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. Solo unas pocas redes de transmisión de energía hidráulica todavía están en uso; el equipo hidráulico moderno tiene una bomba incorporada en la máquina. A fines del siglo XIX, una red hidráulica podría haber sido utilizada en una fábrica, con un motor de vapor central o una turbina de agua que impulsaba 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 , 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 operar en 1877, con Edward B. Ellington como su ingeniero. Ellington participó en la mayoría de las redes británicas, y algunas más lejanas. Se construyeron redes públicas en Gran Bretaña en Londres, Liverpool , Birmingham , Manchester y Glasgow . Hubo redes similares en Amberes , Melbourne , Sídney , Buenos Aires y Ginebra . Todas las redes públicas habían dejado de funcionar a mediados de la década de 1970, pero el puerto de Bristol todavía tiene un sistema operativo, con un acumulador situado fuera de la estación de bombeo principal, lo que permite visualizar fácilmente su funcionamiento.
Joseph Bramah , inventor y cerrajero residente en Londres, registró una patente en la Oficina de Patentes de Londres el 29 de abril de 1812, que trataba principalmente sobre la provisión de una red pública de suministro de agua, pero incluía un concepto secundario para la provisión de una tubería principal de agua a alta presión, que permitiría a los talleres operar maquinaria. El agua a alta presión se aplicaría "a una variedad de otros propósitos útiles, a los que nunca antes se había aplicado". Los componentes principales del sistema eran una tubería principal en forma de anillo, a la que varias estaciones de bombeo bombearían el agua, con presión regulada por varios recipientes de aire o pistones cargados. Las válvulas de alivio de presión protegerían el sistema, que él creía que podría suministrar agua a una presión de "una gran pluralidad de atmósferas", y en concepto, así era como funcionaban los sistemas de energía hidráulica posteriores. [1]
En Newcastle upon Tyne , un abogado llamado William Armstrong , que había estado experimentando con máquinas impulsadas por agua, trabajaba para una firma de abogados que fueron designados para actuar en nombre de la Whittle Dene Water Company. La compañía de agua se había creado para suministrar agua potable a Newcastle, y Armstrong fue nombrado secretario en la primera reunión de accionistas. Poco después, escribió al Ayuntamiento de Newcastle, sugiriendo que las grúas del muelle deberían convertirse en energía hidráulica. Se le exigió que llevara a cabo el trabajo a su propio cargo, pero sería recompensado si la conversión era un éxito. Así fue, y creó la Newcastle Cranage Company, que recibió un pedido para la conversión de las otras cuatro grúas. Siguieron más trabajos, con el ingeniero de Liverpool Docks visitando Newcastle y quedando impresionado por una demostración de la versatilidad de la grúa, dada por el conductor de la grúa John Thorburn, conocido localmente como "Hydraulic Jack". [2]
Aunque el sistema de Newcastle funcionaba con agua del suministro público, la grúa instalada por Armstrong en Burntisland no estaba situada en un lugar en el que fuera posible esa opción, por lo que construyó una torre de 55 m (180 pies), con un tanque de agua en la parte superior, que se llenaba con una máquina de vapor de 4,5 kW (6 hp). En Elswick, en Glasgow, los cobros del Departamento de Aguas 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 "pistones cargados" de Bramah 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 al año siguiente especificó un acumulador con un pistón de 250 mm (10 pulgadas) y una carrera de 4,6 m (15 pies), que permitía alcanzar presiones de 41 bar (600 libras por pulgada cuadrada). En comparación con las 80 psi (5,5 bar) del proyecto de Newcastle, esta mayor presión redujo significativamente los volúmenes de agua utilizados. Las grúas no fueron la única aplicación, ya que el funcionamiento hidráulico de las compuertas del muelle de Swansea redujo el tiempo de operación de 15 a dos minutos y el número de hombres necesarios para operarlas de doce a cuatro. [3] Cada uno de estos proyectos fue para un solo cliente y, en términos más generales, la aplicación de la energía hidráulica requirió un nuevo modelo.
La primera instalación práctica que suministró energía hidráulica al público se encontraba en Kingston upon Hull , en Inglaterra. La Hull Hydraulic Power Company comenzó a funcionar en 1876. Tenían 4,0 km de tuberías de hasta 150 mm de diámetro y recorrían la orilla oeste del río Hull desde el puente Sculcoates hasta su unión con el Humber . La estación de bombeo estaba cerca del extremo norte de la tubería, en Machell Street, cerca del puente basculante en desuso de Scott Street, que funcionaba con energía hidráulica. Había un acumulador en Machell Street y otro mucho más cerca del Humber, en la esquina de Grimsby Lane. Se hizo una disposición especial en el lugar donde la tubería principal pasaba por debajo de la entrada a Queens Dock. [4] En 1895, las bombas de 250 hp (190 kW) bombeaban unos 500.000 galones imperiales (2.300 m 3 ) de agua al sistema cada semana, y 58 máquinas estaban conectadas a él. La presión de trabajo era de 700 psi (48 bar), y el agua se utilizaba para operar grúas, compuertas de muelles y una variedad de otras maquinarias relacionadas con los barcos y la construcción naval. El sistema de 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, que había sido el gerente e ingeniero desde 1904, se jubiló. [7]
El responsable del sistema de Hull fue Edward B. Ellington , que había llegado a ser el director general de la Hydraulic Engineering Company, con sede en Chester, desde que se unió a ella en 1869. En el momento de su instalación, un plan de este tipo parecía "un salto al vacío", según R. H. Tweddell escribió 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, participó en algún nivel en la mayoría de las redes de energía hidráulica de Gran Bretaña. El éxito de estos sistemas llevó a que se instalaran en lugares tan lejanos como Amberes en Bélgica, Melbourne y Sídney en Australia y Buenos Aires en Argentina. [8]
También se instalaron redes de energía hidráulica independientes en los muelles de Hull: tanto el Albert Dock (1869) como el Alexandra Dock (1885) instalaron estaciones generadoras hidráulicas y acumuladores. [9]
La red hidráulica pública más conocida era la red urbana de la London Hydraulic Power Company . Esta se formó en 1882, como General Hydraulic Power Company, con Ellington como ingeniero consultor. Al año siguiente, otra empresa, la 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 . Estas suministraban grúas, compuertas de muelles y otra maquinaria pesada. Bajo los términos de una ley del Parlamento obtenida en 1884, las dos compañías 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, esta cifra había aumentado a 1.650 millones de galones (7.500 megalitros) en 1927, cuando la compañía alimentaba alrededor de 8.000 máquinas con el 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 presión de la red, 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 Portuaria de Londres , pero fue adquirida y conectada al sistema. Las estaciones utilizaron máquinas de vapor hasta 1953, cuando la estación de Grosvenor Road fue transformada para utilizar motores eléctricos, y tras el éxito de este proyecto, las otras cuatro también fueron transformadas. Los motores eléctricos permitieron utilizar acumuladores mucho más pequeños, ya que entonces solo controlaban la presión y el flujo, en lugar de almacenar energía. Aunque la red suministraba ascensores, grúas y compuertas de muelle, también alimentaba la plataforma del cabaret del Hotel Savoy y, desde 1937, el piso central de tres secciones de 720 toneladas del Earls Court Exhibition Centre , que podía elevarse o bajarse en relación con el piso principal para convertirse en piscina y sala de exposiciones. [11] [12] El sistema de Londres se contrajo durante la Segunda Guerra Mundial, debido a la destrucción de la maquinaria y las instalaciones de los clientes. Después de las hostilidades, se reconstruyeron grandes áreas de Londres y el desvío de las tuberías de presión fue mucho más difícil que el suministro de suministro eléctrico, de modo que en 1954 el número de máquinas había disminuido a 4.286. [5] La empresa se disolvió en 1977.
En 1888 empezó a funcionar un sistema en Liverpool . [13] Era una rama de la General Hydraulic Power Company, con sede en Londres, y fue autorizada por leyes del Parlamento obtenidas en 1884 y 1887. [14] En 1890, se habían instalado unas 16 millas (26 km) de tuberías principales, suministradas por una estación de bombeo en Athol Street, en la orilla del canal de Leeds y Liverpool . Aunque originalmente el agua se tomaba del canal, en 1890 se utilizaba agua más limpia suministrada por Liverpool Corporation, lo que eliminó la necesidad de una planta de filtración. En ese momento se utilizaban dos grupos de bombas y se estaba instalando un tercero. 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 Practical Engineer citó la presión como 75 libras por pulgada cuadrada (5,2 bar), [15] pero es poco probable que esto sea correcto en comparación con otros sistemas. En 1909 entró en funcionamiento una segunda estación de bombeo en Grafton Street. [16] El sistema dejó de funcionar en 1971. [17]
Birmingham obtuvo su sistema en 1891, cuando se inauguró la estación hidráulica de la calle Dalton. En una medida inusual, JW Gray, el ingeniero del Departamento de Aguas de la ciudad, había estado colocando tuberías de presión debajo de las calles durante algunos años, anticipándose a la necesidad de un sistema de este tipo. La estación hidráulica utilizaba motores de gas del tipo Otto "Silent" y tenía 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 se pusieron en marcha mediante 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 fueron el de Manchester , puesto en servicio en 1894, y el de Glasgow , puesto en servicio al año siguiente. Ambos fueron equipados por la compañía de Ellington y utilizaban la presión más alta de 1120 psi (77 bar). Esta se mantenía mediante seis juegos de máquinas de vapor de triple expansión, con una potencia nominal 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) de ellas en 1909, cuando se suministraron 202.141 galones imperiales (918,95 m 3 ) de agua a alta presión a los clientes. El sistema se cerró en 1964. [22]
Todos los sistemas británicos fueron diseñados para proporcionar energía para procesos intermitentes, como el funcionamiento de las compuertas de los muelles o las grúas. El sistema instalado en Amberes era algo diferente, ya que su propósito 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, escribiendo en 1895, afirmó que le resultaba difícil ver que este fuera un uso económico de la energía hidráulica, aunque las pruebas realizadas en sus obras en Chester en octubre de 1894 mostraron que se podían lograr eficiencias del 59 por ciento utilizando una rueda Pelton acoplada directamente a una dinamo. [23]
En Australia se construyeron dos sistemas importantes. El primero fue en Melbourne , donde la Melbourne Hydraulic Power Company comenzó a operar en julio de 1889. [24] La compañía fue autorizada por una ley del Parlamento victoriano aprobada en diciembre de 1887, y comenzó la construcción del sistema, con Coates & Co. actuando como ingenieros consultores y George Swinburne trabajando como gerente 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 elevadores hidráulicos, conectados al sistema a fines de 1889, y se tuvo que instalar una tercera máquina de vapor a mediados de 1890, que duplicó con creces la capacidad del sistema. Se agregó una cuarta máquina de bombeo en 1891, momento en el que había 100 clientes conectados a la red principal. Las redes principales eran una mezcla de tuberías de 4 pulgadas (100 mm) y 6 pulgadas (150 mm). El agua se extrajo del río Yarra hasta 1893, después de lo cual se extrajo del suministro del Departamento de Obras Públicas. En 1897, había unos 26 km de tuberías principales. En 1901 se añadió una segunda estación de bombeo y, en 1902, los clientes utilizaron 454 megalitros de agua presurizada. [25]
El sistema funcionó como empresa comercial hasta 1925, después de lo cual el negocio y sus activos volvieron a manos de la ciudad de Melbourne, tal como se especificaba en la ley original. Una de las primeras mejoras realizadas por el Ayuntamiento fue la consolidación del sistema. Las bombas de vapor fueron sustituidas por nuevas bombas eléctricas, situadas en la central eléctrica de Spencer Street , que suministraban así tanto energía eléctrica como hidráulica a la ciudad. El sistema hidráulico siguió funcionando bajo propiedad municipal hasta diciembre de 1967. [25]
En enero de 1891, se puso en funcionamiento un sistema en Sídney , autorizado por una ley del Parlamento en 1888. George Swinburne fue nuevamente el ingeniero, y el sistema suministraba energía a alrededor de 200 máquinas en 1894, que incluían 149 ascensores y 20 grúas de muelle. [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 apogeo, había alrededor de 50 millas (80 km) de tuberías, [28] cubriendo un área entre Pyrmont , Woolloomooloo y Broadway . En 1919, la mayoría de los 2369 ascensores en el área metropolitana funcionaban 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]
En 1879, Ginebra creó un sistema público, utilizando una máquina de vapor de 300 hp (220 kW) instalada en el Pont de la Machine para bombear agua del lago de Ginebra, que proporcionaba agua potable y un suministro de agua presurizada para la ciudad. La energía hidráulica era utilizada por un centenar de pequeños talleres que tenían instaladas máquinas hidráulicas de tipo Schmid. La potencia de las máquinas 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 comenzó a funcionar 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 fue 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 utilizaba tres niveles de presión diferentes. El suministro de agua potable utilizaba la presión más baja, mientras que las tuberías intermedias y de alta presión servían como redes de energía hidráulica. Las tuberías de presión intermedia operaban a 6,5 bares (94 psi) y en 1896 se habían instalado unas 51 millas (82 km) de tuberías. Se utilizaban para alimentar 130 motores hidráulicos 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]
Muchas turbinas se utilizaron para accionar generadores para iluminación eléctrica. En 1887 se construyó una planta de generación de electricidad junto a la central eléctrica, que generaba 110 V CC con una potencia máxima de 800 CV (600 kW) y una red de CA con una potencia máxima de 600 CV (450 kW). [31] Los generadores eran accionados 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 se consideraba un complemento de la misma y continuó suministrando energía a muchos clientes hasta la crisis económica de la década de 1930, cuando disminuyó la demanda de agua a presión como fuente de energía. El último motor hidráulico se desmanteló en 1958. [31]
Para evitar una presión excesiva en la red de energía hidráulica, se instaló una válvula de descarga junto al salón principal de la central eléctrica. El dispositivo expulsaba una fuente de agua alta, el Jet d'Eau , cada vez que se activaba. Esto ocurría normalmente al final del día, cuando las fábricas apagaban sus máquinas, lo que dificultaba el control de la presión en el sistema y el ajuste del suministro de agua presurizada para que coincidiera con la demanda real. [33] La fuente alta era visible desde una gran distancia y se convirtió en un punto de referencia en la ciudad. Cuando se encontró una solución de ingeniería que hizo que la fuente fuera redundante, hubo un clamor y en 1891 se trasladó a su ubicación actual en el lago, donde funcionó únicamente como atracción turística, aunque el agua para crearla todavía provenía de la red hidráulica. [34]
En Nueva Zelanda se construyeron dos sistemas . El Thames Water Race se construyó en 1876 para abastecer de agua a los yacimientos de oro del Támesis y alimentar baterías de apisonadoras, bombas y equipos de elevación de cabezas de mina. Más tarde, en 1914, se suministró electricidad a los residentes del Támesis y, cuando la minería de oro cesó al año siguiente, una turbina Francis y un generador utilizaron el agua sobrante para generar más electricidad para los residentes de la ciudad. Finalmente, se desmanteló en 1946. [35]
La carrera de agua del distrito de Oamaru fue diseñada por Donald McLeod (nacido en 1835). Se inauguró en 1880 después de 3 años de construcción. Con agua proveniente del río Waitaki , la carrera se extendió por casi 50 km y comprendía una estructura de toma, un estanque de amortiguación, 19 acueductos y seis túneles. La potencia sobrante generó motores hidráulicos, máquinas de agua y turbinas en la ciudad de Oamaru durante décadas y funcionó durante 103 años. Gran parte de la carrera y sus componentes aún se pueden ver hoy en día. [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 sala de máquinas es un edificio catalogado de grado II* , construido en 1887, totalmente puesto en servicio en 1888, con una torre en un extremo para albergar el acumulador hidráulico. [37] Se instaló un segundo acumulador fuera del edificio (fechado en 1954) que permite visualizar más fácilmente el funcionamiento del sistema.
Una serie de 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 aún sostiene el tanque de hierro fundido seccional del techo utilizado para permitir que el agua cargada de sedimentos del río Hull se asiente, 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 torre de acumulador, [38] mientras que la estación de Wapping está prácticamente completa, conservando todo su equipo, que todavía está en condiciones de funcionamiento. El edificio está catalogado de grado II* debido a su integridad. [39]
En Manchester, la estación de bombeo de Water Street, construida en estilo barroco entre 1907 y 1909, fue utilizada como taller para el City College, [40] pero forma parte del Museo de Historia del Pueblo desde 1994. Uno de los grupos de bombeo se ha trasladado al Museo de Ciencia e Industria , donde se ha restaurado para ponerlo en funcionamiento y forma parte de una exposición más grande sobre energía hidráulica. [20] Las bombas fueron fabricadas por la firma 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]