foronomia

brevi appunti su una scienza poco nota

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Spesso è difficile districarsi nel vasto mondo della conoscenza: se un tempo esistevano personaggi eclettici capaci di spaziare sui più diversi campi del sapere, al giorno d’oggi si assiste ad una sempre maggiore specializzazione. Il tecnico e lo scienziato si focalizzano su di una singola scienza, sviscerandola nei suoi più intimi aspetti, complicando così l’approccio alla conoscenza al profano, conscio della propria ignoranza a riguardo e spesso addirittura ignaro dell’esistenza di certi rami del sapere. In questa breve trattazione si verrà in aiuto al profano, proponendo, senza utilizzare formule che risulterebbero inutilmente ostiche e pesanti, i tratti salienti di una affascinante scienza ignota ai più: la foronomia.

La foronomia è la branca delle scienze idrauliche che si occupa dello studio dell’efflusso di una vena liquida attraverso una luce. È un campo di studi piuttosto antico che si può indicativamente far risalire al ‘600, nonostante i risultati più rilevanti siano stati ottenuti da fine Ottocento in poi, interessando tutt’oggi ricercatori e tecnici.

Il concetto fondamentale della foronomia è quello già citato di “luce” o “bocca”: con questi termini si indica una generica apertura atta a fare fuoriuscire liquido, che in questa sede si assumerà per semplicità essere acqua. Le luci vengono divise in due grandi categorie: le luci a battente e le luci a stramazzo. Le prime sono caratterizzate dall’avere l’intero contorno della luce posto a quota inferiore al pelo libero dell’acqua, mentre nelle seconde il bordo della luce non è completamente lambito dalla vena fluida.

Si introduce inoltre il concetto di “battente”, il quale indica la differenza di quota fra il pelo libero dell’acqua ed il punto più elevato del contorno della luce (si deduce dal nome stesso che il termine “battente” è più utilizzato per le luci a battente, negli stramazzi, infatti, applicando la definizione sopra data, si nota essere nullo). Si definiscono invece “carico” di uno stramazzo il dislivello fra la quota di pelo libero ed il bordo inferiore della luce, e “carico” di una luce a battente il dislivello fra la quota di pelo libero ed il baricentro della luce.

Le principali applicazioni delle luci a battente sono i casi di deflusso da paratoie sommerse, di bocche di serbatoi, di perdite da condotte o serbatoi. La prima osservazione che si può fare per questo tipo di luci è che, a meno di fenomeni dissipativi ed a pressione atmosferica, la vena liquida in uscita si comporta esattamente come un grave qualsiasi. Applicando il noto teorema di Bernoulli, si trova che la velocità del getto in uscita è proprio la velocità torricelliana di un grave in caduta libera, direttamente proporzionale alla radice del carico. Si osserva inoltre che la sezione della vena è inferiore all’area della luce; sperimentalmente si trova il rapporto fra le due, ovviamente inferiore all’unità, che prende il nome di “coefficiente di contrazione”. Si può così trovare la portata (ovvero il volume defluito per unità di tempo) come prodotto fra la velocità, l’area della luce ed il coefficiente di contrazione. Qualora invece non si lavori in condizioni di pelo libero, ma in pressione, per esempio nel tipico caso di perdite in condotte forzate, la velocità di efflusso sarà maggiore, come verificabile facilmente con il già citato teorema di Bernoulli.

Differente è invece il discorso per gli stramazzi, i quali trovano il loro impiego principe in canali a pelo libero, come scarichi di troppo pieno, sfioratori o misuratori di portata. Questa ultima applicazione dipende dal fatto che si ha una legge di proporzionalità, a meno di vari coefficienti, fra la portata ed il carico dello stramazzo, conoscendo questa legge e misurando il tirante, si può agevolmente ricavare il valore di portata. Gli stramazzi possono avere le più diverse forme, sono stati molto studiati e presentano una nomenclatura piuttosto variegata. Il più tipico è lo stramazzo Bazin (che prende il nome dal Bazin autore della celebre omonima formula), a sezione rettangolare a spigolo vivo, che vede numerose applicazioni soprattutto nelle traverse fluviali. Degli stramazzi a sezione triangolare si ricorda lo stramazzo Thompson, le cui pareti formano un angolo di 45° con la verticale. Questi sono particolarmente utili per le misure di portata, poiché ad un lieve aumento della portata corrisponde un forte aumento del carico; per questa stessa caratteristica vengono raramente utilizzati come sfioratori. Si ricordano per gli utilizzi agricoli anche gli stramazzi Cipolletti, a sezione trapezia isoscele.

Attualmente la ricerca in questo campo si concentra sulla sintesi di modelli che descrivano in maniera più fedele possibile l’efflusso del liquido dalle bocche. Il solo studio teorico, infatti, non è sufficiente per descrivere adeguatamente questi fenomeni, poiché si introducono numerose semplificazioni sulle turbolenze e le dissipazioni in atto; è necessaria, pertanto, una forte componente sperimentale che porti allo sviluppo di modelli idrodinamici ed alla proposta di formule di utilizzo pratico.

Questi sono i tratti essenziali, puramente qualitativi e limitati alla nomenclatura di base, della foronomia idraulica. Si è voluto fornire un quadro generale della scienza per mostrare di cosa essa si occupi, senza soffermarsi su dettagli tecnici o su casi particolari, facilmente reperibili in manualistica.

6 Febbraio 2021 
di Andrea Baroni