Hidráulico

No debe confundirse con Hidrografía o Hidrología .

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El hidráulico (del griego: (hydraulikos) de la raíz (hydor, griego para agua) y (aulos, es decir, tubería) es una tecnología y ciencia aplicada con el propósito de estudiar las propiedades mecánicas de líquidos y fluidos . La mecánica de fluidos es una ciencia fundamental que forma la base teórica de la hidráulica. La ingeniería utiliza la hidráulica para la generación, control y transmisión de energía mediante el uso de fluidos a presión. Los temas de estudio de la hidráulica abarcan cuestiones científicas y de ingeniería. Se trata de la ingeniería hidráulica con los conceptos de flujo en tuberías , el diseño de presas , la microfluídica y las bombas . Los principios de la hidráulica también se utilizan en biología en el cuerpo humano, por ejemplo, el sistema cardiovascular . La hidráulica de superficie libre es la rama de la hidráulica que estudia los caudales de Flujos superficiales. iber, como ríos , canales , lagos , estuarios y mares .

Definiciones

Antiguamente, la hidráulica designaba la ciencia que enseña a medir, dirigir y elevar el agua. Las máquinas hidráulicas se refieren principalmente a las bombas utilizadas para este fin. La hidráulica estaba entonces a cargo del encargado de la fuente y sus trabajadores especializados: bomberos , especializados en la fabricación y mantenimiento de bombas, y fontaneros , especializados en la conformación del plomo.

Louis Vicat le dará un significado adicional, la hidráulica designa la calidad de los morteros , yesos , cal y cementos que pueden fraguar bajo el agua.

La palabra hidráulica hoy en día designa dos campos diferentes:

• las ciencias y tecnologías del agua natural y sus usos: hidrología , hidráulica urbana , hidrogeología ,  etc. (ver el Portal del Agua );
• de ciencia y tecnología de uso industrial fluidos a presión: hidrostática y hidro , aceite hidráulico , motor hidráulico , bomba hidráulica , prensa hidráulica , máquina hidráulica ,  etc.

Campos de estudios en hidráulica

Los campos de estudio que ofrece incluyen varios campos:

• las máquinas hidráulicas (ver hidromecánica y oleohidráulica );
• flujos de fluidos incompresibles en una tubería o en una superficie libre  ;
• la energía hidráulica  ;
• el agua urbana  ;
• la hidráulica del río  ;
• el soporte hidráulico  ;
• los canales .

Histórico

La palabra hidráulica proviene de la palabra griega ( hydraulikos ) que proviene de que significa órgano de agua que a su vez deriva de ( agua ) y ( tuberías ).

En el mundo mediterráneo, los primeros grandes maestros de esta ciencia fueron Garza de Alejandría y Ctesibios . Así que este último perfeccionó la clepsidra , inventó un montacargas y un órgano hidráulico , la hidraula.

En general, el fluido utilizado en los sistemas hidráulicos ( agua o aceite ) es incompresible. Se aplica presión al fluido a través de un pistón en un cilindro , provocando una presión equivalente a la de otro pistón que entrega la energía. Si el área del segundo pistón es mayor que la del primero, entonces la fuerza ejercida por el segundo pistón es mayor que la aplicada al primer pistón. Este es el principio de la prensa hidráulica , que fue descubierto en 1650 por Blaise Pascal e implementado en 1785 por Joseph Bramah .

Uno de los fundadores de la hidráulica moderna fue Benedetto Castelli , alumno de Galileo Galilei .

Aire comprimido versus sistema hidráulico

La compresión de un gas libera calor , que es energía desperdiciada. Cuanto mayor sea la presión , mayor será el calor liberado. Por tanto, el rendimiento es menor.

Por el contrario, con un líquido incompresible (aceite, agua), el calor liberado durante la presurización se debe solo a la fricción (desplazamiento del líquido) y aumenta poco con la presión. Se obtienen así rendimientos considerablemente superiores a los obtenidos con sistemas de aire comprimido .

La pérdida de energía debido a la circulación de un fluido depende de: la longitud de la tubería, el diámetro de la tubería, los obstáculos al movimiento del fluido, su velocidad, la densidad del fluido (agua: 1000 g / aire sin comprimir: 1,3  g / l).

Pero como las fugas de aire suelen tener efectos insignificantes, no ocurre lo mismo con las fugas de aceite (contaminación, riesgo de incendio, etc.) o las fugas de agua (oxidación de las habitaciones vecinas, etc.).

Estudios hidraulicos

Existen varios tipos de estudios hidráulicos. Estos estudios consisten en calcular la altura del agua y las velocidades de flujo en una sección mojada. Todos estos estudios utilizan ecuaciones como la de Manning-Strickler, Bernouilli, Colebrook o Barré Saint Venant . Es posible clasificar los estudios hidráulicos según la complejidad de los modelos utilizados:

• método clásico simple sin modelado (uso sin caída de presión compleja o influencia aguas abajo, a menudo en secciones regulares como tuberías circulares, rectangulares, en forma de V o trapezoidales)
• Modelado 1D (utilizado en las áreas de mayor riesgo: inundaciones de valles)
• modelado de casilleros (utilizado en las áreas de mayor riesgo: inundaciones de llanuras)
• Modelado 1D / 2D (utilizado en las áreas de mayor riesgo: inundaciones de valles y llanuras y entorno urbano)
• Modelado 3D (utilizado principalmente en los campos aeroespacial o automotriz)

Las herramientas de modelado son numerosas y, a menudo, de pago, pero hay software gratuito como HEC-RAS o EPANET. Los códigos de cálculo de estas herramientas son tan eficientes como las herramientas de pago, pero la interfaz está menos trabajada.

En la legislación francesa (código urbanístico), los permisos de construcción o permisos urbanísticos se tramitan con una solicitud de estudio hidráulico o aviso hidráulico para explicar a la administración la gestión del agua de lluvia para el futuro proyecto. Algunos proyectos también pueden estar sujetos al código ambiental en función de su importancia y su impacto en los medios acuáticos. Luego, los líderes del proyecto deben validar un archivo llamado archivo "ley del agua" basado en un estudio hidráulico.

La red hidráulica

Una red hidráulica se compone típicamente de:

• tanque  ;
• filtros  ;
• bombas  ;
• válvula de alivio de presión (también llamada regulador );
• globo anti- golpe de ariete (más comúnmente conocido como bola de nitrógeno en el sector agrícola o acumulador de presión);
• válvula de retención  ;
• regulador de flujo  ;
• Regulador de presión ;
• distribuidores y dispositivos de regulación;
• válvulas de equilibrio;
• válvula de paracaídas (especialmente en el campo de los operadores de ascensores );
• limitador de capacidad;
• tuberías flexibles (Francia, tuberías de plomo de los años 50 reemplazadas gradualmente por tuberías de polietileno de alta densidad comúnmente llamado HDPE);
• válvula unidireccional o de derivación  ;
• receptores;
• bomba peristáltica .