Le [[Misure di portata]] in canali a pelo libero, come fiumi, torrenti o canali artificiali, si basano sulla correlazione biunivoca tra il livello del fluido e la portata volumica in una specifica sezione. Questa metodologia consente di semplificare la misura di portata riconducendola a una più agevole misura di livello idrico, previa [[Taratura dei misuratori di portata|taratura]] della sezione.
```mermaid
graph LR
A(Canali aperti) --> B(Relazione Q-h)
A --> C(Metodi di misura)
B --> D(Sbarramenti)
B --> E(Restringimenti)
C --> F(Integrazione profili)
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class A main;
class B,C,D,E,F sub;
```
### Relazione tra livello e portata
Nei canali aperti, l'aumento della portata volumica $Q$ determina un incremento del livello del flusso $h$. La relazione funzionale $Q = f(h)$, nota come scala di deflusso, viene definita per ogni sezione di misura.
In presenza di sbarramenti o restringimenti geometrici calibrati, la relazione assume la forma matematica generale:
$Q = C \cdot R^a \cdot h^b \tag{1}$
dove $C$ è il coefficiente di efflusso (che tiene conto delle perdite energetiche e della contrazione della vena), $R$ è un fattore geometrico caratteristico della sezione, $h$ è il livello del fluido misurato rispetto a un piano di riferimento, mentre $a$ e $b$ sono esponenti empirici dipendenti dalla geometria della struttura di misura.
### Metodi di taratura e strutture standardizzate
La determinazione dei coefficienti dell'equazione (1) può avvenire secondo due approcci:
- **Taratura sperimentale diretta**: Si mappa la velocità del fluido su una griglia di punti della sezione trasversale del canale e si integra numericamente il campo di moto per calcolare la portata di riferimento associata a ciascun livello $h$.
- **Sistemi di sbarramento normati**: Si inseriscono nel canale strutture geometriche standardizzate (come stramazzi a risega o canalette Venturi) di cui sono note a priori in letteratura tecnica le curve caratteristiche $Q = f(h)$ e i relativi coefficienti di efflusso.
### Esempi ed esercizi
Immagina di voler misurare quanta acqua scorre in un ruscello irregolare usando solo un righello. Se misuri l'altezza dell'acqua direttamente sulle rocce, la misura sarà imprecisa perché la forma del letto cambia continuamente. Se però costruisci una piccola diga di legno con un intaglio a forma di "V" (uno stramazzo), costringerai tutta l'acqua a passare da quella fessura precisa. Più acqua arriva, più il livello nella "V" sale. Grazie a formule matematiche già pronte per quella specifica forma geometrica, ti basterà misurare con il righello l'altezza dell'acqua nella "V" per sapere esattamente quanti litri al secondo stanno passando.
##### Domande di teoria
- [ ] Descrivi il principio fisico alla base della relazione tra livello idrico e portata nei canali a pelo libero.
- [ ] Spiega come viene determinata sperimentalmente la scala di deflusso $Q = f(h)$ in una sezione naturale non normata.
- [ ] Qual è il ruolo del coefficiente di efflusso $C$ nell'equazione di stima della portata per sbarramenti e restringimenti?
### Collegamenti
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