Idraulica dei Flussi: Tipologie, Regimi e Proprietà Fondamentali

Flussi a Superficie Libera

Quando un liquido circolante non riempie completamente il condotto che lo trasporta o è guidato da un canale, si parla di flusso a superficie libera. In questi casi, il liquido è a pressione atmosferica. Diciamo quindi che il condotto funziona come un canale (ad esempio, canali di scolo e fognature), assimilabile a un flusso senza pressione o flusso per gravità.

Flusso in Condotta Forzata (o in Pressione)

Quando il liquido riempie completamente un condotto (spesso a sezione circolare) ed esercita una certa pressione sulle pareti del tubo, si dice che il condotto opera sotto pressione. Questo è un flusso in condotta forzata o flusso in pressione. In questo caso, il movimento del fluido è dovuto alla pressione presente all'interno del condotto.

Regimi di Flusso

Flusso Laminare

Nel flusso laminare, ogni elemento di fluido si muove nella stessa direzione e alla stessa velocità degli altri elementi, creando linee di corrente ben definite. Le traiettorie di due particelle sono sempre parallele tra loro e parallele alla direzione della velocità del fluido.

Flusso Turbolento

In un flusso turbolento, non tutti gli elementi si muovono nella stessa direzione e con la stessa velocità; c'è un movimento caotico e irregolare. Questo crea cerchi irregolari (vortici) chiamati correnti secondarie. Queste correnti generano attriti interni maggiori rispetto al flusso laminare.

Tipi di Canali

Un canale aperto è un condotto in cui l'acqua scorre con una superficie libera.

In base alla loro origine, i canali possono essere naturali o artificiali:

• I canali naturali comprendono tutti i tipi di correnti d'acqua che si verificano naturalmente sulla terra, variando in dimensione da piccole insenature a grandi fiumi, estuari e canali di marea. Anche le correnti sotterranee che trasportano acqua con una superficie libera sono considerate canali aperti naturali.
• I canali artificiali corrispondono a opere di diversi materiali e dimensioni, costruite o sviluppate dall'uomo per scopi specifici, come canali di navigazione, canali per centrali idroelettriche, canali di irrigazione, fossi di scolo lungo le strade, scarichi, canali di sfioro, ecc.

Le proprietà idrauliche dei canali artificiali possono essere controllate o progettate per soddisfare esigenze specifiche. Le condotte fognarie sono anch'esse considerate canali aperti, in quanto presentano una superficie libera.

Portata (Q)

La portata (Q) è il rapporto tra il volume di liquido (V) che attraversa una sezione (S) e il tempo (t) impiegato per passare.

Rapporto tra Velocità e Sezione

La figura (non presente nel testo) mostra che, a parità di portata, minore è la sezione del canale, maggiore è la velocità del fluido che lo attraversa.

Se le portate sono le stesse, vale la relazione:

S₁ * v₁ = S₂ * v₂

L'altezza h può essere calcolata assumendo che sia l'altezza massima raggiunta da un corpo lanciato verso l'alto con velocità v, secondo la formula:

h = v² / (2g)