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IMPIANTI E STRUTTURE

Corso di Laurea Specialistica

PAAS

Prof. Massimo Lazzari

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IL CONTROLLO DELLA TEMPERATURA

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Il movimento è il modo di esistere della materia.

L’energia è materia (E = m *c2). L’energia è movimento (L = F * s)

Mai in nessun luogo c'è stata e può esserci materia senza movimento. Movimento nello spazio cosmico, movimento meccanico di masse più piccole nei singoli corpi celesti, vibrazione molecolare come calore o come corrente elettrica o magnetica, scomposizione e combinazione chimica, vita organica: sono queste le forme di movimento, nell'una o nell'altra o contemporaneamente in parecchie delle quali si trova, in ogni dato istante, ogni singolo atomo di materia cosmica. In realtà non esiste distinzione tra materia e movimento: sono la stessa cosa.

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calore

Energia in transitoEnergia = Lavoro = F * s

Fenomeno per cui le molecole vibrano e trasmettono le loro vibrazioni

urtandosi l’una con l’altra o attraverso l’emissione di radiazioni.

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calorePrimo principio della termodinamica: il calore si

trasferisce da un corpo a temperaura più elevata a un corpo a temperatura inferiore.

La temperatura ci indica il livello di calore di un corpo e quindi ci permette di prevedere la direzione del

trasferimento di energia.

La termodinamica tuttavia non ci dice nulla riguardo al tempo. Ci dice che l’energia si sposta da un corpo all’altro

ma non in quanto tempo

Potenza = Energia/ tempo = Flusso di energia nell’unità di tempo = W

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UNITA’ di MISURA

S.I. = SISTEMA INTERNAZIONALE

Presentazione a parte

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La temperatura negli allevamenti

• È il parametro sul quale si è maggiormente accentrata l'attenzione dei ricercatori e ciò sia per una sua indubbia notevole influenza sulla produzione, sia perché è certamente il parametro più semplice da controllare nel ricovero.

• I livelli di temperatura ottimali sono correlati all'età, alla razza ed al livello alimentare.

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• Come noto gli animali allevati, di interesse zootecnico, sono omeotermi; tendono cioè a mantenere costante la temperatura del corpo, grazie ad un complesso sistema di termoregolazione.

• Tale sistema è efficace entro un certo campo di variazione della temperatura esterna al di fuori del quale l'animale non è più in grado di mantenere il suo stato di omotermia, con situazioni allora di ipo o ipertermia, sino alla morte da freddo o da caldo.

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• Il campo di temperature all'interno del quale la produzione di calore è minima, ed è quindi massima l'energia dell'alimento che resta disponibile per la produzione, si indica come zona di termoneutralità, di confort o di benessere.

• Tale zona di massima produttività, è delimitata dalle temperature critiche inferiore e superiore al di là delle quali l'organismo deve spendere energia aggiuntiva per mantenere l'omeotermia.

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Temperatura critica

Approfondimento: direttiva svizzera sui parametri climatici per stalle.pdf

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Conservare il calore durante la stagione fredda

Disperdere il calore durante la stagione calda

Sempre e comunque controllare il trasferimento del calore

Condizionamento ambientale

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Come si trasmette il calore sensibile:

Conduzione

Convezione

Irraggiamento

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λ è la conducibilità termica e ci indica il

flusso di calore (Watt) che passa attraverso uno spessore di materiale di 1 m per ogni °C di differenza di temperatura tra le due facce dello stesso.

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materiale λ [W/m °C] Massa volumica [kg/m3]

Rame 320 8900

Acciaio 52 7800

Vetro 1 2400

Gesso 0,35 1200

Cemento 1,4 2000

Mattoni pieni 0,63 1800

Mattoni forati 0,38 1400

Legno 0,14 600

Calcestruzzo autoclavato

0,12 500

Lana di vetro 0,035 100

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Conduttanza (C) e resistenza termica (R)

C = λ /s [W/m2 ·°C],con s = spessore materiale in [m]

R = 1/ C = s / λ [m2 ·°C/W]

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Esercizio n.1

Quale è il flusso di calore che passa per conduzione da uno spessore di 20 cm di cemento armato sapendo che la conducibilità è di 0,93 [W/m · °C]. Quale è la resistenza termica della parete?

C = λ /s = 0,93/0,2 = 4,65[W/m2 ·°C],

R = s / λ = 0,2 / 0,93 = 0,21[m2 ·°C /W]

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Conduzione di calore

Flusso di calore che attraversa una generica superficie S quando si ha una temperatura interna pari a t1 e una temperatura esterna pari a t2

Q = C · S · (t2 – t1) [W],

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Esercizio n.2

Quale è il flusso di calore che attraversa una superficie di 400 m2 del materiale di cui all’esercizio 1 quando la temperatura interna è di 18 °C e quella esterna di – 2 °C. Quale la quantità di calore Qdie dispersa in una giornata?

Q = 4,65 · 400 · 20 = 37200[W],

Qdie = 37200 ·24 /1000 = 892,8 [kWh]

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Resistenza complessiva conduzione + convezione di una parete

R = 1/αi + s / λ + 1/ αe [m2 ·°C /W]

• 1/αi resistenza liminare interna parete

• 1/ αe resistenza liminare esterna parete

1/αi + 1/ αe = 1/20 + 1/15 = 0,15 [m2 ·°C /W]

R = 0,15 + (s / λ) [m2 ·°C /W]

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Trasmittanza di una parete

K = 1/R [W /m2 ·°C]

Fondamentalmente si usa solo questo valore!!!!!

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Esercizio n.3

Quale è la resistenza termica di una parete di 20 cm di cemento armato sapendo che λ = 0,93 [W/m · °C]? Quale è la sua trasmittanza?

R = 0,15 + s / λ = 0,15 + 0,2 / 0,93 = = 0,36 [m2 ·°C /W]

K = 1/R = 2,70 [W/m2 ·°C]

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Pareti multistrato

R = 0,15 + (s1 / λ1 + s2 / λ2 +….+ sn / λn) [m2 ·°C /W]

K = 1/R

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Intercapedini d’aria da 3 a 20 cm

R = 0,18 [m2 ·°C /W]

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Esercizio 4si calcoli la trasmittanza di una

parete composta da:strato Spessore [m] λ

Mattoni pieni 0,12 0,5

Mattoni forati 0,08 0,35

Intonaci interni ed esterni

0,02 0,8

Intercapedine 0,05 ---

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Calcolo R

R = 0,16 + 0,18 + (0,12/0,5 +0,08/0,35 + 0,02/0,8) = 0,86 [m2 ·°C /W]

Calcolo K

K = 1/ 0,86 = 1,16 [W /m2 ·°C]

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Esercizio 4Quale sarà la trasmittanza K della

parete precedente inserendo nell’intercapedine un pannello

isolante con spesso 3 cm e λ = 0,02 W /m2 ·°C

R = 0,86 + 0,03/0,02 = 2,36 [m2 ·°C /W]

K = 1/ 2,36 = 0,42 [W /m2 ·°C]

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Esercizio 5Quale sarà quantità di calore

giornalmente disperso dalla parete precedente ipotizzando una Ti = 18 °C una Te = -2 °C e una superficie

complessiva di 200 m2

Qdie = K · S · 24 · (ti – te)/1000 = 40,32 [kWh]

Q = K · S · (ti – te) = 1680 [W]

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Calore disperso dal pavimento

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La trasmissione del calore attraverso il pavimento avviene prevalentemente sul perimetro esposto.

Per calcolare il valore di K del pavimento si può usare una relazione empirica, valida per pavimenti con superficie maggiore di 25 m2:

Kp = 0.05 + 1.65 * (S/P)-1- 0.6 * (S/P)-2

Dove: S è la superficie del pavimento;

P è la somma della lunghezza dei lati esposti.

Se è presente uno strato isolante:

i

i

p

t sK

K

1

1

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Valore di K per pavimenti solidi in contatto con il terreno e con quattro lati esposti

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Esercizio 6

Quale è la trasmittanza di un pavimento con 100 m di lunghezza e 16 m di larghezza.

S = 100 ·16 = 1600 [m]P = (100+ 16) · 2 = 232 [m]S/P = 1600/16 = 6,9 [-]

Kp = 0,05 + 1,65 · (6,9)-1 - 0.6 · (6,9)-2

= 0,28 [W /m2 ·°C]

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Esercizio 7

Parete

R = 0,15+ 0,3/0,93 + 0,04/0,87 + 0,03/0,7 = 0,56

K= 1/R = 1/0,56 = 1,78

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Esercizio 7

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m S

Skk

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La temperatura ambientale e la temperatura radiante hanno influenza sulla produzione di calore sensibile

degli animali

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tab. 6.15

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Ricerca della temperatura di equilibrio