Domande aperte Idraulica e costruzioni idrauliche

Forze di superficie (pressione)

Un esempio applicativo è il calcolo della spinta idrostatica su una parete piana immersa in un

liquido.

10. Descrivere il funzionamento di un piezometro.

Il piezometro è uno strumento utilizzato per misurare la pressione in un punto di un fluido in

quiete. Esso sfrutta il principio dei vasi comunicanti: la pressione misurata è proporzionale

all'altezza del liquido all'interno del tubo piezometrico. Questo permette di risalire al valore

assoluto della pressione nel punto di misurazione.

11. Descrivere il funzionamento di un manometro metallico.

Un manometro metallico misura la pressione utilizzando un tubo di Bourdon o un elemento

sensibile simile, che si deforma in risposta alla pressione interna. Quando la pressione

esercitata sul manometro aumenta, il tubo si piega, e questo movimento viene trasmesso a

un indicatore che segna la pressione su una scala. La deformazione del tubo è proporzionale

alla pressione misurata.

12. Descrivere i diversi strumenti di misura della pressione e le loro differenze

Gli strumenti di misura della pressione includono:

Manometri: misurano la pressione relativa all'atmosfera. Possono essere meccanici (come i

manometri a molla) o elettronici.

Barometri: misurano la pressione atmosferica. Possono essere a mercurio o aneroidi.

Pressostati: attivano un contatto elettrico quando viene raggiunta una certa pressione.

Trasduttori di pressione: forniscono un segnale elettrico proporzionale alla pressione

misurata.

Le differenze principali risiedono nel principio di funzionamento e nel tipo di pressione

misurata.

13. Descrivere i metodi di calcolo della spinta su una superficie curva

La spinta su una superficie curva può essere calcolata attraverso l'integrazione della

pressione su tutta la superficie. Utilizzando la formula:

F=∫P dAF=∫PdA

dove FF è la forza totale, PP è la pressione e dAdA è un elemento di area. In caso di superfici

curve, è necessario esprimere l'area in coordinate adeguate (polari, cilindriche, o sferiche) a

seconda della geometria.

14. 14. Descrivere i concetti di linee di corrente e traiettorie

Linee di corrente: rappresentano la direzione del flusso di un fluido in un dato istante. Non si

intersecano e sono tangenti alla velocità del fluido.

Traiettorie: indicano il percorso seguito da una particella di fluido nel tempo. Le traiettorie

possono variare a seconda delle condizioni di flusso, mentre le linee di corrente rimangono

fisse.

15. Descrivere l'equazione di continuità per le correnti

L'equazione di continuità afferma che, in un flusso stazionario, il prodotto dell'area di sezione

trasversale AA e la velocità del fluido v è costante lungo una condotta:

A1v1=A2v2

Questo implica che, se l'area di sezione diminuisce, la velocità del fluido aumenta e

viceversa.

16. Descrivere il trinomio di Bernoulli (il suo significato e quello dei termini che ne

fanno parte, oltre che in quali situazioni può essere applicato)

L'equazione di Bernoulli esprime la conservazione dell'energia in un fluido in movimento e

può essere scritta come:

P+12ρv2+ρgh=costante

dove:

P: pressione statica

ρ: densità del fluido

v: velocità del fluido

g: accelerazione gravitazionale

h: altezza rispetto a un riferimento

Si applica in situazioni di flusso stazionario e incomprimibile, senza viscosa.

17. Quanto valgono quantitativamente le grandezze che compaiono nel trinomio di

Bernoulli?

Le grandezze nel trinomio di Bernoulli assumono i seguenti significati:

Pressione (P): espressa in Pascal (Pa).

Energia cinetica (12ρv221ρv2): energia per unità di volume; espressa in Pascal (Pa).

Energia potenziale (ρgh): rappresenta l'energia gravitazionale per unità di volume; espressa

in Pascal (Pa).

Tutte e tre le grandezze possono essere espresse in unità di pressione.

18. Cosa misurano un tubo di Pitot e un tubo Venturi, e quali sono le loro differenze a

livello di misura?

Tubo di Pitot: misura la pressione totale del fluido, da cui si può ricavare la velocità del

fluido. È composto da due tubi: uno per la pressione statica e uno per la pressione dinamica.

Tubo Venturi: misura la variazione di pressione in una condotta di diametro variabile,

utilizzato per calcolare la portata. La differenza di pressione tra le sezioni di diametro diverso

è utilizzata per determinare la velocità del fluido.

19. Descrivere le differenze tra una luce di fondo e una luce sulla parete, anche in

termini di portata che defluisce attraverso le due aperture

Luce di fondo: si riferisce a un'apertura attraverso cui il fluido può defluire in modo libero. La

portata sarà influenzata dalla pressione e dalla sezione dell'apertura.

Luce sulla parete: si riferisce a un'apertura sulla parete di un serbatoio o condotta. La portata

sarà limitata dalla geometria dell'apertura e dalla pressione.

20. Qual è la differenza tra uno stramazzo a larga soglia e uno stramazzo a parete

Stramazzo a larga soglia: ha un bordo smussato e consente un deflusso più uniforme e

controllato dell'acqua, riducendo le perdite di carico.

Stramazzo a parete: ha un bordo verticale e tende a generare turbolenze e perdite di carico

maggiori. È meno efficace nel controllare il flusso rispetto a uno stramazzo a larga soglia.

21. Disegnare e illustrare le differenze tra gli stramazzi Bazin, Thomson, Cipolletti e

Sutro.

Stramazzo Bazin

Forma: a profilo trapezoidale.

Caratteristiche: utilizzato per misurare il deflusso in canali aperti. Ha una soglia larga che riduce

le turbolenze.

Applicazioni: particolarmente adatto per flussi regolari.

Stramazzo Thomson

Forma: a profilo rettangolare.

Caratteristiche: progettato per ridurre la turbolenza e ottenere misure più precise.

Applicazioni: utile in canali con flussi variabili.

Stramazzo Cipolletti

Forma: a profilo trapezoidale con lati inclinati.

Caratteristiche: consente una lettura più semplice del livello dell'acqua e una maggiore stabilità.

Applicazioni: utilizzato per misurazioni in canali artificiali.

Stramazzo Sutro

Forma: a profilo curvilineo.

Caratteristiche: progettato per minimizzare la perdita di carico e per facilitare il deflusso.

Applicazioni: spesso usato in applicazioni di irrigazione e gestione delle acque.

22. Descrivere l'equazione globale dell'idrodinamica in moto permanente

L'equazione globale dell'idrodinamica in moto permanente descrive il comportamento dei fluidi

in movimento stazionario. Essa si basa principalmente sulla conservazione della massa e

dell'energia e può essere espressa attraverso le seguenti equazioni fondamentali:

Equazione di Continuità

La conservazione della massa in un flusso stazionario è espressa dall'equazione di continuità:

dQ/dt=0 ⇒ A1v1=A2v2

Dove:

A è l'area della sezione trasversale.

v è la velocità del fluido.

Equazione di Bernoulli

L'equazione di Bernoulli, che esprime la conservazione dell'energia per un fluido ideale, è data

da:

P+1/2ρv2+ρgh=costante

Dove:

P è la pressione statica.

ρ è la densità del fluido.

g è l'accelerazione gravitazionale.

h è l'altezza rispetto a un riferimento.

Equazione di Navier-Stokes

Per i fluidi viscosi, si utilizza l'equazione di Navier-Stokes:

ρ(∂v/∂t+v⋅∇v)=−∇P+μ∇2v+f

Dove:

v è il vettore velocità del fluido.

μ è la viscosità dinamica.

f rappresenta le forze esterne.

23. Descrivere le perdite di carico localizzate nelle condotte, illustrando e

schematizzando le diverse tipologie

Le perdite di carico localizzate si verificano in corrispondenza di elementi specifici all'interno di

una condotta, come:

Curve: aumentano la turbolenza e quindi la perdita di carico.

Valvole: ogni tipo di valvola ha una resistenza caratteristica che provoca perdite.

Giri e giunzioni: creano perturbazioni nel flusso.

Filiere: restringimenti che aumentano la velocità e le perdite.

24. Descrivere la differenza fra regime di moto laminare e regime di moto turbolento,

specificando quali regimi di turbolento esistono in natura

Moto laminare: il flusso è ordinato, con strati di fluido che scorrono parallelamente. Si verifica

per Re≤2000.

Moto turbolento: il flusso è caotico e presenta vortici. Si verifica per Re>4000.

Regimi di turbolento

Turbolenza isotropa: le fluttuazioni sono uniformi in tutte le direzioni.

Turbolenza anisotropa: le fluttuazioni variano in direzioni diverse.

25. Illustrare e commentare l'abaco di Moody

L'abaco di Moody è uno strumento grafico utilizzato per determinare il fattore di attrito di Darcy

in base al numero di Reynolds e alla rugosità relativa della condotta. È fondamentale per

calcolare le perdite di carico in sistemi idraulici.

26. Quali differenze ci sono tra condotte corte e condotte lunghe in termini di perdite

di carico localizzate e distribuite?

Condotte corte: le perdite di carico localizzate sono più significative; il flusso è relativamente

uniforme.

Condotte lunghe: le perdite di carico distribuite diventano predominanti; la resistenza del

materiale della condotta influisce maggiormente.

27. Illustrare un caso relativo ai problemi di progetto delle lunghe condotte

Un esempio è la scelta del diametro della condotta. Un diametro troppo piccolo porta a elevate

perdite di carico, mentre uno troppo grande non sfrutta al meglio la pressione disponibile. È

essenziale considerare la portata e le perdite di carico per ottimizzare il design.

28. Illustrare un caso relativo ai problemi di verifica delle lunghe condotte

Durante la verifica, si controlla che le perdite di carico non superino i limiti di progetto. Si

utilizzano modelli matematici e simulazioni per garantire che la pressione rimanga sopra un

certo valore critico lungo l'intera lunghezza della condotta.

29. Descrivere l'effetto della resistenza al moto dovuta alla vegetazione.

La vegetazione lungo i corsi d'acqua aumenta la resistenza al flusso, creando turbolenze e

riducendo la portata. Le radici e i tronchi ostacolano il movimento dell'acqua, contribuendo a

perdite di carico significative.

30. Descrivere le forme di fondo.

Le forme di fondo di un corso d'acqua includono:

Letto a V: tipico dei fiumi rapidi, con pendenze ripide.

Letto a U: comune in fiumi più ampi e lenti.

Letto piatto: presente in zone pianeggianti, dove l'acqua scorre lentamente.

Queste forme influenzano la velocità del flusso e le caratteristiche sedimentologiche del corso

d'acqua.

31. Illustrare la p