Eseu scurt Energia Hidraulica

Hydraulics, Wikipedia.org
Ancient Roman Aqueducts, crystalinks.com
Ancient Roman Aqueducts, crystalinks.com
Water Wheel, Wikipedia.org
Gimpel, Jean, La Revolution industrielle du Moyen Age, 1975, pg. 21-22
Boia, Lucian, Occidentul o interpretare istorica, 2007, pg. 55
Fairman, Jonathan G., Pascal`s Principle and Hydraulics, NASA
Energia hidraulică și aplicațiile sale
De Lavinia Mitoi

În sensul larg, hidraulica este știința aplicată prin care se studiază proprietățile mecanice ale apei, și maniera în care, prin intermediul apei sau al fluidelor în general, poată fi generată forță mecanică. Energia hidraulică a fost cunoscută și aplicată cu succes încă din Antichitate și, alături de alte tehnologii, a contribuit în mod semnificativ la crearea societății moderne.
Din punct de vedere etimologic, hidraulică provine din cuvântul grecesc hydraulikos, în care hydor se traduce prin "apă", iar aulos prin țeavă". Astfel, obținem un prim indiciu referitor la modul în care apa a fost folosită în aplicații hidraulice. Și întradevăr, printre cele mai vechi aplicații ale principiilor hidraulice se numără procesul de ghidare a apei astfel încât aceasta să poată alimenta orașele și să fie folosită în irigații.
În acest sens, apeductele construite de romani acum circa 2000 de ani oferă chiar și astăzi o mărturie impresionantă în care oamenii au învățat să utilizeze apa în aplicații mecanice. Scopul principal pentru care romanii foloseau apeductele este acela de a redirecționa apa dintr-o sursă constantă, cum ar fi un izvor, spre orașe, unde aceasta era folosită ca apă potabilă sau în sistemul de canalizare. Capacitatea romanilor de a direcționa apa pe distante mari spre zonele urbane unde era nevoie de ea a creat posibilitatea susținerii unei populații tot mai mari în aglomerări urbane precum orașul Roma, care a devenit astfel un oraș de circa un milion de locuitori în secolul 3, când era alimentat de 11 apeducte. În lipsa apeductelor, orașe mari precum Roma ar fi suferit semnificativ de pe urma incapacității de a susține întreaga populație a orașului și ar fi afectat astfel stilul de viață urban, contribuind și la înrăutățirea igienei și răspândirea bolilor.
Principiul de funcționare al unui apeduct clasic este destul de simplu. Folosindu-se de forța gravitațională, inginerii romani au proiectat un șanț de formă pătrată prin care apa curgea la vale, de la sursă și până la destinație. Ceea ce este impresionant este că pe toată lungimea lor, apeductele construite de romani coborau într-un unghi mic, dar constant, pe distanțe de zeci de
km. Dacă unghiul de coborâre nu ar fi fost constant, exista riscul ca apa să se acumuleze și să se scurgă într-un anumit punct înainte să ajungă la destinație, ceea ce ar fi compromis viabilitatea întregului proiect. Primul apeduct roman a fost construit în anul 312 iHr, iar apa cobora în jur de 10 metri pe o distanță de aproape 17 km. Apeductele puteau fi construite subteran, dar erau înălțate și pe piloni acolo unde era necesar și romanii le-au construit atât de bine, încât unele din ele au rămas în folosință până în Evul Mediu și unele porțiuni au rămas intacte până astăzi. Energia hidraulică era folosită și în alte scopuri. De pildă, romanii foloseau principiul creșterii presiunii apei prin intermediul dirijării ei prin țevi cu diametru care se reducea treptat pentru a crea fântâni arteziene cu jeturi de apă sau furtunuri cu apă sub presiune cu care se îndepărtau sedimentele din zonele bogate în fier sau metale prețioase. Această tehnică era atât de eficientă, încât a fost folosită până târziu în secolul 18 de către căutătorii de aur din America de Nord.
Mai târziu, în timpul Evului Mediu(1000-1350 dHr.), morile de apă erau folosite pentru a captura energia apelor mișcătoare(fluvii, râuri) și a o transforma în lucru mecanic prin intermediul unui mecanism compus din roți zimțate și axuri care transmit mișcarea și o adaptează tipului de activitate necesar. Utilizări tipice ale morii de apă includeau măcinarea grâului, procesarea fierului brut, tăierea buștenilor sau procesarea fibrelor textile.
Cu toate că tehnologia folosită în morile de apă era cunoscută și fusese angajată încă din Antichitate în Mesopotamia, China etc, cea mai mare schimbare pe care energia hidraulică a adus-o în societate a avut loc în Europa Vestică. Principalul motiv pentru care impactul morilor acționate hidraulic și al morilor în general a fost mult mai semnificativ în Occident decât în alte spații a constat în rata mare de angajare a mecanizării, care includea energia hidraulica, energia aburilor, eoliană etc. Astfel, dacă romanii și chinezii construiau echipamente acționate hidraulic pentru a rezolva o problemă care nu putea fi rezolvată prin muncă manuală, mai tarziu occidentalii au demarat un proces general de mecanizare prin care muncă manuală a fost înlocuită treptat de mașini. Un exemplu în acest sens este numărul de mori înregistrate de-a lungul timpului în Occident. În Franța de pildă, dacă în secolul X existau circa 20.000 de mori, în secolul XIII-lea existau în jur de 40.000, cifră care a urcat la 70.000 la sfârșitul secolului XV.
O anumită proporție din acest număr e reprezentat de morile de apă. Desigur, utilizarea energiei hidraulice e limitată de existența apelor mișcătoare într-o zonă dată. Important de reținut totuși este faptul că occidentalii au profitat într-o măsură mult mai mare de pe urma progreselor mecanizării decât alte civilizații, care au preferat până târziu în secolul 18 să se axeze pe muncă manuala și tracțiunea animală. După cum indică Boia, doar occidentalii au avut interesul de a angaja invenții precum moara de apă pentru a crește productivitatea.
Chiar și astăzi, hidraulica a rămas un domeniu de o importanță vitală în industria modernă, având utilizări variate, cu toate că domeniul a devenit mult mai complex decât era în Antichitate. Noi descoperiri, precum principiul lui Blaise Pascal, au pus bazele utilizării hidraulicii în domenii tot mai diverse. Principiul lui Pascal, descoperit de Blaise Pascal în secolul 17, stipula că orice creștere în presiune efectuată în oricare punct al unui lichid închis într-un recipient va determina o creștere egală a presiunii în toate celelalte puncte ale lichidului. Aparent nesemnificativ, acest principiu a permis dezvoltarea sistemelor hidraulice folosite în sistemele moderne de frânare pe care le regăsim în automobile și avioane, precum și a presei hidraulice sau a diverselor alte mașini care pot beneficia de avantajul conferit de principiul lui Pascal.
În esență, acest principiu permite ca o forță mică aplicată printr-un piston să fie multiplicată. Pistonul poate avea un cilindru de 1cm diametru care exercită o oarecare presiune internă, care la rândul ei poate deplasa un cilindru extern având un diametru de 4 ori mai mare. Pentru că presiunea exercitată asupra cilindrului mic va fi egală cu cea exercitată asupra pistonului mare, forță aplicată inițial va fi multiplicată de 4 ori. Pentru a vedea acest principiu în funcțiune, este suficient să observăm modul de acționare al unui cric hidraulic folosit în cazul unei pene de cauciuc. Avantajul mecanic conferit de principiul lui Pascal poate fi astfel folosit aproape în orice aplicație în care este necesară exercitarea unei forțe mari asupra unui punct, ca de pildă atunci când un excavator trebuie să ridice un container greu, sau când o presă trebuie să formeze o piesă de mașină prin aplicarea unei forțe mari asupra unei foi de metal.
Hidraulica a devenit un domeniu atât de avansat încât astăzi există chiar și aparate care folosesc apa sub o presiune enormă pentru a tăia oțel, sticlă sau marmură cu maximă precizie, precum și în alte domenii specializate.
Chiar dacă energia hidraulică a fost doar una din modalitățile angajate în capturarea și transformarea energiei naturale a Pământului, ea a conferit numeroase beneficii societăților în care ea a fost utilizată, în măsură în care ea fost utilizată. În acest sens, partea vestică a Europei a dobândit numeroase foloase prin utilizarea la scară extinsă a acestei tehnologii, cu toate că și alte civilizații cunoșteau avantajele energiei hidraulice. Hidraulica are în continuare numeroase aplicații practice și este, în calitate de domeniu aplicat al științei, de neînlocuit în societățile moderne.

Bibliografie
-Boia, Lucian, Occidentul o interpretare istorica, 2007
-Crystalinks.com, Ancient Roman Aqueducts, accesat la adresa http://www.crystalinks.com/romeaqueducts.html
-Gimpel, Jean, La Revolution industrielle du Moyen Age, 1975
-National Aeronautics and Space Administration, Pascal`s Principle and Hydraulics, accesat la adresa http://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/WindTunnel/Activities/Pascals_principle.html
-Wikipedia.org, Hydraulics, accesat la adresa http://en.wikipedia.org/wiki/Hydraulics