Settore Scientifico Disciplinare di Appartenenza
ICAR/01 Idraulica
Numero di Crediti Formativi Universitari
12
Obiettivi formativi
Il corso affronta tematiche fondamentali nell'ambito della Laurea Magistrale in Ingegneria Civile, di cui è un'attività formativa indispensabile e caratterizzante. L'insegnamento di Misure e Modelli Idraulici e Idraulica II fornisce agli studenti le nozioni sulle misure idrauliche e sui modelli fisici idraulici, nonché sulle reti di condotte e sui canali. Il programma è diviso in due moduli. Nel primo modulo si affrontano i temi delle misure idrauliche e i principi della modellistica fisica idraulica, tra cui l'analisi dimensionale, la similitudine geometrica, cinematica e dinamica. Nel secondo modulo si trattano i problemi tipici delle reti di condotte in presenza di correnti di moto permanente e vario. Inoltre, vengono affrontati i problemi dei canali in condizioni di moto gradualmente variato e di moto vario.
Programma sintetico
I modulo: Misure e Modelli Idraulici
Misure idrauliche
Misure di velocità e portata con metodi convenzionali.
Misure di velocità e portata con metodi acustici ed elettromagnetici.
Teoria degli errori nella misura. Analisi dei dati nel dominio del tempo e della frequenza.
Modelli fisici idraulici
Nozioni di base. Analisi dimensionale e teorema pi greca.
Similitudine geometrica, cinematica e dinamica.
Principi di costruzione di un modello fisico.
II modulo: Idraulica II
Flussi viscosi in condotte
Correnti di moto permanente nei condotti.
reti di condotti: tipici problemi di progetto e verifica.
Moto vario nei condotti.
Moto nei canali
Moto gradualmente variato nei canali.
Moto vario nei canali.
Propedeuticità
Si veda il regolamento didattico relativo al proprio anno di immatricolazione.
Eventuali obblighi di frequenza per laboratori
Le attività di laboratorio sono obbligatorie, in quanto di ausilio alla parte teorica del corso.
Modalità specifiche dell’esame
L’esame si compone di una prova orale sulla parte teorica ed esercizi sulla parte applicativa.
Programma dettagliato del corso e testi consigliati per lo studio e per la consultazione
I modulo: Misure e Modelli Idraulici
Misure Idrauliche
Concetto di misure. Errore di misure. Tipologie di errori.
Propagazione degli errori (somma, differenza, prodotto e potenza). Catena di misura (sensore, caratteristiche e trasduttore). Catena di misura e trasformazione di misure analogiche in digitale. Le problematiche legate al campionamento, tempo di acquisizione e frequenza di acquisizione. Frequenza di Nyquist. Trasformata FFT. Esercizio sulla FFT.
Misuratori di livello e di pressione. Asta idrometrica. Asta idrometrica con integratore di segnale. Misuratore della percentuale di aria presente nell’acqua. Misuratore a galleggiante. Misuratore a gorgoglio. Misuratore di altezza resistivo. Misuratore di altezza ad ultrasuoni.
Misuratori di portata. Stramazzi. Principi di funzionamento di uno stramazzo. Norme UNI per gli stramazzi. Taratura di uno stramazzo. Misuratore a risalto. Principio di funzionamento di un venturimetro e degli apparecchi deprimogeni. Venturimetro lungo, corto, boccagli, diaframmi e boccaglio-venturimetro. Taratura di un venturimetro. Curve del coefficiente k di un venturimetro.
Misuratori di portata a ultrasuoni a effetto Doppler.
Misuratori di portata a ultrasuoni a tempo di volo. Principio di funzionamento. Versioni flow-tube e clamp-on. Trasduzione di una misura. Uso delle schede analogico-digitali. Trasmissione a distanza delle misure. Misuratori elettromagnetici di portata. Rotametri.
Misuratori di velocità. Tubo di Pitot. Velocimetria laser Doppler. Laser. Principio Doppler. Sorgente in movimento e rilevatore fermo. Sorgente ferma e rilevatore in movimento. Sorgente e rilevatore entrambi in movimento. Elementi di un sistema laser Doppler. Sistema LDA. Emettitore laser, beam splitter, fotomoltiplicatore. Principi di funzionamento. Pregi e difetti di un velocimetro laser Doppler.
Modelli idraulici
Modelli fisici, modelli matematici e monitoraggio di campo: caratteristiche e pregi e difetti. Tipiche scale di lunghezza e tempo dei problemi ingegneristici.
Grandezze geometriche, cinematiche e dinamiche. Similitudine geometrica, cinematica e dinamica.
Sistemi di misura. Sistemi linearmente indipendenti. Adimensionalizzazione delle variabili. Teorema di Buckingham. Applicazione. Il caso delle tensioni tangenziali di parete in un tubo scabro in condizioni di moto turbolento.
Modello idraulico di un natante. I numeri indici nell’Idraulica. Analogia di Reynolds e di Froude. Effetti scala.
II modulo: Idraulica II
Problemi delle lunghe condotte. Analisi dei possibili metodi per aumentare la portata in condotta (condotte in parallelo; utilizzo di un impianto di sollevamento).
Impianti di sollevamento. Posizione limite della pompa. Portata limite con uso di una pompa.
Impianti di sollevamento. Pompe sovrabattente e sottobattente. Progettazione delle condotte con incremento della portata con utilizzo di una pompa.
Uso e risoluzione dell'equazione di Colebrook per la progettazione di condotti commerciali. Utilizzo del software Mathematica per la soluzione di sistemi non lineari.
Sconnessione idraulica. Problemi di progetto e verifica delle reti aperte. Esercizi sulle reti idriche. Condotti nuovi e vecchi. Effetto della scabrezza e controllo della portata con tubi nuovi.
Perdite di carico localizzate. Esercizi (anche con l'ausilio al computer) sulle perdite di carico localizzate.
Gestione idraulica di una rete aperta.
Esercizio di verifica ipotizzando la chiusura di alcune saracinesche in una rete aperta. Esercizio di verifica con una portata uniformemente distribuita.
Moto vario nelle condotte in pressione. Calcolo della celerità del colpo d'ariete. Fenomeni ondulatori. Altri esempi di moto vario. Caso in cui non è presente una superficie libera ed è lecito considerare il liquido incomprimibile e la condotta indeformabile. Caso in cui non è presente una superficie libera, è necessario considerare le proprietà elastiche del liquido e del condotto e si possono trascurare le resistenze al moto. Caso in cui è presente una superficie libera, è lecito trascurare le proprietà elastiche del liquido e della condotta ed è necessario considerare le resistenze al moto. Descrizione di un impianto idraulico di una centrale idroelettrica. Galleria di derivazione in pressione. Pozzo piezometrico. Condotta forzata.
Oscillazioni di massa. Caso di liquido perfetto. Caso di liquido newtoniano in moto laminare. Caso di liquido newtoniano in moto turbolento. Utilizzo di Mathematica per la soluzione dei casi di liquido newtoniano.
Canali. Energia specifica rispetto ad un piano orizzontale. Energia specifica rispetto al fondo. Tipi di moto. Moto gradualmente variato. Profili di moto gradualmente variato.
Celerità delle piccole onde nei canali. Analisi della velocità nelle correnti critiche, lente e veloci. Propagazione delle onde di piccola ampiezza nelle correnti lente e veloci. Piccole onde nei canali a forte e debole pendenza. Criteri per la costruzione dei profili di moto permanente. Analisi dei profili di moto permanente per il caso della soglia di fondo (caso di energia sufficiente e insufficiente; alveo a debole forte pendenza).
Sezioni composite nei canali. Golene e letti di magra.
Formulazione di Marchi per il progetto e la verifica dei canali. Coefficiente di scabrezza relativa e coefficiente di forma. Esercizi sulle condotte svolti in condizioni di moto turbolento di transizione. Uso del computer per la risoluzione degli esercizi.
Norme per il tracciamento dei profili di moto gradualmente variato. Tracciamento dei profili di moto gradualmente variato per il passaggio su una soglia di fondo.
Tracciamento dei profili di moto gradualmente variato per un gradino negativo e per il restringimento di una sezione. Uso del software Mathematica per il tracciamento dei profili di moto gradualmente variato. Tracciamento del profilo di moto gradualmente variato per il passaggio tra le pile di un ponte. Metodo alle differenze finite per il calcolo della lunghezza di un profilo di moto gradualmente variato.
Frequenza laboratori
Visita tecnica di istruzione del Laboratorio di Ingegneria Costiera. Presentazione del laboratorio. Analisi del canale di sezione rettangolare molto larga per i getti di densità. Analisi del modello fisico del Porto di Melendugno. Analisi del canale bidimensionale per la meccanica del moto ondoso. Analisi dei seguenti strumenti. LDV, ADV, misuratore di altezza a ultrasuoni, misuratori elettromagnetici di portata.
Visita tecnica del laboratorio di Idraulica e Costruzioni Idrauliche di Bari. Taratura di un venturimetro.
Testi consigliati
M. Mossa, A.F. Petrillo, 2013, Idraulica, Casa Editrice Ambrosiana, Milano, ISBN: 978-8808-18072-8.
S. Longo & M. Petti, 2004, Misure e Controlli Idraulici, Mc Graw-Hill.
G. Pulci Doria, 1992, Metodologie moderne di misure idrauliche e idrodinamiche, CUEN, Napoli, ISBN 88 7146 183-5.
A. Adami, 1994, I modelli fisici nell’Idraulica, CLEUP Ed., ISBN 88-7178-361-1.
F.M. White, Fluid Mechanics, McGraw-Hill, 4th edition, 1999.
WMO (World Meteorological Organization), Manual of Stream Gauging, Vol. I and II, 2010.
LIC - Laboratorio di Ingegneria Costiera
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