La rueda de Poncelet es un tipo de rueda hidráulica inventada por Jean-Victor Poncelet mientras trabajaba en la École d'Application de Metz . Aproximadamente duplicó la eficiencia de las ruedas hidráulicas existentes mediante una serie de mejoras detalladas. La primera rueda de Poncelet se construyó en 1838 y el diseño rápidamente se volvió común en Francia. Aunque el diseño supuso una gran mejora con respecto a los diseños existentes, nuevas mejoras en el diseño de la turbina dejaron obsoleta la rueda de Poncelet a mediados de siglo.
Las tradicionales ruedas hidráulicas inferiores consistían en una serie de palas planas fijadas al borde de una rueda. Las palas eran típicamente radiales, es decir, montadas de manera que apuntaran directamente a lo largo del radio de la rueda. Cuando el agua del canal de dirección pasaba por la rueda, golpeaba las palas y la rueda convertía parte de su energía cinética en trabajo . Sin embargo, gran parte del agua se reflejaba en la pala y, en la turbulencia resultante, gran parte de la energía se convertía en calor. Este proceso no fue eficiente; Gran parte de la velocidad original del agua permaneció en ella, lo que significa que no se capturó energía cinética . La eficiencia típica de las ruedas hidráulicas que explotaban únicamente la energía cinética era de alrededor del 30%. [1] Estas ruedas se llaman ruedas hidráulicas de corriente o ruedas hidráulicas cinéticas. En cambio, las ruedas hidráulicas inferiores se utilizan en sitios de baja altura, como menos de 1,5 m, y también explotan la energía potencial del flujo, con eficiencias de hasta el 84%. Ejemplos típicos son las ruedas hidráulicas de Sagebien y Zuppinger.
Jean Charles de Borda fue el primero en caracterizar directamente la eficiencia de las ruedas hidráulicas comparando las velocidades del agua antes y después de encontrarse con la rueda. Poncelet conocía este trabajo y empezó a buscar formas de mejorar el diseño. Afirmó que "Después de haber reflexionado sobre esto, me pareció que podríamos cumplir esta doble condición reemplazando las palas rectas de las ruedas ordinarias por palas curvas o cilíndricas, presentando su concavidad a la corriente". [2]
Su diseño utilizó hojas curvas colocadas de manera que el agua se encontrara con la hoja plana hasta el borde en lugar de hacia el costado. Esto eliminó el "rebote" que le robaba energía al diseño típico. El agua subió hacia el canal entre las palas durante unos 15 grados de rotación, y luego volvió a drenar después de otros 15 grados, donde cayó fuera del canal, sobre la curva de la pala, impartiendo más impulso. Cuando salió, al agua casi no le quedaba velocidad. Estimó que las ruedas prácticas alcanzarían hasta el 80% para corrientes de baja velocidad y el 70% para las de alta velocidad que llenan los cubos demasiado rápido. [3]
Poncelet desarrolló el diseño en 1823 y construyó un modelo pequeño en 1824 que demostró una eficiencia del 72%. [3] Siguieron varios modelos comerciales, incluida una gran instalación en Metz que entregó un 33% más de potencia que la rueda tradicional a la que reemplazó, a pesar de implementar solo parte del diseño. Publicó un artículo más extenso sobre el diseño en 1826 y una versión mucho más detallada en 1827. El diseño ganó un Prix de Mecanique de la Academia Francesa de Ciencias , que estaba financiando el desarrollo de la rueda hidráulica y también otorgó varios premios similares a otros diseños.
Las ruedas Poncelet se hicieron comunes en Francia y Alemania, donde los diseños más bajos eran comunes. Sin embargo, la instalación a gran escala de máquinas de vapor y turbinas hidráulicas hizo que la rueda de Poncelet dejara de utilizarse.