Didattica
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COSTRUZIONI IDRAULICHE
Obiettivi Formativi
Acquisire dimestichezza con le equazioni dell'idraulica in pressione e a pelo libero nel contesto di applicazioni ingegneristiche di varia complessità. Progettare impianti di sollevamento. Dimensionare e progettare elementi costituenti le reti di fognatura, acquedottistiche e idroviarie. Acquisire conoscenze avanzate sull'utilizzo della modellistica per la rappresentazione del comportamento idraulico delle reti a pelo libero e per le reti in pressione. Utilizzo di questa modellistica per la progettazione e per l'analisi funzionale di reti idriche. Acquisire sensibilità rispetto a criteri di progettazione che includano le problematiche della gestione.
Prerequisiti
Conoscenze di idraulica delle correnti in pressione e a pelo libero. Conoscenze di tutte le tematiche trattate nei corsi di Analisi Matematica I e II e Geometria.
Elementi di statistica e di teoria delle probabilità.
Programma del Corso
Turbopompe: Classificazione; Elementi costitutivi; Ipotesi di calcolo; Triangoli di velocità; Equazione di Eulero; Rendimenti e potenza; Perdite; Curve caratteristiche; Coefficienti adimensionali; Velocità e diametro specifico. Punto di funzionamento; Configurazioni di funzionamento - serie - parallello; Cavitazione; NPSH; Parametro di Thoma; Impianto di sollevamento; Casse d'aria - trattazione di Evangelisti; Vasche di raccolta; Sequenze di pompaggio; Caratteri costruttivi di stazioni di pompaggio. Acquedotti. Le sorgenti e le opere di presa. La costruzione dei pozzi ordinari e di perforazione. Completamento del pozzo. Idraulica dei pozzi. Eq. di Theis. Prove di pompaggio. Caratterizzazione della domanda, il coefficiente di portata di picco, dei serbatoi, volume di compenso, antincendio, di riserva, aspetti costruttivi, dimensionamento. Serbatoi di compenso di testata e di estremità, con torrino piezometrico ed autoclave. Dimensionamento dell'autoclave e del torrino. Problemi di colpo d'ariete nelle condotte. Eq. di Allievi, il metodo delle caratteristiche. Verifica idraulica delle reti in pressione con il metodo del gradiente globale. Fognature: sistemi di drenaggio interni: grondaie, pluviali, raccordo alla fognatura urbana. Sistemi di raccolta acque nere interne: unità di scarico, colonne di scarico, colonne di aereazione. Sistemi di raccolta delle acque lungo le strade: le caditoie e loro dimensionamento. Le reti di fognatura: criteri di scelta; tracciato planimetrico; metodi di dimensionamento; Elementi di idrologia; Il metodo razionale; il metodo dell'invaso lineare. Invarianza idraulica. Progetto e verifica di un rete di fognatura mista; Elementi costruttivi: pozzetti di ispezione, scivoli, sifoni di cacciata. Opere particolari: sifoni rovesci, scaricatori di piena, vasche volano, vasche di prima pioggia.
Idrovie. Le conche di navigazione: tipologie, idraulica, elementi costruttivi, procedure di progetto.
Metodi didattici
Lezioni teoriche/esercitazioni.
Modalità di verifica dell'apprendimento
Esame orale con discussione delle esercitazioni.
Testi di Riferimento
Cornetti G., Macchine Idrauliche, Vol.1, Ed. Il capitello Torino, 1989.
Da Deppo L., Datei C., Fognature, Ed. Libreria Cortina, 1997.
Becciu G., Paoletti A., Esercitazioni di Costruzioni Idrauliche, CEDAM, 1999.
Da Deppo L., Datei C., Fognature, Ed. Libreria Cortina, 1997.
Milano V. Acquedotti, Ed HOEPLI, 1998.
IDROLOGIA
Obiettivi formativi
L'obiettivo principale del corso consiste nel fornire agli studenti gli elementi necessari per poter comprendere e condurre le principali analisi idrologiche di carattere deterministico e stocastico.
Le principali conoscenze acquisite saranno:
- tecniche di stima delle grandezze idrologiche, precipitazioni e portate
- tecniche di modellazione dei processi di formazione, trasferimento e propagazione dei deflussi
- strutturazione della modellistica idrologica
- tecniche di parametrizzazione
- elementi di teoria delle probabilità
Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenze acquisite) saranno:
- Applicazioni delle tecniche di stima delle grandezze idrologiche nel contesto della progettazione di opere idrauliche quali le reti di bonifica, le reti fognarie, argini, casse di espansione
- Applicazioni delle tecniche di modellazione dei processi di formazione, trasferimento e propagazione dei deflussi da applicarsi nel contesto della previsione di piena
- Applicazione degli elementi di teoria delle probabilità per l’analisi probabilistica dei fenomeni idrologici
- Capacità di utilizzo del linguaggio MATLAB per la restituzione in forma di codice di calcolo delle procedure analizzate
Prerequisiti
Conoscenze di idraulica, di statistica e di teoria delle probabilità.
Contenuti del corso
Introduzione all'idrologia. Ciclo idrologico. Descrizione dei processi idrologici alle diverse scale spaziali e temporali. Sollecitazione atmosferica. (2.5 h)
Precipitazione. Misura e rappresentazione dei campi di precipitazione. (2.5 h)
Stima della curva di possibilità climatica, ietogrammi di precipitazione sintetici, metodo di Huff, ietogramma Chicago. (10 h)
Processi di infiltrazione. Risposta idrologica del suolo. Stato dell'acqua nel suolo. Equazioni costitutive. Equazione di continuità. Equazione dinamica di Darcy. Equazione di Richards. (2.5 h)
Separazione del deflusso di base e calcolo del deflusso diretto negli idrogrammi osservati. (2.5 h)
Modellistica di calcolo della pioggia netta: metodo Phi, CN, Deficit and constant, Philip, Horton, Green Ampt, SMA, Stanford. (7.5 h)
Trasformazione affussi-deflussi basata su schemi lineari e stazionari. Idrogramma unitario istantaneo. Modello del serbatoio lineare. Metodo di Nash. Idrogramma unitario di Snyder, Clark, Cinematico. Modello concettuale completo di tipo continuo: ARNO. (10 h)
Tecniche di parametrizzazione: manuali ed automatiche; algoritmo genetico: popolazione, crossover, mutazioni, elitismo. Criteri di arresto. (5 h)
Propagazione di piena: modellistica idraulica: modello cinematico, parabolico - cappio di piena. Modellistica idrologica: Muskingum, Muskingum Cunge. (5 h)
Tecniche di misura del livello idrico e della portata in una assegnata sezione di un corso d’acqua. (2.5 h)
Analisi statistiche degli eventi idrologici. Variabili casuali. Elementi di teoria delle probabilità. Distribuzioni di probabilità di Bernoulli, binomiale, geometrica, normale. Periodo di ritorno. Rischio idrologico. Teoria dei valori estremi. EV1, EV2, EV3 ->GEV. Stima dei parametri. (17.5 h)
Per tutti gli argomenti vengono sviluppate esercitazioni con applicazioni al computer. (22.5 h)
Metodi didattici
Il corso è organizzato nel seguente modo:
- lezioni in aula su tutti gli argomenti del corso;
- esercitazioni presso il laboratorio di informatica per la simulazione dei processi afflussi-deflussi e ma calibrazione dei modelli idrologici. Gli studenti seguiranno 9 esercitazioni guidate di 2 ore ciascuna. Al termine delle esercitazioni guidate gli studenti avranno libero accesso al laboratorio per ulteriori esercitazioni individuali.
Modalità di verifica dell'apprendimento
La prova d’esame è finalizzata alla verifica del livello raggiunto dallo studente nella conoscenza degli elementi necessari per poter condurre le principali analisi idrologiche di carattere deterministico e stocastico.
Per poter sostenere l’esame è necessario consegnare copia delle esercitazioni contenenti i modelli idrologici sviluppati dallo studente in ambiente matlab e HEC-HMS almeno una settimana prima della data d’appello. L’esame consiste in una prova orale comprendente tre domande riguardanti le tre principali sezioni del programma, ovvero l’idrologia tecnica, l’idrologia statistica e le esercitazioni. In particolare, la prima domanda verte su di un argomento di idrologia tecnica selezionato tra quelli indicati nel programma. La seconda domanda verte su di un argomento di idrologia statistica selezionato tra quelli indicati nel programma. Infine la terza domanda riguarda la discussione delle esercitazioni contenenti i modelli idrologici sviluppati dallo studente in ambiente matlab e HEC-HMS. Per il superamento dell’esame è richiesto un livello sufficiente in ciascuna delle tre principali sezioni del programma. Il voto finale è basato sulla media dei livelli raggiunti in ciascuna sezione.
Testi di riferimento
Ven Te Chow et al., Applied Hydrology, Ed. McGraw Hill, 1987.
Kottegoda N., T., Rosso R., Statistics, Probability, and Reliability for Civil and Enviromental Engineers, McGraw Hill, 1998.
Moisello U., Idrologia Tecnica, La Goliardica Pavese, 1999.
Maione U., Moisello U., Elementi di statistica per l'idrologia, La Goliardica Pavese, 1993.
FONTI ENERGETICHE RINNOVABILI DA ENERGIA MECCANICA
Obiettivi formativi
Il corso integrato FONTI ENERGETICHE RINNOVABILI consiste in panoramica generale sulle risorse energetiche disponibili per la trasformazione di energia meccanica e di energia termica in altre forme di energia – tipicamente energia elettrica – idonee allo sfruttamento da parte di attività umane civili ed industriali.
Il modulo FONTI ENERGETICHE RINNOVABILI DA ENERGIA MECCANICA tratta l’analisi degli impianti idroelettrici, essenzialmente di piccola taglia (i cosiddetti mini hydro) e l’analisi degli impianti eolici per produzione elettrica, essenzialmente le tipologie più comuni alle nostre latitudini. Si intende descrivere gli aspetti generali del problema ed inquadrare il contesto che consente di effettuare scelte economicamente proponibili, senza scendere in dettagli di progettazione esecutiva, che richiederebbero una trattazione mirata ad un solo tipo di impianto.
Le principali conoscenze che si dovrebbero acquisire sono:
- Caratteristiche generali di funzionamento di un impianto idroelettrico.
- Principali caratteristiche costruttive degli elementi costitutivi di un impianto idroelettrico.
- Elementi per la valutazione di impatto ambientale e per stime economiche di massima inerenti gli impianti idroelettrici.
- Caratteristiche generali di funzionamento di un impianto eolico.
- Principali caratteristiche costruttive degli elementi costitutivi di un impianto eolico.
- Elementi per la valutazione di impatto ambientale e per stime economiche di massima inerenti gli impianti eolici.
Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenze acquisite) che si dovrebbero acquisire sono:
- Effettuare un progetto di massima degli elementi costitutivi di un impianto idroelettrico o eolico.
- Effettuare una stima, ancorché di prima approssimazione, della sostenibilità economica di un impianto idroelettrico o eolico.
- Saper organizzare gli elementi necessari per una valutazione di impatto ambientale, ancorché di massima, di un impianto idroelettrico o eolico.
Prerequisiti
La laurea triennale nella classe L-7 è un prerequisito necessario e sufficiente alla proficua frequenza del corso. E’ necessario avere acquisito e assimilato i contenuti del corso di Idraulica. E’ inoltre assai utile avere acquisito e assimilato i contenuti del corso di Idrologia, con particolare riferimento alla fisica dei bacini idrografici ed alla formazione e stima delle portate liquide in una sezione fluviale.
Contenuti del corso
Il modulo prevede 30 ore di didattica, che consistono in lezioni teoriche ed esempi applicativi.
Le tematiche affrontate nel corso sono le seguenti.
IMPIANTI IDROELETTRICI
Generalità sull’idroelettrico come fonte rinnovabile, ciclo idrologico, cenni storici (5h)
L’energia idroelettrica; principi di funzionamento; sommaria classificazione degli impianti; impianti a bacino o a deflusso regolato; impianti ad accumulo a mezzo pompaggio; impianti inseriti in canali o in condotte per approvvigionamento idrico; impianti ad acqua fluente.
Elementi costitutivi di un piccolo impianto idroelettrico ad acqua fluente (5h)
Parametri di progetto; opere di derivazione; opere di adduzione; turbine idrauliche; moltiplicatore di giri; generatori elettrici; opere di connessione alla rete elettrica; servizi ausiliari; opere di restituzione; impatto ambientale.
La portata negli impianti idroelettrici (5h)
Misure dirette di portata; dati idrologici registrati; studio delle portate negli impianti ad acqua fluente.
Un caso di studio (5h)
Descrizione dell’impianto; studi di supporto alle scelte progettuali.
Contesto legislativo (2.5h)
Direttive della Comunità Europea; leggi e decreti italiani; obiettivi previsti
IMPIANTI EOLICI
Aerodinamica e classificazione degli aerogeneratori (2.5h)
Teoria aerodinamica; modello del disco attuatore; modello dell’elemento pala; classificazione degli aerogeneratori per taglia, per asse di rotazione, per sistema di generazione; dispositivi di regolazione; prestazioni.
Analisi statistica del vento (5h)
Velocità medie, deviazione standard e valori massimi; istogrammi di frequenza; densità di probabilità; profili logaritmici di velocità; diagrammi polari; calcolo dell’AEP; costi di installazione e profitti
Metodi didattici
Il corso è organizzato nel seguente modo:
- lezioni frontali sui contenuti del corso;
- esempi applicativi volti ad illustrare le applicazioni pratiche delle nozioni impartite.
Modalità di verifica dell’apprendimento
L’obiettivo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di raggiungimento degli obiettivi formativi precedentemente indicati.
L’esame di FONTI ENERGETICHE RINNOVABILI consiste in una prova orale, durante la quale sono formulate tre domande, indicativamente due delle quali inerenti il modulo FONTI ENERGETICHE RINNOVABILI DA ENERGIA TERMICA ed una delle quali inerente il modulo FONTI ENERGETICHE RINNOVABILI DA ENERGIA MECCANICA. Il candidato è tenuto a mostrare una ragionevole padronanza degli elementi costitutivi dei differenti tipi di impianto, dei loro principi di funzionamento e degli impatti economici ed ambientali relativi a ciascuno di essi.
La valutazione finale è la media pesata, con pesi proporzionali al numero di CFU corrispondenti, delle domande rispettivamente inerenti le FER-ET e le FER-EM.
Testi di riferimento
Testo di riferimento: Appunti del corso; slides proiettate a lezione.
Testi di approfondimento:
- ESHA, Guida alla realizzazione di un piccolo impianto idroelettrico. Bruxelles, Belgio, 2007.
- CAFFARELLI A., DE SIMONE G., STIZZA M., D’AMATO A., VERGELLI V., Sistemi eolici: progettazione e valutazione economica, Maggioli Editore, 2009.
