Hidraulica

Hidrulica

Hidrulica e hidrosttica ilustrada.La hidrulica es una rama de la mecnica de fluidos y ampliamente presente en la ingeniera que se encarga del estudio de las propiedades mecnicas de los lquidos. Todo esto depende de las fuerzas que se interponen con la masa y a las condiciones a que est sometido el fluido, relacionadas con la viscosidad de este.

ndice [ocultar] 1 Etimologa2 Historia2.1 Egipto y Grecia3 Lugares en donde se desarroll3.1 Antigua Roma3.2 La generacin de energa3.3 La rueda hidrulica3.4 La hidrulica en los pases rabes4 Ciencias de la tierra relacionadas con la hidrulica5 Produccin de energa5.1 Ventajas sobre otras fuentes de energa5.2 Inconvenientes6 Notas y referencias7 Vase tambin8 Bibliografa9 Enlaces externosEtimologa[editar]La palabra hidrulica proviene del griego ?d?a?????? (hydrauliks) que, a su vez, viene de tubo de agua, palabra compuesta por ?d?? (agua) y a???? (tubo).

Historia[editar]Egipto y Grecia[editar]Las civilizaciones ms antiguas se desarrollaron a lo largo de los ros ms importantes de la Tierra, La experiencia y la intuicin guiaron a estas comunidades en la solucin de los problemas relacionados con las numerosas obras hidrulicas necesarias para la defensa riberea, el drenaje de zonas pantanosas, el uso de los recursos hdricos, la navegacin.

En las civilizaciones de la antigedad, estos conocimientos se convirtieron en privilegio de una casta sacerdotal. En el antiguo Egipto los sacerdotes se transmitan, de generacin en generacin, las observaciones y registros, mantenidos en secreto, respecto a las inundaciones del ro, y estaban en condiciones, con base en stos, de hacer previsiones que podran ser interpretadas fcilmente a travs de adivinaciones transmitidas por los dioses. Fue en Egipto donde naci la ms antigua de las ciencias exactas, la geometra que, segn el historiador griego Herdoto, surgi a raz de exigencias catastrales relacionadas con las inundaciones del ro Nilo.

Con los griegos la ciencia y la tcnica pasan por un proceso de desacralizacin, a pesar de que algunas veces se relegan al terreno de la mitologa.

Tales de Mileto, de padre griego y madre fenicia, atribuy al agua el origen de todas las cosas. La teora de Tales de Mileto, al igual que la teora de los filsofos griegos subsecuentes del perodo jnico, encontraran una sistematizacin de sus principios en la fsica de Aristteles. Fsica que, como se sabe, est basada en los cuatro elementos naturales, sobre su ubicacin, sobre el movimiento natural, es decir hacia sus respectivas esferas, diferenciado del movimiento violento. La fsica antigua se basa en el sentido comn, es capaz de dar una descripcin cualitativa de los principales fenmenos, pero es absolutamente inadecuada para la descripcin cuantitativa de los mismos.

Las primeras bases del conocimiento cientfico cuantitativo se establecieron en el

siglo III a. C. en los territorios en los que fue dividido el imperio de Alejandro Magno, y fue Alejandra el epicentro del saber cientfico. Euclides recogi, en los Elementos, el conocimiento precedente acerca de la geometra. Se trata de una obra nica en la que, a partir de pocas definiciones y axiomas, se deducen una infinidad de teoremas. Los Elementos de Euclides constituirn, por ms de dos mil aos, un modelo de ciencia deductiva de un insuperable rigor lgico. Arqumedes de Siracusa estuvo en contacto epistolar con los cientficos de Alejandra.

Arqumedes realiz una gran cantidad de descubrimientos excepcionales. Uno de ellos empez cuando Hiern II reinaba en Siracusa. Quiso ofrecer a un santuario una corona de oro, en agradecimiento por los xitos alcanzados. Contrat a un artista con el que pact el precio de la obra y adems le entreg la cantidad de oro requerida para la obra. La corona terminada fue entregada al rey, con la plena satisfaccin de ste, y el peso tambin coincida con el peso de oro entregado. Un tiempo despus, sin embargo, Hiern II tuvo motivos para desconfiar de que el artista lo haba engaado sustituyendo una parte del oro con plomo, manteniendo el mismo peso. Indignado por el engao, pero no encontrando la forma de demostrarlo, solicit a Arqumedes que estudiara la cuestin. Absorto por la solucin de este problema, Arqumedes observ un da, mientras tomaba un bao en una tina, que cuando l se sumerga en el agua, sta se derramaba hacia el suelo. Esta observacin le dio la solucin del problema. Salt fuera de la tina y, emocionado, corri desnudo a su casa, gritando: Eureka! Eureka! (que, en griego, significa: "Lo encontr, lo encontr!").

Arqumedes fue el fundador de la hidrosttica, y tambin el precursor del clculo diferencial: recurdese su clebre demostracin del volumen de la esfera, y en conjunto con los cientficos de Alejandra no desde las aplicaciones a la ingeniera de los descubrimientos cientficos, tentando disminuir la brecha entre ciencia y tecnologa, tpica de la sociedad de la antigedad clsica, sociedad que, como es bien sabido, estaba basada en la esclavitud.

En el campo de la hidrulica l fue el inventor de la espiral sin fin, la que, al hacerla girar al interior de un cilindro, es usada an hoy para elevar lquidos.

Vase tambin el captulo referente al tornillo de Arqumedes

Lugares en donde se desarroll[editar]La primera central hidroelctrica moderna se construy en 1880 en Northumberland, Gran Bretaa. El renacimiento de la energa hidrulica se produjo por el desarrollo del generador elctrico, seguido del perfeccionamiento de la turbina hidrulica y debido al aumento de la demanda de electricidad a principios del siglo XX. En 1920 las centrales hidroelctricas generaban ya una parte importante de la produccin total de electricidad. En todo el mundo, este tipo de energa representa aproximadamente la cuarta parte de la produccin total de electricidad, y su importancia sigue en aumento. Los pases en los que constituye fuente de electricidad ms importante son Noruega (99%), Zaire (97%) y Brasil (96%). La central de Itaip, en el ro Paran, est situada entre Brasil y Paraguay, se inaugur en 1982 y tiene la mayor capacidad generadora del mundo. Como referencia, la presa Grand Coulee, en Estados Unidos, genera unos 6.500 Mw y es una de las ms grandes.

En algunos pases se han instalado centrales pequeas, con capacidad para generar entre un kilovatio y un megavatio. En muchas regiones de China, por ejemplo, estas pequeas presas son la principal fuente de electricidad. Otras naciones en vas de desarrollo estn utilizando este sistema con buenos resultados.

Antigua Roma[editar]Los antiguos romanos, que difundieron en todo el Mediterrneo su propio modelo de vida urbana, basaron el bienestar y el buen vivir especialmente en la disponibilidad de abundante cantidad de agua. Se considera que los acueductos suministraban ms de un milln de m de agua al da a la Roma Imperial, la mayor parte distribuida a viviendas privadas por medio de tubos de plomo. Llegaban a Roma por lo menos un

a docena de acueductos unidos a una vasta red subterrnea.

Pont du Gard a Nmes.Para construir el acueducto Claudio se requirieron, por 14 aos consecutivos, ms de 40 mil carros de tufo por ao.

En las provincias romanas los acueductos atravesaron con frecuencia profundos valles, como en Nmes, donde el Pont du Gard de 175 m de longitud tiene una altura mxima de 49 m, y en Segovia, en Espaa, donde el puente-acueducto de 805 m de longitud todava funciona.

Los romanos excavaron tambin canales para mejorar el drenaje de los ros en toda Europa y, menos frecuentemente para la navegacin, como es el caso del canal Rin-Mosa de 37 km de longitud. Pero sin duda en este campo la obra prima de la ingeniera del Imperio romano es el drenaje del lago Fucino, a travs de una galera de 5,5 km por debajo de la montaa. Esta galera solo fue superada en el 1870 con la galera ferroviaria del Moncenisio. El Portus Romanus, completamente artificial, se construy despus del de Ostia, en el tiempo de los primeros emperadores romanos. Su baha interna, hexagonal, tena una profundidad de 4 a 5 m, un ancho de 800 m, muelle de ladrillo y mortero, y un fondo de bloques de piedra para facilitar su dragado.

La generacin de energa[editar]

Rueda hidrulica.La principal fuente de energa de la antigedad fue el llamado molino griego, constituido por un eje de madera vertical, en cuya parte inferior haba una serie de paletas sumergidas en el agua. Este tipo de molino fue usado principalmente para moler los granos, el eje pasaba a travs de la mquina inferior y haca girar la mquina superior, a la cual estaba unido. Molinos de este tipo requeran una corriente veloz, y seguramente se originaron en las regiones colinares del Medio Oriente, a pesar de que Plinio el Viejo atribuye la creacin de los molinos de agua para moler granos al norte de Italia. Estos molinos generalmente eran pequeos y ms bien lentos, la piedra de moler giraba a la misma velocidad que la rueda, tenan por lo tanto una pequea capacidad de molienda, y su uso era puramente local. Sin embargo pueden ser considerados los precursores de la turbina hidrulica, y su uso se extendi por ms de tres mil aos.

El tipo de molino hidrulico con eje horizontal y rueda vertical se comenz a construir en el siglo I a. C. por el ingeniero militar Marco Vitruvio Polione. Su inspiracin puede haber sido la rueda persa o saqya, un dispositivo para elevar el agua, que estaba formado por una serie de recipientes dispuestos en la circunferencia de la rueda que se hace girar con fuerza humana o animal. Esta rueda fue usada en Egipto (Siglo IV a. C.). La rueda hidrulica vitruviana, o rueda de tazas, es bsicamente una rueda que funciona en el sentido contrario. Diseada para moler grano, las ruedas estaban conectadas a la mquina mvil por medio de engranajes de madera que daban una reduccin de aproximadamente 5:1. Los primeros molinos de este tipo eran del tipo en los que el agua pasa por debajo.

Ms tarde se observ que una rueda alimentada desde arriba era ms eficiente, al aprovechar tambin la diferencia de peso entre las tazas llenas y las vacas. Este tipo de rueda, significativamente ms eficiente requieren una instalacin adicional considerable para asegurar el suministro de agua: generalmente se represaba un curso de agua, de manera a formar un embalse, desde el cual un canal llevaba un flujo regularizado de agua a la rueda.

Serrera romana de Hierpolis. Del siglo III de la Era Cristiana, es la muestra ms antigua del mecanismo biela-manivela.1 2 3Este tipo de molino fue una fuente de energa mayor a la que se dispona anteriormen

te, y no solo revolucion la molienda de granos, sino que abri el camino a la mecanizacin de muchas otras operaciones industriales. Un molino de la poca romana del tipo alimentado por debajo, en Venafro, con una rueda de 2 m de dimetro poda moler aproximadamente 180 kg de granos en una hora, lo que corresponde aproximadamente a 3 caballos vapor, en comparacin, un molino movido por un asno, o por dos hombres poda apenas moler 4,5 kg de grano por hora.

Desde el siglo IV d. C. en el Imperio romano se instalaron molinos de notables dimensiones. En Barbegal, en las proximidades de Arls, en el 310, se usaron para moler granos 16 ruedas alimentadas desde arriba, que tenan un dimetro de hasta 2,7 m cada una. Cada una de ellas accionaba, mediante engranajes de madera dos mquinas: La capacidad llegaba a 3 toneladas por hora, suficientes para abastecer la demanda de una poblacin de 80 mil habitantes, la poblacin de Arls en aquella poca no sobrepasaba las 10 mil personas, es por lo tanto claro que abasteca a una vasta zona.

Es sorprendente que el molino de Vitruvio no se popularizara, en el Imperio romano hasta el tercero o cuarto siglo. Siendo disponible en la poca los esclavos y otra mano de obra a bajo precio, no haba un gran incentivo para promover una actividad que requera la utilizacin de capital, se dice adems que el emperador Vespasiano (69 79 d. C.) se habra opuesto al uso de la energa hidrulica porque esta habra provocado la desocupacin. Gracias ha esto nos da mucho ahorro de energa ya que en la actualidad se est viendo alta contaminacin ambiental

La rueda hidrulica[editar]

Ruedas de agua en Hama - Siria.

Azud de La Montaa de Aranjuez, EspaaEn la Edad Media, la rueda hidrulica fue ampliamente utilizada en Europa para una gran variedad de usos industriales El Domesday Book, el catastro ingls elaborado en el 1086, por ejemplo reporta 5.624 molinos de agua, todos del tipo vitruviano. Estos molinos fueron usados para accionar aserraderos, molinos de cereales y para minerales, molinos con martillos para trabajar el metal o para batanes, para accionar fuelles de fundiciones y para una variedad de otras aplicaciones. De este modo tuvieron tambin un papel importante en la redistribucin territorial de la actividad industrial.

Otra forma de energa desarrollada en la Edad Media fue el molino de viento. Desarrollado originalmente en Persia en el siglo VII, parece que tuvo su origen en las antiguas ruedas de oraciones accionadas por el viento utilizadas en Asia central. Otra hiptesis plausible pero no demostrada, es la de que el molino de viento se derivara de las velas de los navos. Durante el siglo X estos molinos elicos fueron ampliamente utilizados en Persia, para bombear agua. Los molinos persas estaban constituidos por edificios de dos pisos, en el piso inferior se encontraba una rueda horizontal accionada por 10 a 12 alas adaptadas para captar el viento, conectadas a un eje vertical que transmita el movimiento a la mquina situada en el piso superior, con una disposicin que recuerda los molinos de agua griegos. Los molinos de viento de ejes horizontales se desarrollaron en Europa del norte entorno al siglo XIII.

La hidrulica en los pases rabes[editar]En la Edad Media el islam contribuy en forma importante al desarrollo de la hidrulica. En el rea geogrfica donde se ubica el primer desarrollo de la civilizacin islmica se realizaron importantes obras hidrulicas, como por ejemplo canales para la distribucin de agua, con un uso frecuente de sifones, casi desconocidos anteriormente, pero lo que tiene ms significado, el Islam asegur la continuidad del conocimiento con las civilizaciones antiguas, particularmente con la alejandrina. Cuando en el Renacimiento se redescubri la civilizacin clsica y su ciencia, en realidad se dispona de tcnicas mucho ms evolucionadas que en la antigedad y de instrumentos ma

temticos mucho ms verstiles, como la numeracin rabe y el lgebra, tambin de origen ra

Entre los numerosos arquitectos que actuaban en el Renacimiento, el ms significativo fue Leonardo Da Vinci (1452 1519). A Leonardo se debe la primera versin de la conservacin de la masa en un curso de agua, en el cual el producto entre la velocidad media del agua en una seccin y el rea de la misma seccin es constante, mientras que, siempre Leonardo observa, la velocidad del agua es mxima en el centro del ro y mnima sobre los bordes. En tiempos recientes se ha reconducido el estudio de la turbulencia al de los sistemas dinmicos que conducen al caos. Actualmente la verdadera naturaleza del movimiento turbulento no est del todo clara, y el enfoque probabilstico parecera no ser el simple reflejo de nuestra ignorancia, sino que reflejara la esencia misma del fenmeno, como en otras ramas de la fsica.

Se puede concluir que es ms fcil estudiar el movimiento de cuerpos celestes infinitamente lejanos que el de un arroyito que corre a nuestros pies (Galileo Galilei): Discurso sobre dos ciencias nuevas

Ciencias de la tierra relacionadas con la hidrulica[editar]Se relacionan ntimamente con la hidrulica las siguientes ramas de la ciencias de la tierra:

Mecnica de fluidos.mecnica de medios continuos que describe el movimiento de fluidos (gases y lquidos), sin tener en cuenta las causas que lo provocan (cinemtica) o tenindolas en cuenta (dinmica);Hidrologa, que analiza el comportamiento del agua en la naturaleza, en las diversas fases del ciclo hidrolgico;Hidrogeologa, que se ocupa de las aguas subterrneas;Hidrografa, que se ocupa de la descripcin y estudio sistemtico de los diferentes cuerpos de agua planetarios;Oceanografa, que estudia todos los procesos fsicos, qumicos y biolgicos que se dan en el mar y en los ocanos.Produccin de energa[editar]El funcionamiento bsico consiste en aprovechar la energa cintica del agua almacenada, de modo que accione las turbinas hidrulicas.

Para aprovechar mejor el agua llevada por los ros, se construyen presas para regular el caudal en funcin de la poca del ao. La presa sirve tambin para aumentar el salto y as mejorar su aprovechamiento.

Ventajas sobre otras fuentes de energa[editar]Disponibilidad: El ciclo del agua lo convierte en un recurso inagotable.Energa limpia: No emite gases "invernadero", ni provoca lluvia cida, ni produce emisiones txicas.Energa barata: Sus costes de explotacin son bajos, y su mejora tecnolgica hace que se aproveche de manera eficiente los recursos hidrulicos disponibles.Trabaja a temperatura ambiente: No son necesarios sistemas de refrigeracin o calderas, que consumen energa y, en muchos casos, contaminan.El almacenamiento de agua permite el suministro para regados o la realizacin de actividades de recreo.La regulacin del caudal controla el riesgo de inundaciones y desates de agua.Inconvenientes[editar]Su construccin y puesta en marcha requiere inversiones importantes. y los emplazamientos en donde se pueden construir centrales hidroelctricas en buenas condiciones econmicas son limitados.Las presas se convierten en obstculos insalvables para especies como los salmones, que tienen que remontar los ros para desovar. Por su parte, los embalses afectan a los cauces, provocan erosin, e inciden en general sobre el ecosistema del lugar.Empobrecimiento del agua: El agua embalsada no tiene las condiciones de salinidad, gases disueltos, temperatura, nutrientes, y dems propiedades del agua que fluy

e por el ro. Los sedimentos se acumulan en el embalse, por lo que el resto del ro hasta la desembocadura acaba empobrecindose de nutrientes. Asimismo, puede dejar sin caudal mnimo el tramo final de los ros, especialmente en pocas de sequa.Los emplazamientos hidrulicos suelen estar lejos de las grandes poblaciones, por lo que es necesario transportar la energa elctrica producida a travs de costosas redes.Notas y referencias[editar]Volver arriba ? Grewe, Klaus (2010), La mquina romana de serrar piedras. La representacin en bajorrelieve de una sierra de piedras de la antigedad, en Hierpolis de Frigia y su relevancia para la historia tcnica (traduccin al castellano: Miguel Ordez), Las tcnicas y las construcciones de la Ingeniera Romana, V Congreso de las Obras, pp. 381401 (para descargar el artculo se necesita registrarse en el sitio web por gratuito)Volver arriba ? Grewe, Klaus (2009), Die Reliefdarstellung einer antiken Steinsgemaschine aus Hierapolis in Phrygien und ihre Bedeutung fr die Technikgeschichte. Internationale Konferenz 13.-16. Juni 2007 in Istanbul, en Bachmann, Martn (en alemn), Bautechnik im antiken und vorantiken Kleinasien, Byzas, 9, Istanbul: Ege Yayinlari/Zero Prod. Ltd., pp. 429454 (429), ISBN 978-975-807-223-1Volver arriba ? Ritti, Tullia; Grewe, Klaus; Kessener, Paul (2007), A Relief of a Water-powered Stone Saw Mill on a Sarcophagus at Hierapolis and its Implications (en ingls), Journal of Roman Archaeology 20: 138163 (161)Vase tambin[editar]Definiciones usuales en hidrulicaHidrodinmicaHidrostticaNeumticaObras hidrulicasOleohidrulicaBibliografa[editar]Open Channel Hydraulics (1959); (traducido al espaol como: Hidrulica de los Canales Abiertos. Ven Te Chow. Editorial Diana, Mxico, 1983. ISBN 968-13-1327-5)Enlaces externos[editar]Rueda hidrulicaCategoras: HidrulicaIngeniera hidrulicaIngeniera civilIngeniera mecnicaMen de navegacinCrear una cuentaAccederArtculoDiscusinLeerEditarVer historial

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