Programmi Laurea Triennale

 

70/0059-M - IDRAULICA

Anno Accademico ​2019/2020

Docente
ANDREA ​BALZANO (Tit.)
Periodo
Secondo Semestre ​
Modalità d'Erogazione
Convenzionale ​
Lingua Insegnamento
ITALIANO ​


 ​ ​


Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[70/72] ​ ​INGEGNERIA CIVILE [72/00 - Ord. 2013] ​ ​PERCORSO COMUNE10100
[70/73] ​ ​INGEGNERIA PER L'AMBIENTE E IL TERRITORIO [73/00 - Ord. 2017] ​ ​PERCORSO COMUNE10100
Obiettivi

- Conoscenza e capacità di comprensione dei fenomeni fisici che hanno luogo in un fluido in quiete o in movimento, con particolare riferimento ai casi di moto stazionario di una corrente liquida in una condotta in pressione o in un canale;
- Capacità di applicare con spirito critico conoscenze e capacità di comprensione alla soluzione di problemi applicativi rilevanti nella progettazione di infrastrutture ed impianti idraulici di interesse dell'ingegnere civile e ambientale;
- Acquisizione di autonomia di giudizio nella scelta fra possibili alternative progettuali;
- Acquisizione di abilità nella comunicazione di informazioni, idee, problemi e soluzioni utilizzando la terminologia appropriata, nei confronti di interlocutori specialisti o non specialisti;
- Capacità di apprendimento: le basi fisico-matematiche fornite dal corso consentono l'ampliamento autonomo delle conoscenze da parte dello studente nel campo dell'Idraulica.

Obiettivi

- Conoscenza e capacità di comprensione dei fenomeni fisici che hanno luogo in un fluido in quiete o in movimento, con particolare riferimento ai casi di moto stazionario di una corrente liquida in una condotta in pressione o in un canale;
- Capacità di applicare con spirito critico conoscenze e capacità di comprensione alla soluzione di problemi applicativi rilevanti nella progettazione di infrastrutture ed impianti idraulici di interesse dell'ingegnere civile e ambientale;
- Acquisizione di autonomia di giudizio nella scelta fra possibili alternative progettuali;
- Acquisizione di abilità nella comunicazione di informazioni, idee, problemi e soluzioni utilizzando la terminologia appropriata, nei confronti di interlocutori specialisti o non specialisti;
- Capacità di apprendimento: le basi fisico-matematiche fornite dal corso consentono l'ampliamento autonomo delle conoscenze da parte dello studente nel campo dell'Idraulica.

Prerequisiti

Conoscenza di nozioni e metodi fondamentali della Fisica, con particolare riferimento alla Meccanica, dell'Analisi Matematica, dell'Algebra e della Geometria.
Il Regolamento Didattico del Corso di Laurea prevede altresì le seguenti propedeuticità formali:
Analisi matematica 1;
Geometria e algebra;
Fisica 1
Non è quindi possibile sostenere l'esame di Idraulica senza avere precedentemente sostenuto gli esami su indicati.

Prerequisiti

Conoscenza di nozioni e metodi fondamentali della Fisica, con particolare riferimento alla Meccanica, dell'Analisi Matematica, dell'Algebra e della Geometria.

Il Regolamento Didattico del Corso di Laurea prevede altresì le seguenti propedeuticità formali:
Analisi matematica 1;
Geometria e algebra;
Fisica 1
Non è quindi possibile sostenere l'esame di Idraulica senza avere precedentemente sostenuto gli esami su indicati.

Contenuti

1. Introduzione: Schema di mezzo continuo. Fluidi. Proprietà fisiche dei fluidi. (3 h)

2. Idrostatica: Stato di sforzo in un punto. Equazioni indefinita e globale dell'Idrostatica. Fluidi incomprimibili: legge di Stevin; piano dei carichi idrostatici; pressioni relative; legge di Pascal. Fluidi non miscibili sovrapposti. Aeriformi. Strumenti di misura della pressione. Spinte su superfici piane. Spinte su superfici di forma qualunque: metodo dell'equazione globale; metodo per componenti. Spinte su corpi immersi. Cenni alla capillarità. (10+9 h)

3. Cinematica dei fluidi: Campi di velocità e traiettorie. Punti di vista euleriano e lagrangiano; derivata lagrangiana. Cenni all'analisi locale del campo di moto. Classificazione dei moti. Linee di corrente e linee di fumo. Flussi attraverso superfici; tubi di flusso. Teorema del trasporto. equazioni di continuità in forma locale e globale. (5 h)

4. Equazioni fondamentali della dinamica dei fluidi: Stato di sforzo; teorema di Cauchy; tensore degli sforzi; simmetria del tensore degli sforzi. Equazione indefinita del moto. Legge costitutiva dei fluidi newtoniani; equazione di Navier-Stokes. Equazione globale del moto: forme generale e per fluido viscoso. Distribuzione della quota piezometrica nel piano normale alla traiettoria; Teorema di Bernoulli; dissipazioni viscose; schema di fluido ideale. (6 h)

5. Foronomia: Efflusso da luci sotto battente. Stramazzi. Transitori. (3+3 h)

6. Analisi dimensionale: omogeneità dimensionale; numeri puri; teorema del Pigreco. (1 h)

7. Moti irrotazionali: vorticità, irrotazionalità e potenziale di velocità. Teorema di Lagrange. Teorema di Bernoulli. Moti irrotazionali isocori: equazione di Laplace; condizioni al contorno. Moti irrotazionali piani; funzione di corrente; rete idrodinamica. Esempi di moti a potenziale: teorie di moto ondoso; moti di filtrazione. (2 h)

8. Turbolenza: Regime laminare e regime turbolento; numero di Reynolds. Analisi statistica della turbolenza; equazioni per le grandezze medie; sforzi turbolenti. (3 h)

9. Correnti fluide: Correnti lineari: sezioni regolari; sforzi assiali; linea piezometrica. Equazione di continuità. Potenza di una corrente in una sezione. Estensione del Teorema di Bernoulli alle correnti: carico totale medio; linea dei carichi totali; perdite di carico; cadente dei carichi totali e cadente piezometrica. Strumenti di misura della velocità e della portata. (4 h)

10. Correnti in pressione: Moto uniforme in condotto cilindrico: profilo di velocità; legge logaritmica; sforzi tangenziali; sottostrato viscoso; perdite distribuite. Diagrammi di Nikuradse e di Moody. Scabrezza. Formule di Prandtl-Von Karman, di Prandtl-Nikuradse e di Colebrook. Formule pratiche: formula di Chezy. Perdite localizzate (di Borda, per brusco restringimento, di imbocco e di sbocco). Calcolo idraulico di una condotta. Lunghe condotte: metodi di verifica e di progetto. Correnti in depressione; moto a canaletta. Equazione del moto vario per le correnti. (11+13 h)

11. Macchine idrauliche: Pompe: prevalenze totale, manometrica e geodetica, potenze utile e potenza assorbita; rendimento. Caratteristica della condotta e della pompa. Problema di verifica: calcolo della portata sollevabile; cavitazione; verifica alle depressioni massime; NPSH, portata massima sollevabile. Calcoli di progetto: passività; diametro di massimo tornaconto. Cenni alle turbine. (2+4 h)

12. Correnti a superficie libera: Moto uniforme: scala delle portate; sezioni composite. Carico specifico. Stato critico. Celerità delle piccole perturbazioni. Classificazione delle correnti e degli alvei. Profili di moto permanente. Cause perturbatrici e condizioni al contorno. Sezioni di controllo. Risalto idraulico, spinta totale. Soglie di fondo; restringimento di sezione; presa da serbatoio. Stramazzo a larga soglia; modellatore a risalto. (12+9 h)

Metodi Didattici

Durata: 10 settimane, 10 ore a settimana
Teoria: 62 ore; esercitazioni: 38 ore; totale 100 ore

Allo scopo di favorire la preparazione delle due prove intermedie previste, durante il corso, e successivamente allo svolgimento delle esercitazioni su argomenti corrispondenti, problemi applicativi vengono proposti per la soluzione come lavoro a casa, da svolgere anche in gruppo. I risultati, presentati in forma anonima mediante un modulo Google form per consentire al docente di valutare il grado di preparazione medio della classe, vengono successivamente discussi in classe. Tanto le esercitazioni quanto i compiti a casa costituiscono anche oggetto delle attività di tutoraggio.

Durante il corso vengono svolte due prove in itinere scritte incentrate sulla soluzione di problemi applicativi. Il superamento delle prove in itinere consente allo studente di poter sostenere, successivamente alla fine del corso, unicamente la prova orale finale, purché entro la sessione estiva immediatamente successiva alla fine delle lezioni.

A seconda delle aule disponibili da anno ad anno, le lezioni e le esercitazioni vengono svolte alla lavagna, con l'uso di gessi/pennarelli colorati per gli schemi grafici, o su lavagna elettronica.

Metodi Didattici

Durata: 10 settimane, 10 ore a settimana
Teoria: 62 ore; esercitazioni: 38 ore; totale 100 ore
Allo scopo di favorire la preparazione delle due prove intermedie previste, durante il corso, e successivamente allo svolgimento delle esercitazioni su argomenti corrispondenti, problemi applicativi vengono proposti per la soluzione come lavoro a casa, da svolgere anche in gruppo. I risultati, presentati in forma anonima mediante un modulo Google form per consentire al docente di valutare il grado di preparazione medio della classe, vengono successivamente discussi in classe. Tanto le esercitazioni quanto i compiti a casa costituiscono anche oggetto delle attività di tutoraggio.

Durante il corso vengono svolte due prove in itinere scritte incentrate sulla soluzione di problemi applicativi. Il superamento delle prove in itinere consente allo studente di poter sostenere, successivamente alla fine del corso, unicamente la prova orale finale, purché entro la sessione estiva immediatamente successiva alla fine delle lezioni.


A seconda delle aule disponibili da anno ad anno, le lezioni e le esercitazioni vengono svolte alla lavagna, con l'uso di gessi/pennarelli colorati per gli schemi grafici, o su lavagna elettronica.

Verifica dell'apprendimento

La valutazione è espressa in trentesimi. L’esame è passato con successo conseguendo una votazione non inferiore a 18/30.

Ordinariamente, l'esame si compone di:

- una prova scritta riguardante la soluzione numerica di tre problemi applicativi (idrostatica, correnti in pressione e correnti a pelo libero) con assegnazione di un voto in trentesimi. La valutazione degli elaborati tiene conto di: i) completezza delle risposte ai quesiti posti; ii) correttezza dell’analisi del problema e dell’impostazione delle soluzioni; iii) correttezza del calcolo; iv) chiarezza nell’esposizione del procedimento seguito. Durante la prova è consentita la consultazione di testi e manuali, ma non di raccolte di esercizi;

- una successiva prova orale, riservata a chi ha conseguito almeno il punteggio di 18/30 nello scritto, consistente nella discussione dell'elaborato della prova scritta e di argomenti teorici, con assegnazione di un voto in trentesimi. Nel corso della prova saranno valutati: i) padronanza dei concetti; ii) capacità di analisi critica e di relazione e sintesi tra i diversi argomenti del corso; iii) appropriatezza del linguaggio e della terminologia utilizzata.

Il voto finale risulta dalla media dei voti conseguiti nelle prove scritta e orale. L’esito negativo della prova orale implica dover sostenere nuovamente anche lo scritto.

Gli studenti che superano positivamente le prove intermedie sostenute durante il corso accedono direttamente alla prova orale, purché ciò avvenga entro la sessione estiva immediatamente successiva alla fine delle lezioni (Giugno-Settembre). ). Il voto delle prove intermedie nel loro complesso risulta dalla media dei voti in trentesimi ottenuti in ciascuna delle due prove e concorre alla formulazione del voto finale come il voto per la prova scritta ordinaria.

Abilità verificabili che si dovrebbero possedere dopo aver superato l'esame: Capacità di impostazione e soluzione di problemi applicativi riguardanti l'equilibrio di fluidi in quiete (distribuzione delle pressioni, calcolo delle spinte su superfici) ed il moto stazionario di fluidi incomprimibili nelle condotte in pressione (calcoli di progetto e verifica; spinte dinamiche; misure di pressione e portata) e nelle correnti a pelo libero (calcolo di portate e profondità di moto uniforme; misure di portata; tracciamento dei profili di moto permanente). L’accertamento di tali capacità implica la conoscenza e la comprensione dei fenomeni fisici sottostanti, il necessario spirito critico da utilizzare nella comprensione dei problemi proposti e autonomia di giudizio nella scelta fra alternative progettuali. Le abilità di comunicazione in forma sia scritta che verbale vengono accertate nel corso delle corrispondenti prove di esame. Le capacità di apprendimento autonomo vengono valutate prevalentemente nella prova orale, sulla base delle conoscenze teoriche acquisite.

Verifica dell'apprendimento

La valutazione è espressa in trentesimi. L’esame è passato con successo conseguendo una votazione non inferiore a 18/30.

Ordinariamente, l'esame si compone di:

- una prova scritta riguardante la soluzione numerica di tre problemi applicativi (idrostatica, correnti in pressione e correnti a pelo libero) con assegnazione di un voto in trentesimi. La valutazione degli elaborati tiene conto di: i) completezza delle risposte ai quesiti posti; ii) correttezza dell’analisi del problema e dell’impostazione delle soluzioni; iii) correttezza del calcolo; iv) chiarezza nell’esposizione del procedimento seguito. Durante la prova è consentita la consultazione di testi e manuali, ma non di raccolte di esercizi;

- una successiva prova orale, riservata a chi ha conseguito almeno il punteggio di 18/30 nello scritto, consistente nella discussione dell'elaborato della prova scritta e di argomenti teorici, con assegnazione di un voto in trentesimi. Nel corso della prova saranno valutati: i) padronanza dei concetti; ii) capacità di analisi critica e di relazione e sintesi tra i diversi argomenti del corso; iii) appropriatezza del linguaggio e della terminologia utilizzata.

Il voto finale risulta dalla media dei voti conseguiti nelle prove scritta e orale. L’esito negativo della prova orale implica dover sostenere nuovamente anche lo scritto.

Gli studenti che superano positivamente le prove intermedie sostenute durante il corso accedono direttamente alla prova orale, purché ciò avvenga entro la sessione estiva immediatamente successiva alla fine delle lezioni (Giugno-Settembre). Il voto delle prove intermedie nel loro complesso risulta dalla media dei voti in trentesimi ottenuti in ciascuna delle due prove e concorre alla formulazione del voto finale come il voto per la prova scritta ordinaria.

Abilità verificabili che si dovrebbero possedere dopo aver superato l'esame: Capacità di impostazione e soluzione di problemi applicativi riguardanti l'equilibrio di fluidi in quiete (distribuzione delle pressioni, calcolo delle spinte su superfici) ed il moto stazionario di fluidi incomprimibili nelle condotte in pressione (calcoli di progetto e verifica; spinte dinamiche; misure di pressione e portata) e nelle correnti a pelo libero (calcolo di portate e profondità di moto uniforme; misure di portata; tracciamento dei profili di moto permanente). L’accertamento di tali capacità implica la conoscenza e la comprensione dei fenomeni fisici sottostanti, il necessario spirito critico da utilizzare nella comprensione dei problemi proposti e autonomia di giudizio nella scelta fra alternative progettuali. Le abilità di comunicazione in forma sia scritta che verbale vengono accertate nel corso delle corrispondenti prove di esame. Le capacità di apprendimento autonomo vengono valutate prevalentemente nella prova orale, sulla base delle conoscenze teoriche acquisite.

Testi

Teoria:
Testo di riferimento:
- dispense del docente;

Testi indicati per approfondimenti:
- Idraulica (Citrini-Noseda)
- Meccanica dei Fluidi (Marchi-Rubatta);
- Idraulica (Mossa - Petrillo);
- Meccanica dei Fluidi (Çengel-Cimbala);
- Meccanica dei Fluidi (Cenedese);
- Dispense di Idraulica (Fassò).

Esercizi:
- Esercitazioni del corso (download http://people.unica.it/andreabalzano/didatticateaching/idraulica-ordinamento-dm270-corso-1/);
- Problemi di Idraulica e Meccanica dei Fluidi (Alfonsi-Orsi);
- Esercizi di Idraulica e di Meccanica dei Fluidi (Longo-Tanda);
- Idraulica (Citrini-Noseda);
- Meccanica dei Fluidi (Çengel-Cimbala);
- raccolta di esercitazioni (Fassò) (download http://pcque.unica.it/).
- raccolta di testi di prove scritte di esame (download http://people.unica.it/andreabalzano/didatticateaching/idraulica-ordinamento-dm270-corso-1/)
- raccolte varie di esercizi (download http://people.unica.it/andreabalzano/didatticateaching/idraulica-ordinamento-dm270-corso-1/)

Testi

Teoria:
Testo di riferimento:
- dispense del docente;

Testi indicati per approfondimenti:
- Idraulica (Citrini-Noseda)
- Meccanica dei Fluidi (Marchi-Rubatta);
- Idraulica (Mossa - Petrillo);
- Meccanica dei Fluidi (Çengel-Cimbala);
- Meccanica dei Fluidi (Cenedese);
- Dispense di Idraulica (Fassò).

Esercizi:
- Esercitazioni del corso (download http://people.unica.it/andreabalzano/didatticateaching/idraulica-ordinamento-dm270-corso-1/);
- Problemi di Idraulica e Meccanica dei Fluidi (Alfonsi-Orsi);
- Esercizi di Idraulica e di Meccanica dei Fluidi (Longo-Tanda);
- Idraulica (Citrini-Noseda);
- Meccanica dei Fluidi (Çengel-Cimbala);
- raccolta di esercitazioni (Fassò) (download http://pcque.unica.it/).
- raccolta di testi di prove scritte di esame (download http://people.unica.it/andreabalzano/didatticateaching/idraulica-ordinamento-dm270-corso-1/)
- raccolte varie di esercizi (download http://people.unica.it/andreabalzano/didatticateaching/idraulica-ordinamento-dm270-corso-1/)

Altre Informazioni

All'indirizzo web:
http://people.unica.it/andreabalzano/
sono reperibili:
- recapiti del docente;
- orari di ricevimento
- date di esame
- programma dettagliato del corso
- materiale didattico (dispense, esercitazioni con traccia della soluzione, testi di esercizi d'esame)
- modulo di iscrizione al corso, con il quale lo studente viene inserito in una mailing list utilizzata per comunicazioni di vario tipo

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