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Rueda hidráulica


HISTORIA DE LA RUEDA HIDRÁULICA

El más antiguo de los motores hidráulicos es la rueda hidráulica que está constituida por una serie de palas dispuestas en forma de rueda; en la cual el agua, al caer, choca contra las palas e impulsa a éstas con lo que se consigue el movimiento de la rueda.

La utilización de la energía hidráulica  data de la época de los griegos, quienes empleaban la rueda hidráulica llamada noria, que inventó Filón de Bizancio en el siglo III a.C, para bombear agua. Sin embargo, las primeras referencias detalladas de la rueda hidráulica, así como sus aplicaciones son desde los tiempos del imperio romano, cuando aparece la rueda hidráulica horizontal, también llamada “molino romano” y el molino de rueda vertical de paletas, que generalmente es denominado “molino tipo vitruviano”, llamado así en honor al Ingeniero romano Vitruvio quien estudió y documentó este tipo de rueda, que desarrollaron los romanos ante la insatisfacción con la rueda horizontal de los griegos debido a su baja eficiencia. Este tipo de molino descrito por Vitruvio fue el más común por muchos siglos, no solo en Europa sino también en América, principalmente en el norte del continente.

En provincias como Hispania, que ha sido reconocida como parte importante en la producción y exportación de granos para Roma, prácticamente la  totalidad del grano era molido para obtener harina, materia prima básica en la fabricación de pan, que constituía el principal pilar de la dieta de la época. Para esto, la mayoría de los molinos de grano estaban constituidos por dos muelas (una fija llamada solera y otra móvil o corredera), estas eran poco peraltadas y de pequeño diámetro, y podían moverse  gracias al movimiento de la rueda producida por el agua, y en algunas ocasiones con la ayuda de por un hombre, a través de un taladro en el que se encajaba un mango de madera que se empuñaba con una mano.

Con menor frecuencia han aparecido en otras provincias romanas molinos de muelas muy peraltadas, llamados molinos pompeyanos -por los magníficos ejemplares de este tipo hallados en la ciudad de Pompeya. Estos molinos requerían, por su tamaño mucho mayor, ser tirados por asnos y tenían naturalmente una capacidad de molienda bastante mayor.

Además de los griegos y los romanos,  en la antigüedad los egipcios emplearon la sakia, (rueda hidráulica de compartimientos o cubos) para elevar agua. Se piensa que quizá también  los sumerios emplearon la rueda hidráulica con otros fines.

Más adelante, la rueda hidráulica se transformó en la gran máquina de la Edad Media, utilizándose en molinos harineros, en aserraderos, martillos y bombas, para accionar fuelles, para la batanadura de la lana, para exprimir la caña dulce, primer paso para la fabricación del azúcar; incluso fueron usadas ruedas hidráulicas para ayudar en el proceso de extracción de los minerales en la famosa mina del Potosí, en Bolivia.  Las grandes ruedas hidráulicas medievales de madera desarrollaban una potencia máxima de cincuenta caballos de fuerza. En este tiempo se las empleó tanto en posición vertical, como en posición horizontal para mover directamente una estructura vertical.

Siendo una máquina de tan diversa aplicabilidad, a lo largo de la historia muchos se interesaron en el desarrollo de la rueda hidráulica. Hasta el famoso Leonardo da Vinci diseñó una rueda que era capaz de llenar una torre de agua, quizás para suplir las necesidades de este recurso a un pueblo.

La hidroelectricidad tuvo mucha importancia durante la Revolución Industrial. Impulsó las industrias textiles y del cuero y los talleres de construcción de máquinas a principios del siglo XIX. Para esta época ya se encontraban por lo menos medio millón de ruedas en Europa, en minas e industrias. Aunque las máquinas de vapor ya estaban perfeccionadas, el carbón era escaso y la madera poco satisfactoria como combustible. La energía hidráulica ayudó al crecimiento de las nuevas ciudades industriales que se crearon en Europa y América hasta la construcción de canales a mediados del siglo XIX, que proporcionaron carbón a bajo precio.  Estas ruedas hidráulicas continuaron aplicándose en diversos campos durante mucho tiempo. Por ejemplo, en el siglo XIX se construyeron ingenios hidráulicos para elevar el agua a cierta altura sin necesidad de utilizar ruedas hidráulicas, aprovechando el fenómeno conocido como golpe de ariete.

 

En general, aunque estas últimas ruedas hidráulicas sufrieron pocas modificaciones, no se presentaron cam­bios significativos hasta que en 1848 apareció la turbina a reacción de Francis, en 1880 la de impulsión de Pelton y en 1906 la de Kaplan. Todo esto permitió que las ruedas hidráulicas se transforman en las modernas turbinas, ruedas rápidas y de buen rendimiento, que abren un nuevo campo de colaboración en el campo de la producción de energía motriz, gracias al descubrimiento de la inducción electromagnética que permite transformar la energía del agua en electricidad.

A pesar de la aparición de las turbinas de acero, de mayor potencia y más eficientes que las ruedas hidráulicas, en algunos países como Inglaterra estos molinos continuaron siendo útiles durante mucho tiempo. Esto se debió principalmente a que podían se construidos con materiales disponibles en la región (como madera y bambú), y con esto se podía bombear agua o realizar una gran variedad de tareas relacionadas con el procesamiento de granos, lo que favoreció inmensamente a los pequeños productores. Los existentes canales de irrigación y pequeñas corrientes ofrecían muchos sitios potenciales en los cuales se podían realizar estos trabajos a muy bajos costos.

Por ejemplo, para 1850, los británicos habían construido un gran número de ruedas hidráulicas para uso industrial, que producían de 65kW a 190kW, con diámetros entre 7 y 12 metros. Algunas de estas ruedas fueron dejadas en funcionamiento por más de 100 años. La construcción de tales máquinas sería muy costosa ahora; pero ruedas más pequeñas (en un rango de 0.3 a 0.5kW) todavía son consideradas económicamente viables en algunos lugares del sur de ese país. 

En Colombia algunos de los registros sobre las primeras ruedas hidráulicas tienen que ver principalmente con el desarrollo en las grandes haciendas en la época republicana. Hacia 1853 había en la hacienda de La Puerta, abajo de Fusagasugá, un trapiche hidráulico, y otro en Arroyohondo cerca de Cali. Fue mucho más tarde cuando en La Manuelita se instaló el primer trapiche accionado por rueda Pelton. En la hacienda "El Buque", cerca de Villavicencio, en 1870 estaba recién instalada una piladora de arroz con rueda hidroeléctrica.

FUNCIONAMIENTO DE LA RUEDA HIDRÁULICA

Existen muchos tipos de ruedas hidráulicas, pero en cualquier caso el funcionamiento es siempre el mismo: mediante un canal se desvía cierta cantidad de agua del río, la cual se hace entrar a gran velocidad y en cantidad suficiente en el molino. Al llegar, el agua choca contra las palas de una rueda hidráulica que transmite a lo largo de su eje el movimiento a otras piezas tales como poleas, engranajes o bielas que comunican el giro de la rueda hidráulica a las muelas, los martinetes o cualquier otro mecanismo que gire u oscile.

Dependiendo de su funcionamiento y al mecanismo de llegada del agua, las ruedas hidráulicas verticales se clasifican en las siguientes:

 

Rueda hidráulica con canal de alimentación superior

Las ruedas se desliza empujada por el agua que llega  desde arriba, permitiendo una mayor explotación del agua disponible debido a que esta cae y la fuerza de gravedad realiza todo el efecto. Se usa en lugares donde hay alturas suficientes y el caudal es muy poco. El rendimiento es bastante alto (80 a 90 %). La rueda es trabajoso en su fabricación (impermeabilidad)

Ruedas hidráulica con canal de alimentación en la altura del eje

El agua entra en la rueda en la altura del eje. Su eficiencia e menor que en el caso de las ruedas con canal de alimentación superior. Se necesita un empaque entre la rueda y canal de alimentación .

Se usa este tipo de rueda en casos donde hay muchos cambios en el nivel del agua de entrada y de salida.

Rueda hidráulica con canal de alimentación inferior

Este es el tipo de rueda más simple. Estas, aprovechan solo la impulsión de la corriente del agua, aunque el problema de esta consiste en que no hace uso del peso del agua que cae y, en lugar de eso, depende del flujo de la fuente de agua.  Su rendimiento es muy bajo (15 a 20 %) en el caso de un canal de alimentación forzado. En los molinos de barco el rendimiento es aún más bajo porque el agua tiende a desviarse a los lados de la rueda.

Rueda hidráulica reversible

Es una rueda hidráulica con canal de alimentación superior con la posibilidad de cambiar el sentido de rotación, esto permite que sea utilizada para levantar cargas.

Durante la historia, se desarrollaron varios mecanismos para encender y apagar maquinarias independientes movidas por las ruedas hidráulicas. Para detener las operaciones en los molinos frecuentemente se pueden encontrar compuertas que controlan el flujo del agua que va a las aspas.  Para desencoplar algunas maquinarias, las correas de los engranajes son empujadas hacia poleas que rotan libremente, para que así estos no sean empujados por el eje principal de la rueda.

Con todo lo expuesto anteriormente, es posible darse cuenta que estas ruedas hidráulicas aunque han sido reemplazadas por maquinaria mucho más eficiente, que los han convertido en obsoletos; los que aún se conservan son una prueba viviente de una importante era tecnológica y con suerte serán conservados para el deleite de futuras generaciones.

Isabel Cristina Ortiz E.


BIBLIOGRAFÍA

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