Hidráulica

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¿Que es la hidráulica?

La hidráulica incluye el estudio y análisis de fluidos cuando está en movimiento y estacionario. La parte de Hidráulica que se ocupa del estudio del comportamiento estático y la interacción de fluidos se denomina hidrostática; La parte que trata del fluido en movimiento se llama hidrodinámica.

En Ingeniería Civil Hidráulica estudiamos las propiedades y el comportamiento de los fluidos en diferentes aplicaciones de ingeniería civil, como el flujo de agua a través de canales para irrigación, el flujo a través de tuberías de suministro público y el sistema de drenaje de agua. En Ingeniería Civil Hidráulica también estudiamos el efecto del fluido estático, como la presión y la fuerza ejercida por el agua almacenada en las presas en sus paredes.

Principios fundamentales de la Hidráulica

Algunos ejemplos de los principios fundamentales de la ingeniería hidráulica incluyen la mecánica de fluidos , el flujo de fluidos , el comportamiento de los fluidos reales, la hidrología , las tuberías, la hidráulica de canal abierto, la mecánica del transporte de sedimentos , el modelado físico, las máquinas hidráulicas y la hidráulica de drenaje.

La hidráulica se ocupa de asuntos tales como el flujo de líquidos en tuberías, ríos y canales y su confinamiento por represas y tanques. Algunos de sus principios se aplican también a los gases, generalmente en los casos en que las variaciones en la densidad son relativamente pequeñas. En consecuencia, el alcance de la hidráulica se extiende a dispositivos mecánicos como ventiladores y turbinas de gas y a sistemas de control neumático.

Los líquidos en movimiento o bajo presión hicieron un trabajo útil para el hombre durante muchos siglos antes de que el científico y filósofo francés Blaise Pascal y el físico suizo Daniel Bernoulli formulen las leyes en las que se basa la moderna tecnología de energía hidráulica. La ley de Pascal , formulada alrededor de 1650, establece que la presión en un líquido se transmite por igual en todas las direcciones; Es decir , cuando se fabrica agua para llenar un recipiente cerrado, la aplicación de presión en cualquier punto se transmitirá a todos los lados del recipiente. En la prensa hidráulica., La ley de Pascal se utiliza para ganar un aumento de fuerza; una pequeña fuerza aplicada a un pistón pequeño en un cilindro pequeño se transmite a través de un tubo a un cilindro grande, donde presiona igualmente contra todos los lados del cilindro, incluido el pistón grande.

La ley de Bernoulli , formulada alrededor de un siglo después, establece que la energía en un fluido se debe a la elevación, el movimiento y la presión, y si no hay pérdidas debido a la fricción y el trabajo no realizado, la suma de las energías permanece constante. Por lo tanto, la energía de velocidad, derivada del movimiento, se puede convertir parcialmente en energía de presión al ampliar la sección transversal de una tubería, lo que ralentiza el flujo pero aumenta el área contra la cual el fluido está presionando.

Aplicaciones

Los temas comunes de diseño para los ingenieros hidráulicos incluyen estructuras hidráulicas como presas , diques , redes de distribución de agua, redes de recolección de agua, redes de recolección de aguas residuales, gestión de aguas pluviales , transporte de sedimentos y varios otros temas relacionados con la ingeniería de transporte y la ingeniería geotécnica . Las ecuaciones desarrolladas a partir de los principios de la dinámica de fluidos y la mecánica de fluidos son ampliamente utilizadas por otras disciplinas de ingeniería tales como ingenieros mecánicos, aeronáuticos e incluso de tráfico.

Las ramas relacionadas incluyen hidrología y reología, mientras que las aplicaciones relacionadas incluyen modelos hidráulicos, mapeo de inundaciones, planes de manejo de inundaciones, planes de manejo de litorales, estrategias de estuarios, protección costera y alivio de inundaciones.

Historia

La hidráulica no es una ciencia nueva; Ha sido estudiado desde hace siglos. La hidráulica pasó por diferentes épocas, más adiciones y desarrollos para obtener la forma en que se estudia hoy. Antes de iniciar una discusión técnica sobre Hidráulica en Ingeniería Civil, tendremos una estadía en la historia de Hidráulica.

El primer intento de los humanos para tratar con fluidos fue probablemente la construcción de canales para el riego por parte de los egipcios. Pero a ellos no les interesaban mucho las leyes o los principios que rigen el movimiento fluido. Los griegos fueron los primeros en analizar el flujo y la presión de los fluidos. Diseñaron la bomba de pistón, el reloj de agua y también la famosa bomba de tornillo diseñada por Arquímedes. Los romanos también tenían una orientación más práctica. Los conceptos que surgieron, como la continuidad del flujo y la resistencia a la fricción, fueron principalmente el resultado de observaciones.

Los italianos fueron los primeros en observar y estudiar analíticamente el movimiento de los fluidos. Analizaron el movimiento de los chorros de agua y encontraron que la trayectoria del chorro es similar a la del proyectil, y la velocidad de flujo de cualquier chorro es proporcional a la raíz cuadrada de la presión que genera ese chorro.

Con el desarrollo de las matemáticas, el análisis del movimiento del fluido se convirtió en matemático y las mediciones de la velocidad y la presión del flujo del fluido se incluyeron en el estudio. Se desarrollaron equipos para medir la presión y velocidad de los fluidos. Ahora se analizaron con mayor precisión los patrones de flujo. Las ecuaciones de flujo de fluidos a través de tuberías fueron desarrolladas por Poiseuille.

Henry Darcy desarrolló ecuaciones para la resistencia de fricción al flujo de fluidos a través de tuberías. Reynolds definió diferentes tipos de flujo y también observó el fenómeno de la cavitación en el flujo de fluidos. Navier, Stokes y otros desarrollaron ecuaciones matemáticas para el flujo de fluidos. Pero había grandes disparidades entre el comportamiento experimental práctico del fluido y el calculado por estas ecuaciones matemáticas.

¿Alguna vez has oído hablar de Arquímedes? Sin duda, está familiarizado con la legendaria historia de él corriendo completamente desnudo por la calle gritando ‘eureka’. Fue entonces cuando resolvió que el líquido debe aumentar en proporción al peso que se le coloca.

Fue uno de los grandes genios del mundo. También fue la primera persona en comenzar a pensar seriamente cómo se puede aprovechar el poder del agua, inventando dispositivos como el tornillo de Arquímedes y el reloj hidráulico, ambos de los cuales eran tecnologías avanzadas para el momento.

Cómo la tecnología hidráulica ha cambiado el mundo

Los seres humanos siempre han tenido una relación con el agua, después de todo, sostiene la vida. Sin embargo, lo que probablemente no te diste cuenta de que, aparte de beberlo, también lo hemos estado usando como una herramienta tan antigua como los antiguos egipcios y babilonios.

En aquel entonces, la gente construía canales para irrigar sus cultivos, para defenderse y para transportarse. No fue hasta que apareció la hidráulica (que es la ciencia que se ocupa de las leyes físicas del agua) que comenzamos a aprovechar seriamente el poder del agua.

Sistema hidráulico moderno

Los dos grandes cambiadores de juego en la hidráulica fueron la bomba, que aumentó la velocidad y la presión de los líquidos más allá de lo que se podía encontrar en la naturaleza y la unidad hidráulica autónoma.

El segundo de los cuales ahora se usa en una larga lista de aplicaciones, que incluyen: