hidràulica

enginyeria hidràulica, hidráulica (es), hydraulics (en)
f
Física

Laboratori d'hidràulica (Bundesanstalt für Wasserbau)

© Fototeca.cat

Branca de la física i de l’enginyeria que estudia l’equilibri i el moviment dels líquids, principalment en funció de llurs aplicacions tècniques, i els aparells, les instal·lacions i els sistemes destinats a llur manipulació mecànica.

Els aspectes més teòrics de la hidràulica són englobats en la mecànica de fluids, i és poc determinada la frontera entre ambdues. El desenvolupament de la hidràulica com a ciència va molt lligat al de les seves aplicacions i, per tant, a la història social dels homes. Des de 4 000 anys aC hom féu obres hidràuliques aplicades a l’agricultura (assuts, canals, pous), aparells per a elevar l’aigua (sínies) i aparells per a l’aprofitament energètic (roda hidràulica). En el període grecoromà tingué un moment brillant amb l’escola d’Alexandria (Arquimedes, Ctesíbios, Filó, Heró), on coincidiren progrés de coneixements i creacions pràctiques (cargol d’Arquimedes, bomba aspirant-impel·lent, bola d’Heró); aquestes darreres, però, no trobaren aplicació per culpa del sistema de producció esclavista, que no cercava la substitució de l’energia humana per energia mecànica. Durant l’edat mitjana la hidràulica experimentà un fort progrés en les aplicacions pràctiques, malgrat que els coneixements teòrics restaren més aturats. La roda hidràulica, aplicada a molins d’aigua i a serradores, prengué importància com a font d’energia mecànica i col·laborà en la transformació de les relacions de producció. Paral·lelament, fou inventat el molí de vent. Amb l’aplicació del mètode experimental i la separació de la metafísica i la ciència en el període del renaixement, es produí un avenç decisiu en els coneixements teòrics. Torricelli, Pascal i Newton formularen llurs teories, on apareixen els principals conceptes emprats modernament (pressió, viscositat, resistència al moviment, etc). Durant els ss XVIII i XIX es produí una escissió entre els estudis matemàtics a partir del model continu de constitució de la matèria (hidrodinàmica teòrica), amb poc contacte amb l’experimentació, i la recerca de resultats directament aplicables a partir de dades experimentals (hidràulica pràctica). Aquesta darrera es concretà en estudis sobre canals, vessadors, corbes de rabeig, pèrdues de càrrega, corrents per terrenys permeables i transports de sòlids. Foren inventats nombrosos aparells i sistemes de mesura (tub de Pitot, molinets, models reduïts) i les màquines transformadores d’energia (aparició de les turbines hidràuliques). En els darrers anys, amb els estudis sobre gasos i vapors, les dues tendències, la teòrica i l’experimental, s’han agrupat en una disciplina més àmplia, la mecànica de fluids. En el camp de la hidràulica aplicada cal destacar el desenvolupament dels laboratoris (i, amb ells, dels experiments sobre models reduïts), el perfeccionament de les màquines (en primer lloc turbomàquines i després màquines volumètriques) i l’aparició dels circuits de comanda i transmissió de moviments. Els principals camps d’estudi de la hidràulica són, d’una banda, les qüestions generals, com la hidroestàtica i els fonaments d'hidrodinàmica matemàtica i, de l’altra, estudis detallats sobre el flux líquid, amb règim permanent o transitori, laminar o turbulent, per conductes llargs, a zones on es produeix una singularitat o bé a l’interior de les màquines, i sobre les forces produïdes pel moviment relatiu d’un sòlid respecte a una massa líquida. Hom classifica el flux per conductes en dues categories: flux amb superfície lliure i flux sota càrrega (és a dir, per conductes tancats). Dins la primera categoria hom estudia la relació entre les proporcions d’un canal o d’un riu, el seu pendent i el cabal que hi passa; el perfil superficial que s’estableix allà on el canal (o el riu) s’eixampla (corbes de rabeig); les relacions entre la forma del dintell, l’alçada de làmina i el cabal en els vessadors; també hi són estudiats fenòmens transitoris, com la propagació d’intumescències i ones. Dins el flux sota càrrega hom estudia les pèrdues de càrrega, les contraccions en passar per forats i brocs, i, com a fenòmens transitoris, els cops d’ariet, i les oscil·lacions a xemeneies d’equilibri que es produeixen en modificar sobtadament el cabal. En tots els casos, i particularment en el càlcul i el disseny de màquines, són també importants l’estudi de la distribució de velocitats sobre la secció recta del conducte i l’estudi dels fenòmens de cavitació. Hom estudia també el funcionament general i els problemes tecnològics de diverses màquines i sistemes de transmissió hidràulics. Hi ha branques especialitzades, com la hidràulica marítima, que analitza el moviment de grans masses de líquid, amb els seus fenòmens més característics (ones, xipolleig, marees, embat sobre costes i ports, etc), i la hidràulica subterrània, que estudia el flux per medis porosos, velocitats de filtració i perfils dels aqüífers.