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Una esclusa es un dispositivo utilizado para subir y bajar embarcaciones , barcos y otras embarcaciones entre extensiones de agua de diferentes niveles en vías fluviales y canales . La característica distintiva de una esclusa es una cámara fija en la que se puede variar el nivel del agua; mientras que en una esclusa de cajón , en un elevador de barcos o en un plano inclinado de un canal , es la propia cámara (normalmente entonces llamada cajón ) la que sube y baja. [1]
Las esclusas se utilizan para hacer que un río sea más fácilmente navegable o para permitir que un canal atraviese terrenos que no están nivelados. [2] Los canales posteriores utilizaron más esclusas y más grandes para permitir tomar una ruta más directa.
Una esclusa de libra se usa más comúnmente en canales y ríos en la actualidad. [3] Una esclusa de libra tiene una cámara con compuertas en ambos extremos que controlan el nivel de agua en la libra. Por el contrario, un diseño anterior con una sola puerta se conocía como cerradura flash . [4]
Las cerraduras de libra se utilizaron por primera vez en China durante la dinastía Song (960-1279 d. C.), y fueron iniciadas por el político e ingeniero naval Song Qiao Weiyue en 984. [5] Reemplazaron las gradas dobles anteriores que habían causado problemas y son mencionadas por el El erudito chino Shen Kuo (1031-1095) en su libro Dream Pool Essays (publicado en 1088), [6] y descrito completamente en el texto histórico chino Song Shi (compilado en 1345): [7]
La distancia entre las dos esclusas era de algo más de cincuenta pasos, y todo el espacio estaba cubierto por un gran techo a modo de cobertizo. Las puertas eran "puertas colgantes"; cuando se cerraban el agua se acumulaba como una marea hasta alcanzar el nivel requerido, y luego llegado el momento se dejaba salir.
El nivel del agua podía variar en 4 o 5 pies (1,2 o 1,5 m) en cada esclusa y en el Gran Canal el nivel se elevaba de esta manera en 138 pies (42 m). [7]
En la Europa medieval, en 1373 se construyó una especie de esclusa en Vreeswijk , Países Bajos. [8] Esta esclusa daba servicio a muchos barcos a la vez en una gran dársena . Sin embargo, la primera esclusa auténtica se construyó en 1396 en Damme, cerca de Brujas , Bélgica. [8] El italiano Bertola da Novate (c. 1410-1475) construyó esclusas de 18 libras en el Naviglio di Bereguardo (parte del sistema de canales de Milán patrocinado por Francesco Sforza ) entre 1452 y 1458. [9]
Todas las cerraduras de libra tienen tres elementos:
El principio de funcionamiento de una cerradura es sencillo. Por ejemplo, si un barco que viaja río abajo encuentra la esclusa ya llena de agua:
Si la esclusa estuviera vacía, el barco habría tenido que esperar de 5 a 10 minutos mientras se llenaba la esclusa. Para un barco que viaja río arriba, el proceso se invierte; el barco ingresa a la esclusa vacía y luego la cámara se llena abriendo una válvula que permite que el agua ingrese a la cámara desde el nivel superior. La operación completa suele tardar entre 10 y 20 minutos, dependiendo del tamaño de la esclusa y de si el agua de la esclusa estaba originalmente ajustada al nivel del barco. [10]
Los navegantes que se acercan a una esclusa normalmente se alegran de encontrar otro barco que se acerca a ellos, porque este barco acaba de salir de la esclusa a su nivel y, por lo tanto, pondrá la esclusa a su favor, ahorrando entre 5 y 10 minutos. Sin embargo, esto no es cierto para las esclusas de escaleras, donde es más rápido para los barcos pasar en convoy y también utiliza menos agua. [12]
El aumento es el cambio en el nivel del agua en la esclusa. Las dos esclusas más profundas del sistema de canales ingleses son la esclusa profunda de Bath [13] [14] en el canal Kennet y Avon y la esclusa Tuel Lane en el canal Rochdale , ambas con una elevación de casi 20 pies (6,1 m). Ambas esclusas son fusiones de dos esclusas separadas, que se combinaron cuando se restauraron los canales para adaptarse a los cambios en los cruces de carreteras. En comparación, las esclusas de Carrapatelo y Valeira en el río Duero en Portugal, que tienen 279 pies (85 m) de largo y 39 pies (12 m) de ancho, tienen elevaciones máximas de 115 y 108 pies (35 y 33 m) respectivamente. [15] Las dos esclusas de Ardnacrusha cerca de Limerick en la navegación de Shannon en Irlanda tienen una elevación de 100 pies (30 m). La cámara superior se eleva 60 pies (18 m) y está conectada a la cámara inferior por un túnel, que al descender no se vuelve visible hasta que la cámara está casi vacía. [dieciséis]
Una libra es el tramo nivelado de agua entre dos esclusas (también conocido como tramo ) . [17]
El alféizar , también escrito como alféizar , es una repisa horizontal estrecha que sobresale un poco hacia la cámara desde debajo de las puertas superiores. Permitir que la parte trasera del barco "cuelgue" del alféizar es el principal peligro al descender por una esclusa, y la posición del borde delantero del alféizar suele estar marcada en el lado de la esclusa con una línea blanca. El borde del alfiler suele ser curvo y sobresale menos en el centro que en los bordes. En algunas cerraduras, hay un trozo de roble de unos 23 cm (9 pulgadas) de espesor que protege la parte sólida del alféizar de la cerradura. En el Canal de Oxford se le llama babbie; en el Grand Union Canal se le conoce como parachoques de alféizar. Algunas autoridades de operación del canal, principalmente en los Estados Unidos y Canadá, llaman a la repisa alféizar de inglete (alféizar de inglete en Canadá). [18]
Las puertas son puertas herméticas que sellan la cámara de las libras superiores e inferiores. Cada extremo de la cámara está equipado con una puerta, o un par de medias puertas, tradicionalmente hechas de roble o olmo , pero ahora generalmente de acero ). La disposición más común, generalmente llamada puertas de mitra , fue inventada por Leonardo da Vinci alrededor de finales del siglo XV. [19]
En el antiguo canal de Erie , existía el peligro de sufrir lesiones al accionar las palas: el agua, al alcanzar una determinada posición, empujaba las palas con una fuerza que podía arrancar el molinete (o el mango) de las manos, o si se estaba permanecer en el lugar equivocado podría arrojar a uno al canal, provocando lesiones y ahogamiento. [20]
En el canal de Chesapeake y Ohio, los encargados de las esclusas debían retirar los molinetes de todas las paletas de las esclusas por la noche para evitar el uso no autorizado. [21]
El oleaje se produjo al abrir repentinamente las válvulas de paleta en las compuertas de las esclusas o al vaciar una esclusa. [22] Para ayudar a los barcos que viajan río abajo a salir de una esclusa, el cerrajero a veces abría las paletas para crear un oleaje, lo que ayudaría a "sacar" el barco de la esclusa. Un barquero podría pedir un oleaje de espalda, es decir, abrir y cerrar las palas unas cuantas veces para crear algunas olas, que le ayuden a salir de la orilla donde estaba atrapado. [23] Si los barcos encallaban (por estar sobrecargados), a veces pedían a las tripulaciones que pasaban que le dijeran a la esclusa aguas arriba que les diera un oleaje extra fuerte, que consistía en abrir todas las paletas de la compuerta de la esclusa, creando una oleada que afectaba a toda la libra. abajo. [24]
En el canal Erie, algunos barcos cargados necesitaron un oleaje para salir de la esclusa. En particular, los barcos madereros, al ser muy pesados, se escoraban hacia un lado y se atascaban en la esclusa, y necesitaban un oleaje para sacarlos. Algunos escluseros daban un swell a cualquiera para que les ayudara en el camino, pero algunos pedían dinero por el swell. [22]
A la dirección del Canal de Erie no le gustó la hinchazón por dos razones. Primero, usó demasiada agua, bajando el agua en la libra de arriba, lo que a veces provocó que los barcos encallaran. Además, elevó el nivel del agua en la libra de abajo, lo que provocó que algunos barcos chocaran contra puentes o se atascaran. [22]
En los canales tirados por caballos y mulas, se utilizaban postes de desaire para frenar o detener un barco en la esclusa. Un barco de 200 toneladas que se desplazara a unos pocos kilómetros por hora podría destruir la compuerta de la esclusa. Para evitar esto, se enrolló una cuerda alrededor del poste de desaire cuando el barco entró en la esclusa. Tirar de la cuerda ralentizó el barco debido a la fricción de la cuerda contra el poste. [25] Una cuerda 2+En el canal de Erie se utilizaba normalmente 1 ⁄ 2 pulgadas (6,4 cm) de diámetro y unos 60 pies (18 metros) de largo para desairar un barco en una esclusa. [26]
Un incidente, que tuvo lugar en junio de 1873 en el canal de Chesapeake y Ohio, involucró al barco Henry C. Flagg y su capitán borracho. Ese barco ya estaba haciendo agua; la tripulación, después de haber bombeado parcialmente el agua, entró en la esclusa 74, moviéndose delante de otro barco. Como no lograron desairar el barco, éste se estrelló contra las compuertas aguas abajo y las derribó. La salida de agua de la esclusa hizo que las compuertas aguas arriba se cerraran de golpe, rompiéndolas también y enviando una cascada de agua sobre el barco, hundiéndolo. Esto suspendió la navegación en el canal durante 48 horas hasta que se pudieran reemplazar las compuertas y sacar el barco de la esclusa. [27]
Para ahorrar, especialmente donde una buena piedra sería prohibitivamente costosa o difícil de obtener, se fabricaron esclusas compuestas, es decir, se construyeron con escombros o piedra de calidad inferior, revistiendo las paredes interiores de la esclusa con madera, para no desgastar los barcos. Esto se hizo, por ejemplo, en el canal de Chesapeake y Ohio con las esclusas cerca del túnel Paw Paw . [28] y también el Canal de Chenango [29]
En los grandes canales modernos, especialmente los muy grandes, como los canales de navegación , las compuertas y paletas son demasiado grandes para ser accionadas manualmente y se accionan mediante equipos hidráulicos o eléctricos . En el Canal de Caledonia, las compuertas de las esclusas eran accionadas por cabrestantes accionados por el hombre , uno conectado por cadenas para abrir la compuerta y otro para cerrarla. En 1968, estos habían sido reemplazados por energía hidráulica que actuaba a través de arietes de acero. [30]
La construcción de esclusas (o presas y presas) en los ríos obstruye el paso de los peces. Algunos peces como las lampreas, la trucha y el salmón suben río arriba para desovar. Para contrarrestar esto, a menudo se toman medidas como una escalera para peces . Las esclusas de navegación también tienen potencial para funcionar como vías de pesca para proporcionar un mayor acceso a una variedad de biota. [31]
Las esclusas se pueden construir una al lado de la otra en el mismo canal. A esto se le llama duplicación , emparejamiento o hermanamiento . El Canal de Panamá tiene tres juegos de esclusas dobles. Duplicar ofrece ventajas en velocidad, evitando atascos en horas punta y aumentando las posibilidades de que un barco encuentre una esclusa a su favor. En este proyecto trabajó la empresa belga SBE Engineering. También puede haber ahorro de agua: las esclusas pueden ser de diferentes tamaños, de modo que un barco pequeño no necesita vaciar una esclusa grande; o cada esclusa puede actuar como un estanque lateral (cuenca de ahorro de agua) para la otra. En este último caso, la palabra utilizada suele ser "hermanada": aquí se indica la posibilidad de ahorrar agua sincronizando el funcionamiento de las cámaras para que un poco de agua de la cámara de vaciado ayude a llenar la otra. Esta instalación lleva mucho tiempo retirada en los canales ingleses, aunque a veces se pueden ver equipos de remo en desuso, como en Hillmorton en el canal de Oxford . En otros lugares todavía se utilizan; En 2014 se abrieron un par de esclusas gemelas en el canal Dortmund-Ems, cerca de Münster , Alemania. [32]
La alguna vez famosa escalera de Lockport, Nueva York , también era un juego de cerraduras duplicadas. Cinco esclusas gemelas permitieron a los barcos con rumbo este y oeste subir o descender la escarpa del Niágara de 60 pies (18 m) , una hazaña de ingeniería considerable en el siglo XIX. Si bien Lockport hoy tiene dos grandes esclusas de acero, la mitad de la antigua escalera gemela actúa como un aliviadero de emergencia y aún se puede ver, y las compuertas originales se restauraron a principios de 2016. [33]
Cuando las condiciones variables significaban que no se podía garantizar un nivel de agua más alto en el nuevo canal, entonces la empresa más antigua también construiría una esclusa (bajo su propio control, con compuertas apuntando hacia su propio canal) que podría cerrarse cuando el nuevo canal era bajo. Esto resultó en un par de esclusas secuenciales, con puertas apuntando en direcciones opuestas: un ejemplo fue en Hall Green cerca de Kidsgrove , donde el extremo sur del Canal Macclesfield se unía al ramal Hall Green del anterior Canal Trent y Mersey . La esclusa de cuatro compuertas cerca de Kings Norton Junction, entre el canal de Stratford-upon-Avon y el canal de Worcester y Birmingham fue reemplazada en 1914 por un par de compuertas de guillotina que detenían el flujo de agua independientemente de qué canal estuviera más alto. Estas puertas han estado permanentemente abiertas desde la nacionalización. [34]
El ejemplo más conocido de una esclusa redonda de este tipo es la esclusa redonda de Agde en el Canal du Midi en Francia. Esto sirve como esclusa en la línea principal del canal y permite el acceso al río Hérault . [35]
Se puede encontrar una segunda esclusa redonda francesa en forma de Écluse des Lorraines, ahora en desuso, que conecta el Canal lateral à la Loire con el río Allier . [36]
Una esclusa de caída puede consistir en dos cámaras de esclusa convencionales que conducen a un sumidero, o una única cámara larga que incorpora el sumidero, aunque el término se aplica propiamente sólo al segundo caso. Como las libras en cada extremo de la estructura están a la misma altura, la esclusa sólo se puede vaciar permitiendo que el agua corra para desperdiciarse desde el sumidero a un arroyo o desagüe inferior, o (menos derrochador) bombeando agua de regreso a la misma altura. el canal. Particularmente en el tipo de dos cámaras, sería necesaria una alcantarilla de derivación, para permitir que el agua se mueva a lo largo del libra interrumpida y así abastecer las esclusas más abajo en el canal. En el caso del tipo de cámara única, esto se puede lograr manteniendo la cerradura llena y dejando las puertas abiertas cuando no se usan. [37]
Si bien el concepto se ha sugerido en varios casos, el único ejemplo en el mundo de una esclusa que realmente se ha construido es en Dalmuir , en el canal Forth and Clyde, en Escocia. [38] Esta esclusa, del tipo de cámara única, se incorporó durante la restauración del canal, para permitir la sustitución de un puente giratorio (en una carretera A muy transitada) por un puente fijo, y así responder a las críticas de que la restauración de la canal provocaría frecuentes interrupciones del intenso tráfico rodado. Se puede vaciar bombeando, pero como esto consume mucha electricidad, el método utilizado cuando el suministro de agua es adecuado es drenar la esclusa hasta un lugar cercano . [39]
En 2016, la esclusa de Kieldrecht en el puerto de Amberes en Bélgica tomó el título de esclusa más grande del mundo de la esclusa de Berendrecht en el mismo puerto y todavía conserva el título de mayor volumen. En 2022, la esclusa marítima de IJmuiden que sirve al puerto de Ámsterdam se convirtió en la esclusa más grande del mundo en dimensiones. La esclusa tiene 500 m (1600 pies) de largo, 70 m (230 pies) de ancho y tiene compuertas corredizas que crean una profundidad útil de 18 m (59 pies). El tamaño de las esclusas no se puede comparar sin considerar la diferencia en el nivel del agua bajo el cual están diseñadas para operar. Por ejemplo, la esclusa de Bollène en el río Ródano tiene una caída de al menos 23 m (75 pies), las esclusas de Leerstetten, Eckersmühlen y Hilpoltstein en el canal Rin-Meno-Danubio tienen una caída de 24,67 m (80,9 pies), cada una y la esclusa de Oskemen en el río Irtysh en Kazajstán tiene un desnivel de 42 m (138 pies). [40] [41] [42]
La extensión natural de la esclusa flash , o incondicional, era proporcionar una puerta superior (o un par de puertas) para formar una "libra" intermedia que era todo lo que se necesitaba vaciar cuando pasaba un barco. Este tipo de esclusa, llamada esclusa de libra, era conocida en la China imperial y en la antigua Europa [43] y fue utilizada por los ingenieros griegos en el Canal de los Faraones bajo Ptolomeo II (284 a 246 a. C.), cuando los ingenieros resolvieron el problema de superar la Diferencia de altura a través de esclusas del canal . [44] [45] [46] [47]
Las cerraduras de libra se utilizaron por primera vez en la China medieval durante la dinastía Song (960-1279 d.C.). Songshi o Historia de la dinastía Song, volumen 307, biografía 66, registra cómo Qiao Weiyue, un administrador fiscal de alto rango, se sintió frustrado por las frecuentes pérdidas sufridas cuando sus barcazas de granos naufragaron en el río Oeste cerca de Huai'an en Jiangsu. . Descubrió que los soldados en una grada doble habían conspirado con bandidos para destrozar pesadas barcazas imperiales para poder robar el grano derramado. En 984, Qiao instaló un par de compuertas a doscientos cincuenta pies de distancia, toda la estructura techada como un edificio. Al ubicar dos puertas firmes tan cerca una de la otra, Qiao había creado un tramo corto de canal, efectivamente una esclusa, que se llenaba desde el canal de arriba levantando vigas de madera individuales en la puerta superior y se vaciaba en el canal de abajo bajando vigas de madera en la parte superior. la puerta superior y las que se elevan en la inferior. [7]
Una esclusa con lados de césped es una forma temprana de diseño de esclusas de canal que utiliza bancos de tierra para formar la cámara de la esclusa, atrayendo posteriormente pastos y otra vegetación, en lugar de las ahora más familiares y extendidas construcciones de muros de esclusas de ladrillo, piedra u hormigón. Este diseño de esclusa temprana se utilizó con mayor frecuencia en la navegación fluvial a principios del siglo XVIII, antes de la llegada de los canales en Gran Bretaña. Los lados del cerrojo para césped están inclinados, por lo que, cuando está lleno, el cerrojo es bastante ancho. En consecuencia, este tipo de cerradura necesita más agua para funcionar que las cerraduras con paredes de ladrillo o piedra de lados verticales. En los canales y vías navegables británicas, la mayoría de las esclusas con paredes de césped han sido reconstruidas posteriormente en ladrillo o piedra, por lo que sólo sobreviven unos pocos buenos ejemplos, como en Garston Lock y Monkey Marsh Lock , en el canal Kennet y Avon . [48]
En los canales ingleses, estos embalses se denominan "estanques laterales". El Canal Droitwich , reabierto en 2011, tiene un tramo de tres esclusas en Hanbury, todas las cuales tienen estanques laterales operativos. [49]
Actualmente no hay planos inclinados para vías navegables en funcionamiento en el Reino Unido, pero se pueden ver los restos de uno famoso en Foxton , en Leicestershire, en el brazo de Leicester del Grand Union Canal . El avión permitió a los barcos de manga ancha evitar el tramo de diez esclusas estrechas, pero la falta de mejoras en el otro extremo del brazo y los altos costos de funcionamiento llevaron a su desaparición temprana. [50] Hay planes para restaurarlo y se ha obtenido cierta financiación. [51]
Alrededor de 1800, Robert Weldon [52] propuso el uso de esclusas de cajón para el canal de carbón de Somerset en Inglaterra. En este ascensor submarino, la cámara tenía 24,4 m (80 pies) de largo y 18,3 m (60 pies) de profundidad y contenía una caja de madera completamente cerrada, lo suficientemente grande como para albergar una barcaza. Esta caja se movía hacia arriba y hacia abajo en el charco de agua de 60 pies (18,3 m) de profundidad. Aparte de las inevitables fugas, el agua nunca salió de la cámara y el uso de la cerradura no desperdició agua. En cambio, el barco entró en la caja y fue sellado por la puerta que se cerró detrás de él, y la caja misma se movió hacia arriba o hacia abajo a través del agua. Cuando la caja estaba en el fondo de la cámara, estaba bajo casi 60 pies (18,3 m) de agua, a una presión de tres atm (304 kPa ; 44,1 psi ), en total. Una de estas "esclusas" fue construida y mostrada al Príncipe Regente (más tarde Jorge IV ), pero tuvo varios problemas de ingeniería y el diseño no se puso en uso en el Canal del Carbón. [53] [54]
Posiblemente inspirado en la cerradura de cajón de Weldon, William Congreve patentó en 1813 una "cerradura de doble equilibrio hidroneumática" en la que dos cerraduras adyacentes que contenían cajones neumáticos podían subir y bajar en contrapeso mediante el movimiento del aire comprimido de un cajón al otro. Aproximadamente en 1817, la Regents Canal Company construyó una de estas esclusas en el lugar de la actual Camden Lock , al norte de Londres. Aquí la motivación fue, nuevamente, los problemas de suministro de agua. La empresa insistió en varias modificaciones al diseño de Congreve; la instalación resultante resultó insatisfactoria y pronto fue reemplazada por cerraduras convencionales. [55] [56]
La cerradura de eje se parece superficialmente a la cerradura de cajón. Las cerraduras de pozo constan de un pozo profundo con compuertas superiores convencionales. A las puertas inferiores se accede a través de un corto túnel. Las puertas solo cierran este túnel de acceso, por lo que no es necesario alcanzar la altura total de la esclusa. Se han construido ejemplos notables en Saint Denis (París, Francia), Horin (cerca de Melnik, República Checa) y Anderten (Hannover, Alemania). [57] La cerradura del eje en Minden 52°18′23″N 8°55′11″E / 52.30639°N 8.91972°E / 52.30639; 8.91972 tiene una caída de 12,7 metros (42 pies) y tiene ocho tanques conectados en pares a la cámara de la esclusa. [58] A medida que se vacía la esclusa, el agua pasa a cada cámara por turno, para llenarla, el agua se libera de las cámaras, evitando así el desperdicio de una esclusa completamente llena de agua. Anteriormente se había realizado un intento de construir una esclusa de pozo en Trollhättan, Suecia, en la línea del actual canal de Göta. La caída habría sido de 16 metros (52 pies), sorprendente en 1749. Sin embargo, el túnel de acceso resultó inutilizable en tiempos de inundaciones y la esclusa del pozo fue reemplazada por una escalera de dos pisos en 1768. [59]
Esto es similar a un bloqueo de eje, pero con el eje construido en una pendiente. Los barcos están amarrados a bolardos flotantes que los guían a lo largo del pozo mientras se llena o vacía. El "Grupo Asesor Diagonal Lock" ha identificado varios sitios en Gran Bretaña donde se podría instalar el nuevo diseño, ya sea en nuevas vías fluviales o canales en restauración. [60] Los proyectos bajo consideración incluyen la restauración del Canal de Lancaster a Kendal y la nueva rama propuesta del Canal Grand Union entre Bedford y Milton Keynes .
...la porción de un canal entre dos esclusas, que tiene un nivel uniforme
