مرجع تخصصی آب و فاضلاب

تعیین دبی آب
یکی از کارهائی که لازم می شود  کارشناسان در جریان بازدید و معاینه آب و اراضی در برخی از پرونده ها انجام دهند تعیین دبی آب منبع آبی در پرونده مربوطه است . در این مطلب سعی شده روشهای  ابتدائی و صحرائی تعیین دبی  به زبان ساده و کاربردی بیان گردد .
تعریف دبی :
 به مقدار آبي که در يک ثانيه از يک منبع آب (چاه، چشمه، قنات، رودخانه، کانال و غيره) جريان پيدا مي کند  دبي   یا آبده   مي گويند  و  واحد  آن   برای  منابع   آب کشاورزی معمولا  لیتر  در  ثانیه  است  .
روش هاي اندازه گيري دبي جريان آب :
الف) روش وزني : در اين روش مقدار يک منبع آب در زمان معین اندازه گيري مي شود. ظرف خالي با وزن معین ( p1 ) را در زير جريان آب قرار داده و مدت زمان پر شدن را ( برحسب ثانیه )  مشخص مي کنيم . ظرف پر  آب را وزن کرده  (p2 ) و   وزن ظرف خالی را از آن کم می کنیم  تا  وزن  آب  ریخته شده  درون  ظرف (p2-p1 )  بدست  آید  .  دبی  آب   برابر  است با  وزن  آب   تقسیم  بر   زمان 
(   Q = p2-p1 : t ) چون وزن مخصوص آب ۱ است هر کیلوگرم  وزن آب یک لیتر است و  دبی بر حسب لیتر در ثانیه بدست می آید  .  مثال : اگر وزن ظرف خالی ۵ کیلوگرم و  وزن ظرف ۶۵ کیلوگرم و در مدت ۱۰ ثانیه پر شده باشد دبی آب
( Q= 65 - 5  : 10  = 6 ) شش لیتر درثانیه خواهد بود .
 ب) روش حجمي :
در اين روش مدت زمانی که طول میکشد تا  یک ظرف با حجم معین ( مثلا یک بشکه ۲۲۰ لیتری )از آب  پر شود بر حسب ثانیه  ( t  ) مشخص میکنیم  .  حجم آب ( V )  بر حسب لیتر است . دبی آب از تقسیم حجم بر زمان  ( Q= V : t ) بدست می آید . مثال  :  اگر یک بشکه ۲۲۰ لیتری در مدت ۲۲ ثانیه پر شود  دبی آب
 (  Q= ۲۲۰  :  ۲۲  =   ۱۰     )  ده لیتر  در  ثانیه خواهد بود .
ج ) روش جسم شناور :
دبی  آب (Q ) از حاصلضرب سرعت آب ( V ) در سطح مقطع ( S ) به دست می آید
( Q = V × S )و  لذا بايد سرعت متوسط آب در کانال و سطح مقطع جريان آب در کانال را تعيين کرد .
تعیین سرعت:براي تعيين سرعت آب دو نقطه را در مسير آب به طول  معین  که  مستقيم و عاري از علف و موانع باشد انتخاب مي کنيم و جسمي را که حتي المقدور اثر باد در آن کمتر باشد  ( مثلا یک تکه چوب ) در ابتداي مسير انتخاب شده  انداخته و  زماني را که جسم شناور به انتهاي مسير  برسد را  اندازه مي گيريم.   سرعت  سطحی آب  برابر  است  با مسافت  طی  شده   تقسیم  بر   زمان   بر   حسب   ثانیه   یعنی    (  V = l / t  )

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

سنجش گرهای اولتراسونیک

اغلب انواع سنجش گرهای اولتراسونیک مورد استفاده اساس شان بر پایه ی اختلاف زمان بین امواج صوتی منتقله در مایع بر خلاف جهت سیال است.اختلاف زمان تابع سرعت جریان است.دومین نوع از سنجش گرهای اولتراسونیک اساس شان بر پایه ی باریکه ی برگشتی فرکانس ذرات در جریان است و اثر دوپلر نشان دهنده ی تغییر در فرکانس امواج برگشتی از سرعت است.در مقایسه با سنجش گرهای توربینی یا پروانه ای این نوع از جریان سنج ها میانگین سرعت در طول مسیر باریکه را اندازه گیری می کنند.بنابراین اندازه گیری جریان به پروفیل سرعت بستگی دارد.در سیستم های بزرگ و به ویژه در کانال ها و رودخانه­ها،عموما سیستم های چند راهه نصب شده اند که چندین مبدل برای اندازه گیری دقیق در ارتفاع های مختلف نصب شده اند.اگرچه در کانال های باز اندازه گیری نیاز به ارتفاع آب یا عمق اب دارد؛و این می تواند با پراب اولتراسونیک بالای سطح آب فراهم شود که امواج صوتی به صورت عمودی به سطح برخورد کرده و منعکس می شود.جریان سنج های نوع عبوری با زمان دقت مناسبی دارند اگر نصب شوند و به درستی راه اندازی شوند اما در دراز مدت به ناپایداری تمایل دارند.سنجش گرهای دوپلر دقت کمی دارند و می توان آنها را فقط در آب های کثیف به کار برد.در مقایسه با سیستم های الکترو مغناطیسی؛سنجش گرهای اولتراسونیک هیچ مانع یا افت هدی را برای جریان ایجاد نمی کنند.نصب کردن سنجش گرها نیاز به نفوذ در لوله دارد که به طور فزاینده ای قابل اطمینان و دقیق است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

راه اندازي پمپ ( Commissioning )
پمپ هاي گريز از مركز خيلي پيچيده نمي باشند و با يك نگاه آگاهانه مي توان آنها را بصورت صحيح نصب نمود ولي منظور از نگاه آگاهانه چيست؟ نگاه آگاهانه مطالعه دقيق مستندات تهيه شده توسط سازنده پمپ مي باشد كه در اينصورت مستندات زيادي وجود دارد، مانند دستورالعمل نصب، طريقه حمل و نقل، منحني هاي پمپ و يا مستندات مربوط به ارتباط پمپ و موتور. اما بعضي از اين اطلاعات براي بهره برداري از پمپ بي فايده اند مثل طريقه حمل و نقل، در عوض بعضي اطلاعات در بكارگيري پمپ حائز اهميت بيشتري مي باشند، مانند جهت چرخش پمپ هاي كوپل شد به موتورهاي سه فاز (نه تك فاز) كه با جابجائي دو سيم جهت چرخش معكوس مي شود و در پمپ هاي عمودي بعلت شل شدن پروانه پمپ ممكن است به سيستم آسيب برساند و يا حداقل پمپ، مطابق طرح كار نكند. بهتر اين است كه قبل از راه اندازي موتور پمپ كاملا" از آب پرشود تا از آسيب رسيدن به آب بندها در اثر كاركرد خشك پمپ جلوگيري بعمل آيد.
اطمينان از صحت نصب بسط هاي لوله ها جهت جلوگيري از اعمال بار استاتيكي روي نازل پمپ، استفاده از يك فشار سنج جهت اندازه گيري فشار ورود و خروج، بازرسي ياتاقان هاي پمپ از نظر روغن كاري و مواردي نظير اينها از ديگر اطلاعات ضروري جهت راه اندازي پمپ بشمار مي آيند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

مطالعه سیالات درگیر

حدود چند دهه ای است که استفاده از تکنیک مطالعاتی سیالات درگیریا فلوئید اینکلوژن در علوم مرتبط با زمین شناسی به خوبی رواج یافته است. فلوئید اینکلوژن ها، واکوئل های پرشده از سیال هستند که در اغلب موارد در زمان تشکیل بلور به دام می افتند. ساده ترین حالتی که می توان برای به وجود آمدن آنها درنظر گرفت تشکیل آنها درون نقص های بلوری است که به علت رشد ناقص کریستال ها به وجود می آیند. به طور معمول فلوئید اینکلوژن ها در همه کانی ها وجود دارند، اما به علت یک سری شرایط خاص، مطالعه آنها معمولاً به کانی های شفاف و نیمه شفاف محدود می گردد. فلوئید اینکلوژن ها از نظر منشأ به سه گروه اولیه، ثانویه و ثانویه کاذب تقسیم می گردند. انواع اولیه معمولاً در امتداد زون های رشد و یا در محل نقص بلوری که در هنگام رشد بلور به وجود می آید تشکیل گردیده و انواع ثانویه در امتداد شکستگی های بسیار ریزی که بعد از رشد بلور به وجود می آیند، به دام می افتند. فلوئید اینکلوژن های ثانویه کاذب مشابه انواع ثانویه تشکیل گردیده با این تفاوت که ایجاد شکستگی و پر شدن آن هم زمان با رشد بلور صورت می گیرد. به طور کلی مطالعه فلوئید اینکلوژن ها در دو مبحث عمده پتروگرافی و میکروترمومتری خلاصه می گردد. در مبحث پتروگرافی، اندازه، شکل و مورفولوژی محتویات درون فلوئید اینکلوژن ، منشأ و نسبت فاز مایع به بخار مورد بررسی قرار می گیرد. در مبحث میکروترمومتری، سیالات درگیر تحت تأثیر مراحل گرمایش و سرمایش قرار گرفته (196ــ تا 600+) و با توجه به تغییر رفتار فازهای درون آنها، پارامترهای لازمه برداشت می گردد.

از مهم ترین این پارامترها اندازه گیری دمای همگن شدن درجه ذوب اولیه و درجه ذوب نهایی می باشد که با استفاده از تعبیر و تفسیر و پردازش این داده ها توسط نرم افزار های مربوطه، اطلاعات بسیار ارزشمندی درباره دما، ترکیب و میزان شوری سیال اولیه به دست می آید. در یک سیکل حرارتی، ابتدا فلوئید اینکلوژن را سرد کرده به طوری که کامل یخ ببندد و سپس دما رفته رفته افزایش می دهیم. دمایی که اولین بلور یخ ذوب گردد تحت عنوان نقطه یوتکتیک ( (e t گفته می شود که با توجه به آن می توان به طور کیفی ترکیب نمک های درون سیال را از روی جداول استاندارد تعیین نمود. سپس دما را افزایش داده تاجایی که تمام یخ ذوب گردد. دمایی که بلور یخ به طور کامل ذوب شدتحت عنوان درجه ذوب نهایی Tmice اندازه گیری شده و با توجه به دیاگرام فازی هر سیال، درصد شوری آن بر حسب درصد وزنی NaCl محاسبه می گردد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

در علم مکانیک سیالات استفاده از نتایج تجربی آزمایش ها امری متداول است ولی اغلب نمایش اطلاعات به دست آمده  به شکل َقابل خواندن ، دشوار است . گاهی حتی تفسیر نمودار ها نیز چندان ساده نیست . آنالیز دیمانسیونی روشی است برای درک ارتباط میان اطلاعات به دست امده و نحوه تشکیل انها .از آنالیز دیمانسیونی در تمامی زمینه های تجربی (مبتنی بر علم مهندسی ) می توان استفاده کرد .اگر بتوانیم عوامل و پارامتر های تاثیر گزار در وقایع و موقعیت های فیزیکی را تشخیص دهیم ، آنالیز دیمانسیونی ارتباط میان این پارامتر ها را به ما نشان می دهد .هر چند آنالیز دیمانسیونی در نگاه اول روش دقیقی به نظر نمی رسد اما با تبدیل نتایج کیفی به کمی می توان پارامترهای ناشناخته از تجزیه و تحلیل های تجربی را کاملا شناخت .

هر پدیده یا موقعیت فیزیکی  را می توان میتوان توسط چند پارامتر شناخته شده فیزیکی موسوم به بعد یا دیمانسیون تعریف کرد .از میان پارامتر های شناخته شده می توان به طول، مساحت، زمان  ، سرعت .... اشاره کرد .

(ابعاد) پارامترها قابل اندازه گیری می باشد که بدون تعریف (واحد های استاندارد ) معنی پیدا نمی کند .
( واحد ) استاندارد اندازه گیری و مقایسه ابعاد است.در انالیز دیمانسیونی بحث کیفی پارامترها مد نظر ماست و مقدار کمی انها مطرح نمی باشد

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

جرم حجمی  :

جرم حجمی هر سیال نسبت جرم آن سیال به حجم آن است .

واحد جرم حجمی در دستگاه M.K.S عبارتست از کیلوگرم برمتر مکعب

واحد جرم حجمی در دستگاه C.G.S  عبارتست از گرم بر سانتی متر مکعب

واحد جرم حجمی در دستگاه انگلیسی عبارتست از پوند بر فوت مکعب

جرم حجمی آب :

در دستگاه    1000M.K.Sکیلوگرم بر متر مکعب ، در دستگاهC.G.S  یک گرم بر سانتیمتر مکعب و در دستگاه انگلیسی 94/1 پوند بر فوت مکعب است .

چگالی نسبی RD : عبارتست از چگالی یک سیال نسبت به چگالی سیال دیگر . معمولاً چگالی نسبی سیالات نسبت به آب تعریف می شود . چگالی آب در سیستم C.G.S تقریباً معادل یک گرم بر سانتیمتر مکعب و در سیستم M.K.S برابر 1000 کیلوگرم بر متر مکعب می باشد .

rآب/rجسم=RD

چگالی نسبی فاقد واحد و بعد می باشد .

عدد رینولدز : عبارتست از نسبت نیروهای اینرسی به نیروهای ویسکوزیته . این عدد نمایانگر نوع جریان در لوله ها ، جریان در لایه مرزی و جریان در اطراف اجسام موجود در مسیر سیال می باشد . عدد رینولدز با قطر لوله و سرعت رابطه مستقیم و با ویسکوزیته رابطه عکس دارد. بنابراین افزایش لزجت موجب کاهش عدد رینولدز و افزایش قطر لوله و سرعت موجب افزایش عدد رینولدز می گردد .

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

شرايطي كه موجب كاويتاسيون مي گردد اغلب در جريانهاي با سرعت بالا پديد مي ايد . بطور مثال سطح آبروي سريز كه  ٤٠ تا ٥٠ متر پايين تر از سطح تراز آب مخزن مي باشد بطور حاد در معرض خطر كاويتاسيون قرار دارد . پديده كاويتاسيون در جريانات فوق اشفته در پرش هيدروليكي در مكانهايي مثل حوضچه هاي خلاءزايي مشكلات فراواني ايجاد مي كند. صدمه كاويتاسيون به سازه هاي طراهي شده براي سرعتهاي بالا و در سد هاي بلند و سرريزهاي بزرگ يك مشكل دائمي است.

فاكتورهاي موثر در پديده كاويتاسيون :

در طي حداقل ٢٠ سال تجربه و بررسي عملكرد سرريزها ( شامل مدل و آزمايش بر روي پروتوتيپ ) اين طور نتيجه گيري شده كه كاويتاسيون در اثر عملكرد مجموعه اي از عوامل و شرايط است . معمولا يك عامل به تنهايي براي ايجاد مسئله كاويتاسيون كافي نيست ولي تركيبي از عوامل هندسي و هيدروديناميكي و فاكتورهاي وابسته ديگر ممكن است منجر به خسارت كاويتاسيون گردد.

از مهمترين عواملي كه مي توانند در اين زميه ممكن است دخيل باشند مي توان به موارد زير اشاره كرد :

الف ـ عوامل هندسي که خود شامل موارد زير مي باشد :

1- نا همواريهاي سطحي سرريز و خصوصا برآمدگيها و فرورفتگيهاي موضعي 2- شكافهاي دريچه هاي كشويي و پايه هاي دريچه هاي قطاعي 3- ستونها (piers). 4- درزهاي ساختماني. 5- جدا كننده جريان و دفلكتورها Flow spitter & deflector)). 6- دهانه مجاري و لوله  Ports of ducts & pipe 7- تغيير در شكل عبور جريان (Change of water passage shape) 8- انحنا يا انحراف در مسير جريان در آبراهه (Misalinment of conduit).

ب ـ عوامل هيدروديناميکی :

1ـ دبي مخصوص 2ـ سرعت جريان 3ـ عملكرد دريچه 4ـ توسعه لايه مرزي

ج ـ عوامل متفرقه :

1- انتقال حرارت در طي فروريختن.  2ـ درجه حرارت آب. 3ـ تعداد واندازه حبابهاي درون آب. 4- پراكندگي هوا (Diffusion of air)

عملكرد پمپهاي سانتريفوژ در حالت بحراني مي تواند موجب اختلال سيستمهاي مربوطه شود. از جمله اين سيستمها نيروگاههاي حرارتي و صنايع پتروشيمي است. در بعضي مواقع تعيين علت دقيق عملكرد ناپايدار پمپ ممكن نيست. جريان توربولان و يا شرايط غير عادي جريان مي تواند موجب لرزشهاي شديد و خارج شدن پمپ از مدار شود. يكي از دلايل اوليه لرزشهاي پمپ سانتريفوژ كاويتاسيون است. در اين حالت در اثر كاهش فشار مايع و تبخير صورت گرفته در سمت مكش پروانه توده هاي حباب توليد و به خروجي پروانه جهت تخليه ارسال مي شوند. در اثر افزايش فشار، حبابهاي توليد شده فشرده مي شوند فشرده شدن حبابها همراه با صدا (مشابه صداي ضربه به بادكنك) و ايجاد لرزش   مي شود.

توليد حباب در پروانه وقتي رخ مي دهد كه NPSH  موجود مكش پمپ كمتر از NPSH لازم پمپ شود. اين امر مي تواند به علت وجود مانع در مسير مكش، وجود زانوئي در فاصله نزديك ورودي پمپ و يا شرايط غير عادي بهره برداري مي باشد. عواملي مانند افزايش دما و يا كاهش فشار در سمت مكش نيز مي تواند شرايط فوق را ايجاد كند. البته انتخاب پمپ براي سيستمهايي كه در دبي هاي متفاوت و سرعت متغير كار مي كنند بايستي با دقت صورت گيرد تا از پديده كاويتاسيون جلوگيري گردد. با توجه به ملاحظه مراجع مختلف لرزش پمپ ها معلوم شده است يك عامل رايج اين لرزشها پديده كاويتاسيون است و مي تواند مخرب نيز باشد.

چنانچه آب به بخار تبديل شود حجم آن مي تواند تا  50000  برابر افزايش يابد كه موجب تخليه پروانه از آب گردد خسارات پمپ در اثر كاويتاسيون شامل خوردگي پره ها در منطقه ضربه حباب و آسيب ديدگي ياتاقانها باشد.

بعضي نتايج نشان مي دهد، ارتعاشات مربوط به كاويتاسيون در فركانسهاي بالاي 2000 هرتز توليد يك پيك با طيف پهن مي نمايد. گزارش ديگر اثر كاويتاسيون بر فركانس پاساژ پره (تعداد پره ضربدر فركانس دوران محور) را شرح مي دهد و ديگري اثر دامنه ارتعاشي پيك را در سرعت محور نشان مي دهد. البته دليل تفاوت در فركانسهاي فوق كه از طرف متخصصين مختلف پمپ ارائه شده تفاوت در طراحي پمپ، نصب و بهره برداري آن مي باشد. حتي اخيرا لرزش در اثر كاويتاسيون با ظهور Peak  با فركانس %60 دور روتور در طيف مشاهده شده است كه اين در اثر تشديد فركانس طبيعي پوسته پمپ در اثر برخورد حبابها با آن بوده است. مشخصه ديگر كاويتاسيون تغييرات و نوسان فشار خروجي پمپ است. يك روش سريع جلوگيري ازكاويتاسيون بستن آرام شيرخروجي وكاهش دبي پمپ است تاNPSH  لازم كمتر از موجود شود.

کاويتاسيون را مي توان رفتار خلل و حباب هايي دانست که در سيال بوجود مي آيند. از نظر رفتاري کاويتاسيون را مي توان به دو دسته تقسيم بندي نمود: 1- کاويتاسيون غير فعال (گذرا) 2- کاويتاسيون فعال

کاويتاسيون غيرفعال : فرايندي است که يک خلل يا حباب در سيال به سرعت از بين مي رود و يک موج ضربه بوجود مي آورد. اين نوع کاويتاسيون اغلب در پمپ ها، پروانه هاي کشتي، پروانه هاي موتور و در بافت هاي آوندي گياهان رخ مي دهد.

کاويتاسيون غير فعال ابتدا در اواخر قرن نوزدهم توسط Lord Rayleigh  وقتي از بين رفتن يک خلل کره اي را در يک سيال مشاهده نمود، بررسي شد. وقتي يک حجم مايع در معرض يک فشار کم کارامدي قرار مي گيرد، مايع مي ترکد و يک حفره تشکيل مي دهد. اين پديده آغاز کاويتاسيون ناميده مي شود و مي تواند در پشت تيغه يک ملخ يا پروانه که به سرعت مي چرخد يا هر سطح ديگري که در زير آب با اندازه و شتاب کافي ارتعاش مي کند، رخ دهد. چنين حباب کاويتاسيون با فشار کم درون مايع، به خاطر فشار بالاتر محيط از بين مي رود. همانطور که حباب از بين مي رود، فشار و دماي بخار درون آن افزايش مي يابد. در نهايت حباب به کسر کوچکي از اندازه اصلي خود تبديل مي شود که در اين نقطه گاز درون حباب به محيط مايع پراکنده شده و يک مقدار انرژي زيادي را به شکل موج ضربه صوتي و نور مرئي رها مي سازد. در نقطه فروپاشي کلي دماي بخار درون حباب مي تواند چندين هزار درجه کلوين و فشار آن چند صد اتمسفر باشد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

هيدروليك و هيدرولوژي

مایعات تقریباً تراکم ناپذیر هستند. این ویژگی سبب شده است که از مایعات به عنوان وسیله مناسبی برای تبدیل و انتقال کار استفاده شود. بنابراین می‌توان از آنها برای طراحی ماشینهایی که در عین سادگی، با نیروی محرک خیلی کم بتواند نیروی مقاوم فوق العاده زیادی را جابجا نماید، استفاده نمود. به این ویژگی و همچنین دانش مطالعه این ویژگی هیدرولیک گفته می‌شود.
امروزه در بسیاری از فرآیندهای صنعتی ، انتقال قدرت آن هم به صورت کم هزینه و با دقت زیاد مورد نظر است در همین راستا بکارگیری سیال تحت فشار در انتقال و کنترل قدرت در تمام شاخه های صنعت رو به گسترش است. استفاده از قدرت سیال به دو شاخه مهم هیدرولیک و نیوماتیک ( که جدیدتر است ) تقسیم می‌شود . از نیوماتیک در مواردی که نیروهای نسبتاً پایین (حدود یک تن) و سرعت های حرکتی بالا مورد نیاز باشد (مانند سیستم‌هایی که در قسمت‌های محرک رباتها بکار می روند) استفاده می‌کنند در صورتیکه کاربردهای سیستم‌های هیدرولیک عمدتاً در مواردی است که قدرتهای بالا و سرعت های کنترل شده دقیق مورد نظر باشد(مانند جک های هیدرولیک ، ترمز و فرمان هیدرولیک و...). حال این سوال پیش میاید که مزایای یک سیستم هیدرولیک یا نیوماتیک نسبت به سایر سیستم‌های مکانیکی یا الکتریکی چیست؟در جواب می توان به موارد زیر اشاره کرد: ۱) طراحی ساده ۲) قابلیت افزایش نیرو ۳) سادگی و دقت کنترل ۴) انعطاف پذیری ۵) راندمان بالا ۶) اطمینان در سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک نسبت به سایر سیستم‌های مکانیکی قطعات محرک کمتری وجود دارد و میتوان در هر نقطه به حرکتهای خطی یا دورانی با قدرت بالا و کنترل مناسب دست یافت ، چون انتقال قدرت توسط جریان سیال پر فشار در خطوط انتقال (لوله ها و شیلنگ ها) صورت میگیرد ولی در سیستم‌های مکانیکی دیگر برای انتقال قدرت از اجزایی مانند بادامک ، چرخ دنده ، گاردان ، اهرم ، کلاچ و... استفاده می‌کنند. در این سیستم‌ها میتوان با اعمال نیروی کم به نیروی بالا و دقیق دست یافت همچنین میتوان نیرو های بزرگ خروجی را با اعمال نیروی کمی (مانند بازو بسته کردن شیرها و ...) کنترل نمود. استفاده از شیلنگ های انعطاف پذیر ، سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک را به سیستم‌های انعطاف پذیری تبدیل می‌کند که در آنها از محدودیتهای مکانی که برای نصب سیستم‌های دیگر به چشم می خورد خبری نیست. سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک به خاطر اصطکاک کم و هزینه پایین از راندمان بالایی برخوردار هستند همچنین با استفاده از شیرهای اطمینان و سوئیچهای فشاری و حرارتی میتوان سیستمی مقاوم در برابر بارهای ناگهانی ، حرارت یا فشار بیش از حد ساخت که نشان از اطمینان بالای این سیستم‌ها دارد. اکنون که به مزایای سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک پی بردیم به توضیح ساده ای در مورد طرز کار این سیستم‌ها خواهیم پرداخت. برای انتقال قدرت به یک سیال تحت فشار (تراکم پذیر یا تراکم ناپذیر) احتیاج داریم که توسط پمپ های هیدرولیک میتوان نیروی مکانیکی را تبدیل به قدرت سیال تحت فشار نمود. مرحله بعد انتقال نیرو به نقطه دلخواه است که این وظیفه را لوله ها، شیلنگ ها و بست ها به عهده میگیرند . بعد از کنترل فشار و تعیین جهت جریان توسط شیرها سیال تحت فشار به سمت عملگرها (سیلندرها یا موتور های هیدرولیک ) هدایت می‌شوند تا قدرت سیال به نیروی مکانیکی مورد نیاز(به صورت خطی یا دورانی ) تبدیل شود. اساس کار تمام سیستم های هیدرولیکی و نیوماتیکی بر قانون پاسکال استوار است.
 ● قانون پاسکال: ۱) فشار سرتاسر سیال در حال سکون یکسان است .(با صرف نظر از وزن سیال) ۲) در هر لحظه فشار استاتیکی در تمام جهات یکسان است. ۳) فشار سیال در تماس با سطوح بصورت عمودی وارد میگردد. کار سیستم‌های نیوماتیک مشابه سیستم های هیدرولیک است فقط در آن به جای سیال تراکم ناپذیر مانند روغن از سیال تراکم پذیر مانند هوا استفاده می کنند . در سیستم‌های نیوماتیک برای دست یافتن به یک سیال پرفشار ، هوا را توسط یک کمپرسور فشرده کرده تا به فشار دلخواه برسد سپس آنرا در یک مخزن ذخیره می کنند، البته دمای هوا پس از فشرده شدن بشدت بالا میرود که می تواند به قطعات سیستم آسیب برساند لذا هوای فشرده قبل از هدایت به خطوط انتقال قدرت باید خنک شود. به دلیل وجود بخار آب در هوای فشرده و پدیده میعان در فرایند خنک سازی باید از یک واحد بهینه سازی برای خشک کردن هوای پر فشار استفاده کرد. اکنون بعد از آشنایی مختصر با طرز کار سیستم‌های هیدرولیکی و نیوماتیکی به معرفی اجزای یک سیستم هیدرولیکی و نیوماتیکی می پردازیم.
● اجزای تشکیل دهنده سیستم های هیدرولیکی: ۱) مخزن : جهت نگهداری سیال ۲) پمپ : جهت به جریان انداختن سیال در سیستم که توسط الکترو موتور یا ۳) موتور های احتراق داخلی به کار انداخته می شوند. ۴) شیرها : برای کنترل فشار ، جریان و جهت حرکت سیال ۵) عملگرها : جهت تبدیل انرژی سیال تحت فشار به نیروی مکانیکی مولد کار(سیلندرهای هیدرولیک برای ایجاد حرکت خطی و موتور های هیدرولیک برای ایجاد حرکت دورانی).
 ● اجزای تشکیل دهنده سیستم های نیوماتیکی: ۱) کمپرسور ۲) خنک کننده و خشک کننده هوای تحت فشار ۳) مخزن ذخیره هوای تحت فشار ۴) شیرهای کنترل ۵) عملگرها
● یک مقایسه کلی بین سیستم‌های هیدرولیک و نیوماتیک: ۱) در سیستم‌های نیوماتیک از سیال تراکم پذیر مثل هوا و در سیستم‌های هیدرولیک از سیال تراکم ناپذیر مثل روغن استفاده می کنند. ۲) در سیستم‌های هیدرولیک روغن علاوه بر انتقال قدرت وظیفه روغن کاری قطعات داخلی سیستم را نیز بر عهده دارد ولی در نیوماتیک علاوه بر روغن کاری قطعات، باید رطوبت موجود در هوا را نیز از بین برد ولی در هر دو سیستم سیال باید عاری از هر گونه گرد و غبار و نا خالصی باشد ۳) فشار در سیستم‌های هیدرولیکی بمراتب بیشتر از فشار در سیستم‌های نیوماتیکی می باشد ، حتی در مواقع خاص به ۱۰۰۰ مگا پاسکال هم میرسد ، در نتیجه قطعات سیستم‌های هیدرولیکی باید از مقاومت بیشتری برخوردار باشند. ۴) در سرعت های پایین دقت محرک های نیوماتیکی بسیار نامطلوب است در صورتی که دقت محرک های هیدرولیکی در هر سرعتی رضایت بخش است . ۵) در سیستم‌های نیوماتیکی با سیال هوا نیاز به لوله های بازگشتی و مخزن نگهداری هوا نمی باشد. ۶) سیستم‌های نیوماتیک از بازده کمتری نسبت به سیستم‌های هیدرولیکی برخوردارند.
امروزه در بسیاری از فرآیندهای صنعتی ، انتقال قدرت آن هم به صورت کم هزینه و با دقت زیاد مورد نظر است در همین راستا بکارگیری سیال تحت فشار در انتقال و کنترل قدرت در تمام شاخه های صنعت رو به گسترش است. استفاده از قدرت سیال به دو شاخه مهم هیدرولیک و نیوماتیک ( که جدیدتر است ) تقسیم می‌شود . از نیوماتیک در مواردی که نیروهای نسبتاً پایین (حدود یک تن) و سرعت های حرکتی بالا مورد نیاز باشد (مانند سیستم‌هایی که در قسمت‌های محرک رباتها بکار می روند) استفاده می‌کنند در صورتیکه کاربردهای سیستم‌های هیدرولیک عمدتاً در مواردی است که قدرتهای بالا و سرعت های کنترل شده دقیق مورد نظر باشد(مانند جک های هیدرولیک ، ترمز و فرمان هیدرولیک و...). حال این سوال پیش میاید که مزایای یک سیستم هیدرولیک یا نیوماتیک نسبت به سایر سیستم‌های مکانیکی یا الکتریکی چیست؟در جواب می توان به موارد زیر اشاره کرد: ۱) طراحی ساده ۲) قابلیت افزایش نیرو ۳) سادگی و دقت کنترل ۴) انعطاف پذیری ۵) راندمان بالا ۶) اطمینان در سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک نسبت به سایر سیستم‌های مکانیکی قطعات محرک کمتری وجود دارد و میتوان در هر نقطه به حرکتهای خطی یا دورانی با قدرت بالا و کنترل مناسب دست یافت ، چون انتقال قدرت توسط جریان سیال پر فشار در خطوط انتقال (لوله ها و شیلنگ ها) صورت میگیرد ولی در سیستم‌های مکانیکی دیگر برای انتقال قدرت از اجزایی مانند بادامک ، چرخ دنده ، گاردان ، اهرم ، کلاچ و... استفاده می‌کنند. در این سیستم‌ها میتوان با اعمال نیروی کم به نیروی بالا و دقیق دست یافت همچنین میتوان نیرو های بزرگ خروجی را با اعمال نیروی کمی (مانند بازو بسته کردن شیرها و ...) کنترل نمود. استفاده از شیلنگ های انعطاف پذیر ، سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک را به سیستم‌های انعطاف پذیری تبدیل می‌کند که در آنها از محدودیتهای مکانی که برای نصب سیستم‌های دیگر به چشم می خورد خبری نیست. سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک به خاطر اصطکاک کم و هزینه پایین از راندمان بالایی برخوردار هستند همچنین با استفاده از شیرهای اطمینان و سوئیچهای فشاری و حرارتی میتوان سیستمی مقاوم در برابر بارهای ناگهانی ، حرارت یا فشار بیش از حد ساخت که نشان از اطمینان بالای این سیستم‌ها دارد. اکنون که به مزایای سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک پی بردیم به توضیح ساده ای در مورد طرز کار این سیستم‌ها خواهیم پرداخت. برای انتقال قدرت به یک سیال تحت فشار (تراکم پذیر یا تراکم ناپذیر) احتیاج داریم که توسط پمپ های هیدرولیک میتوان نیروی مکانیکی را تبدیل به قدرت سیال تحت فشار نمود. مرحله بعد انتقال نیرو به نقطه دلخواه است که این وظیفه را لوله ها، شیلنگ ها و بست ها به عهده میگیرند . بعد از کنترل فشار و تعیین جهت جریان توسط شیرها سیال تحت فشار به سمت عملگرها (سیلندرها یا موتور های هیدرولیک ) هدایت می‌شوند تا قدرت سیال به نیروی مکانیکی مورد نیاز(به صورت خطی یا دورانی ) تبدیل شود. اساس کار تمام سیستم های هیدرولیکی و نیوماتیکی بر قانون پاسکال استوار است.
جهش هيدروليكي
جهش هيدروليكي از جمله پديده هايي است كه تاكنون محققان زيادي را معطوف خود ساخته است.خصوصيات بارز و ممتاز اين پديده موجب گرديده است تا در مهندسي هيدروليك كاربردهاي زيادي براي آن يافت شود.استفاده از جهش هيدروليكي در سرريز سدها به عنوان مستهلك كننده انرژي و استفاده از جهش هيدروليكي به منظور افزايش عمق جريان در كانالهاي آبياري و استفاده از تلاطم ايجاد شده در جهش به منظور اختلاط مواد شيميايي يا هوا با آب در تصفيه خانه هاي آب و فاضلاب و موارد متعدد ديگر از جمله اين كاربردها مي باشد.                                           
جرياني كه از روي سرريز سد با سرعت زياد به پايين دست آن جريان مي يابدممكن است باعث تخريب و فرسايش كف  رودخانه شده و خطراتي را متوجه سازه كند.بدين منظور براي كاهش انرژي جنبشي جريان در پايين دست سدها از حوضچه هاي جهش هيدروليكي استفاده مي شود.جهش هيدروليكي در واقع تبديل و تغير ناگهاني و سريع حالت جريان از فوق بحراني با سرعت زياد به زير بحراني با سرعت كم مي باشد.بنابراين بيشتر انرژي جنبشي جريان در خلال اين فرايند به انرژي پتانسيل تبديل مي شود.بخش ديگري از انرژي جنبشي نيز بر اثر تنشهاي برشي حاصل از برخورد موجها و تلاطم هاي بوجود آمده بر اثر جهش به صورت گرما جذب محيط اطراف خود مي شود.                                                                                                            
خصوصيات بارز يك جهش هيدروليكي را مي توان به صورت زير خلاصه كرد                  
● آشفتگي شديد جريان
● ارتعاش و مشاهده حالت ضرباني در جريان
● ايجاد موج در سطح آب پايين دست
● ورود هوا به داخل جريان
● استهلاك انرژي به واسط آشفتگي و تلاطم شديد جريان
● ايجاد حالت پاشيدگي در آب و توليد سر و صدا
دريك تقسيم بندي كلي مي توان انواع جهش هيدروليكي را به صورت زير دسته بندي كرد :  
١- جهش هيدروليكي ازاد
٢- جهش هيدروليكي اجباري
٣- جهش هيدروليكي مستغرق
هيدرولوژي چيست ؟
بر اساس آخرين مطالعات تا كنون 5 ميليارد سال از عمر زمين مي گذرد و شواهد مشان مي دهد كه آب از همان ابتداي تشكيل كره زمين نقش مهمي در تحول و قابل سكونت كردن آن به عنوان تنها سياره قابل زيست داشته است . با تشكيل اقيانوسها و در ياها و تشگيل بخار از روي آنها و ايجاد ابر و بارندگي و به طور كلي گردش آب در طبيعت و جاري شدن آب در رودخانه ها و بازگشت مجدد آن به طروق مختلف به اقيانوسها ، ابتدا زندگي اوليه با گياهان و جانداران پست آغاز شد و سپس گياهان و حيوانات عالي به وجود آمدند.
پوسته زمين كه از سنگهاي آذرين سرد شده تشكيل شده بود در اثر تماس با هوا و جو تحت تأ ثير پديده هوازدگي قرار گرفت و تغييرات همزمان آب ، دما و يخبندان باعث تكه تكه شدن سنگها شده وجاري شدن آبها آنها را جابه جا كرده و دشتهاي وسيعي را كه داراي پوشش خاك بودند به وجود آوردند . اين پوشش خاكي همراه با آب قابل دسترس در طبيعت محيط مناسبي را براي رشد گياهان فراهم شد و محيط مناسب براي زندگي بشر آماده و مهيا گرديد . انسانهاي نخستين از آب تنها براي شرب استفاده مي كردند بتدريج با پيشرفت تمدن و گذشت زمان از آن براي گردش آسيابها ، كشاورزي و حمل و نقل نيز استفاده كرد.
همزمان با پيشرفت تمدنها استفاده از آب نيز شكل تازه اي به خود گرفت به طوري كه در بسياري از زمينه ها ، از كشاورزي گرفته تا صنعت و از همه مهمتر توليد انرژي از آب استفاده مي شود و امروزه دسترسي به آب كافي و با كيفيت مناسب در زمان و مكان مناسب مد نظر مي باشد و هرگونه كمبود آب را مانعي در جهت توسعه پايدار مي داند به همين دليل هرساله سرمايه هاي زيادي براي توسعه منابع آب و طرحهاي مرتبط با آن مثل سدسازي و احداث شبكه هاي آبياري و زهكشي ، آبخيز داري ، مهار سيل و تغذيه آبهاي زير زميني انجام مي دهند .

مرجع تخصصی آب و فاضلاب