Υδραυλικό πλήγμα

Στον κλάδο της φυσικής που ονομάζεται μηχανική, υπάρχουν δύο ειδών ενέργειες. Η μηχανική και η κινητική.
Μηχανική είναι μια ενέργεια λόγο θέσης. Είναι η ενέργεια π.χ. που περιέχεται στο νερό μιας λίμνης σε μεγάλο υψόμετρο και που εύκολα μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια με τη βοήθεια ενός υδροστρόβιλου. Ισούται με το γινόμενο του βάρους ενός σώματος επί το ωφέλιμο ύψος στο οποίο βρίσκεται, αλλά όχι μόνο. Μηχανική ενέργεια π.χ. έχει και ένα συμπιεσμένο ελατήριο.
Κινητική είναι η ενέργεια που περιέχεται σε ένα σώμα που κινείται. Είναι η ενέργεια που καταστρέφει ένα αυτοκίνητο σε ένα κρας-τεστ (ή μια σύγκρουση), που έχει ένα σφυρί και καρφώνει ένα καρφί ή και ο άνεμος που κινεί μια ανεμογεννήτρια. Ισούται με το γινόμενο της μάζας του σώματος επί το τετράγωνο της ταχύτητάς του. Ας σημειώσουμε ότι η μηχανική ενέργεια πρώτα μετατρέπεται σε κινητική (μέσα στον αγωγό π.χ. που οδηγεί το νερό της λίμνης στον υδροστρόβιλο) και μετά σε κάποια άλλη μορφή (π.χ. ηλεκτρική).
Αυτή λοιπόν η κινητική ενέργεια είναι πολύ χρήσιμη εάν την τιθασεύσουμε και την χρησιμοποιήσουμε για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, αλλά καμιά φορά και καταστροφική, όπως στην περίπτωση σύγκρουσης αυτοκινήτων ή ενός ανεμοστρόβιλου. Μία περίπτωση καταστροφικής μορφής κινητικής ενέργειας είναι και το υδραυλικό πλήγμα. Τι είναι αυτό; Όταν σε έναν αγωγό ρέει νερό, αυτό έχει μια ταχύτητα, μία κινητική ενέργεια. Αν για οποιονδήποτε λόγο σταματήσει απότομα η ροή όλη η κινητική ενέργεια του νερού μετατρέπεται σε μια τεράστια πίεση προς τα τοιχώματα της σωλήνωσης ή των συσκευών που συνδέονται με αυτήν. Μια πίεση που δημιουργεί ακόμη και έναν θόρυβο σαν πιστολιά.
Παλαιά στις σωληνώσεις χρησιμοποιούσαμε βάνες ή διακόπτες που μείωναν σταδιακά τη ροή και τέτοια φαινόμενα ήταν σχετικά σπάνια. Σήμερα με τους σφαιρικούς κρουνούς ένας απότομος χειρισμός τους διακόπτει απότομα τη ροή και το φαινόμενο παρουσιάζεται όλο και πιο συχνά. Είναι αυτή όμως η μοναδική αιτία; Όχι.
Εάν ένα λόχος περνάει από μια γέφυρα απαγορεύεται να πηγαίνει με στρατιωτικό βηματισμό. Γιατί; Μα όλες οι γέφυρες πάλλονται. Λόγω ελαστικότητας από τον άνεμο ή άλλες εξωτερικές δυνάμεις, το δάπεδό τους ανεβοκατεβαίνει. Αν τυχόν (πράγμα σπάνιο βέβαια αλλά κάθε τι σπάνιο, κάποτε συμβαίνει) ο ρυθμός του βηματισμού των στρατιωτών συμπέσει με τη συχνότητα των παλμών της γέφυρας (φαινόμενο συντονισμού) οι παλμοί αυτοί της γέφυρας ενισχύονται και η γέφυρα μπορεί να καταρρεύσει. Η κούνια που παίζει το παιδί μας ανεβαίνει όλο και πιο ψηλά αν τη σπρώχνουμε τη στιγμή που φθάνει το πιο ψηλό της σημείο. Αν το κάνουμε αυτό σε άλλο σημείο, τότε σταματάει. Όταν το νερό περνάει από ένα διακόπτη ελέγχου της ποσότητας της ροής, τότε η τριβή δημιουργεί διάφορους στροβιλισμούς. Σε μια μπαταρία έχουμε δύο παροχές (κρύο – ζεστό), δύο διακόπτες και δύο στροβιλισμούς. Κάθε τέτοιος στροβιλισμός δημιουργεί και κάποια μικρά, ανεπαίσθητα κύματα πίεσης. Αν συντονιστούν όμως τέτοια κύματα μπορεί να δημιουργήσουν έντονα κύματα που τα ακούμε σαν ένα πολυβόλο. Το πρόβλημα ασυναίσθητα το λύνουμε ανοίγοντας περισσότερο ή κλείνοντας περισσότερο τη μπαταρία. Ότι κάνουμε και σε ένα αυτοκίνητο με αζυγοστάθμητα λάστιχα. Σε κάποια ταχύτητα νοιώθουμε το τιμόνι να κοσκινίζει και το αυτοκίνητο να τρέμει (ταχύτητα συντονισμού). Ανεβάζοντας ή κατεβάζοντας την ταχύτητα το φαινόμενο παύει, γιατί βγήκαμε από τη συχνότητα του συντονισμού.
Πώς αντιμετωπίζεται τώρα το φαινόμενο του υδραυλικού πλήγματος που μπορεί να σπάσει μια σωλήνα, να ξεκολλήσει μια γωνία ή να καταστρέψει μια συνδεδεμένη συσκευή; Η λύση είναι κάποια μαξιλαράκια αέρα. Σε μια σύγκρουση δεν προστατευόμαστε με αερόσακους; Τι μαξιλαράκια; Μα ένα είδος κλειστών δοχείων διαστολής, άλλης βέβαια σχεδίασης και μεγέθους από τα δοχεία διαστολής στη θέρμανση ή τα boiler. Δυστυχώς στην Ελλάδα η χρήση τέτοιων αντιπληγματικών δοχείων είναι περιορισμένη και τα φαινόμενα του υδραυλικού πλήγματος είναι πολύ συχνά.
Και κάτι τελευταίο. Στο αυτοκίνητο μία καλή ζυγοστάθμιση των ελαστικών λύνει το πρόβλημα των κραδασμών σε ορισμένη ταχύτητα. Η αντικατάσταση των ελαστικών δακτυλίων στις έδρες των διακοπτών ή μπαταριών, δημιουργεί διαφορετικής συχνότητας στροβιλισμούς κατά τη ρύθμιση της ροής και συνήθως παύει να δημιουργείται αυτό το υδραυλικό πλήγμα.