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IDRAULICA APPLICATA

Anno accademico e docente
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English course description
Anno accademico
2022/2023
Docente
ALESSANDRO VALIANI
Crediti formativi
6
Periodo didattico
Secondo Semestre
SSD
ICAR/01

Obiettivi formativi

Il modulo rappresenta il naturale raccordo tra la meccanica dei fluidi di base e l’Ingegneria Idraulica, affrontando lo studio dell’idraulica delle correnti. Tratta altresì alcuni problemi tecnici tipici, ancorché con una impostazione essenzialmente di base.
L’obiettivo principale di questo modulo consiste nell’applicare i concetti meccanici (capacità di gestire bilanci di massa, quantità di moto, energia), acquisiti nel modulo di meccanica dei fluidi, ai problemi idraulici applicativi di interesse tecnico, principalmente l’idraulica delle correnti, nonché ai casi più classici dei moti di filtrazione. La padronanza del calcolo pratico di semplici reti di condotte in pressione e dei profili di corrente nei canali a superficie libera (incluso la presenza di ostacoli localizzati) è parimenti considerata un obiettivo fondante del modulo.
Le principali conoscenze che si dovrebbero acquisire sono:
• Equazioni fondamentali che governano il moto permanente e vario nelle condotte in pressione.
• Equazioni fondamentali che governano il moto uniforme, permanente e vario nei corsi d’acqua, artificiali e naturali, a superficie libera.
• Elementi essenziali dei moti di filtrazione.
• Metodi di calcolo per reti di condotte in pressione e canali a superficie libera, in moto uniforme, permanente e vario.
Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenze acquisite) che si dovrebbero acquisire sono:
• Valutare le resistenze al moto nei moti interni, sia laminari che turbolenti, con particolare riguardo a questi ultimi.
• Dimensionare e verificare sistemi semplici di condotte in pressione in moto permanente e vario.
• Dimensionare e verificare canali a superficie libera in moto uniforme e permanente.
• Impostare correttamente problemi di moto vario nei canali a superficie libera.

Prerequisiti

Si sottolinea l’importanza fondamentale di una approfondita attenzione a questo aspetto.
Per quanto riguarda la padronanza degli strumenti fisico-matematici necessari, si rimanda a quanto riportato nel modulo Meccanica dei fluidi. L’apprendimento del modulo di Idraulica Applicata richiede la padronanza dei concetti e delle applicazioni del modulo di Meccanica dei fluidi. Il sostenimento delle prove d’esame nell’ordine MF-IA è vivamente consigliato.

Contenuti del corso

Il modulo prevede 60 ore di didattica, che consistono in 52 ore di lezioni teoriche ed esempi applicativi e/o numerici, nonché in 8 ore di supporto allo svolgimento di esercizi, del tutto analoghi a quelli proposti nelle prove d’esame, con esempi numerici ed approfondimento degli aspetti pratici.
Le tematiche affrontate nel modulo sono le seguenti.
ANALISI DIMENSIONALE (4 h)
Teorema Pi-greco. Numeri puri nella meccanica dei fluidi. Le resistenze al moto come problema di analisi dimensionale.
MOTO PERMANENTE NELLE CONDOTTE IN PRESSIONE (10h)
Variazioni di sezione. Perdite localizzate. Condotte in serie ed in parallelo. Sifoni. Reti di condotte a rami ed a maglie. Erogazioni di portata. Esempi applicativi. Impianti di pompaggio e di turbinaggio.
MOTO VARIO NELLE CONDOTTE IN PRESSIONE (10 h)
Equazioni di continuità e del moto. Oscillazioni di massa. Oscillazioni elastiche. Equazioni semplificate. Soluzione generale. Condizioni iniziali e al contorno. Manovre brusche e lente. Sovrappressioni. Equazioni concatenate di Allievi. Metodo grafico. Metodo delle caratteristiche. Condizioni al contorno.
MOTO UNIFORME DELLE CORRENTI A SUPERFICIE LIBERA (5 h)
Carico specifico e profondità critica. Correnti veloci e lente. Pendenza critica. Calcolo delle resistenze. Scale di deflusso. Alvei a sezione composita.
MOTO PERMANENTE DELLE CORRENTI A SUPERFICIE LIBERA (16 h)
Alvei cilindrici. Profili di rigurgito. Condizioni al contorno. Soluzione di Bresse. Alvei non prismatici. Risalto idraulico. Profili di rigurgito. Ostacoli, stramazzi.
MOTO VARIO DELLE CORRENTI A SUPERFICIE LIBERA (3 h)
Propagazione di perturbazioni ondose senza resistenze. Metodo delle caratteristiche. Condizioni al contorno.
MOTI DI FILTRAZIONE (4h)
Caratteristiche del fluido e dell'ammasso. Legge di Darcy. Trincea filtrante in pressione ed a superficie libera. Pozzo in falda artesiana e pozzo in falda freatica.
SVOLGIMENTO COMPLETO DI ESERCIZI D’ESAME (8 h)

Metodi didattici

Il corso è organizzato nel seguente modo:
• lezioni frontali sui contenuti del corso;
• esempi volti ad illustrare le applicazioni pratiche delle nozioni impartite;
• supporto allo svolgimento (incluso i calcoli numerici) di esercizi di simulazione delle prove d’esame.

Modalità di verifica dell'apprendimento

L’obiettivo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di raggiungimento degli obiettivi formativi precedentemente indicati. È vivamente consigliato sostenere l’esame di Idraulica Applicata dopo aver superato con esito positivo l’esame di Meccanica dei fluidi.
L’esame consta in una unica prova scritta, suddivisa in una parte pratica della durata di due ore e quindici minuti ed una parte teorica della durata di quarantacinque minuti. Durante la parte pratica possono essere consultati gli appunti, forniti dal docente sulla piattaforma Classroom, sui profili di moto permanente nelle correnti a superficie libera, nonché i formulari sul moto nelle condotte in pressione che verranno forniti direttamente dal docente. Durante la parte teorica non può essere consultato nessun tipo di materiale.
• La parte pratica, della durata di due ore e quindici minuti, consiste nello svolgimento (incluso il calcolo numerico) di due esercizi, di identico peso nella valutazione, inerenti: 1) il calcolo idraulico di semplici reti di condotte in moto permanente; 2) il calcolo idraulico di profili di corrente in canali rettangolari molto larghi a superficie libera in moto permanente.
• La parte teorica, della durata di quarantacinque minuti, consiste in una domanda aperta, che verte prevalentemente sugli argomenti del modulo non affrontati nella parte pratica. In particolare, verranno affrontati il calcolo (formale, cioè non inclusivo del calcolo numerico) delle sovrappressioni nei problemi di colpo d’ariete, ulteriori problematiche inerenti alle correnti a superficie libera in moto permanente e vario nei canali, i moti di filtrazione o la trattazione di un argomento a carattere maggiormente teorico.
• La valutazione finale consiste in un voto, espresso in trentesimi, formulato sulla base di un giudizio globale sulle tre risposte (comunque non inferiore alla somma delle tre valutazioni disgiunte, espresse in decimi, delle tre risposte).
• Qualora la parte pratica risulti sufficiente ma la valutazione complessiva risulti insufficiente, il candidato può chiedere di ripetere la sola parte teorica (unica prova della durata di quarantacinque minuti).
• Il candidato che ottenga valutazioni molto buone (superiori a 27) può chiedere di sostenere un colloquio orale integrativo, volto ad un possibile miglioramento della valutazione stessa.

Testi di riferimento

Testo di riferimento: Appunti del corso.
Svolgimento di prove scritte d’esame: vedi sito Classroom dell’insegnamento.
Testi di approfondimento:
• MARCHI E., RUBATTA A., Meccanica dei fluidi. Principi ed applicazioni idrauliche. UTET, 1981.
• MOSSA M., PETRILLO A. F., Idraulica, CEA, Milano, 2013.
• MONTEFUSCO L., Lezioni di Idraulica. Pitagora Editrice, Bologna, 2005.
• CITRINI D., NOSEDA G., Idraulica. CEA, 1987.
• GHETTI A., Idraulica, Ed. Cortina, Padova, Ultima ediz. .
• LIGGET J.A., CAUGHEY D. A., Fluid Mechanics. An Interactive Text. ASCE Press, Reston, VA, 1998.
• WHITE F. M., Fluid Mechanics, Mc Graw Hill Intern. Student Ed., 1979.
• CENGEL Y.A., CIMBALA J. M., Meccanica dei fluidi, IV edizione, McGraw-Hill Education, Milano, 2020 (edizione italiana a cura di G. Cozzo e C. Santoro).