99542 - LABORATORIO DI TERMOTECNICA M

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente possiede le conoscenze di base per la realizzazione di misure termiche e per l’uso di software di simulazione dinamica del sistema “edificio-impianto”. In particolare, lo studente è in grado di: - Effettuare misure di temperatura, flusso termico, velocità dell’aria, potenza termica scambiata, coefficienti di scambio termico; - Calcolare l’incertezza sperimentale associata alle misure termiche; - Utilizzare software dinamico commerciale per la modellazione dei sistemi “edificio-impianto”.

Contenuti

Introduzione al corso. Definizione di temperatura. Scala empirica: la scala centigrada. Temperatura termodinamica. ITS-90. Sottocampi e punti fissi. Procedura di calibrazione di un termometro a resistenza al platino.

Laboratori di temperatura primaria. Laboratori secondari. Calibrazione di termometri di riferimento. La catena ITS-90. Sensori RTD. Caratteristiche dei sensori RTD. RTD a filo avvolto. RTD a film sottile. RTD a elemento avvolto. Materiali. Linearità. Nomenclatura. Tempo di risposta. Equazione di Callender-Van Dusen. Equazione semplificata R/T Pt100. Calibrazione di un sensore RTD primario. RTD a due fili. RTD a tre fili. RTD a quattro fili. Sorgente di errori. Termistori. Curve NTC. Calibrazione di un dispositivo NTC. L'equazione di Steinhart-Hart per una calibrazione accurata. Termocoppie. Effetti termoelettrici. Equazioni polinomiali.

Compensazione della giunzione fredda. Giunzioni esposte, collegate a terra, sigillate e isolate. Precisione e tempo di risposta. Cavi di compensazione. Termopila. Interruttore per più termocoppie.

Introduzione ad Arduino. Sistemi embedded, microcontrollori, sensori, domotica. Legge di Ohm, resistori, LED, Arduino: hardware, firmware, software (lo "sketch").

Arduino e il mondo esterno: porte analogiche e digitali, l'interfaccia seriale. Esempi con sensori DHT11 e DHT22.

Linguaggio di programmazione di Arduino: operatori logici. Calcolo della temperatura media. Il sensore di temperatura NTC ds18b20. Come associare un indirizzo a un sensore ds18b20. L'architettura del bus "one-wire".

Produzione e calibrazione di termocoppie. Termocamera IR e corpo nero.

Misure meccaniche e termiche: introduzione alla teoria degli errori. Analisi dell'incertezza. Concetti di accuratezza, precisione, incertezza di misura.

Misure di portata nei condotti.

Metodi per la misura della portata volumetrica e della portata di massa.

Misure di pressione.

Misure di energia termica: contatori di calore.

Testi/Bibliografia

Dispense fornite dal docente e disponibili su virtuale.unibo.it

Figliola R S and Beasley D E 2011 Theory and Design for Mechanical Measurements (New York: John Wiley & Sons)

Metodi didattici

Gli argomenti saranno trattati sia a livello teorico che pratico mediante esperienze didattiche in laboratorio.

A ciascun studente verrà fornita una scheda "Arduino" e una dotazione di cavi elettrici, sensori di temperatura, breadbord per collegamenti senza saldature. La scheda Arduino dovrà essere utilizzata da ogni studente durante le esercitazioni in laboratorio.

La scheda Arduino e tutti gli accessori consegnati allo studente deve essere restituita nel momento dell'esame finale.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Ad ogni studente verranno assegnati due temi da risolvere.

1) scrivere uno sketch di Arduino mediante il quale effettuare misure di temperatura a cui associare una valutazione di accuratezza, precisione, incertezza etc. (tema comune a tutti gli studenti)

2) scrivere uno sketch di Arduino mediante il quale risolvere uno specifico problema utilizzando, fra l'altro, sensori di temperatura. Ogni studente dovrà risolvere un problema diverso.

I due sketch devono essere inviati ai docenti almeno 7 giorni prima dell'esame.

All'esame allo studente è richiesto di commentare gli sketch prodotti, mostrare il funzionamento degli sketch mediante Arduino, rispondere a domande sulla parte teorica del corso.

Strumenti a supporto della didattica

Ad ogni studente verranno assegnati materiali da utilizzare per i test di laboratorio tra cui una scheda Arduino UNO (o equivalente), sensori vari ed elementi per la realizzazione delle connessioni elettriche tra scheda e sensori.

Le lezioni verranno svolte con l'ausilio di lucidi e diapositive (powerpoint). E' previsto l'uso del laboratorio didattico di Fisica Tecnica presso il Lazzaretto.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Gian Luca Morini

Consulta il sito web di Matteo Dongellini