Hidráulica - Hydraulics

Da Wikipédia, a enciclopédia livre

Hidráulica e outros estudos
Um canal aberto , com profundidade uniforme. A hidráulica de canal aberto lida com fluxos uniformes e não uniformes.
Ilustração de hidráulica e hidrostática.

Hidráulica (do grego : Υδραυλική) é uma tecnologia e ciência aplicada que usa engenharia , química e outras ciências que envolvem as propriedades mecânicas e o uso de líquidos . Em um nível muito básico, a hidráulica é a contraparte líquida da pneumática , que diz respeito aos gases . A mecânica dos fluidos fornece a base teórica para a hidráulica, que se concentra na engenharia aplicada usando as propriedades dos fluidos. Em suas aplicações de energia fluida , a hidráulica é usada para a geração, controle e transmissão de energia pelo uso de líquidos pressurizados . Os tópicos de hidráulica abrangem algumas partes da ciência e a maioria dos módulos de engenharia e abrangem conceitos como fluxo de tubos , projeto de barragens , fluidos e circuitos de controle de fluidos. Os princípios da hidráulica são usados ​​naturalmente no corpo humano, no sistema vascular e no tecido erétil. A hidráulica de superfície livre é o ramo da hidráulica que lida com o fluxo de superfície livre , como ocorre em rios , canais , lagos , estuários e mares . Seu fluxo de subcampo em canal aberto estuda o fluxo em canais abertos .

A palavra "hidráulica" se origina da palavra grega ὑδραυλικός ( hydraulikos ), que por sua vez se origina de ὕδωρ ( hydor , grego para água ) e αὐλός ( aulos , que significa cano ).

História

Eras antigas e medievais

Waterwheels.

Os primeiros usos da energia hídrica datam da Mesopotâmia e do antigo Egito , onde a irrigação era usada desde o 6º milênio AC e os relógios de água eram usados ​​desde o início do 2º milênio AC. Outros primeiros exemplos de energia hídrica incluem o sistema Qanat na antiga Pérsia e o sistema hídrico Turpan na antiga Ásia Central.

Império Persa

No Império Persa , os persas construíram um intrincado sistema de moinhos de água, canais e represas conhecido como Sistema Hidráulico Histórico de Shushtar . O projeto, iniciado pelo rei aquemênida Dario, o Grande, e concluído por um grupo de engenheiros romanos capturados pelo rei sassânida Shapur I , foi referido pela UNESCO como "uma obra-prima do gênio criativo". Eles também foram os inventores do Qanat, um aqueduto subterrâneo. Vários dos grandes e antigos jardins do Irã foram irrigados graças ao Qanats

As primeiras evidências de rodas d'água e moinhos d' água datam do antigo Oriente Próximo, no século 4 aC, especificamente no Império Persa antes de 350 AEC, nas regiões do Iraque , Irã e Egito .

China

Na China antiga havia Sunshu Ao (século 6 AC), Ximen Bao (século 5 AC), Du Shi (cerca de 31 DC), Zhang Heng (78 - 139 DC) e Ma Jun (200 - 265 DC), enquanto medieval A China tinha Su Song (1020 - 1101 DC) e Shen Kuo (1031–1095). Du Shi empregou uma roda d' água para alimentar o fole de um alto-forno que produz ferro fundido . Zhang Heng foi o primeiro a empregar a hidráulica para fornecer força motriz para girar uma esfera armilar para observação astronômica .

Sri Lanka

Fosso e jardins em Sigiriya .

No antigo Sri Lanka, a hidráulica era amplamente usada nos antigos reinos de Anuradhapura e Polonnaruwa . A descoberta do princípio da torre de válvula, ou poço de válvula, (Bisokotuwa em cingalês) para regular o escape de água é creditada à engenhosidade há mais de 2.000 anos. No primeiro século DC, várias obras de irrigação em grande escala foram concluídas. A macro e a micro-hidráulica para atender às necessidades domésticas de horticultura e agricultura, drenagem de superfície e controle de erosão, cursos de água ornamentais e recreativos e estruturas de contenção e também sistemas de resfriamento estavam em funcionamento em Sigiriya , Sri Lanka. O coral na rocha maciça do local inclui cisternas para coletar água. Grandes reservatórios antigos do Sri Lanka são Kalawewa (Rei Dhatusena), Parakrama Samudra (Rei Parakrama Bahu), Tisa Wewa (Rei Dutugamunu), Minneriya (Rei Mahasen)

Mundo greco-romano

Na Grécia Antiga , os gregos construíram sistemas sofisticados de água e energia hidráulica. Um exemplo é a construção pelos Eupalinos , em regime de empreitada pública, de um canal de irrigação para Samos , o Túnel dos Eupalinos . Um dos primeiros exemplos do uso de roda hidráulica, provavelmente o mais antigo na Europa, é a roda Perachora (século III aC).

No Egito greco-romano , a construção do primeiro autômato de máquina hidráulica por Ctesibius (floresceu c. 270 AC) e Herói de Alexandria (c. 10 - 80 DC) é notável. Hero descreve várias máquinas de trabalho que usam energia hidráulica, como a bomba de força , que é conhecida em muitos sítios romanos como tendo sido usada para elevar água e em carros de bombeiros.

Aqueduto de Segóvia , uma obra-prima do século 1 DC.

No Império Romano , foram desenvolvidas diferentes aplicações hidráulicas, incluindo abastecimento público de água, inúmeros aquedutos , energia com moinhos de água e mineração hidráulica . Eles estavam entre os primeiros a usar o sifão para transportar água através dos vales e usaram a silagem em grande escala para prospectar e extrair minérios de metal . Eles usaram muito chumbo em sistemas de encanamento para abastecimento doméstico e público, como termas de alimentação .

A mineração hidráulica foi usada nos campos de ouro do norte da Espanha, que foi conquistada por Augusto em 25 aC. A mina de ouro aluvial de Las Medulas foi uma das maiores de suas minas. Pelo menos sete longos aquedutos funcionaram, e os cursos d'água foram usados ​​para erodir os depósitos moles e, em seguida, lavar os rejeitos para obter o valioso conteúdo de ouro.

Mundo árabe-islâmico

No mundo muçulmano, durante a Idade de Ouro islâmica e a Revolução Agrícola Árabe (séculos 8 a 13), os engenheiros fizeram amplo uso da energia hidrelétrica, bem como dos primeiros usos da energia das marés e grandes complexos de fábricas hidráulicas . Uma variedade de moinhos industriais movido a água foram usados no mundo islâmico, incluindo Soquetes usinas, moinhos , fábricas de papel , hullers , serrarias , fábricas de navios , fábricas de selo , siderúrgicas , usinas de açúcar e moinhos de maré . No século 11, todas as províncias do mundo islâmico tinham essas fábricas em operação, desde Al-Andalus e norte da África até o Oriente Médio e Ásia Central . Os engenheiros muçulmanos também usaram turbinas de água , engrenagens em moinhos de água e máquinas de levantamento de água e foram os pioneiros no uso de represas como fonte de energia hídrica, usada para fornecer energia adicional para moinhos e máquinas de levantamento de água.

Al-Jazari (1136-1206) descreveu projetos para 50 dispositivos, muitos deles movidos a água, em seu livro, The Book of Knowledge of Ingenious Mechanical Devices , incluindo relógios de água, um dispositivo para servir vinho e cinco dispositivos para elevar água de rios ou piscinas. Estes incluem um cinto sem fim com jarros anexados e um dispositivo alternativo com válvulas articuladas.

As primeiras máquinas programáveis foram dispositivos movidos a água desenvolvidos no mundo muçulmano. Um sequenciador de música , um instrumento musical programável , foi o tipo mais antigo de máquina programável. O primeiro sequenciador de música foi um tocador de flauta automatizado movido a água , inventado pelos irmãos Banu Musa , descrito em seu Livro de Dispositivos Ingeniosos , no século IX. Em 1206, Al-Jazari inventou autômatos / robôs programáveis ​​movidos a água . Ele descreveu quatro músicos autômatos , incluindo bateristas operados por uma bateria eletrônica programável , onde podiam ser feitos para tocar diferentes ritmos e diferentes padrões de bateria. O relógio do castelo , um relógio astronômico mecânico movido a energia hidrelétrica inventado por Al-Jazari, foi o primeiro computador analógico programável .

Era moderna (c. 1600 - 1870)

Benedetto Castelli

Em 1619, Benedetto Castelli , aluno de Galileo Galilei , publicou o livro Della Misura dell'Acque Correnti ou "Sobre a medição das águas correntes", um dos fundamentos da hidrodinâmica moderna. Ele serviu como consultor-chefe do Papa em projetos hidráulicos, ou seja, gestão de rios nos Estados Pontifícios, a partir de 1626.

Blaise Pascal

Blaise Pascal (1623–1662) estudou hidrodinâmica e hidrostática de fluidos, com base nos princípios dos fluidos hidráulicos. Sua descoberta sobre a teoria por trás da hidráulica levou à invenção da prensa hidráulica , que multiplicava uma força menor atuando em uma área menor na aplicação de uma força maior totalizada em uma área maior, transmitida através da mesma pressão (ou mudança exata de pressão ) em ambos os locais. A lei ou princípio de Pascal afirma que, para um fluido incompressível em repouso, a diferença na pressão é proporcional à diferença na altura, e essa diferença permanece a mesma, independentemente de a pressão total do fluido ser ou não alterada pela aplicação de uma força externa. Isso implica que, ao aumentar a pressão em qualquer ponto de um fluido confinado, há um aumento igual em todas as outras extremidades do recipiente, ou seja, qualquer mudança na pressão aplicada em qualquer ponto do líquido é transmitida sem diminuição através dos fluidos.

Jean Léonard Marie Poiseuille

Um médico francês, Poiseuille (1797-1869) pesquisou o fluxo de sangue pelo corpo e descobriu uma lei importante que rege a taxa de fluxo com o diâmetro do tubo em que ocorre o fluxo.

No Reino Unido

Várias cidades desenvolveram redes de energia hidráulica em toda a cidade no século 19, para operar máquinas como elevadores, guindastes, cabrestantes e similares. Joseph Bramah (1748–1814) foi um dos primeiros inovadores e William Armstrong (1810–1900) aperfeiçoou o aparato para fornecimento de energia em escala industrial. Em Londres, a London Hydraulic Power Company era um importante fornecedor de tubos que atendiam a grande parte do West End de Londres , City e Docks , mas havia esquemas restritos a empreendimentos individuais, como docas e pátios de ferrovias .

Modelos hidráulicos

Depois que os alunos entendem os princípios básicos da hidráulica, alguns professores usam uma analogia hidráulica para ajudar os alunos a aprender outras coisas. Por exemplo:

  • O computador MONIAC usa água fluindo através de componentes hidráulicos para ajudar os alunos a aprender economia.
  • A analogia termo-hidráulica usa princípios hidráulicos para ajudar os alunos a aprender sobre circuitos térmicos.
  • A analogia eletrônico- hidráulica usa princípios hidráulicos para ajudar os alunos a aprenderem sobre eletrônica.

A conservação da necessidade de massa combinada com a compressibilidade do fluido produz uma relação fundamental entre pressão, fluxo de fluido e expansão volumétrica, conforme mostrado abaixo:

Assumindo um fluido incompressível ou uma razão "muito grande" de compressibilidade para o volume de fluido contido, uma taxa finita de aumento de pressão requer que qualquer fluxo líquido no volume de fluido coletado crie uma mudança volumétrica.

Veja também

Notas

Referências

  • Rāshid, Rushdī; Morelon, Régis (1996), Enciclopédia da história da ciência árabe , Londres: Routledge, ISBN   978-0-415-12410-2 .

links externos