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Hidráulica

Hidráulica, rama de la ciencia que se ocupa de las aplicaciones prácticas de fluidos, principalmente líquidos, en movimiento. Está relacionado con la mecánica de fluidos (qv), que en gran parte proporciona su base teórica. La hidráulica se ocupa de asuntos tales como el flujo de líquidos en tuberías, ríos y canales y su confinamiento por presas y tanques. Algunos de sus principios se aplican también a los gases, generalmente en casos en los 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 formularan las leyes en las que se basa la tecnología moderna 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; i. e, cuando se hace 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 obtener 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 por igual contra todos los lados del cilindro, incluido el pistón grande.

La ley de Bernoulli, formulada aproximadamente 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 no se realiza ningún trabajo, la suma de las energías permanece constante. Por lo tanto, la energía de velocidad, derivada del movimiento, se puede convertir en parte en energía de presión al ampliar la sección transversal de una tubería, lo que ralentiza el flujo pero aumenta el área contra la que presiona el fluido.

Hasta el siglo XIX no era posible desarrollar velocidades y presiones mucho mayores que las proporcionadas por la naturaleza, pero la invención de las bombas trajo un gran potencial para la aplicación de los descubrimientos de Pascal y Bernoulli. En 1882, la ciudad de Londres construyó un sistema hidráulico que suministraba agua a presión a través de la red de la calle para impulsar la maquinaria en las fábricas. En 1906 se produjo un importante avance en las técnicas hidráulicas cuando se instaló un sistema hidráulico de aceite para elevar y controlar los cañones del USS «Virginia».»En la década de 1920, se desarrollaron unidades hidráulicas autónomas que consistían en una bomba, controles y motor, abriendo el camino a aplicaciones en máquinas herramienta, automóviles, maquinaria agrícola y de movimiento de tierras, locomotoras, barcos, aviones y naves espaciales.

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En los sistemas de potencia hidráulica hay cinco elementos: el conductor, la bomba, las válvulas de control, el motor y la carga. El conductor puede ser un motor eléctrico o un motor de cualquier tipo. La bomba actúa principalmente para aumentar la presión. El motor puede ser una contraparte de la bomba, transformando la entrada hidráulica en salida mecánica. Los motores pueden producir movimiento rotatorio o alternativo en la carga.

El crecimiento de la tecnología de energía de fluidos desde la Segunda Guerra Mundial ha sido fenomenal. En la operación y el control de máquinas herramienta, maquinaria agrícola, maquinaria de construcción y maquinaria de minería, la energía hidráulica puede competir con éxito con los sistemas mecánicos y eléctricos (ver fluídicos). Sus principales ventajas son la flexibilidad y la capacidad de multiplicar fuerzas de manera eficiente; también proporciona una respuesta rápida y precisa a los controles. La potencia de fluidos puede proporcionar una fuerza de unas pocas onzas o una de miles de toneladas.

Los sistemas de energía hidráulica se han convertido en una de las principales tecnologías de transmisión de energía utilizadas en todas las fases de la actividad industrial, agrícola y de defensa. Los aviones modernos, por ejemplo, utilizan sistemas hidráulicos para activar sus controles y para operar trenes de aterrizaje y frenos. Prácticamente todos los misiles, así como su equipo de apoyo en tierra, utilizan energía hidráulica. Los automóviles utilizan sistemas de potencia hidráulica en sus transmisiones, frenos y mecanismos de dirección. La producción en masa y su descendencia, la automatización, en muchas industrias tienen sus cimientos en la utilización de sistemas de energía de fluidos.