Dipartimento di Ingegneria Civile, dell'Energia, dell'Ambiente e dei Materiali - Università Mediterranea di Reggio Calabria - Didattica

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Modulo: IDRAULICA

Corso

Ingegneria Civile e Ambientale per lo sviluppo sostenibile

Curriculum

OPERE CIVILI SOSTENIBILI E PER L'ENERGIA

Orientamento

Orientamento unico

Anno Accademico

2021/2022

Crediti

Settore Scientifico Disciplinare

ICAR/01

Anno

Secondo anno

Unità temporale

Primo semestre

Ore aula

Attività formativa

Attività formative caratterizzanti

Canale unico

Docente

GIUSEPPE BARBARO

Obiettivi

Il corso fornisce gli strumenti per comprendere le leggi che governano statica, cinematica e dinamica dei fluidi e gli strumenti per dimensionare condotte in pressione ed a pelo libero. Pertanto, il corso sviluppa l’autonomia di giudizio necessaria ad affrontare e risolvere problematiche idrauliche frequenti nella pratica professionale e sviluppa le abilità comunicative necessarie per interagire con professionisti e specialisti del settore idraulico. Inoltre, affina le capacità di apprendimento necessarie sia per intraprendere studi successivi specialistici che per approfondire la materia in maniera autonoma.
Nella prima parte del corso vengono descritte le proprietà dei fluidi (comprimibilità, densità, tensione superficiale, viscosità, tensione di vapore etc.). Vengono inoltre descritte le leggi che governano statica (equazioni indefinita e globale, legge di Stevino), cinematica (tipologie e regimi di moto, equazioni indefinita e globale di continuità) e dinamica dei fluidi (equazione indefinita del moto, equazioni di Navier-Stokes e di Eulero, equazione globale dell’equilibrio dinamico, teorema di Bernoulli). Nella seconda parte vengono descritte le leggi che governano le correnti in pressione (tipologie di moto, progetto e verifica di condotte) ed a pelo libero (tipologie di moto, profili di corrente e dimensionamento di una vasca di dissipazione).
Modalità valuzione
La prova d’esame consiste in una prova scritta per ciascun modulo ed una prova orale. La prova scritta di Idraulica consisterà nella risoluzione di due esercizi numerici, con richiami teorici, da risolvere in un tempo di due ore. La prova scritta di Idrologia consisterà nella risoluzione di due esercizi numerici, con richiami teorici, da risolvere in un tempo di due ore. La prova orale consisterà in un colloquio in cui verranno anche valutate e discusse le esercitazioni sugli argomenti pratici del corso.
La prova scritta ha lo scopo di accertare la capacità dello studente di applicare le conoscenze acquisite durante il corso. La prova orale ha lo scopo di verificare il livello di conoscenza e di comprensione dei contenuti del corso e di valutare l'autonomia di giudizio, la capacità di apprendimento e l'abilità comunicativa.
L’esito dell’esame dipenderà da una media pesata degli esiti delle prove scritta ed orale e della valutazione delle esercitazioni. Il voto finale sarà attribuito secondo il seguente criterio di valutazione:
30 e lode: conoscenza completa, approfondita e critica degli argomenti, eccellente proprietà di linguaggio, completa ed originale capacità interpretativa, piena capacità di applicare autonomamente le conoscenze per risolvere i problemi proposti;
28 - 30: conoscenza completa e approfondita degli argomenti, ottima proprietà di linguaggio, completa ed efficace capacità interpretativa, in grado di applicare autonomamente le conoscenze per risolvere i problemi proposti;
24 - 27: conoscenza degli argomenti con un buon grado di padronanza, buona proprietà di linguaggio, corretta e sicura capacità interpretativa, buona capacità di applicare in modo corretto la maggior parte delle conoscenze per risolvere i problemi proposti;
20 - 23: conoscenza adeguata degli argomenti ma limitata padronanza degli stessi, soddisfacente proprietà di linguaggio, corretta capacità interpretativa, più che sufficiente capacità di applicare autonomamente le conoscenze per risolvere i problemi proposti;
18 - 19: conoscenza di base degli argomenti principali, conoscenza di base del linguaggio tecnico, sufficiente capacità interpretativa, sufficiente capacità di applicare le conoscenze di base acquisite;
Insufficiente: non possiede una conoscenza accettabile degli argomenti trattati durante il corso.

Programma

Generalità sui fluidi e analisi dimensionale (1 cfu)
Unità di misura e grandezze fondamentali e derivate. Tensioni in un fluido: teorema del tetraedro di Cauchy e suoi corollari. Proprietà dei fluidi: comprimibilità, densità, espansione termica, tensione superficiale, viscosità, evaporazione, ebollizione, tensione di vapore, cavitazione. Classificazione dei fluidi. Principio dell’omogeneità dimensionale. Equazioni classiche. Teorema Pi greco. Numeri tipici dell’Idraulica. Modellistica fisica ed analisi dimensionale. Similitudine e autosimilitudine.

Statica dei fluidi (1 cfu)
Equazione indefinita. Equazione globale. Legge di Stevino. Pressione: legge, distribuzione e strumenti di misura. Spinta su superfici piane e curve e formula di Mariotte. Galleggiamento.

Cinematica dei fluidi (1 cfu)
Regimi di moto: laminare, turbolento, transitorio. Velocità ed accelerazione: approcci euleriano e lagrangiano. Campo di moto: traiettoria, linea di corrente, linea di fumo. Tipi di moto: uniforme, permanente, piano, vario, rotazionale, irrotazionale. Deformazioni: traslazione, rotazione rigida, deformazione lineare, deformazione angolare. Equazione indefinita di continuità. Equazione globale di continuità.

Dinamica dei fluidi (1 cfu)
Equazione indefinita del moto. Legge di viscosità di Stokes. Equazioni di Eulero e di Navier Stokes. Equazione globale dell’equilibrio dinamico. Teorema di Bernoulli: significati energetico e geometrico, applicazioni ed estensioni. Processi di efflusso. Pompe e turbine.

Correnti in pressione (2 cfu)
Azione di trascinamento di una corrente. Indice di resistenza. Moto laminare: generalità ed indice di resistenza. Moto turbolento: grandezze caratteristiche, distribuzioni di velocità e leggi di resistenza. Progetto e verifica di una condotta: formule pratiche, perdite di carico localizzate, possibili tracciati altimetrici e problematiche delle lunghe condotte, condotte con impianti di sollevamento, reti aperte e chiuse.

Correnti a pelo libero (2 cfu)
Classificazione moti a pelo libero. Progetto e verifica di un canale a pelo libero: classificazione, leggi di resistenza, scala di deflusso, energia specifica. Velocità delle onde di superficie. Profili di corrente. Risalto idraulico. Dimensionamento vasca di dissipazione.

Moti di filtrazione (1 cfu)
Utilizzazione delle acque sotterranee tramite pozzi. Pozzi: tipologie, livello statico e dinamico, curva caratteristica. Gallerie filtranti. Pozzi scavati in falda freatica ed artesiana. Stima della portata di emungimento.

ENGLISH VERSION
Introduction on fluid mechanics and dimensional analysis (1 cfu)
Units of measurement. Stress in a fluid: Cauchy theorem and corollaries. Fluid properties: compressibility, density, thermic expansion, surface tension, viscosity, evaporation, boiling point, vapor pressure, cavitation. Fluid classification. Principle of dimensional homogeneity. Classical equations. Theorem Pi. Typical Hydraulic Numbers. Physical modeling and dimensional analysis. Similarity and self-similarity.

Hydrostatic (1cfu)
Local equation. global equation. Stevin law. Pressure: law, distribution, and measurement instruments. Thrust on flat and curved surfaces and formula Mariotte. Flotation.

Kinematics of fluids (1 cfu)
flow regimes: laminar, turbulent, transitional. Velocity and acceleration: Eulerian and Lagrangian approaches. flow field: path, current line, line of smoke. motion types: steady, permanent, plan, unsteady, rotational, irrotational. Warping: translation, rigid rotation, axial strain, angular strain. Continuity indefinite equation. global continuity equation.

Fluid dynamics (1 cfu)
indefinite equation of motion. Stokes viscosity law. Euler and Navier Stokes equaions. Global dynamic equilibrium equations. Bernoulli's theorem: energy and geometrical meanings, applications, and extensions. Processes outflow. Pumps and turbines.

Pipe flow (2 cfu)
Stress for a pipe flow. Roughness coefficient. Laminar flow: general and resistance index. Turbulent flow: characteristic variables, velocity distribution and resistance laws. Design of a pipe: practical formulae, localized head losses, water distribution system and design as a function of elevation, pipelines with pumping systems, open and closed networks.

Open channel flow (2 cfu)
Types of open channel flows. Design of an open channel: classification, resistance laws, specific energy. Water profiles. Hydraulic jump. Surface wave celerity. Design of stilling basin.

Filtration (1 cfu)
Groundwater use through wells. Wells: types, static and dynamic level, characteristic curve. Seeping galleries. Wells excavated in groundwater and artesian. Estimation of the flow rate.

Testi docente

MOSSA M. e PETRILLO A.F., Idraulica, Casa Editrice Ambrosiana.
CITRINI D. e NOSEDA G., Idraulica, Casa Editrice Ambrosiana.
ALFONSI G., ORSI E., Problemi di idraulica e meccanica dei fluidi, Casa Editrice Ambrosiana.
MOISELLO U., Idrologia Tecnica, Libreria Cortina.
MAIONE U., Le piene fluviali, La Goliardica Pavese.
FERRO V., La sistemazione dei bacini idrografici, McGraw-Hill.
USAI E., Manuale di Idrologia per la progettazione, Hoepli.
CETRARO F., Idrogeologia e opere di difesa idraulica, EPC Libri.
BECCIU G. e PAOLETTI A., Esercitazioni di Costruzioni Idrauliche, Ambrosiana.

Erogazione tradizionale

Sì

Erogazione a distanza

Sì

Frequenza obbligatoria

Valutazione prova scritta

Sì

Valutazione prova orale

Sì

Valutazione test attitudinale

Valutazione progetto

Sì