Hidráulica para niños
La hidráulica es una parte de la física que estudia cómo se comportan los líquidos y cómo se mueven. Se fija en las propiedades de los líquidos y en las fuerzas que actúan sobre ellos. Esto nos ayuda a entender cómo funcionan muchas cosas, desde una simple manguera hasta grandes máquinas.
Contenido
¿De dónde viene la palabra "hidráulica"?
La palabra "hidráulica" viene del griego hydraulikós. Esta palabra se forma de dos partes: hýdor, que significa "agua", y aulós, que significa "tubo". Así que, literalmente, significa algo relacionado con "tubos de agua".
Un viaje por la historia de la hidráulica
Egipto y Grecia: Los primeros pasos
Las civilizaciones antiguas, como las de Egipto y Grecia, se desarrollaron cerca de grandes ríos. Por eso, tuvieron que aprender mucho sobre el agua. Necesitaban construir defensas contra las inundaciones, drenar zonas con mucha agua y usar el agua para la navegación y la agricultura.
En el antiguo Egipto, los sacerdotes guardaban y transmitían sus conocimientos sobre las crecidas del río Nilo. Esto les permitía predecir las inundaciones, lo que la gente veía como mensajes de los dioses. La geometría, una ciencia muy antigua, nació en Egipto por la necesidad de medir las tierras después de las inundaciones del Nilo.
Los griegos también estudiaron el agua. Tales de Mileto, un filósofo, creía que el agua era el origen de todo. Más tarde, en el siglo III a. C., en la ciudad de Alejandría, se hicieron grandes avances científicos. Euclides organizó el conocimiento de la geometría en su famoso libro Elementos.
Pero uno de los más grandes pensadores fue Arquímedes de Siracusa. Él hizo muchos descubrimientos importantes. Uno de los más famosos ocurrió cuando el rey Hierón II le pidió que descubriera si una corona era de oro puro o si le habían puesto plomo. Arquímedes, mientras se bañaba, notó que el agua se desbordaba cuando él entraba. ¡Esto le dio la clave! Salió corriendo y gritando "¡Eureka! ¡Eureka!" (¡Lo encontré!).
Arquímedes fue el fundador de la hidrostática, que estudia los líquidos en reposo. También inventó la espiral sin fin, un tornillo que se usa todavía hoy para subir líquidos.
La hidráulica en la antigua Roma
Los antiguos romanos eran expertos en usar el agua para sus ciudades. Construyeron impresionantes acueductos para llevar agua a Roma y a otras ciudades. Se calcula que la Roma Imperial recibía más de un millón de metros cúbicos de agua al día. Esta agua se distribuía a las casas a través de tubos de plomo.
Algunos acueductos romanos eran enormes, como el Pont du Gard en Nîmes, Francia, que mide 175 metros de largo y 49 metros de alto. El acueducto de Segovia, en España, todavía funciona hoy en día.
Los romanos también hicieron canales para mejorar el drenaje de los ríos y, a veces, para la navegación, como el canal Rin-Mosa. Una de sus obras más impresionantes fue el drenaje del lago Fucino a través de un túnel de 5.5 kilómetros bajo una montaña.
Cómo se generaba energía con el agua
La principal forma de generar energía en la antigüedad era con los molinos de agua. El "molino griego" tenía un eje vertical con paletas que se sumergían en el agua. Se usaba para moler granos.
Más tarde, el ingeniero militar Marco Vitruvio Polión describió un tipo de molino con un eje horizontal y una rueda vertical. Esta rueda, llamada "rueda hidráulica vitruviana", era más eficiente si el agua caía sobre ella desde arriba. Para esto, se construían presas y canales que llevaban el agua de forma regular a la rueda.
Estos molinos fueron una gran fuente de energía. No solo revolucionaron la molienda de granos, sino que también ayudaron a mecanizar otras industrias. Un molino romano podía moler mucho más grano que un molino movido por animales o personas.
En el siglo IV d. C., en el Imperio romano se construyeron molinos muy grandes. En Barbegal, cerca de Arlés, se usaron 16 ruedas de agua para moler grano, produciendo hasta tres toneladas por hora. Esto era suficiente para abastecer a una población de 80 mil personas.
La rueda hidráulica en la Edad Media
En la Edad Media, la rueda hidráulica se usó mucho en Europa para diversas actividades industriales. El Domesday Book, un registro inglés de 1086, menciona 5624 molinos de agua. Estos molinos se usaban para aserraderos, moler cereales y minerales, trabajar metales y muchas otras cosas.
En Larmahue, Chile, más de dos docenas de ruedas hidráulicas construidas por los españoles todavía se usan para regar campos. Son el grupo más grande de molinos de agua en uso en el mundo.
Aunque las ruedas hidráulicas son muy útiles, están desapareciendo. Muchas son reemplazadas por bombas modernas o se deterioran por falta de mantenimiento. En 1988, había unas 80 en Chile, y hoy solo quedan unas dos docenas en uso.
Otra forma de energía que se desarrolló en la Edad Media fue el molino de viento. Se originó en Persia en el siglo VII y se usó para bombear agua. Los molinos de viento con ejes horizontales se desarrollaron en el norte de Europa alrededor del siglo XIII.
La hidráulica en los países árabes
En la Edad Media, la civilización islámica hizo grandes aportes a la hidráulica. Construyeron importantes obras como canales para distribuir agua, usando a menudo sifones, que eran poco conocidos antes. Además, los sabios islámicos mantuvieron vivo el conocimiento de las civilizaciones antiguas, especialmente de Alejandría.
Cuando Europa redescubrió la ciencia clásica en el Renacimiento, ya contaban con técnicas más avanzadas y herramientas matemáticas como la numeración árabe y el álgebra, que también venían del mundo árabe.
Leonardo Da Vinci (1452-1519), un genio del Renacimiento, fue uno de los más importantes. Él fue el primero en observar que la cantidad de agua que pasa por un río es constante, y que la velocidad del agua es mayor en el centro y menor en los bordes.
Ciencias relacionadas con la hidráulica
La hidráulica está muy relacionada con otras ramas de las ciencias de la tierra:
- Mecánica de fluidos: Estudia cómo se mueven los líquidos y los gases, y las fuerzas que los causan.
- Hidrología: Analiza el comportamiento del agua en la naturaleza, en todas las etapas del ciclo hidrológico.
- Hidrogeología: Se encarga de las aguas subterráneas.
- Hidrografía: Describe y estudia los diferentes cuerpos de agua del planeta, como ríos y lagos.
- Oceanografía: Estudia todos los procesos físicos, químicos y biológicos que ocurren en el mar y en los océanos.
Producción de energía con el agua
La energía hidráulica aprovecha la fuerza del agua para generar electricidad. El funcionamiento básico es usar la energía del agua almacenada para mover unas máquinas llamadas turbinas hidráulicas.
Para aprovechar mejor el agua de los ríos, se construyen presas. Las presas regulan el flujo del agua según la época del año y también aumentan la altura desde la que cae el agua, lo que mejora su aprovechamiento.
Ventajas de la energía hidráulica
- Siempre disponible: El ciclo del agua hace que sea un recurso que no se agota.
- Energía limpia: No produce gases que contaminan el aire, ni causa lluvia ácida, ni emite sustancias tóxicas.
- Energía económica: Una vez construidas, las centrales tienen bajos costos de funcionamiento.
- Funciona a temperatura ambiente: No necesita sistemas de enfriamiento o calderas, que consumen energía y pueden contaminar.
- Almacenamiento de agua: Las presas permiten guardar agua para regar cultivos o para actividades recreativas.
- Control de inundaciones: Regular el flujo del río ayuda a controlar el riesgo de inundaciones.
Desventajas de la energía hidráulica
- Grandes inversiones: Construir una central hidroeléctrica requiere mucho dinero y los lugares adecuados son limitados.
- Impacto en la naturaleza: Las presas pueden ser un obstáculo para peces como los salmones, que necesitan subir por los ríos para reproducirse. Los embalses también cambian el río, causando erosión y afectando el ecosistema local.
- Cambios en el agua: El agua almacenada en un embalse no tiene las mismas características (salinidad, gases, temperatura, nutrientes) que el agua que fluye libremente por el río. Los sedimentos se acumulan en el embalse, lo que empobrece el resto del río.
- Ubicación: Las centrales hidráulicas suelen estar lejos de las ciudades, lo que hace necesario construir costosas redes para transportar la electricidad.
Galería de imágenes
Véase también
En inglés: Hydraulics Facts for Kids