| Insegnamento | Idraulica |
| CFU | 9 |
| Settore Scientifico Disciplinare | CEAR-01/A |
| Nr. ore di aula | 72 |
| Nr. ore di studio autonomo | 153 |
| Mutuazione | NO |
| Annualità | II Anno |
| Periodo di svolgimento | I Semestre |
| Docente | Ruolo | SSD docente |
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| Federica Bruno | DC | CEAR-01/A |
| Propedeuticità | Nessuna |
| Prerequisiti | Sono necessarie conoscenze di base dei concetti di fisica e di matematica di base, quali i concetti di derivate prime e seconde, di trigonometria, delle operazioni tra vettori, cinematica e dinamica del moto. |
| Sede delle lezioni | Dipartimento di Ingegneria e Architettura - Polo scientifico e tecnologico di Santa Panasia |
| Orario delle lezioni |
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L’orario delle lezioni sarà pubblicato sulla pagina web del corso di laurea: https://gestioneaule.unikore.it/agendaweb_unikore//index.php?_lang=it |
| Obiettivi formativi |
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Fornire gli strumenti per la progettazione e la verifica dei sistemi idraulici. Fornire gli strumenti per lo studio delle correnti a pelo libero che si instaurano in seno ai corsi idrici. Nello specifico l’insegnamento fornisce i principali elementi di progettazione e verifica del funzionamento delle opere idrauliche siano esse in pressione che a superficie libera. Inoltre l’insegnamento intende fornire le conoscenze della fisica di base per la comprensione dei sistemi idraulici. Essendo il primo insegnamento ad affrontare le discipline idrauliche, si intende fornire agli studenti gli strumenti fondamentali per la comprensione di quegli elementi più propriamente progettuali che si affrontano nei successivi insegnamenti di costruzioni idrauliche e impianti di trattamento delle acque. L’insegnamento è perfettamente allineato con gli obiettivi formativi del Corso di Laurea, fornendo agli studenti quelle conoscenze di base dell’ingegneria idraulica in ambito civile (infrastrutturale) e ambientale, propedeutiche alla professione.
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| Contenuti del Programma |
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Nozioni introduttive (3h)
1.1 I fluidi come sistemi continui 1.2 L’elemento fluido 1.3 Approccio lagrangiano e approccio euleriano 1.4 Traiettorie e campi 1.5 Le equazioni del moto 1.6 Equazioni globali e equazioni locali 1.7 Simbologia 1.8 Derivazione rispetto allo spazio 1.9 Derivazione rispetto al tempo
Cinematica dei fluidi ed equazioni di continuità (3h)
2.1 Effetti del moto su un elemento fluido 2.2 I cambiamenti di configurazione in un campo di moto 2.3 Velocità angolari e di deformazione nel caso tridimensionale 2.4 Significato cinematico di divu 2.5 Il tensore gradu e la sua decomposizione 2.6 Traiettorie, linee di corrente, linee di fumo 2.7 Tubi di flusso e correnti 2.8 Portata di massa e portata di volume 2.9 L’equazione di continuità in forma indefinita 2.10 L’equazione di continuità per i tubi di flusso e le correnti
Le equazioni del moto dei fluidi (6h)
3.1 La seconda legge di Newton 3.2 Il tensore degli sforzi 3.3 Il tensore degli sforzi per i fluidi incomprimibili newtoniani. La viscosità dinamica e cinematica 3.4 Equazioni indefinite dei liquidi viscosi newtoniani (di Navier-Stokes) 3.4.1 Scritture semplificate delle equazioni di Navier-Stokes 3.5 Le diverse forme delle equazioni indefinite del moto 3.5.1 Teorema di Bernoulli generalizzato 3.5.2 Equazioni indefinite dei liquidi perfetti: equazione di Eulero e teorema di Bernoulli 3.5.3 Equazione dell’idrostatica 3.5.4 Equazioni del moto delle correnti lineari 3.6 L’equazione globale dell’equilibro dinamico
Idrostatica (7h)
4.1 Pressioni e piano dei carichi idrostatici – Legge di Stevino 4.2 Serbatoi in pressione ed in depressione 4.3 Spinte su pareti piane 4.4 Spinte su superfici curve 4.4.1 Il metodo dell’equazione globale 4.4.2 Il metodo delle componenti 4.5. Strumenti di misura della pressione 4.5.1 Il manometro semplice 4.5.2 Il manometro differenziale 4.5.3 Il manometro a molla tubolare o tipo Bourdon 4.5.4 Cenni ai trasduttori elettrici di pressione
Applicazioni del teorema di Bernoulli (3h)
5.1. Efflusso da un serbatoio attraverso una luce a spigolo vivo 5.2. Efflusso da un serbatoio attraverso una condotta sboccante nell’atmosfera 5.3. Condotta fra due serbatoi a quota differente 5.4. Misura della velocità col tubo di Pitot 5.5. Misura della portata con il venturimetro o tubo di Venturi e con altri apparecchi deprimogeni 5.6. Misura della portata con misuratori elettromagnetici e ad ultrasuoni (cenni)
Moti laminari (3h)
6.1. Moto laminare uniforme nei tubi a sezione circolare 6.2. Moti piani 6.2.1. Moto tra due piani paralleli e fissi 6.3. Riepilogo delle distribuzioni di velocità e delle leggi di resistenza nei moti laminari
Moti turbolenti (3h)
7.1 Generalità sulla turbolenza 7.2. L’approccio statistico allo studio della turbolenza 7.3. Le equazioni di Reynolds 7.4. Le correnti in regime turbolento 7.5. Cenni sui modelli di turbolenza
Moto uniforme turbolento nelle condotte in pressione a sezione circolare (3h)
8.1. Confronto dei diagrammi di velocità in moto laminare e turbolento 8.2 Influenza della parete sul regime di moto 8.3 Distribuzioni degli sforzi in regime turbolento 8.4 Considerazioni cinematiche sul termine ρu’v’ 8.5 Le leggi di resistenza 8.6 Le leggi di resistenza in regime di tubo liscio 8.9 Le leggi di resistenza in tubi artificialmente scabri. 8.10 Le leggi di resistenza nei tubi commerciali 8.11 La formula di Colebrook-White 8.12 Le formule per il moto di transizione 8.13 Le formule pratiche per il moto puramente turbolento 8.14 I problemi tecnici del moto uniforme 8.15 Riepilogo delle distribuzioni di velocità e delle leggi di resistenza nelle condotte in pressione
Corte condotte (9h)
9.1 Le perdite di carico localizzate 9.1.1 Caratteri qualitativi delle perdite localizzate 9.1.2 Formulazione matematica delle perdite localizzate 9.2 Generalizzazione dell’equazione del moto per una condotta semplice e per una condotta complessa 9.2.1 Primo problema di verifica: assegnati i diametri, le lunghezze e le scabrezze dei diversi tratti di una condotta e le quote piezometriche dei nodi estremi, calcolare la portata. 9.2.2 Secondo problema di verifica: assegnati i diametri, le lunghezze e le scabrezze dei diversi tratti di una condotta e la portata defluente, calcolare la perdita di carico complessiva 9.2.3 Problema di progetto: assegnati la lunghezza, la scabrezza ed il dislivello tra i carichi totali dei nodi estremi di una condotta e la portata in essa defluente, calcolare i diametri dei vari tratti. 9.3 Esercizi svolti 9.3.1 Problema di laboratorio: calcolo della scabrezza assoluta di un materiale 9.3.2 Calcolo della portata mediante la formula di Colebrook-White 9.3.3 Problema di progetto: calcolo del diametro con la formula di Colebrook-White 9.3.4 Condotta complessa a tre rami 9.3.5 Condotta complessa a tre rami con valvola per la regolazione della portata 9.3.6 Verifica di una corta condotta con venturimetro 9.3.7 Calcolo della portata defluente in una condotta tra due serbatoi di quota nota
Lunghe condotte (6h)
10.1 Definizione di lunghe condotte 10.2 Influenza del profilo sul funzionamento delle condotte 10.2.1 Vincoli sulle pressioni relative negative 10.2.2 Vincoli sulle pressioni relative positive 10.2.3 Avviamento del moto in una condotta a gravita – necessità di innescare il moto 10.3 Applicazioni specifiche delle lunghe condotte 10.3.1 Erogazioni o immissioni concentrate ai nodi 10.3.2 Erogazione distribuita lungo il percorso 10.3.3 Condotta formata da rami in parallelo 10.3.4 Il problema dei tre serbatoi 10.4 Esercizi svolti 10.4.1 Progetto di una lunga condotta fra due serbatoi 10.4.2 Verifica a tubi nuovi della lunga condotta fra due serbatoi considerata nell’esercizio 10.4.1 10.4.3 Progetto e verifica di una lunga condotta fra due serbatoi, con diametro unico 10.4.4 Verifica di una lunga condotta con spillamento 10.4.5 Verifica di una lunga condotta con un ramo in servizio misto
Impianti di sollevamento (4h)
11.1. Potenza di una corrente 11.2. Principi di funzionamento delle pompe centrifughe 11.2.1 Diagrammi caratteristici di una pompa centrifuga 11.3. Principi di funzionamento del sistema condotta – pompa centrifuga 11.3.1 Variazione della curva caratteristica della condotta 11.3.2 Variazione della curva caratteristica della pompa 11.4. Funzionamento di più pompe disposte in serie e in parallelo 11.4.1 Pompe centrifughe in parallelo 11.5. Cenni sul funzionamento degli impianti idroelettrici 11.5.1 Turbine ad azione e turbine a reazione 11.6. Esercizi 11.6.1- Schema elementare d’impianto di sollevamento: calcolo della potenza della pompa 11.6.2- Schema elementare d’impianto di sollevamento: portata massima sollevabile 11.6.3- Schema elementare d’impianto idroelettrico di produzione di energia
Moto permanente negli alvei a fondo fisso (10h)
12.1- Generalità 12.2. Relazione tra il tirante idrico, la portata e l‘energia della corrente in una sezione 12.3. Equazioni della linea dell’energia e del profilo di corrente 12.4. Moto uniforme 12.5. Alvei a debole pendenza e a forte pendenza. La pendenza critica 12.6. Propagazione delle piccole perturbazioni di livello nelle correnti lente e in quelle veloci 12.7. Andamento qualitativo dei possibili profili di corrente e delle corrispondenti linee dell’energia 12.8. Tracciamento dei profili di corrente e delle corrispondenti linee dell’energia
Applicazioni ed esercitazioni numeriche (12h)
Le applicazioni numeriche e le esercitazioni verranno svolte in aula informatica. 1) Diagrammi delle pressioni e calcolo delle spinte idrostatiche su superfici piane e curve. Misura delle pressioni mediante manometri metallici, semplici e differenziali, ecc. 2) Applicazioni del teorema di Bernoulli: efflusso da un serbatoio attraverso luci a battente, efflusso da un serbatoio attraverso una condotta sboccante nell’atmosfera, collegamento di due serbatoi a quota diversa con una condotta, tubo di Pitot, venturimetro per condotte. 3) Le condotte a gravità. Applicazione delle formule del moto uniforme nei problemi di verifica, di progetto, di laboratorio. Le perdite di carico localizzate. La equazione e la curva caratteristica di una condotta a gravità con perdite continue e perdite localizzate, e l’andamento delle linee piezometrica e dei carichi totali. Modifiche della curva caratteristica con l’invecchiamento della condotta o per effetto di aperture o chiusure di valvole. Regolazione della portata e della pressione di una condotta durante l’esercizio. Le lunghe condotte con servizio di estremità, o con servizio misto o con alimentazione dai due estremi. Le lunghe condotte con tratti in depressione. Andamento relativo tra la piezometrica e l’asse della condotta. 4) Le condotte elevatorie. Curve caratteristiche di una pompa centrifuga: portata – prevalenza, rendimento, potenza assorbita. Determinazione del punto di funzionamento di un impianto di sollevamento e sua regolazione. Caratteristiche di pompe in serie e pompe in parallelo. Dimensionamento di una condotta elevatoria. 5) Tracciamento dei profili di corrente in alvei a forte e/o debole pendenza. |
| Risultati di apprendimento (descrittori di Dublino) |
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I risultati di apprendimento attesi sono definiti secondo i parametri europei descritti dai cinque descrittori di Dublino.
L’insegnamento intende fornire allo studente le nozioni di base per arrivare ad analizzare le problematiche inerenti all’ingegneria Idraulica Ambientale. Descrivere i sistemi fisici che regolano il moto dei flussi sia in pressione che a superficie libera. Valutare gli aspetti generali che riguardano la progettazione idraulica di base. L’insegnamento inoltre fornirà le conoscenze di base in relazione alla progettazione e gestione dei sistemi idraulici.
Fornire le conoscenze pratico progettuali per saper dimensionare e verificare impianti idraulici quali grandi acquedotti, reti cittadine e alvei a pelo libero, attraverso la predisposizione di esercitazioni teoriche qualitative ed esercitazioni quantitative al computer
L’attività tecnico pratica dell’insegnamento pone gli studenti di fronte alle scelte tipiche della progettazione di condotte in pressione, di serbatoi in pressione e di alvei a pelo libero. Gli studenti dovranno formarsi alla determinazione delle migliori scelte progettuali, valutare le alternative tecniche e le implicazioni delle loro scelte tecniche attraverso un percorso di responsabilizzazione della scelta progettuale.
Le esercitazioni al computer andranno discusse in aula durante le esercitazioni ed i ricevimenti. I risultati delle verifiche e della progettazione dei sistemi idraulici saranno oggetto dell’esame. Per questa ragione, gli studenti dovranno essere capaci di esporre e giustificare le scelte e le modalità di calcolo utilizzate.
L’insegnamento prevede che gli studenti, pur avendo alcuni testi principali da cui poter attingere per lo studio, possano raccogliere informazioni e conoscenze da una molteplicità di fonti che, lezione per lezione, saranno indicate al fine di comporre la propria formazione. Questo aspetto è particolarmente importante nella logica dell’evoluzione della disciplina che richiederà ai futuri ingegneri una continua formazione e specializzazione.
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| Testi per lo studio della disciplina |
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Testi adottati e di riferimento Giuseppe Curto, Enrico Napoli: Idraulica, Volume primo, Editoriale Bios, 2004
Testo Consigliato per l’approfondimento Michele Mossa – Idraulica C.E.A. (Casa Editrice Ambrosiana) – Gruppo Zanichelli, 2013.
Materiale didattico a disposizione degli studenti: Ad integrazione dei libri di testo, sono fornite dispense su temi specifici dell’insegnamento, tavole sinottiche riepilogative, esercitazioni quantitative sui temi dell’insegnamento. Sono infine forniti anche appunti inerenti ai possibili quesiti di esame.
Il docente indicherà agli studenti periodicamente, lungo l’arco temporale di erogazione dell’insegnamento, la rispondenza tra le nozioni impartite e il testo di riferimento e/o di supporto adottato. |
| Metodi e strumenti per la didattica |
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Il docente utilizzerà prevalentemente l’erogazione di didattica frantale, intervallate da una esercitazione al computer, con frequenza settimanale, in cui gli studenti risolveranno problemi dell’ingegneria idraulica, già affrontati in aula. Le lezioni saranno erogate attraverso un supporto informatico costituito da una lavagna virtuale proiettata in aula. Alla fine della lezione tutto quello che sarà scritto nella lavagna virtuale sarà erogato agli studenti in formato pdf, sulla piattaforma informatica dell’Ateneo, il cui accesso è riservato agli studenti dell’insegnamento e a chi ne faccia richiesta. |
| Modalità di accertamento delle competenze |
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Solo colloquio orale.
La verifica delle conoscenze tecniche apprese dagli allievi si svolgerà attraverso un colloquio orale finale la cui durata è indicativamente pari a 1 ora. Il colloquio finale verterà sia sugli aspetti teorici che su quelli più propriamente applicativi. Per quanto concerne questi ultimi, la discussione della parte pratica prevede l’accertamento delle competenze acquisite dall’allievo in tutti e tre i seguenti temi:
La valutazione dell’apprendimento sarà focalizzata sulla valutazione dei risultati attesi, in accordo con i descrittori di Dublino. Il voto sarà dato in trentesimi e varierà da 18/30 a 30/30 con lode. L’obiettivo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di raggiungimento delle conoscenze, competenze e abilità indicati. Il voto sarà espresso, secondo il seguente schema di valutazione:
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| Date di esame |
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Le date di esami saranno pubblicate sulla pagina web del corso di laurea: https://gestioneaule.unikore.it/agendaweb_unikore//index.php?_lang=it
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| Modalità e orario di ricevimento |
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Gli orari di ricevimento saranno pubblicati sulla pagina personale del docente:
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Università degli Studi di Enna “Kore” – Cittadella Universitaria – 94100 Enna (EN)
C.F.: 01094410865- PARTITA IVA COMUNITARIA: IT01094410865 – P.E.C.: protocollo@pec.unikore.it
Fatturazione elettronica – Codice Destinatario: KRRH6B9