La esclusa de cajón es un tipo de esclusa de canal en la que un bote estrecho se flota en una caja hermética sellada y se sube o baja entre dos niveles de agua de canal diferentes. Fue inventado a finales del siglo XVIII como solución al problema que planteaba la excesiva demanda de agua cuando se utilizaban esclusas convencionales para subir y bajar embarcaciones de canal a través de grandes desniveles. Tales esclusas, cada una de las cuales solo subiría y bajaría los barcos a través de pequeñas diferencias de altura de unos pocos pies, no serían suficientes cuando hubo que abordar grandes diferencias de altura o cuando el agua escaseara. Se pensó que el cajón (o caisoon) era una solución, aunque trascendió que la tecnología de la época no era capaz de lograr económicamente este tipo de construcción.
Fue diseñado principalmente como una medida de ahorro de agua y también fue un intento de minimizar los costos de construcción en comparación con otras soluciones de ingeniería de la época. En uso, fue capaz de reemplazar hasta siete cerraduras convencionales. [1] Otros beneficios de diseño fueron la velocidad de descenso / ascenso de la embarcación y solo una pequeña pérdida de agua cuando se opera en comparación con una esclusa de embarcación convencional.
Historia
La cerradura del cajón se demostró por primera vez en Oakengates en una sección ahora perdida del Canal de Shropshire en 1792, donde su inventor, Robert Weldon (n: 1754 ad: 1810) construyó un modelo a media escala. Afirmó que su diseño resolvería el problema del suministro de agua en las estaciones secas o en elevaciones mayores, sería más barato que construir acueductos o túneles y sería más rápido de operar que la cantidad de cerraduras de superficie que su diseño podría reemplazar. [2] Él patentó su invento como 'Hydrostatick Caisson Lock'. La caja de tamaño completo, o "baúl", [2] probablemente habría desplazado alrededor de 270 toneladas y pesaría alrededor de 170 toneladas, incluida el agua que contenía, por lo que se habrían necesitado alrededor de 100 toneladas de lastre para proporcionar una flotabilidad neutra . La caja habría tenido que ser lo suficientemente fuerte para soportar la presión de 50 pies (15 m) de agua, es decir, aproximadamente 22 psi (150 kPa) de presión manométrica en el fondo de la cámara. [3]
Los propietarios de Kennet and Avon Canal Company habían inspeccionado el dispositivo de Weldon. El campo de carbón de Somerset se estaba abriendo, y debía ser servido por un canal de carbón de Somerset que alimentaría el sistema de canales más amplio por medio de Kennet y Avon, cuyos propietarios se beneficiarían enormemente del desarrollo. Sin embargo, el canal de carbón de Somerset sufrió serios problemas de suministro de agua en Combe Hay ; y Kennet and Avon Company sugirió la innovación de Weldon como la solución. Se propusieron tres esclusas de cajón, cada una con 80 pies (24 m) de largo y 60 pies (18 m) de profundidad y que contenían una caja de madera cerrada que podía llevar el bote. Esta caja se movía hacia arriba y hacia abajo en la piscina de agua de 60 pies (18 m) de profundidad, que nunca salió de la cerradura.
La primera esclusa se completó en 1797 bajo la supervisión de Weldon. El dispositivo se le mostró al Príncipe Regente (más tarde Jorge IV ), pero se descubrió que sufría varios problemas de ingeniería, posiblemente causados por el estrato rocoso de tierra blanda de Fuller en el área. [4] [5] [6]
Método de operación
El sistema dependía de que la caja sellada sumergida (el " cajón ", del francés "cofre grande" [7] ) estuviera fuertemente lastrada para lograr una flotabilidad neutra , por lo que nunca fue posible en una operación ordinaria elevarla al nivel del agua para permitir que flotara un bote descendente. En su lugar, se construyó una cámara de mampostería (" cisterna ") con paredes más altas que el nivel del agua en la libra superior y se llenó completamente de agua, de modo que incluso en su posición superior la caja permaneció debajo del superficie. [8] Una puerta exterior deslizante verticalmente selló la cámara de la cerradura de la libra superior y mantuvo el agua adentro.
El mecanismo se accionó desde el nivel superior. Para un descenso, la caja se enroló primero en su posición superior usando un mecanismo de piñón y cremallera doble , luego se apretó contra el marco de la abertura con un trinquete montado en la parte superior de la pared. Luego, la puerta exterior se preparó con otro piñón y cremallera. En este punto, los niveles de agua en la libra superior y dentro de la caja habrían sido aproximadamente iguales, pero a medida que la puerta interior, la puerta de la caja, se abriera horizontalmente hacia afuera (como una puerta normal de una sola cerradura), no se abriría si el nivel exterior fuera en cualquier medida superior. Por lo tanto, se proporcionó un pequeño grifo de compensación. Se abrió la puerta, se hizo flotar el barco, se cerraron las puertas y se soltó el trinquete. Debido a que el bote entrante desplazaría su peso de agua de regreso a la libra, el peso total de la caja era siempre el mismo y no se necesitaba un gran esfuerzo para darle cuerda hacia arriba y hacia abajo. Sin embargo, los operadores podrían liberar un poco de agua en la caja para ayudar en el descenso. La presión del agua contra las puertas que se abren hacia afuera las mantuvo firmemente cerradas y herméticas.
En la posición inferior, el proceso se invirtió. Aquí la presión del agua fue lo suficientemente fuerte como para presionar la caja firmemente en su posición contra la abertura de salida. Otro piñón y cremallera (nuevamente operado desde arriba) levantó la puerta exterior, los niveles se igualaron de nuevo, la puerta interior de la caja se abrió y el barco salió flotando. Aparte de las inevitables pequeñas fugas, no se había utilizado una cantidad significativa de agua en el proceso.
Comparación con los elevadores de barcos
La esclusa del cajón puede considerarse como una forma sumergida del elevador de botes , con el que fue aproximadamente contemporáneo. Cada uno tiene ventajas y desventajas para la ingeniería de este tiempo.
Las desventajas de la cerradura del cajón son la necesidad de proporcionar un cajón sellado, sumergido y seguro, especialmente si la tripulación o incluso los pasajeros permanecen a bordo.
Sin embargo, la esclusa del cajón puede accionarse y el cajón puede elevarse únicamente mediante flotabilidad. Bombear agua de lastre dentro y fuera del cajón es suficiente para que flote hacia arriba o hacia abajo por la cámara de la esclusa. El peso del agua de lastre es aproximadamente el de la barcaza del canal que se está izando. Sin embargo, el elevador de botes necesita un sistema de elevación mecánico. En la mayoría de los sistemas de elevación vertical, esto también debe levantar o bajar el peso del cajón y su contenido de agua. Esto es sustancialmente más que la barcaza sola, y la potencia para levantarla se suministra mecánicamente. En el momento de su desarrollo, la máquina de vapor estaba en su infancia. Las máquinas de vapor se habían desarrollado como bombas de agua, pero todavía no para el suministro de energía mecánica (ver máquina de vapor rotativa ). Dadas las limitaciones de ingeniería de la época, levantar un cajón cerrado por flotabilidad era más práctico que conducir un elevador de botes.
Los elevadores de botes pequeños podrían haber sido impulsados por suministro de agua o bombeando entre dos carros balanceados. Los ejemplos prácticos de estos, aunque no eran más grandes que un funicular vertical , utilizado para levantar pequeños tranvías mineros.
Dimensiones construidas
- altura: 20 metros (66 pies)
- ancho: de 3 a 6 metros (9,8 a 19,7 pies)
- longitud: 27 metros (89 pies)
- Cremallera dentada: 14 metros (46 pies)
- rotación: aproximadamente 7 minutos
Pruebas
- No 1: febrero de 1798: grietas
- No 2: junio de 1798: éxito
- No 3: abril de 1799: éxito
- No 4: abril de 1799: éxito
- No 5: abril de 1799: éxito, transporte de 60 pasajeros
- No 6: mayo de 1799: caja atascada por una piedra saliente
Abandono
La prueba de mayo de 1799, arriba, ocurrió cuando un grupo de inversionistas estaba a bordo del barco y casi se asfixian antes de que pudieran ser liberados. Se suspendieron las obras de la segunda esclusa (la tercera esclusa no se había iniciado) y, a principios del año siguiente , se construyó en su lugar un plano inclinado para transportar las cargas de los barcos en tinas con ruedas. Finalmente, se construyó un tramo de diecinueve esclusas en una alineación más larga cuesta arriba, con una estación de bombeo de vapor Boulton & Watt , capaz de levantar 5,000 toneladas de agua en 12 horas, utilizada para recircular el agua. [9]
Otras instalaciones
En abril de 1815, la Regents Canal Company construyó una esclusa de doble cajón (o "esclusa hidroneumática" [10] ) en el lugar de la actual esclusa de Hampstead Road , al norte de Londres. El diseñador fue el ingeniero militar William Congreve . Aquí la motivación fue, principalmente, problemas de suministro de agua, pero también para lograr un paso más rápido de los barcos, ya que aquellos que iban en direcciones opuestas podían pasar por la esclusa. Los cajones, siempre sumergidos, como en Combe Hay, no tenían fondo y estaban dispuestos de modo que sus lados cayeran en profundos canales submarinos formados por "paredes menores" dentro de las paredes principales. El movimiento vertical de los dos cajones se efectuó mediante una tubería de equilibrio ("el canal de comunicación") que pasaba por debajo del piso de la esclusa entre las dos cámaras del cajón (pero con un ligero vuelco para llegar por encima del nivel del agua), de modo que provocando un aumento del nivel del agua en un cajón ("el agua de compresión") desplazó el aire a través de la tubería, forzando así una disminución correspondiente en el nivel del agua en el otro. Esto aumentó la flotabilidad del último cajón, que en consecuencia se elevó cuando el primero se hundió. Una cadena submarina de conexión que pasaba a través de rodillos, aunque no realizaba ningún trabajo por sí misma, controlaba las posiciones relativas. Los barcos fueron admitidos a través de puertas dobles; los interiores del cajón "ajustados para ajustarse [ sic ] a los del exterior". [11] La patente de Congreve preveía entonces que habiendo logrado un "equilibrio absoluto" ( flotabilidad neutra ), un piñón y cremallera , pesas extraíbles o un cabrestante pequeño podrían superar la inercia y mover los cajones. En una demostración práctica en Hampstead Road, Congreve luego eligió desplegar un compresor de aire que se liberaba en un cajón, estimando que un hombre podría lograr subir y bajar en tres minutos; la ley de habilitación de la compañía no permitía la instalación de máquinas de vapor estacionarias . [12] Sin embargo, se encontró que el tiempo total más rápido fue de seis minutos y que el esfuerzo requerido dejó al operador "incapaz de realizar más esfuerzos". Además, como el funcionamiento del dispositivo dependía de la presión del aire dentro de los cajones (ya sea que el medio para moverlos fuera variando esta presión de aire o de otro modo) cuando el contratista Henry Maudslay los entregó y se descubrió que tenían fugas de aire, el plan fracasó. En 1818, después de muchos intentos fallidos de reparación, la empresa sustituyó las cerraduras convencionales. [13] [14]
Una patente concedida a Jonathan Brownill, un cuchillero de Sheffield, el 1 de mayo de 1828, mientras que en principio funcionaba como una esclusa de equilibrio al aire libre , se describió como que utilizaba tres cajones . El cajón principal estaba conectado por cuerdas que pasaban por poleas ranuradas a dos cajones de contrapeso más pequeños. La innovación de Brownill fue colocar cuñas ("planos inclinados") frente a las aberturas fijas superior e inferior de modo que cuando el cajón principal se moviera en su lugar, impulsado por el agua que se agregaba o liberaba de los cajones de contrapeso, los rodillos que actuaban contra las cuñas lo obligaban marco acolchado que rodea la abertura. El "conductor" debía tener el control de una palanca para soltar los rodillos cuando las puertas verticales se cerraran deslizándose para el siguiente ascenso o descenso. [15]
Nunca se ha construido ningún ejemplo comercialmente exitoso.
Ver también
- Bloqueo de equilibrio
- Plano inclinado del canal
- Elevador de barcos
- Cerradura diagonal
- Cajón (transporte acuático)
Referencias
- ^ "Niveles en Rowley Bottom" . La Sociedad del Canal de Carbón de Somersetshire . Consultado el 6 de septiembre de 2013 .
- ^ a b Robert Weldon, citado en Billingsley, John (1795). "Hydrostatick o Caisson-Lock de Robert Weldon". Vista general de la agricultura del condado de Somerset (1798 ed.). Londres: Charles Dilly. págs. 316–318. OCLC 614002204 .
- ^ "La cerradura Combe Hay Caisson" . Bath Real Institución Literaria y Científica . Consultado el 8 de agosto de 2016 .
- ^ "Historia del canal de carbón de Somersetshire" . El canal de carbón de Somersetshire (Sociedad) . Archivado desde el original el 13 de octubre de 2006 . Consultado el 8 de octubre de 2006 .
- ^ "El canal de carbón de Somerset" . Bath Real Institución Literaria y Científica . Consultado el 8 de agosto de 2016 .
- ^ "Historia de la esclusa de cajón en el canal de carbón de Somersetshire" . El canal de carbón de Somersetshire (Sociedad) . Archivado desde el original el 11 de octubre de 2006 . Consultado el 6 de octubre de 2006 .
- ^ Diccionario de inglés de Oxford, segunda edición de 1989 , Oxford University Press.
- ^ Ver diagrama.
- ^ Russell, Ronald (1971): Canales perdidos de Inglaterra y Gales . David y Charles, Newton Abbot, Inglaterra. ISBN 0-7153-5417-5
- ^ Patente 3670, 23 de marzo de 1813
- ^ "Patente para los modos de construcción de esclusas y compuertas para canales, etc". El Repertorio de Artes Manufacturas y Agricultura . 23 : 281-285. 23 de marzo de 1813. OCLC 6994343 .
- ^ Spencer, Herbert (1961). Canal de Londres: la historia del canal de Regent . Putnam. pag. 36. OCLC 3799561 .
- ^ Faulkner, Alan (2005): The Regent's Canal: Hidden Waterway de Londres . Waterways World Ltd. ISBN 9781870002592
- ^ Spencer 1961, págs. 44–45; 49
- ^ "Cuenta de nuevas patentes". El Repertorio de Invenciones Patentes . 8 : 466. 1 de mayo de 1828. OCLC 7922094 .
- Clew, Kenneth R (1977): Canal de carbón y ferrocarriles de Somersetshire. David y Charles, Newton Abbot, Reino Unido. ISBN 0-7153-4792-6 .
- Uhlemann, Hans-Joachim (2002): "Elevadores de canales e inclinaciones del mundo" Internat, Horsham, Reino Unido. ISBN 0-9543181-1-0 .
enlaces externos
- Sociedad del Canal de Carbón de Somersetshire