Insegnamento
Idraulica
Livello e corso di studio
Laurea in Ingegneria Civile L7
Settore scientifico
disciplinare (SSD)
ICAR/01
Anno di corso
2
Numero totale di
crediti
9
Propedeuticità
Analisi I
Analisi II
Geometria
Docente
Silvia Di Francesco
Facoltà: Ingegneria
Nickname: difrancesco.silvia
Email: [email protected]
Orario di ricevimento: consultare calendario videoconferenze
Obiettivi formativi
Il corso affronta gli aspetti di base dell'idraulica, fornendo strumenti fondamentali per la soluzione di problemi
progettuali classici dell'ingegneria civile ed ambientale .
I risultati di apprendimento attesi sono:
Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding):
Conoscenza dei modelli matematici atti a descrivere il comportamento dei fluidi incomprimibili
Conoscenze e capacità di comprensione applicate (applying knowledge and understanding):
Sviluppo delle capacità di applicare le competenze per affrontare problemi pratici nel campo dell’ idrostatica,
delle correnti in pressione e in quello delle correnti a pelo libero
Spinte su superfici piane e curve
Conservazione dell’energia
Foronomia
Valutazione delle perdite di carico distribuite e concentrate
Verifica e dimensionamento di sistemi di condotte
Moto nei canali a superficie libera
Misura delle grandezze idrauliche
Capacità critica di interpretare i risultati ottenuti durante lo svolgimento di un esercizio numerico sia in termini di
coerenza fisica dei risultati ottenuti sia in termini di fattibilità ingegneristica della soluzione individuata.
Autonomia di giudizio (making judgements):
Sviluppo della capacità di interpretare i dati provenienti dalla letteratura per la scelta più opportuna al caso
esaminato.
Abilità comunicative (communication skills):
Sviluppo di un linguaggio scientifico corretto e comprensibile che permetta di esprimere in modo chiaro e privo
di ambiguità le conoscenze tecniche acquisite nell’ambito dei problemi proposti ed analizzati.
Capacità di apprendere (learning skills):
Capacità di applicare le conoscenze acquisite per la risoluzione di problemi non familiari che abbiano come
oggetto l’analisi dei processi idraulici di interesse.
Prerequisiti
É necessario che lo studente che si avvicina alla preparazione di questa materia abbia sostenuto gli esami di
geometria, Analisi I e II.
Contenuti del corso
Modulo 1- I fluidi e il loro movimento-Settimana 1- Test di autovalutazione 1
Definizione di fluido. I fluidi come sistemi continui. Grandezze della meccanica dei fluidi e unità di misura.
Sforzi nei sistemi continui. Densità e peso specifico.- Comprimibilità. Tensione superficiale. Viscosità. Fluidi non
1
newtoniani. Regimi di movimento
Modulo 2 -Idrostatica -Settimana 2 - Test di autovalutazione 2
Equazione indefinita dell'equilibrio statico. Legge di Stevin. Distribuzione idrostatica delle pressioni. Spinta su
pareti piane. Spinta su pareti curve. Formula di Mariotte. Applicazioni
Modulo 3 - Cinematica dei fluidi - Settimana 3 - Test di autovalutazione 3
Velocità e accelerazione. Elementi caratteristici del moto. Tipi di movimento. Equazione di continuità.
Modulo 4- Equazioni fondamentali della dinamica dei fluidi -Settimana 4 - Test di autovalutazione 4-5
Equazione indefinita del movimento. Equazione globale dell'equilibrio dinamico.
Modulo 5 - Il teorema di Bernoulli - Settimana 5- Test di autovalutazione 4-5
Distribuzione della pressione nel piano normale. Correnti lineari. teorema
di Bernoulli. Interpretazione
geometrica ed energetica -Applicazioni - Estensione ai fluidi reali - Potenza di una corrente in una sezione.
Estensione del teorema di Bernoulli a una corrente
Modulo 6- Equazione del moto dei fluidi reali - Settimana 6 - Test di autovalutazione 6
Le equazioni di Navier per i fluidi viscosi. Equazione globale di equilibrio. Azione di trascinamento di una
corrente
Modulo 7 - Correnti in pressione - Settimana 7 -Test di autovalutazione 7
Generalità sul moto uniforme. Moto laminare. Caratteristiche generali del moto turbolento; grandezze turbolente
e valori medi. Sforzi tangenziali viscosi e turbolenti. Ricerche sul moto uniforme turbolento. Analisi
dimensionale. Moto nei tubi scabri. Formule pratiche. Perdite di carico localizzate. Brusco allargamento. Perdite
di sbocco, di imbocco, di brusco restringimento. Convergenti e divergenti. Altri tipi di perdite concentrate.
Calcolo idraulico di una condotta
Modulo 8- Problemi pratici relativi alle lunghe condotte -Settimana 8-Test di autovalutazione 8
Generalità. Verifica del funzionamento dei sistemi di condotte . Dimensionamento ottimizzato di sistemi di
condotte . Impianti di sollevamento. Condotte forzate degli impianti idroelettrici. Possibili tracciati altimetrici
Modulo 9- Correnti a pelo libero -Settimane 9 e 10 -Test di autovalutazione 9
Caratteri delle correnti a pelo libero. Equazione del moto delle correnti a pelo libero gradualmente variate.
Equazione del moto uniforme per le correnti a pelo libero. Scala delle portate (sezioni aperte, chiuse e
banchinate). Caratteristiche energetiche della corrente in una sezione. Condizione di stato critico. Alvei a debole e
forte pendenza. Profili di corrente in alvei a debole e forte pendenza. Risalto idraulico. Spinta totale di una
corrente. Localizzazione del risalto. Esempi di profili di corrente (effetto di una variazione di scabrezza, della
pendenza di fondo, della presenza di dispositivi di controllo, ...). Passaggio fra le pile di un ponte. Esempi
applicativi.
Modulo 10 – Foronomia -Settimana 11- Test di autovalutazione 10
Luci a battente e a stramazzo
Modulo 11- Moti di filtrazione -Settimana 12 - Test di autovalutazione 11
Schematizzazione dei moti di filtrazione. Legge di Darcy. Emungimento mediante pozzo da falda artesiana e
freatica
Modulo 12 - Strumenti di misura delle grandezze idrauliche - Settimana 12
Misura di: portata (venturimetro, dispositivi ad induzione magnetica e ad ultrasuoni); pressione (manometri ad
ago, trasduttori piezoresistivi); livello (sonda ad ultrasuoni, trasduttori); velocità (sonda ad ultrasuoni)
2
Materiali di studio
MATERIALI DIDATTICI A CURA DEL DOCENTE
Testi consigliati:
1. Çengel Yunus A, John M. Cimbala, Meccanica dei fluidi, II ed, McGraw-hill, 2012
2. Chow, V.T. , Open-Channel Hydraulics, McGraw-Hill, 1959
3. Citrini D., Noseda G., Idraulica, II ed., Milano, Casa Editrice Ambrosiana, 1987
4. Marchi E., Rubatta A., Meccanica dei fluidi, I ed., Torino, UTET, 1981
5. Mossa Michele, Antonio Felice Petrillo, Idraulica, Casa Editrice Ambrosiana, 2013
Metodi didattici
Il corso è sviluppato attraverso le lezioni preregistrate audio-video che compongono, insieme a slide, dispense
ed esercitazioni numeriche svolte, i materiali di studio disponibili in piattaforma.
Sono poi proposti dei test di autovalutazione, di tipo asincrono, che corredano le lezioni preregistrate e
consentono agli studenti di accertare sia la comprensione, sia il grado di conoscenza acquisita dei contenuti di
ogni modulo.
Sono altresì disponibili lezioni in web-conference programmate a calendario che si realizzano nei periodi
didattici.
La didattica si avvale, inoltre, di forum (aule virtuali) e chat disponibili in piattaforma che costituiscono uno
spazio di discussione asincrono, dove il docente fornisce sputi di riflessione sugli argomenti più significativi
dell’insegnamento e interagiscono con gli studenti iscritti.
Modalità di verifica
dell’apprendimento
L’esame consiste nello svolgimento di una prova scritta di 90 minuti tendente ad accertare le capacità di analisi
e rielaborazione dei concetti acquisiti.
La prova scritta prevede di norma 3-4 domande (in genere 1 esercizio numerico e 2/3 domande di teoria) sui
principali argomenti trattati nel corso. Particolare attenzione nella valutazione delle risposte date viene posta
sulla capacità dello studente di risolvere il problema numerico e nel rielaborare il materiale presente in
piattaforma. Durante la prova scritta NON è consentito utilizzare dispense, appunti, testi o formulari in formato
cartaceo né digitale. L’uso della calcolatrice è consentito solo nel caso di calcolatrici non scientifiche né
programmabili.
Criteri per
l’assegnazione
dell’elaborato finale
L’assegnazione dell’elaborato finale avverrà sulla base di un colloquio con il docente in cui lo studente
manifesterà i propri specifici interessi in relazione a qualche argomento che intende approfondire; non esistono
preclusioni alla richiesta di assegnazione della tesi e non è prevista una media particolare per poterla richiedere.
Programma esteso e materiale didattico di riferimento
Modulo 1 - Lezione 1
Definizione di fluido
I fluidi come mezzi continui
Unità di misura
Forze agenti su un continuo (fluido)
Il tensore delle tensioni
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 1 - Lezione 2
Densità
Peso specifico
Comprimibilità
Tensione superficiale
Viscosità
Tensione di vapore
Proprietà termiche
Regimi di movimento
· Materiali didattici a cura del docente
Modulo 2 - Lezione 1
Sforzi nei fluidi in quiete
Equazione indefinita della statica dei fluidi
Equazione globale della statica dei fluidi
Legge di Stevin
Distribuzione idrostatica delle pressioni.
Misura della pressione
· Materiali didattici a cura del docente
Modulo 2 - Lezione 2
Spinta su superfici piane
· Materiali didattici a cura del docente
3
Modulo 2 - Lezione 3
Spinta su una superficie curva
Fluidi di piccolo peso specifico
Formula di Mariotte
· Materiali didattici a cura del docente
Modulo 2 – Lezione 4
Esercizi riepilogativi sulla misura della pressione
· Materiali didattici a cura del docente
Modulo 2 - Lezione 5
Esercizi riepilogativi sulla determinazione delle spinte su superfici curve
· Materiali didattici a cura del docente
Modulo 3 - Lezione 1
Velocità e accelerazione: approccio euleriano e lagrangiano
Derivata Sostanziale
Elementi caratteristici del moto: linee di corrente , traiettorie, linee di fumo, linee di tempo
Il concetto di portata
Tipologie di movimento
5
· Materiali didattici a cura del docente
Modulo 3 - Lezione 2
Equazione di continuità: forma indefinita e globale, applicazione alle correnti
· Materiali didattici a cura del docente
Modulo 4 - Lezione 1
Equazione indefinita dell’equilibrio dinamico
Fluido perfetto
· Materiali didattici a cura del docente
Modulo 4 - Lezione 2
Equazione globale dell’equilibrio dinamico
Applicazione alle correnti
Esempi applicativi: Spinta di un getto su una piastra
·
Modulo 5 - Lezione 1
Materiali didattici a cura del docente
Il teorema di Bernoulli
Interpretazione geometrica ed energetica
Distribuzione della pressione nel piano normale
· Materiali didattici a cura del docente
Modulo 5 - Lezione 2
Applicazioni del teorema di Bernoulli
Foronomia : Luce di fondo, Paratoia piana parzialmente aperta, Luce di comunicazione tra due serbatoi, flusso
libero
Tubo di Pitot
Venturimetro
Estensione del teorema di Bernoulli ad una corrente
· Materiali didattici a cura del docente
Modulo 5 – Lezione 3
Estensione del teorema di Bernoulli ai fluidi reali.
· Materiali didattici a cura del docente
Modulo 6 - Lezione 1
Stato di sforzo : componente normale e deviatorica
Equazioni costitutive
Equazione di Navier -Stokes
· Materiali didattici a cura del docente
Modulo 6 - Lezione 2
Equazione globale di equilibrio (fluidi incomprimibili)
Azione di trascinamento di una corrente
· Materiali didattici a cura del docente
Modulo 7 - Lezione 1
Correnti in pressione- Generalità sul moto uniforme
Regimi di moto e numero di Reynolds
4
Caratteristiche del moto turbolento
Sforzi tangenziali viscosi e turbolenti
· Materiali didattici a cura del docente
Modulo 7 - Lezione 2
Moto laminare
Flusso alla Hagen Poiseulle in un tubo cilindrico (1839-1840)
Flusso alla Poiseulle tra due lastre indefinite parallele
· Materiali didattici a cura del docente
Modulo 7 - Lezione 3
Le perdite di carico continue
Moto laminare.
Moto turbolento
L’Abaco di Moody
Problemi di progetto e di verifica
Profili teorici di velocità regime turbolento
Leggi di resistenza classiche
· Materiali didattici a cura del docente
Modulo 7 - Lezione 4
Perdite di carico localizzate
Brusco allargamento
Perdite di imbocco
Brusco restringimento
Convergenti e Divergenti
Altri tipi di perdite - Dispositivi di strozzamento
Calcolo idraulico di una condotta
· Materiali didattici a cura del docente
Modulo 8 - Lezione 1
Problemi pratici sulle lunghe condotte
Condotta a diametro costante con erogazione uniforme
Verifica dei sistemi di condotte
Condotta collegante 2 serbatoi
Tre serbatoi collegati
Condotte in parallelo
· Materiali didattici a cura del docente
Modulo 8 - Lezione 2
Metodo di Cross (1936)
Dimensionamento dei sistemi di condotte
· Materiali didattici a cura del docente
Modulo 8 - Lezione 3
Impianti di sollevamento
Possibili tracciati altimetrici
· Materiali didattici a cura del docente
Modulo 9 - Lezione 1
Correnti a pelo libero: Generalità
Energia specifica (caratteristiche energetiche di una corrente)
· Materiali didattici a cura del docente
Modulo 9 - Lezione 2
Le equazioni di continuità e dell’energia (moto permanente 1D)
Moto uniforme
Alvei a debole e a forte pendenza
· Materiali didattici a cura del docente
Modulo 9 - Lezione 3
Carattere cinematico dei due tipi di corrente
Numero di Froude
· Materiali didattici a cura del docente
Modulo 9 - Lezione 4
Profili del pelo libero in moto permanente
Alvei cilindrici
Alvei a debole pendenza (h0>k, i<ic)
5
Alvei a forte pendenza
Alvei a pendenza critica
Alvei a pendenza nulla
Alvei in contropendenza
Tracciamento quantitativo dei profili di moto permanente
· Materiali didattici a cura del docente
Modulo 9 - Lezione 5
Risalto idraulico
Passaggio da corrente lenta a veloce
Passaggio da corrente veloce a lenta
· Materiali didattici a cura del docente
Modulo 9 - Lezione 6
Esempi applicativi
Presenza di una paratoia piana in alvei a debole pendenza
Presenza di una paratoia piana in alvei a forte pendenza
Cambio di pendenza
Passaggio sopra una soglia di fondo
· Materiali didattici a cura del docente
Modulo 10 - Lezione 1
Introduzione
Luci a battente
Luci a stramazzo
Stramazzo Bazin
Stramazzo rettangolare (Hengly)
Stramazzi triangolari (Thomson)
Stramazzo trapezio (Cipolletti)
Stramazzo a larga soglia
Processi di moto vario (vuotamento di un serbatoio)
· Materiali didattici a cura del docente
Modulo 11 - Lezione 1
Generalità sulle falde acquifere
Velocità di filtrazione e permeabilità
Emungimento da falda artesiana
Emungimento da falda freatica
· Materiali didattici a cura del docente
Modulo 12 - Lezione 1
Strumenti di misura: Introduzione
Misure di livello: Aste idrometriche, Idrometrografi, Idrometro a punta, Idrometro a galleggiante
Sonde ad ultrasuoni, Idrometro (Idrometrografo) a bolle
· Materiali didattici a cura del docente
Modulo 12 - Lezione 2
Misure di velocità
Misuratori ad ultrasuoni
Misuratori elettromagnetici
Misuratore di velocità a galleggiante
Mulinello idrometrico
· Materiali didattici a cura del docente
Modulo 12 - Lezione 3
Strumenti per la misurazione della portata nei canali
Misuratori a stramazzo
Misuratori a risalto
Misuratori area velocità
Metodo per mescolanze chimiche
· Materiali didattici a cura del docente
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