Idraulica e costruzioni idrauliche - Teoria parte 1

Settore: ICAR/02 idraulica e costruzioni idrauliche

Teoria UNIMORE Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia Filippo Ribes NOTEWAVE_RF

Autore degli appunti: Filippo Ribes

Gli appunti sono stati scritti sulla base delle lezioni svolte dal Professor Stefano Orlandini e delle sue dispense.

Per dubbi, chiarimenti o altro, mi trovi su Instagram:

• Ig: NoteWave_RF
• Ig: fil_ribes

Introduzione

Contenuti

Alcune importanti opere che andiamo ad affrontare in idraulica sono le opere di sbarramento (dighe), che si usano quando vogliamo costruire un serbatoio a monte, ovvero un invaso, un lago.

Gli scopi di tali costruzioni possono essere:

• Produzione di energia idroelettrica;
• Approvvigionamento idrico potabile;
• Approvvigionamento idrico irriguo;
• Contenimento delle inondazioni;
• Coltivazione delle zone d'alveo;
• Etc...

L’energia idroelettrica è tra le più pulite. Un flusso energetico che si misura in Wp_m² = J_s^-1 con femto = m³_s^-1.

In termini di grandezza, in uno stato ottimale soltanto 1000 Wp/m². Le dighe devono essere progettate in modo che le acque nell'invaso siano sufficienti a garantire un certo guadagno in termini dell'attività che vi si vuole svolgere, questo deve essere controllato qualitativamente.

Meccanica dei fluidi, idraulica, idrologia

Vediamo delle definizioni. Distinzione tra le 3 materie:

Meccanica dei fluidi: studia il comportamento di un fluido descrivendo un corpo di moto (tridimensionale o bidimensionale).

Idraulica: nello strutturarsi idraulica signora, studiare il comportamento dei nuovi numeri di dro, dov’e, nella messa, configurazione delle strutture, l’amma, confrontn delle strutture.

Differenza alla meccanica del fluido si occupa di sistemi monodimensionali.

Idrologia... studio ... ciclo idrologico a diverse scale che ... nostra struttura ...... domande ... ... l'atmosfera ... ...... volume ... acqua ... ... topografia ...... morfologia del terreno ... ...

Fluido, liquido, solido e aeriforme

Fluido... solido che si deforma illimitatamente (fluisce) se... soggetto ad uno sforzo di taglio. ... stato comprende ...

Liquido: gli aeriformi (i gas). Talvolta anche ... ...

Solido: non prende né la forma né il volume del recipiente.

Liquido: prende la forma ma non il volume ...

Aeriforme: prende sia forma che il volume del recipiente chiuso.

Alcuni valori di misura

Quanto pesa la massa di 1 dm³ d'atmosfera? 1 kg

Quant'è la densità dell'acqua? ρ = 1000 kg/m³

Quanto vale il peso specifico dell'acqua? ... ... ρg = 9810 N/m³

Qual è la dimensione di una molecola di acqua? ... 9 nm

Quanti micron sono 1 μm sono 10^-6 con m mano 1 μm, micron).

Quan... metri sono 1 ft (feet)? 0.3058 m

Sistema internazionale (SI)

Possiamo definire 4 grandezze:

• Lunghezza | L | m
• Massa | M | kg
• Temperatura | T | K
• Tempo | T | S

Meccanica dei fluidi

Equazioni fondamentali della meccanica dei fluidi

Considero un sistema di riferimento x, y, z.

M massa degli elementi materiali che esistono in V _kg

ρ densità media degli elementi _kg/m³

v = (v_x, v_y, v_z) = (u₁, u₂, u₃) _m/s velocità media.

Forze che agiscono sugli elementi materiali della massa fluida:

• Forze di massa
• Forze di superficie

Un esempio di forza di massa è la forza di gravità essa è calcolata dalla nostra massa sulla Terra. Riflettendo al disegno sopra, possiamo raccoglierli in qualsiasi punto della massa attorno in cui definire una forza di massa così definita.

\(\bar{F} = M\bar{a} \rightarrow F = M\bar{g} \qquad [m/s^2]\)

Nel campo di potenziale, la forza di massa \(\bar{F}\) che agisce sul sistema fluido vale.

F = G - M_g

Mentre F vuole

F = g - G/M

Inoltre:

g = 9,81 m/s²

G = M_g

Se divido l'ultimo passaggio per il volume V ottengo:

G = M/V * g

d = F/ g

g è anche detto da:

g = grad (Φ)

Si tratta del gradiente di uno scalare, che dà sempre un vettore.

g = grad (Φ)

dΦ/dx i_x + dΦ/dy i_y + dΦ/dz i_z = - (dΦ/dx, dΦ/dy, dΦ/dz)

Φ è una funzione di x, y e z, ovvero Φ = Φ (x, y, z).

Φ = Φ (x, y, z) = gz

Infatti le