La rueda Poncelet es un tipo de rueda hidráulica inventada por Jean-Victor Poncelet mientras trabajaba en la École d'Application de Metz . Duplicó aproximadamente la eficiencia de las ruedas hidráulicas de descarga inferior existentes mediante una serie de mejoras de detalles. La primera rueda Poncelet se construyó en 1838 y el diseño rápidamente se volvió común en Francia. Aunque el diseño fue una gran mejora con respecto a los diseños existentes, las mejoras posteriores en el diseño de turbinas hicieron que la rueda Poncelet quedara obsoleta a mediados de siglo.
Las ruedas hidráulicas tradicionales de arrastre inferior 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 alimentación fluía más allá de la rueda, golpeaba las palas y parte de su energía cinética era convertida en trabajo por la rueda. 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 era eficiente; gran parte de la velocidad original en el agua permanecía en ella, lo que significa que la energía cinética no se estaba capturando. La eficiencia típica de las ruedas hidráulicas que explotaban solo la energía cinética era de alrededor del 30%. [1] Estas ruedas se denominan ruedas hidráulicas de corriente o ruedas hidráulicas cinéticas. En cambio, las ruedas hidráulicas de arrastre inferior 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 arrastre inferior 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 chocar con la rueda. Poncelet estaba familiarizado con este trabajo y comenzó 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 utilizaba palas curvas colocadas de forma que el agua se encontrara con ellas planas en el borde en lugar de en el lateral. Esto eliminaba el "rebote" que robaba potencia al diseño típico. El agua subía por el canal entre las palas durante unos 15 grados de rotación y luego volvía a salir después de otros 15 grados, donde caía fuera del canal, sobre la curva de la pala, impartiendo más impulso. Para cuando salía, el agua casi no tenía velocidad. Calculó que las ruedas prácticas alcanzarían hasta un 80% para corrientes de baja velocidad y un 70% para las de alta velocidad que llenan los baldes demasiado rápido. [3]
Poncelet desarrolló el diseño en 1823 y construyó un modelo pequeño en 1824 que demostró una eficiencia del 72%. [3] Le siguieron varios modelos comerciales, incluida una gran instalación en Metz que entregaba un 33% más de potencia que la rueda tradicional a la que reemplazó, a pesar de implementar solo una 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 premios similares a varios otros diseños.
Las ruedas de Poncelet se hicieron comunes en Francia y Alemania, donde los diseños con propulsión inferior eran comunes. Sin embargo, la instalación a gran escala de máquinas de vapor y turbinas hidráulicas hizo que la rueda de Poncelet dejara de usarse.