Una red de energía hidráulica es un sistema de tuberías interconectadas que transportan líquido presurizado que se utiliza para transmitir energía mecánica desde una fuente de energía, como una bomba , a equipos hidráulicos como ascensores o motores . El sistema es análogo a una red eléctrica que transmite energía desde una estación generadora a los usuarios finales. Sólo unas pocas redes de transmisión de energía hidráulica siguen en uso; Los equipos hidráulicos modernos tienen una bomba integrada en la máquina. A finales del siglo XIX, se podría haber utilizado una red hidráulica en una fábrica, con una máquina de vapor central o una turbina de agua que accionaba una bomba y un sistema de tuberías de alta presión que transmitían energía a varias máquinas.
La idea de una red pública de energía hidráulica fue sugerida por Joseph Bramah en una patente obtenida en 1812. William Armstrong comenzó a instalar sistemas en Inglaterra a partir de la década de 1840, utilizando agua a baja presión, pero se produjo un gran avance en 1850 con la introducción del acumulador hidráulico. , lo que permitió utilizar presiones mucho más altas. La primera red pública, que abasteció a muchas empresas, se construyó en Kingston upon Hull , Inglaterra. La Hull Hydraulic Power Company comenzó a funcionar en 1877, con Edward B. Ellington como ingeniero. Ellington estuvo involucrado en la mayoría de las redes británicas y en algunas más allá. Se construyeron redes públicas en Gran Bretaña en Londres, Liverpool , Birmingham , Manchester y Glasgow . Había redes similares en Amberes , Melbourne , Sydney , Buenos Aires y Ginebra . Todas las redes públicas habían dejado de funcionar a mediados de los años 1970, pero el puerto de Bristol todavía tiene un sistema operativo, con un acumulador situado fuera de la sala de bombas principal, lo que permite visualizar fácilmente su funcionamiento.
Joseph Bramah, an inventor and locksmith living in London, registered a patent at the London Patent Office on 29 April 1812, which was principally about a provision of a public water supply network, but included a secondary concept for the provision of a high-pressure water main, which would enable workshops to operate machinery. The high-pressure water would be applied "to a variety of other useful purposes, to which the same has never before been so applied". Major components of the system were a ring main, into which a number of pumping stations would pump the water, with pressure being regulated by several air vessels or loaded pistons. Pressure relief valves would protect the system, which he believed could deliver water at a pressure of "a great plurality of atmospheres", and in concept, this was how later hydraulic power systems worked.[1]
In Newcastle upon Tyne, a solicitor called William Armstrong, who had been experimenting with water-powered machines, was working for a firm of solicitors who were appointed to act on behalf of the Whittle Dene Water Company. The water company had been set up to supply Newcastle with drinking water, and Armstrong was appointed secretary at the first meeting of shareholders. Soon afterwards, he wrote to Newcastle Town Council, suggesting that the cranes on the quay should be converted to hydraulic power. He was required to carry out the work at his own expense, but would be rewarded if the conversion was a success. It was, and he set up the Newcastle Cranage Company, which received an order for the conversion of the other four cranes. Further work followed, with the engineer from Liverpool Docks visiting Newcastle and being impressed by a demonstration of the crane's versatility, given by the crane driver John Thorburn, known locally as "Hydraulic Jack".[2]
Si bien el sistema de Newcastle funcionaba con agua del suministro público de agua, la grúa instalada por Armstrong en Burntisland no estaba ubicada donde esa opción fuera posible, por lo que construyó una torre de 55 m (180 pies), con un tanque de agua en el arriba, que se llenó con una máquina de vapor de 6 hp (4,5 kW). En Elswick, Glasgow, los cobros del Departamento de Agua de la Corporación por el agua utilizada convencieron a los propietarios de que el uso de una grúa a vapor sería más barato. [2] El concepto de Bramah de "pistones cargados" se introdujo en 1850, cuando se instaló el primer acumulador hidráulico como parte de un plan para grúas para el ferrocarril de Manchester, Sheffield y Lincolnshire . Un plan para grúas en Paddington el año siguiente especificaba un acumulador con un pistón de 10 pulgadas (250 mm) y una carrera de 15 pies (4,6 m), lo que permitía alcanzar presiones de 600 libras por pulgada cuadrada (41 bar). En comparación con los 80 psi (5,5 bar) del esquema de Newcastle, este aumento de presión redujo significativamente los volúmenes de agua utilizados. Las grúas no fueron la única aplicación: el funcionamiento hidráulico de las compuertas del muelle de Swansea redujo el tiempo de funcionamiento de 15 a dos minutos y el número de hombres necesarios para operarlas de doce a cuatro. [3] Cada uno de estos esquemas estaba para un solo cliente, y la aplicación de energía hidráulica generalmente requería un nuevo modelo.
La primera instalación práctica que suministró energía hidráulica al público fue en Kingston upon Hull , en Inglaterra. La Hull Hydraulic Power Company comenzó a operar en 1876. Tenían 2,5 millas (4,0 km) de tuberías, que tenían hasta 6 pulgadas (150 mm) de diámetro, y corrían a lo largo de la orilla occidental del río Hull desde el puente Sculcoates hasta su unión. con el Humber . La estación de bombeo estaba cerca del extremo norte del oleoducto, en Machell Street, cerca del puente basculante en desuso de Scott Street, que funcionaba hidráulicamente. Había un acumulador en Machell Street y otro mucho más cerca de Humber, en la esquina con Grimsby Lane. Se tomaron disposiciones especiales donde la tubería de presión pasaba por debajo de la entrada al Queens Dock. [4] En 1895, bombas de 250 hp (190 kW) bombeaban unos 500.000 galones imperiales (2.300 m 3 ) de agua al sistema cada semana, y se conectaron 58 máquinas. La presión de trabajo era de 700 psi (48 bar) y el agua se usaba para operar grúas, compuertas de muelle y una variedad de otras maquinarias relacionadas con barcos y construcción naval. El sistema Hull duró hasta la década de 1940, cuando el bombardeo sistemático de la ciudad durante la Segunda Guerra Mundial provocó la destrucción de gran parte de la infraestructura, [5] y la empresa se disolvió en 1947, [6] cuando el Sr. FJ Haswell, quien había sido gerente e ingeniero desde 1904, jubilado. [7]
El hombre responsable del sistema Hull fue Edward B. Ellington , que había ascendido hasta convertirse en director general de la Hydraulic Engineering Company, con sede en Chester, desde que se unió a ella por primera vez en 1869. En el momento de su instalación, tal plan parecía "un salto en la oscuridad", según escribió RH Tweddell en 1895, pero a pesar de la falta de entusiasmo por el plan, Ellington siguió adelante y lo utilizó como banco de pruebas tanto para los aspectos mecánicos como comerciales de la idea. Finalmente estuvo involucrado hasta cierto nivel en la mayoría de las redes de energía hidráulica de Gran Bretaña. El éxito de estos sistemas llevó a su instalación en lugares tan lejanos como Amberes en Bélgica, Melbourne y Sydney en Australia y Buenos Aires en Argentina. [8]
También se instalaron redes de energía hidráulica independientes en los muelles de Hull: tanto Albert Dock (1869) como Alexandra Dock (1885) instalaron estaciones generadoras hidráulicas y acumuladores. [9]
La red hidráulica pública más conocida fue la red urbana de la London Hydraulic Power Company . Se formó en 1882, como General Hydraulic Power Company, con Ellington como ingeniero consultor. Al año siguiente, otra empresa, Wharves and Warehouses Steam Power and Hydraulic Pressure Company, había comenzado a operar, con 7 millas (11 km) de tuberías de presión a ambos lados del río Támesis . Estos suministraron grúas, puertas de muelle y otra maquinaria pesada. Según los términos de una ley del Parlamento obtenida en 1884, las dos empresas se fusionaron para convertirse en la London Hydraulic Power Company. Inicialmente suministraba 17,75 millones de galones (80,7 megalitros) de agua a alta presión cada día, pero en 1927 esta cantidad había aumentado a 1.650 millones de galones (7.500 megalitros), cuando la empresa alimentaba alrededor de 8.000 máquinas con ese suministro. Mantuvieron 184 millas (296 km) de tuberías principales a 700 psi (48 bar), que cubrían un área que llegaba a Pentonville en el norte, Limehouse en el este, Nine Elms y Bermondsey en el sur y Earls Court y Notting Hill en el oeste. [10]
Cinco estaciones de bombeo mantenían la red presurizada, asistidas por acumuladores. La estación original estaba en Falcon Wharf, Bankside, pero fue reemplazada por cuatro estaciones en Wapping, Rotherhithe, Grosvenor Road en Pimlico y City Road en Clerkenwell. Una quinta estación en East India Docks fue operada originalmente por la Autoridad del Puerto de Londres , pero fue asumida y conectada al sistema. Las estaciones utilizaron máquinas de vapor hasta 1953, cuando la estación de Grosvenor Road se convirtió para utilizar motores eléctricos y, tras el éxito de este proyecto, las otras cuatro también se convirtieron. Los motores eléctricos permitieron utilizar acumuladores mucho más pequeños, ya que entonces sólo controlaban la presión y el flujo, en lugar de almacenar energía. Si bien la red suministraba ascensores, grúas y puertas de muelle, también alimentaba la plataforma del cabaret del Hotel Savoy y, desde 1937, el suelo central de tres secciones de 720 toneladas del Centro de Exposiciones de Earls Court , que podía subirse o bajarse en relación con el Planta principal para convertir entre piscina y sala de exposiciones. [11] [12] El sistema de Londres se contrajo durante la Segunda Guerra Mundial, debido a la destrucción de maquinaria e instalaciones de los clientes. Después de las hostilidades, se reconstruyeron grandes zonas de Londres y cambiar el trazado de las tuberías de presión fue mucho más difícil que proporcionar un suministro eléctrico, de modo que en 1954 el número de máquinas había disminuido a 4.286. [5] La empresa se disolvió en 1977.
Un sistema comenzó a funcionar en Liverpool en 1888. [13] Era una rama de la General Hydraulic Power Company, con sede en Londres, y fue autorizado por leyes del Parlamento obtenidas en 1884 y 1887. [14] En 1890, unas 16 millas (26 km) de red eléctrica, abastecida por una estación de bombeo en Athol Street, en la orilla del Canal de Leeds y Liverpool . Aunque originalmente el agua se extraía del canal, en 1890 se utilizaba agua más limpia suministrada por Liverpool Corporation, lo que eliminaba la necesidad de una planta de filtración. En ese momento se estaban utilizando dos bombas y se estaba instalando una tercera. La presión se mantenía mediante dos acumuladores, cada uno con un pistón de 18 pulgadas (460 mm) de diámetro con una carrera de 20 pies (6,1 m). El ingeniero práctico citó la presión en 75 libras por pulgada cuadrada (5,2 bar), [15] pero es poco probable que esto sea correcto en comparación con otros sistemas. Una segunda estación de bombeo en Grafton Street estaba operativa en 1909. [16] El sistema dejó de funcionar en 1971. [17]
Birmingham obtuvo su sistema en 1891, cuando se inauguró la estación hidráulica de Dalton Street. En una medida inusual, JW Gray, el ingeniero del Departamento de Agua de la ciudad, había estado colocando tuberías de presión debajo de las calles durante algunos años, anticipando la necesidad de tal sistema. La estación hidráulica utilizaba motores de gas tipo Otto 'Silent' y contaba con dos acumuladores, con un pistón de 18 pulgadas (460 mm) de diámetro, una carrera de 20 pies (6,1 m) y cada uno cargado con un peso de 93 toneladas. Los motores de gas eran arrancados por un pequeño motor hidráulico, que utilizaba la energía hidráulica almacenada en los acumuladores, y todo el equipo fue suministrado por la empresa de Ellington. Se sabe que existen muy pocos documentos que describan los detalles del sistema. [18]
Los dos últimos sistemas públicos en Gran Bretaña estaban en Manchester , encargado en 1894, y en Glasgow , encargado al año siguiente. Ambos fueron equipados por la empresa de Ellington y utilizaron la presión más alta de 1120 psi (77 bar). Esto se mantenía mediante seis juegos de máquinas de vapor de triple expansión, con una potencia de 200 hp (150 kW) cada una. Se instalaron dos acumuladores con pistones de 18 pulgadas (460 mm) de diámetro, una carrera de 23 pies (7,0 m) y cargados con 127 toneladas. En Manchester, la estación hidráulica se construyó en el lado este de Gloucester Street, [19] junto a la estación de tren Manchester Oxford Road . Más tarde se complementó con estaciones en Water Street y Pott Street, esta última ahora bajo los aparcamientos del Central Retail Park. [20] En su apogeo en la década de 1930, el sistema consistía en 35 millas (56 km) de tuberías, que estaban conectadas a 2.400 máquinas, la mayoría de las cuales se utilizaban para empacar algodón. [21] El sistema se cerró en 1972. [20] En Glasgow, la estación de bombeo estaba en el cruce de High Street y Rottenrow. En 1899 suministraba energía a 348 máquinas y otras 39 estaban en proceso de finalización. [19] Las tuberías tenían 7 pulgadas (180 mm) de diámetro y había alrededor de 30 millas (48 km) en 1909, cuando se suministraron a los clientes 202.141 galones imperiales (918,95 m 3 ) de agua a alta presión. El sistema se cerró en 1964. [22]
Todos los sistemas británicos fueron diseñados para proporcionar energía para procesos intermitentes, como el funcionamiento de compuertas de muelles o grúas. El sistema instalado en Amberes fue algo diferente, ya que su objetivo principal era la producción de electricidad para la iluminación. Se puso en servicio en 1894 y utilizaba motores de bombeo que producían un total de 1000 hp (750 kW) para suministrar agua a 750 psi (52 bar). Ellington, en un escrito de 1895, afirmó que le resultaba difícil ver que se tratara de un uso económico de la energía hidráulica, aunque las pruebas realizadas en su fábrica de Chester en octubre de 1894 demostraron que se podían lograr eficiencias del 59 por ciento utilizando una rueda Pelton directamente . acoplado a una dinamo. [23]
En Australia se construyeron dos sistemas importantes. La primera fue en Melbourne , donde la Melbourne Hydraulic Power Company comenzó a operar en julio de 1889. [24] La empresa fue autorizada por una ley del Parlamento victoriano aprobada en diciembre de 1887, y se inició la construcción del sistema, con Coates & Co. actuando. como ingenieros consultores y George Swinburne trabajando como director de ingeniería. La planta de bombeo de vapor fue suministrada por Abbot & Co. de Inglaterra. La expansión fue rápida, con alrededor de 70 máquinas, principalmente ascensores hidráulicos, conectadas al sistema a finales de 1889, y a mediados de 1890 hubo que instalar una tercera máquina de vapor, que duplicó con creces la capacidad del sistema. En 1891 se añadió un cuarto motor de bombeo, momento en el que había 100 clientes conectados a la red eléctrica. La red eléctrica era una mezcla de tuberías de 4 pulgadas (100 mm) y 6 pulgadas (150 mm). El agua se extrajo del río Yarra hasta 1893, tras lo cual se extrajo del suministro del Departamento de Obras Públicas. En 1897 había unas 16 millas (26 km) de tuberías principales. En 1901 se añadió una segunda estación de bombeo y, en 1902, los clientes utilizaron 102 millones de galones (454 megalitros) de agua a presión. [25]
El sistema funcionó como una empresa comercial hasta 1925, después de lo cual el negocio y sus activos volvieron a la ciudad de Melbourne, como lo especifica la ley original. Una de las primeras mejoras realizadas por el Ayuntamiento fue la consolidación del sistema. Las bombas de vapor fueron reemplazadas por nuevas bombas eléctricas, ubicadas en la central eléctrica de Spencer Street , que suministraban así energía eléctrica e hidráulica a la ciudad. El sistema hidráulico continuó funcionando bajo propiedad municipal hasta diciembre de 1967. [25]
En enero de 1891, se puso en funcionamiento un sistema en Sydney , que había sido autorizado por una ley del Parlamento en 1888. George Swinburne era nuevamente el ingeniero, y el sistema suministraba energía a alrededor de 200 máquinas en 1894, que incluían 149 ascensores y 20 muelles. grúas. [26] La empresa operadora era Sydney and Suburbs Hydraulic Power Company, [27] posteriormente abreviada como Sydney Hydraulic Power Company. Las tuberías de presión tenían un diámetro de 4 pulgadas (100 mm) o 6 pulgadas (150 mm), y en su punto máximo, había alrededor de 50 millas (80 km) de tuberías principales, [28] cubriendo un área entre Pyrmont , Woolloomooloo , y Broadway . En 1919, la mayoría de los 2.369 ascensores del área metropolitana eran operados hidráulicamente. [26] La estación de bombeo, junto con dos acumuladores, estaba situada en el distrito de Darling Harbour , y las máquinas de vapor originales fueron reemplazadas por tres motores eléctricos que impulsaban bombas centrífugas en 1952. [29] El plan permaneció en propiedad privada hasta su desaparición en 1975, y desde entonces la estación de bombeo se ha reutilizado como taberna. [25]
El sistema de Ellington en Buenos Aires fue diseñado para operar un sistema de bombeo de aguas residuales en la ciudad. [10]
Ginebra creó un sistema público en 1879, utilizando una máquina de vapor de 300 hp (220 kW) instalada en el Pont de la Machine para bombear agua del lago Lemán, que proporcionaba agua potable y suministro de agua a presión para la ciudad. La energía hidráulica fue utilizada por alrededor de un centenar de pequeños talleres que tenían instalados motores hidráulicos del tipo Schmid. La potencia de los motores oscilaba entre 1 y 4 hp (0,75 y 2,98 kW) y el agua se suministraba a una presión de 2 a 3 bares (29 a 44 psi). [30]
Debido al aumento de la demanda, se instaló una nueva planta de bombeo, que entró en funcionamiento en 1886. Las bombas eran impulsadas por turbinas Jonval que utilizaban la energía hidráulica del río Ródano . Esta estructura se llamó Usine des Forces Motrices y era una de las estructuras más grandes para la generación y distribución de energía en el momento de su construcción. En 1897 se habían instalado un total de 18 turbinas, con una potencia combinada de 3,3 MW.
La red de distribución utilizó tres niveles de presión diferentes. El suministro de agua potable utilizaba la presión más baja, mientras que las redes de media y alta presión servían como redes de energía hidráulica. La tubería de presión intermedia funcionaba a 6,5 bares (94 psi) y en 1896 se habían instalado unas 51 millas (82 km) de tuberías. Se utilizó para propulsar 130 motores acuáticos tipo Schmid con una potencia bruta de 230 hp (170 kW). La red de alta presión tenía una presión de funcionamiento de 14 bares (200 psi) y tenía una longitud total de 58 millas (93 km). Se utilizaba para alimentar 207 turbinas y motores, así como accionamientos de ascensores, y tenía una potencia bruta de 3000 hp (2200 kW). [31]
Se utilizaron muchas turbinas para accionar generadores de iluminación eléctrica. En 1887 se construyó una planta de generación de electricidad junto a la casa de máquinas, que generaba 110 V CC con una potencia máxima de 800 hp (600 kW) y una red de CA con una potencia máxima de 600 hp (450 kW). [31] Los generadores eran impulsados por una turbina hidráulica alimentada desde la red de energía hidráulica. [32] La red de energía hidráulica no competía con el suministro de energía eléctrica, sino que era vista como un complemento de ésta, y continuó suministrando energía a muchos clientes hasta la crisis económica de la década de 1930, cuando la demanda de agua a presión como fuente de energía disminuyó. El último motor hidráulico fue dado de baja en 1958. [31]
Para evitar una acumulación excesiva de presión en la red hidráulica, se instaló una válvula de liberación al lado de la sala principal de la central eléctrica. Una fuente de agua alta, el Jet d'Eau , era expulsada por el dispositivo cada vez que se activaba. Esto solía ocurrir al final del día, cuando las fábricas apagaban sus máquinas, lo que dificultaba controlar la presión en el sistema y ajustar el suministro de agua a presión para satisfacer la demanda real. [33] La alta fuente era visible desde una gran distancia y se convirtió en un hito en la ciudad. Cuando se encontró una solución de ingeniería que hizo que la fuente fuera superflua, hubo protestas y en 1891 se trasladó a su ubicación actual en el lago, donde funcionó únicamente como atracción turística, aunque el agua para crearla todavía procedía del Red hidráulica. [34]
Se construyeron dos sistemas en Nueva Zelanda . La Thames Water Race se construyó en 1876 para suministrar agua a los yacimientos de oro del Támesis y alimentar baterías de estampado, bombas y equipos de elevación de cabezas de mina. Más tarde, se suministró electricidad a los residentes de Thames en 1914, y cuando cesó la extracción de oro al año siguiente, una turbina Francis y un generador utilizaron el excedente de agua para generar más electricidad para los residentes de la ciudad. Finalmente fue dado de baja en 1946. [35]
La carrera acuática del municipio de Oamaru fue diseñada por Donald McLeod (n. 1835). Se inauguró en 1880 después de 3 años de construcción. Con agua procedente del río Waitaki , la carrera se extendió a lo largo de casi 50 km y comprendió una estructura de toma, un estanque tranquilizador, 19 acueductos y seis túneles. La potencia sobrante generó motores hidráulicos, motores hidráulicos y turbinas en la ciudad de Oamaru durante décadas y funcionó durante 103 años. Gran parte de la carrera y sus componentes todavía se pueden ver hoy. [36]
El puerto de Bristol todavía tiene un sistema en funcionamiento, cuya maquinaria de bombeo fue suministrada por Fullerton, Hodgart y Barclay de Paisley , Escocia, en 1907. La casa de máquinas es un edificio catalogado de grado II* , construido en 1887, totalmente encargado en 1888, con un Torre en un extremo para alojar el acumulador hidráulico. [37] En el exterior del edificio se instaló un segundo acumulador (fechado en 1954) que permite visualizar más fácilmente el funcionamiento del sistema.
Varios artefactos, incluidos los edificios utilizados como estaciones de bombeo, han sobrevivido a la desaparición de las redes públicas de energía hidráulica. En Hull, la estación de bombeo de Machell Street se ha reutilizado como taller. El edificio todavía sostiene el tanque seccional con techo de hierro fundido que se utilizaba para permitir que se asentara el agua cargada de sedimentos del río Hull, y está marcado con una placa azul , para conmemorar su importancia. [6] En Londres, la estación de bombeo de Bermondsey, construida en 1902, se utiliza como obra de ingeniería, pero conserva su chimenea y su torre acumuladora, [38] mientras que la estación de Wapping está prácticamente completa, conservando todo su equipamiento, que es todavía en funcionamiento. El edificio está catalogado como grado II* debido a su integridad. [39]
En Manchester, la estación de bombeo de Water Street, construida en estilo barroco entre 1907 y 1909, se utilizó como taller para el City College, [40] pero forma parte del Museo de Historia del Pueblo desde 1994. Uno de los grupos de bombeo ha sido trasladado hasta el Museo de Ciencia e Industria , donde ha sido restaurado para que funcione y forma parte de una exposición más amplia sobre la energía hidráulica. [20] Las bombas fueron fabricadas por la empresa Galloways de Manchester. [21]
Ginebra todavía tiene su fuente Jet d'Eau, pero desde 1951 funciona con una estación de bombeo parcialmente sumergida, que utiliza agua del lago en lugar del suministro de agua de la ciudad. Dos bombas Sulzer , llamadas Jura y Salève, crean una fuente que se eleva a una altura de 460 pies (140 m) sobre la superficie del lago. [41]