumps.
Moist air
Thermodynamic properties of moist air: Dalton's law, specific enthalpy of dry air and water vapor, specific and relative humidity, dew point temperature, enthalpy, specific volume, adiabatic saturation temperature, dry bulb and wet bulb temperatures, psychrometric diagram.
Elementary processes: simple heating and cooling, adiabatic mixing, cooling and dehumidification, heating and humidification, adiabatic humidification.
Heat transmission
Introductory notes: general information, statements of particular laws.
Conduction: fundamental constitutive relation for conduction, differential equation of heat transmission by conduction, boundary conditions, notes on dimensionality, dimensionless parameters, one-dimensional steady state.
Convection: general information, laminar and turbulent flow, viscosity (dynamics, kinematics), dimensionless groups for forced convection (definition, physical meaning), boundary layer, dimensionless groups for natural convection (definition, physical meaning), use of relations for evaluation of the average unitary convective conductance.
Radiation: general information and basic definitions, black body, radiative characteristics of surfaces, radiative heat exchange, view or configuration factor, black and gray surfaces.

MEASUREMENTS:
1. General concepts of metrology Definition of the concept of measurement, direct and indirect measurements. Generalized configuration of measuring instruments. Measurement uncertainties and their classification. Characteristic curve of a generic measurement sensor. Distributions of measurement results (Gaussian model and Student's t model). Statistical tests (chi square tests and probability cards). Uncertainty analysis. Propagation law of root mean square deviations. Metrological characteristics of measuring instruments. Calibration and metrological traceability (National Calibration System). Static and dynamic performance of measuring instruments: first and second order instruments. Readiness of a measuring instrument: time constant and response time.
2. Temperature measurement sensors (Temperature measurements): general information and international temperature scale (STI-90). Sensors for contact and remote measurements. Thermoelectric thermometry (laws of thermoelectric circuits, type of thermocouples). Resistance thermometry (metal element and semiconductor thermometers, measurement schemes). Radiation thermometry (monochromatic, bicolour, total irradiation pyrometer, thermal energy sensors). Effects of installing thermoprobes.
3. Pressure and speed measurement sensors.
Pressure measurements: mechanical and electrical pressure sensors (piezoresistive, piezoelectric, variable capacitance, variable reluctance). Pressure measurements in fluids at rest and in motion. Static pressure taps. Installation effects. Aerodynamic probe.
Velocity measurements: local velocity sensors, Pitot tubes, hot wire/film anemometry (CCA and CTA). Average speed sensors (multiple Pitot tubes). 4. Flow measurement sensors (Flow measurements): general information, historical notes and classification. Definition of volumetric flow rate and mass flow rate (direct and indirect method). Differential pressure, variable area, volumetric, turbine, fluid dynamic (vortex generation and precession, Coanda effect), magnetic, ultrasonic, thermal, Coriolis effect meters. Calibration systems.