Obiettivi formativi
Conoscenze e capacità di comprendere:
Alla fine del percorso dell’insegnamento lo studente dovrà conoscere i principali aspetti teorici e applicativi per la progettazione e la verifica di impianti industriali, di opere fluviali e di opere marittime.
Competenze:
Lo studente dovrà essere in grado di descrivere il processo fisico con l’uso dell’analisi matematica; di individuare i parametri del processo separandoli dalle variabili; di risolvere i casi applicativi, eseguendo le verifiche a vantaggio di sicurezza.
Autonomia di giudizio:
Lo studente dovrà possedere gli strumenti per valutare in maniera critica l’applicabilità dei modelli acquisiti o la necessità di ricorrere a modelli più avanzati e dettagliati.
Capacità comunicative:
Lo studente dovrà possedere l’abilità di presentare in maniera chiara i risultati dell’analisi, sia oralmente che in forma scritta, anche mediante l’utilizzo di tabelle e grafici.
Prerequisiti
Conoscenze di Analisi matematica, Geometria, Meccanica Razionale, Fisica.
Contenuti dell'insegnamento
Il corso fornisce allo studente concetti avanzati di Idraulica e di Meccanica dei Fluidi. L’allievo viene messo in grado di risolvere alcuni problemi tecnici di Idraulica Ambientale, con l'applicazione di modelli concettuali, modelli numerici e fisici. Sono previste cinque esercitazioni numeriche allo scopo di dimostrare concretamente alcuni aspetti degli argomenti trattati. E' prevista una visita al laboratorio di Idraulica per l'uso di strumenti di misura.
Programma esteso
Prima parte
•Lezione 1: Foronomia, luci sotto battente, stramazzi. Luce sotto battente con tubo addizionale esterno e interno. Efflusso sotto una paratoia.
•Lezione 2: Luci a stramazzo. Stramazzo Bazin, Thomson, Hegly, Cipolletti, triangolare. Processi di moto vario.
•Lezione 3: Reazione di efflusso. Problemi pratici relativi alle lunghe condotte. Condotta a diametro costante con erogazione lungo il percorso.
•Lezione 4: Verifica del funzionamento dei sistemi di condotte. Metodo di Cross con il bilanciamento delle portate e con il bilanciamento dei carichi.
•Esercitazione No 1: calcolo di una rete con il metodo di Cross.
•Lezione 5: Dimensionamento economico delle condotte. Costo di una condotta. Costi di esercizio. Sistemi di condotte a gravità. Impianti di sollevamento. Condotte forzate. Possibili tracciati altimetrici.
•Lezione 6: Le equazioni del moto vario. Le oscillazioni di massa.
•Lezione 7: Pozzo piezometrico senza strozzatura e con strozzatura ottimale. Oscillazione in un tubo ad U.
•Esercitazione No 2: sifone, condotta a diametro variabile e portata costante, condotta a diametro costante e distribuzione lungo il percorso.
•Lezione 8: La celerità delle perturbazioni elastiche. Le equazioni semplificate del colpo d’ariete.
•Lezione 9: Le condizioni al contorno negli impianti idroelettrici e di sollevamento. Equazioni concatenate di Allievi.
•Lezione 10: Equazioni complete del colpo d'ariete.
•Lezione 11: Metodo delle caratteristiche per lo studio del colpo d'ariete. Metodo grafico per lo studio del colpo d'ariete.
•Esercitazione No 3: equazioni concatenate di Allievi e metodo delle caratteristiche.
•Lezione 12: Applicazione agli impianti di sollevamento. Cassa d'aria.
•Lezione 13: Richiami delle caratteristiche idrauliche delle correnti a pelo libero. I profili di rigurgito.
•Esercitazione No 4: le casse d’aria.
•Lezione 14: Tracciamento dei profili di rigurgito per gli alvei naturali.
•Lezione 15: Stramazzo laterale. Canale di gronda. Trasporto solido: concetti generali.
•Lezione 16: Trasporto solido al fondo e in sospensione. Morfologia delle forme di fondo.
•Lezione 17: Resistenza in alvei a fondo mobile. Erosione di una pila di ponte in alveo.
•Esercitazione No 5: tracciamento di profili di rigurgito. Trasporto solido.
Seconda parte (3cfu): Modellistica Fisica e Misure Idrauliche
•Lezione 17: Analisi dimensionale : grandezze fondamentali, struttura monomia delle equazioni dimensionali.
•Lezione 18: Teoria della similitudine. L’analisi diretta. Similitudine geometrica, cinematica, dinamica.
•Lezione 19: Similitudine di Eulero, di Reynolds, di Froude, di Mach. Similitudine nella cavitazione. Similitudine nei pozzi piezometrici. I modelli idroelastici.
•Lezione 20: I modelli distorti. La similitudine nel trasporto solido. La similitudine nel colpo d’ariete. La similitudine nei moti ondosi.
•Lezione 21: Applicazioni dei modelli fisici: lo scaricatore a calice, lo scaricatore di fondo. La galleria di derivazione, il canale di derivazione, il dissipatore. Le conche di navigazione. Le erosioni localizzate.
•Lezione 22: Sistemazioni fluviali, lagune ed estuari. Modelli di propagazione del moto ondoso. I fenomeni costieri. I modelli analogici. I modelli aerodinamici. I modelli ibridi.
•Lezione 23: Elementi funzionali di uno strumento di misura. Trasduttori attivi e passivi. Modi operativi: analogico e digitale. Strumenti ad annullamento di effetto. Strumenti a deflessione. Configurazione generalizzata ingresso-uscita di uno strumento. Filtri. Caratteristiche degli strumenti di misura: statiche e dinamiche.
•Lezione 24: Trasduttori di pressione. Manometri a peso morto, manometro Bourdon. Manometri a membrana, a diaframma.
•Lezione 25: Misuratori di velocità di un fluido: anemometro a filo o a film caldo, laser doppler, PIV. Tubo di Pitot statico. Velocimetro doppler a ultrasuoni.
•Lezione 26: Misuratori di portata: tubo Venturi, boccagli e diaframmi. Misuratori di velocità a galleggiante verticale. Misuratori a turbina. Misuratori volumetrici. Misuratori di portata elettromagnetici. Misuratori di livello: a galleggiante, a gorgogliamento, resistivo.
• Visita al Laboratorio di Idraulica: misure di velocità con PIV e profilometro a US.
Bibliografia
• Citrini, D. e Noseda, G., 1982. Idraulica. Casa Ed. Ambrosiana, Milano, pp x +468.
• Marchi, E. e Rubatta, A., 1981. Meccanica dei fluidi, UTET, Torino, pp xvi+800, ISBN 88 02 03659 4
• Mossa M. e Petrillo A. F., 2013. Idraulica. Casa Ed. Ambrosiana, Milano, pp xix +612
• Longo, S., Appunti sul colpo d’ariete.
• Longo, S., 2011, Analisi Dimensionale e Modellistica Fisica – Principi e Applicazioni alle Scienze Ingegneristiche. Springer & Verlag Italia, Collana UNITEXT Ingegneria. ISBN 978-88-470-1871-6, X+370 pp.
• Longo, S. Petti, M., 2006. Misure e Controlli Idraulici. McGraw-Hill Italia, Collana di Istruzione Scientifica, serie di Ambiente e Territorio, ISBN 88-386-6137-5, XI+415 pp.
• Adami, A. 1994. I modelli fisici nell’Idraulica, CLEUP Ed., ISBN 88-7178-361-1
• Ghetti, A., 1996. Idraulica. Edizioni Libreria Cortina, Padova, pp xi+566, ISBN 88 7784 052 8
• Longo, S. e Tanda, M.G., 2009. Esercizi di Idraulica e di Meccanica dei Fluidi. Springer & Verlag Italia, Collana
UNITEXT Ingegneria, ISBN 978-88-470-1347-6, V+386 pp.
• Alfonsi, G. e Orsi, E., 1984. Problemi di Idraulica e Meccanica dei fluidi. Casa Ed. Ambrosiana, Milano, pp 507,
ISBN 88 408 0735 7
Metodi didattici
La parte teorica del corso verrà illustrata mediante lezioni frontali avvalendosi di un PC tablet connesso a videoproiettore, utilizzato come lavagna elettronica. Le lezioni frontali saranno integrate da video educational. Una parte del corso è riservata alle esercitazioni analitiche e numeriche.
Modalità verifica apprendimento
La verifica dell’apprendimento consiste in una prova scritta e in una prova orale. Il superamento della prova scritta è requisito essenziale per sostenere la prova orale. La verifica è così pesata: 50% prova scritta e 50% prova orale.
Altre informazioni
E’ vivamente consigliata la frequenza del corso
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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