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Meccanica dei Fluidi (D.M. 270) - Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica (Taranto)


402


Settore Scientifico Disciplinare di Appartenenza
ICAR/01 Idraulica
 
Numero di Crediti Formativi Universitari
6
 
Obiettivi formativi
Il corso tratta tematiche fondamentali nell’ambito della Classe di Laurea in Ingegneria Meccanica, di cui è attività formativa indispensabile e caratterizzante. L'insegnamento dell'Idraulica fornisce agli allievi ingegneri le nozioni basilari della Meccanica dei Fluidi e gli strumenti di Idraulica Applicata. Il programma è suddiviso in tre parti. Nella prima parte il corso si propone di illustrare i principi fondamentali della meccanica dei fluidi e di dedurre le leggi che ne governano il moto. Nella seconda parte vengono proposte le applicazioni tipiche del moto uniforme nelle condotte, i fenomeni localizzati, il moto vario nelle condotte. Nella terza parte, il corso ha lo scopo di fornire i fondamenti fluido-dinamici del moto uniforme nei canali a pelo libero. Inoltre, agli studenti vengono fornite le competenze necessarie per la comprensione della dinamica dei fluidi attraverso formative attività di laboratorio.
 
Programma sintetico
         Idraulica di Base (2,5 CFU)
  • Proprietà fisiche dei fluidi. Equilibrio dei fluidi in quiete.
  • Spinta su superfici piane e su superfici curve. Equazione indefinita e globale dell’equilibrio statico.
  • Cinematica dei campi fluidi. Equazione indefinita e globale di continuità.
  • Dinamica dei fluidi perfetti e newtoniani. Moti turbolenti. Equazione indefinita e globale dell’equilibrio dinamico. Spinte dinamiche
         Idraulica Applicata delle Condotte (2,5 CFU)
  • Misure di velocità e di portata.
  • Moto uniforme nei tubi cilindrici e problemi di lunghe condotte.
  • Perdite di carico continue e localizzate.
  • Cenni di moto vario nelle condotte.
         Idraulica Applicata dei Canali (1 CFU)
  • Moto uniforme nei canali a superficie libera.
  • Energia specifica rispetto al fondo del canale.
  • Scala di deflusso e progetto dei canali.
Propedeuticità
Analisi Matematica e Fisica Generale.
 
Eventuali obblighi di frequenza per laboratori
Le attività di laboratorio sono obbligatorie, in quanto di ausilio alla parte teorica del corso.

Articolazione in differenti tipologie didattiche
 
Tipologia didattica
CFU
Didattica (ore)
Studio (ore)
Lezioni Teoriche
4
32
68
Esercitazioni Pratiche
1
16
9
Laboratorio
0,5
12
0,5
Seminario
0,5
12
0,5
Totale
6
72
78
 
Modalità specifiche dell’esame
L’esame di Idraulica si compone di:
1.     una verifica scritta per ciascuno dei seguenti argomenti: a) idrostatica,b) spinte dinamiche e c) progetto di reti di condotte e canali;
2.     una prova orale sulla parte teorica;
3.     esercitazioni di laboratorio (queste ultime sono tenute solo durante il corso nel Laboratorio di Idraulica della facoltà).
 
Durante il corso sono previsti tre esoneri (sempre sugli argomenti di a) idrostatica, b) spinte dinamiche e c) progetto di reti di condotte e canali), superando i quali all’esame lo studente sostiene solo la prova orale sulla parte teorica della materia. Nel caso di mancato superamento di uno o più esoneri tenuti durante il corso (per insufficienza o per assenza), la relativa verifica scritta si sostiene nello stesso giorno dell’orale o alcuni giorni prima, secondo gli appelli ufficiali indicati nella bacheca del sito del docente. Tale verifica scritta sarà limitata ai soli argomenti per i quali non si è sostenuto o non si è superato il relativo esonero in corso d’anno.
 
Per le esercitazioni di laboratorio, il giorno dell’esame gli studenti portano una relazione scritta sulla taratura di un venturimetro e di uno stramazzo.
 
Programma dettagliato del corso di Idraulica e testi consigliati e per la consultazione
Caratteristiche distintive dei solidi, liquidi e gas. Sforzi nei fluidi. Dimostrazione del teorema del tetraedro di Cauchy. Caratteristiche fisiche dei fluidi: densità e peso specifico.
Corollario del teorema del tetraedro di Cauchy; caso idrostatico: principio di Pascal. Comprimibilità. Coefficiente di comprimibilità volumetrico. Comprimibilità dei liquidi. Comprimibilità degli aeriformi. Numero indice di Mach. Introduzione alla tensione superficiale: definizione; casi pratici. Linea di contatto con presenza di un solido: fluidi che bagnano e non bagnano la parete. Dimostrazione della legge di Laplace.
Dimostrazione della legge di Jurin-Borelli: caso dei liquidi che bagnano e non bagnano le parete. Viscosità dinamica e cinematica. Dimostrazione della Legge di Netwon.
Fluidi non newtoniani. Fluidi con comportamento indipendente dal tempo (Bingham, dilatanti e pseudoplastici). Fluidi con comportamento dipendente dal tempo (tixotropici e reopectici). Fluidi elastoviscosi.
Idrostatica: equazione indefinita dell'idrostatica (con dimostrazione); caso del campo gravitazionale.
Equazione globale dell’equilibrio statico (con dimostrazione). Legge di Stevino (con dimostrazione). Concetto di pressioni assolute e relative. Pressioni relative negative. Andamento delle pressioni su un piano. Tracciamento delle pressioni relative e assolute. Dimostrazione del calcolo della spinta su piastre piane. Dimostrazione delle coordinate del centro di spinta e delle sue proprietà rispetto al baricentro. Calcolo del centro di spinta per il caso di una piastra piana a forma rettangolare.
Dimostrazione del principio di funzionamento del manometro semplice a mercurio. Dimostrazione del manometro differenziale con liquido manometrico di densità maggiore di quelli dei serbatoi.
Spinte su piastre curve. Generalità. Caso delle piastre curve con linea di contorno giacente su un piano. Casi di una superficie concava o convessa verso il liquido.
Fluidi a piccolo peso specifico. Dimostrazione della formula di Mariotte.
Cinematica dei fluidi. Regimi di movimento: laminare, di transizione e turbolento. Esperienza di Reynolds. Numero indice di Reynolds. Punto di vista euleriano e lagrangiano. Regola di derivazione euleriana. Elementi caratteristici del moto: traiettorie; linee di corrente e linee di fumo.
Tipi di movimento: uniforme in senso forte e debole, permanente, vario. Concetto di moto uniforme esteso ai moti turbolenti. Dimostrazione dell'equazione indefinita di continuità per fluidi comprimibili. Caso dei fluidi incomprimibili.
Equazione globale di continuità. Caso di un fluido incomprimibile.
Dinamica dei fluidi. Prima equazione cardinale indefinita dell'equilibrio dinamico dei fluidi perfetti (equazione di Eulero).
Dimostrazione del teorema di Bernoulli. Significato geometrico ed energetico del teorema di Bernoulli.
Foronomia: efflusso da luca a battente posta sul fondo di un serbatoio; efflusso da una paratoia in un canale; efflusso di un vena libera in atmosfera da parete verticale. Stramazzo rettangolare (con dimostrazione).
Venturimetro e altri misuratori di portata deprimogeni. Taratura di un venturimetro. Tubo di Pitot.
Equazione globale dell'equilibrio dinamico e sue applicazioni. Dimostrazione dell’azione di trascinamento di una corrente. Tensione tangenziale di parete. Raggio idraulico.
Spinte su piastre fisse o in moto. Spinte su piastre con deviazione del flusso secondo un angolo generico. Spinte su piastra inclinata di un angolo generico rispetto al getto.
Estensione del teorema di Bernoulli al caso dei fluidi reali. Perdite di carico localizzate e continue. Perdite di carico per imbocco e per sbocco. Cadente piezometrica: significato geometrico ed energetico.
Distinzione tra i diversi regimi di moto al fine della progettazione dei condotti.
Legge di Darcy-Weisbach. Indice di resistenza. Condotte idraulicamente lisce e scabre: substrato limite viscoso. Indice di resistenza per moto laminare, turbolento di transizione per condotto liscio, turbolento di transizione per condotto scabro e assolutamente turbolento. Abaco di Moody. Equazione di Coolebrok-White. Legge di Darcy, formula di Bazin, Kutter, Gauckler-Strickler e Manning.
Condotte commerciali. Condotte in serie e in parallelo. Reti aperte di condotte. Metodo di economia del Marzolo.
Progetto di una condotta con un impianto di sollevamento. Formula di economia di Bresse. Potenza di una pompa.
Portata uniformemente distribuita: portata fittizia; andamento della linea piezometrica.
Moto vario nelle condotte in pressione. Fasi del colpo d’ariete nel caso di chiusura brusca. Periodicità del fenomeno nel caso di fluido perfetto. Sovrappressione del colpo d’ariete (con dimostrazione) e celerità del colpo d'ariete (con dimostrazione).
Canali. Linea piezometrica e dell’energia nei canali. Definizione di energia specifica rispetto al fondo. Moto uniforme nei canali. Formula di Chézy. Scala di deflusso dei canali. Problemi di progetto nei canali. Criterio di economia.
Parte esercitativa del corso. Esercizi sulle spinte idrostatiche su superfici piane e curve. Esercizi sul teorema di Bernoulli e sulle spinte dinamiche. Esercizi di progetto dei condotti con le varie formulazioni. Esercizi sulle reti aperte.
Esercitazione di laboratorio: taratura di un venturimetro e taratura di uno stramazzo.
 
 
Testo del corso
M. Mossa, A.F. Petrillo, Idraulica, ISBN 978-88-08-18072-8, Casa Editrice Ambrosiana, Milano, 2013.

Testi per la consultazione
D. Citrini, G. Noseda, Idraulica, Ed. CEA, Milano.
G. Alfonsi, E. Orsi, Problemi di idraulica e meccanica dei fluidi, Ed. CEA, Milano.
A. Ghetti, Idraulica, Edizioni Libreria Cortina, Padova, 1981 (2a edizione).
E. Marchi, A. Rubatta, Meccanica dei Fluidi: principi ed applicazioni idrauliche, UTET, Torino, 1981.
F.M. White, Fluid Mechanics, McGraw-Hill, 4a edizione, 1999.
Y.A. Çengel, J.M. Cimbala, Meccanica dei Fluidi, McGraw-Hill, 2011 (2a edizione).

Per seguire il corso è necessario iscriversi compilando il modulo che si apre cliccando sulla voce sottostante "Desidero iscrivermi" (la prenotazione agli esami, invece, si effettua dalla pagina web Poliba Esse Tre).

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Prof. Ing.
Michele Mossa
Professore Ordinario di Idraulica
(Politecnico di Bari)
Dottore di Ricerca in Ingegneria Idraulica per l'Ambiente e il Territorio


POLITECNICO DI BARI
DICATECh
Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale, del Territorio, Edile e di Chimica
Via E. Orabona, 4 - 70125 Bari

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Laboratorio di Ingegneria Costiera
Area Universitaria di Valenzano
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