La ingeniería hidráulica, como la mayoría de las actividades y creaciones del hombre, ha tenido un desarrollo paralelo al de la humanidad. Históricamente se pueden distinguir cuatro fases diferentes en la evolución de la ingeniería hidráulica: la primera se podría llamar la etapa de la técnica, la segunda la del desarrollo científico, la tercera del desarrollo tecnológico y la cuarta la tecno-científica.
En la etapa técnica el hombre hace uso del recurso hídrico y construye obras para movilizarlo y aprovecharlo, pero sin ningún conocimiento sobre el porque o como funcionaban dichas obras; esta fase es la más amplia, se extiende desde, aproximadamente, el año 5000 a.C. hasta nuestros días, así aun hoy muchos grupos sociales construyen obras como zanjas para drenaje o aprovechan la fuerza del viento, para diferentes tareas, sin ningún conocimiento diferente al trasmitido entre generaciones. De esta etapa resalto los siguientes avances: La construcción de obras de riego por parte de los antiguos egipcios, la invención de la jeringa, utilizada para embalsamar las momias; invento que fue la base para que Ctesibius, en el siglo II a.C., desarrollara la bomba de doble efecto; se destaca además el uso de la vela para la navegación; en general los antiguos romanos, construyeron grandes obras de ingeniería hidráulica, basados en los conocimientos técnicos que poseían, pero que no contaban con un marco conceptual para explicar su funcionamiento; por ejemplo sabían que para conducir el agua por los canales y viaductos, desde las fuentes hasta la ciudades, era necesario que se mantuviera una pendiente; esta era constante y común a todas sus obras, en el año 100 a.C. los griegos inventan la rueda hidráulica, en el año 700 d.C. se comienza la construcción de molinos de viento.
La etapa científica, está determinada por que además de la técnica se cuenta con el conocimiento de un principio físico, que proporciona el marco conceptual para entender el fenómeno y así luego aprovecharlo mediante un proceso técnico, para aplicaciones prácticas. Esta etapa parte en el año 200 a.C. con Arquímedes, quien dedujo el principio que lleva su nombre y quien también aporto a la técnica el tornillo de Arquímedes. Posteriormente, basado en sus estudios sobre el flujo del agua y de estructuras para ríos, Leonardo Da Vinci construyo obras hidráulicas en Milán y Florencia, esto a finales de la segunda mitad del siglo XV. Un poco más de un siglo después, en el año 1612 nace, con los estudios sistemáticos de Galileo, la hidrostática, posteriormente él mismo desarrollo el gato hidráulico en 1642. Un año más tarde Torricelli, alumno de Galileo, enunció la ley del flujo libre a través de oficios e invento el barómetro para medir la presión atmosférica. La siguiente contribución significativa la proporciono Blaise Pascal quien enuncio el principio, que ahora lleva su nombre, sobre la distribución de presiones en un líquido contenido en un recipiente e invento el sifón; Isaac Newton aporto la primera ley de fricción para un fluido en movimiento e introdujo el concepto de viscosidad, también aporto los fundamentos para los principios de similitud hidrodinámica. Las bases para la actual mecánica de fluidos la sentó Daniel Bernoulli quien en 1738 formulo la ley del movimiento de fluidos que relacionó la posición, la velocidad y la presión. Poco tiempo después, Leonhard Euler marco el inicio de los métodos teóricos de análisis de la mecánica de fluidos, al desarrollar las ecuaciones diferenciales generales para el flujo de fluidos ideales; Euler aportó además la teoría fundamental de las máquinas hidráulicas rotodinámicas y los fundamentos de la teoría de flotación. Hacia 1827 Claude Louis Marie Navier introdujo los términos viscosos en las ecuaciones diferenciales de descripción del flujo de fluidos. Osborne Reynold en 1886 introdujo la clasificación de los flujos de fluidos reales y aporto al análisis dimensional y de similitud. Hacia 1904 Ludwing Prantdl en sus trabajos de aerodinámica plantea la teoría de la capa limite que contribuye a unificar los trabajos netamente experimentales y los planteamientos teórico matemáticos; posteriormente Theodor Von Karman y Johan Nikuradse realizan aportes que contribuyen a consolidar las teorías de flujo turbulento y el flujo interno en tuberías.
La etapa tecnológica se caracteriza por la acumulación metódica de datos experimentales, por parte de los que podríamos llamar los primeros ingenieros hidráulicos, con los que desarrollaron factores de corrección para la ecuación de Bernoulli y de Euler o plantearon ecuaciones empíricas para tratar de explicar algunos fenómenos particulares del flujo de fluidos. Dentro de este grupo se destacan nombres tan importantes como Antoine Chezy (Francia 1717 – 1783), quien contribuyo a la hidráulica de canales con la formula que lleva su nombre, para flujo uniforme. Henry Darcy quien en 1856, publica un tratado sobre las fuentes públicas de Dijon, Francia, en el cual aparece la fórmula que desde entonces lleva su nombre, en la que relaciona la permeabilidad de un medio continuo e isótropo poroso, la tasa flujo de un fluido viscoso y el gradiente de presión; en 1857 publica otro tratado relacionado con sus investigaciones experimentales del movimiento del agua en tuberías, en la que relaciona el gradiente de energía, con el diámetro del conducto y con la altura de velocidad. Jean Louis Marie Poiseuille, medico fisiólogo francés, que se especializo en física y matemáticas y que centro sus primeros estudios sobre el flujo de la sangre, desarrollando una expresión que relaciona, la caída de presión con el caudal, la longitud, el radio del capilar y la viscosidad del fluido. Gotthilf Heinrich Ludwig Hagen llevó a cabo en 1839 (independientemente de Poiseuille) una serie de experimentos de flujos a baja velocidad, considerando la fricción en paredes de tubos capilares, por lo que estableció la ley de flujo de Hagen, que posteriormente se llamaría la ley de Hagen-Poiseuille. Se debe resaltar el trabajo de Julius Weisbach quien con sus experimentos y formulas empíricas contribuyo al desarrollo de la ingeniería hidráulica. Para la segunda mitad del siglo XIX en Europa se impulso el desarrollo industrial mediante la construcción de las centrales de energía hidráulicas las cuales la distribuían por tuberías, dentro de las ciudades, hasta las fabricas donde accionaban gran cantidad de maquinas como prensas, laminadoras, grúas, molinos, elevadores, etc. Se recalca que esta etapa finaliza con los trabajos de Prandtl, que permitieron corroborar los resultados de las teorías, con los resultados experimentales dando paso a la última etapa, la tecno-científica, la cual se caracteriza por un acelerado desarrollo de las aplicaciones practicas basadas en teorías validadas por el método científico. Dentro de esta etapa se pueden destacar: La construcción en 1906 del primer barco con sistemas hidráulicos para controlar la velocidad y para orientar sus cañones, el U.S. Virginia; se incluye en esta etapa del desarrollo de la ingeniería hidráulica, el invento de la turbina por Víktor Kaplan y el desarrollo de la bomba de alabes ambas en el siglo XX por la década de los años veintes. En la década siguiente se presenta un gran desarrollo de la oleohidráulica y se inicio el desarrollo de la propulsión a chorro. Todos estas contribuciones han permitido el avance de la tecnología, es así como se han alcanzado grandes adelantos en la industria aeroespacial, automovilística entre otras. También permiten el desarrollo de grandes proyectos de infraestructura.
En los tiempos más recientes no se han producido nuevos avances científicos en la base conceptual de la ingeniería hidráulica, la cual continua basada en la mecánica clásica. Los adelantos recientes se han centrado en el desarrollo y uso de programas de computador, que pueden ser usados como herramientas de apoyo para la modelación, el diseño y la operación de los sistemas hidráulicos, usando las ecuaciones diferenciales que no han sido resueltas por otros métodos. Otro aspecto del desarrollo más reciente, consiste en el uso de dispositivos electrónicos y las telecomunicaciones, con los que se puede obtener información en tiempo real sobre el comportamiento de los sistemas hidráulicos facilitando la optimización de la operación.
Con está condensada reseña histórica, se puede apreciar como ha sido el impacto de la ciencia y tecnología sobre la ingeniería hidráulica.
En la etapa técnica el hombre hace uso del recurso hídrico y construye obras para movilizarlo y aprovecharlo, pero sin ningún conocimiento sobre el porque o como funcionaban dichas obras; esta fase es la más amplia, se extiende desde, aproximadamente, el año 5000 a.C. hasta nuestros días, así aun hoy muchos grupos sociales construyen obras como zanjas para drenaje o aprovechan la fuerza del viento, para diferentes tareas, sin ningún conocimiento diferente al trasmitido entre generaciones. De esta etapa resalto los siguientes avances: La construcción de obras de riego por parte de los antiguos egipcios, la invención de la jeringa, utilizada para embalsamar las momias; invento que fue la base para que Ctesibius, en el siglo II a.C., desarrollara la bomba de doble efecto; se destaca además el uso de la vela para la navegación; en general los antiguos romanos, construyeron grandes obras de ingeniería hidráulica, basados en los conocimientos técnicos que poseían, pero que no contaban con un marco conceptual para explicar su funcionamiento; por ejemplo sabían que para conducir el agua por los canales y viaductos, desde las fuentes hasta la ciudades, era necesario que se mantuviera una pendiente; esta era constante y común a todas sus obras, en el año 100 a.C. los griegos inventan la rueda hidráulica, en el año 700 d.C. se comienza la construcción de molinos de viento.
La etapa científica, está determinada por que además de la técnica se cuenta con el conocimiento de un principio físico, que proporciona el marco conceptual para entender el fenómeno y así luego aprovecharlo mediante un proceso técnico, para aplicaciones prácticas. Esta etapa parte en el año 200 a.C. con Arquímedes, quien dedujo el principio que lleva su nombre y quien también aporto a la técnica el tornillo de Arquímedes. Posteriormente, basado en sus estudios sobre el flujo del agua y de estructuras para ríos, Leonardo Da Vinci construyo obras hidráulicas en Milán y Florencia, esto a finales de la segunda mitad del siglo XV. Un poco más de un siglo después, en el año 1612 nace, con los estudios sistemáticos de Galileo, la hidrostática, posteriormente él mismo desarrollo el gato hidráulico en 1642. Un año más tarde Torricelli, alumno de Galileo, enunció la ley del flujo libre a través de oficios e invento el barómetro para medir la presión atmosférica. La siguiente contribución significativa la proporciono Blaise Pascal quien enuncio el principio, que ahora lleva su nombre, sobre la distribución de presiones en un líquido contenido en un recipiente e invento el sifón; Isaac Newton aporto la primera ley de fricción para un fluido en movimiento e introdujo el concepto de viscosidad, también aporto los fundamentos para los principios de similitud hidrodinámica. Las bases para la actual mecánica de fluidos la sentó Daniel Bernoulli quien en 1738 formulo la ley del movimiento de fluidos que relacionó la posición, la velocidad y la presión. Poco tiempo después, Leonhard Euler marco el inicio de los métodos teóricos de análisis de la mecánica de fluidos, al desarrollar las ecuaciones diferenciales generales para el flujo de fluidos ideales; Euler aportó además la teoría fundamental de las máquinas hidráulicas rotodinámicas y los fundamentos de la teoría de flotación. Hacia 1827 Claude Louis Marie Navier introdujo los términos viscosos en las ecuaciones diferenciales de descripción del flujo de fluidos. Osborne Reynold en 1886 introdujo la clasificación de los flujos de fluidos reales y aporto al análisis dimensional y de similitud. Hacia 1904 Ludwing Prantdl en sus trabajos de aerodinámica plantea la teoría de la capa limite que contribuye a unificar los trabajos netamente experimentales y los planteamientos teórico matemáticos; posteriormente Theodor Von Karman y Johan Nikuradse realizan aportes que contribuyen a consolidar las teorías de flujo turbulento y el flujo interno en tuberías.
La etapa tecnológica se caracteriza por la acumulación metódica de datos experimentales, por parte de los que podríamos llamar los primeros ingenieros hidráulicos, con los que desarrollaron factores de corrección para la ecuación de Bernoulli y de Euler o plantearon ecuaciones empíricas para tratar de explicar algunos fenómenos particulares del flujo de fluidos. Dentro de este grupo se destacan nombres tan importantes como Antoine Chezy (Francia 1717 – 1783), quien contribuyo a la hidráulica de canales con la formula que lleva su nombre, para flujo uniforme. Henry Darcy quien en 1856, publica un tratado sobre las fuentes públicas de Dijon, Francia, en el cual aparece la fórmula que desde entonces lleva su nombre, en la que relaciona la permeabilidad de un medio continuo e isótropo poroso, la tasa flujo de un fluido viscoso y el gradiente de presión; en 1857 publica otro tratado relacionado con sus investigaciones experimentales del movimiento del agua en tuberías, en la que relaciona el gradiente de energía, con el diámetro del conducto y con la altura de velocidad. Jean Louis Marie Poiseuille, medico fisiólogo francés, que se especializo en física y matemáticas y que centro sus primeros estudios sobre el flujo de la sangre, desarrollando una expresión que relaciona, la caída de presión con el caudal, la longitud, el radio del capilar y la viscosidad del fluido. Gotthilf Heinrich Ludwig Hagen llevó a cabo en 1839 (independientemente de Poiseuille) una serie de experimentos de flujos a baja velocidad, considerando la fricción en paredes de tubos capilares, por lo que estableció la ley de flujo de Hagen, que posteriormente se llamaría la ley de Hagen-Poiseuille. Se debe resaltar el trabajo de Julius Weisbach quien con sus experimentos y formulas empíricas contribuyo al desarrollo de la ingeniería hidráulica. Para la segunda mitad del siglo XIX en Europa se impulso el desarrollo industrial mediante la construcción de las centrales de energía hidráulicas las cuales la distribuían por tuberías, dentro de las ciudades, hasta las fabricas donde accionaban gran cantidad de maquinas como prensas, laminadoras, grúas, molinos, elevadores, etc. Se recalca que esta etapa finaliza con los trabajos de Prandtl, que permitieron corroborar los resultados de las teorías, con los resultados experimentales dando paso a la última etapa, la tecno-científica, la cual se caracteriza por un acelerado desarrollo de las aplicaciones practicas basadas en teorías validadas por el método científico. Dentro de esta etapa se pueden destacar: La construcción en 1906 del primer barco con sistemas hidráulicos para controlar la velocidad y para orientar sus cañones, el U.S. Virginia; se incluye en esta etapa del desarrollo de la ingeniería hidráulica, el invento de la turbina por Víktor Kaplan y el desarrollo de la bomba de alabes ambas en el siglo XX por la década de los años veintes. En la década siguiente se presenta un gran desarrollo de la oleohidráulica y se inicio el desarrollo de la propulsión a chorro. Todos estas contribuciones han permitido el avance de la tecnología, es así como se han alcanzado grandes adelantos en la industria aeroespacial, automovilística entre otras. También permiten el desarrollo de grandes proyectos de infraestructura.
En los tiempos más recientes no se han producido nuevos avances científicos en la base conceptual de la ingeniería hidráulica, la cual continua basada en la mecánica clásica. Los adelantos recientes se han centrado en el desarrollo y uso de programas de computador, que pueden ser usados como herramientas de apoyo para la modelación, el diseño y la operación de los sistemas hidráulicos, usando las ecuaciones diferenciales que no han sido resueltas por otros métodos. Otro aspecto del desarrollo más reciente, consiste en el uso de dispositivos electrónicos y las telecomunicaciones, con los que se puede obtener información en tiempo real sobre el comportamiento de los sistemas hidráulicos facilitando la optimización de la operación.
Con está condensada reseña histórica, se puede apreciar como ha sido el impacto de la ciencia y tecnología sobre la ingeniería hidráulica.
