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Ruedas de agua
Desde la época clásica han existido 3 variedades generales de ruedas hidráulicas: la rueda horizontal y 2 variaciones de
la rueda vertical (ver ilustración 1 ). Se usaba una rueda de agua típica para impulsar una piedra de molino.
Ilustración 1. Diseños de ruedas hidráulicas en orden creciente de complejidad y eficiencia. Las ruedas nórdicas
(izquierda) hacen girar las piedras de molino directamente, las ruedas inferiores (centro) requieren engranajes y las
ruedas superiores (derecha) también requieren una corriente elevada (dibujo de Scientific American).
tecnología
La rueda horizontal tiene paletas que sobresalen de un rotor de madera. Un chorro de agua hace girar el
rotor. En la Europa moderna, el diseño se modificó para usar agua que se mueve axialmente, como el aire
que fluye a través de un molinete, creando una turbina de agua. Las ruedas con palas curvas sobre las que se
dirigía axialmente el flujo se describen en un tratado árabe del siglo IX. Una rueda horizontal hace girar
directamente una piedra de molino.
Las ruedas verticales más potentes vienen en 2 diseños: undershot y overshot. El primero es una rueda de
paletas que gira bajo el impulso de la corriente de agua. Esta tecnología requiere engranajes para impulsar
una piedra de molino típica. Cuando los niveles de los ríos bajan en la estación seca y su caudal disminuye,
las ruedas inferiores pierden parte de su potencia. De hecho, si se fijan a las orillas de los ríos, sus remos
pueden acabar por encima del caudal de agua. Una forma de mitigar este problema fue montando las ruedas
hidráulicas en los pilares de los puentes y haciendo avanzar el flujo allí. Otra solución común fue
proporcionada por el molino de barcos, impulsado por ruedas inferiores montadas en el costado de los
barcos amarrados en medio de la corriente (ver ilustración 2 ).
Ilustración 2. Rueda inferior de un aserradero.
Haga clic en la imagen para una versión más grande.
La rueda de pescante recibe agua desde arriba, a menudo de canales especialmente construidos; añade el
ímpetu de la gravedad al de la corriente. Una rueda pescante requiere engranajes y un chorro elevado de
agua.
Una interpretación teórica interesante de las ruedas hidráulicas es proporcionada por Edward Bowser , un
profesor de matemáticas de mucho tiempo en la Universidad de Rutgers. En su libro de texto titulado Un
tratado elemental sobre hidromecánica (publicado por primera vez en 1885, con la última edición impresa
en 1921), las máquinas medievales siguen apareciendo. Bowser muestra cómo calibrar un reloj de agua
medieval y calcula el rendimiento de una bomba de válvula de mariposa (del tipo que usaban los marineros
para bombear agua de sentina, después de Colón). Pero la verdadera sorpresa es una larga discusión sobre
cada tipo de rueda hidráulica. Hoy, el libro de Bowser, con la portada en la Europa medieval y la
contraportada en la América industrial, parece mucho más antiguo que sus cien años.
romanos
La primera descripción de una rueda hidráulica que puede identificarse definitivamente como vertical es de
Vitruvio, un ingeniero de la época de Augusto (31 a. C. - 14 d. C.), quien compuso un tratado de 10
volúmenes sobre todos los aspectos de la ingeniería romana. Vitruvio describió una rueda inferior, pero
comentó que se encontraba entre las "máquinas que rara vez se emplean". Una de las razones hipotéticas
de su escasa aplicación fue la disponibilidad de mano de obra esclava barata que impidió que los romanos
desarrollaran fuentes alternativas de poder.
Una de las aplicaciones romanas más notables de una rueda hidráulica fue en Barbegal , cerca de Arles, en el
sur de Francia. La fábrica, que data del siglo IV d. C., era un inmenso molino harinero que empleaba 16
ruedas hidráulicas volcadas.
Había al menos otros 2 molinos romanos de ruedas múltiples, pero ninguno era tan ambicioso como el de
Barbegal. Uno estaba en Chemtou, en el oeste de Túnez, donde una combinación de puente/presa cruzaba
el río Medjerda. Tres ruedas hidráulicas horizontales, una al lado de la otra, se colocaron en los pilares del
puente. El otro molino estaba en Israel en una presa en el río Crocodile cerca de la antigua Cesarea, a medio
camino entre Haifa y Tel Aviv. Aquí había 2 ruedas horizontales, cada una en la parte inferior de una tubería
forzada. Según Hodges (p. 111): "Ninguna instalación ha sido completamente estudiada, pero juntas siguen
siendo los únicos paralelos conocidos de Barbegal". Pero él cree firmemente que probablemente hay otros
molinos romanos que quedan por descubrir. "Otros Barbegals seguramente deben esperar ser descubiertos
en las partes más remotas y menos estudiadas del Imperio Romano.
Un desarrollo innovador ocurrió cuando Roma estaba sitiada en el año 537 d.C. Cuando los godos cerraron
los acueductos cuya agua impulsaba los molinos de la ciudad, Belisario, el general bizantino que defendía la
ciudad, ordenó que se instalaran molinos flotantes cerca de los puentes del Tíber, cuyos pilares contraían y
aceleraban la corriente. Dos filas de botes estaban anclados con ruedas hidráulicas suspendidas entre ellos.
El arreglo funcionó tan bien que las ciudades de toda Europa pronto lo copiaron.
China antigua
La energía hidráulica era una importante fuente de energía en la antigua civilización china. Una de las
aplicaciones más intrigantes fue para la fundición de hierro (ver ilustración 3 ). Según un texto antiguo, en el
año 31 d. C., el ingeniero Tu Shih "inventó un reciprocador accionado por agua para la fundición de
implementos agrícolas [de hierro]". Los fundidores y fundidores recibieron "instrucciones para usar el
torrente de agua para operar sus olas".
La energía hidráulica también se aplicó en una fecha temprana para moler el grano. Los grandes molinos
rotativos aparecieron en China casi al mismo tiempo que en Europa ( siglo II a. C.) . Pero mientras que
durante siglos Europa dependió en gran medida de los molinos accionados por esclavos y burros, en China la
rueda hidráulica fue un suministro de energía fundamental.
Las ruedas hidráulicas chinas eran típicamente horizontales. La rueda vertical, sin embargo, era conocida. Se
usaba para operar martillos para descascarar arroz y triturar minerales (ver ilustración 4 ). El molino de
borde era otro dispositivo de trituración de uso común. Con este último se utilizaba para pulverizar una
piedra circular de canto que giraba alrededor de una muela inferior. El corredor de borde apareció en China
en el siglo V d.C. Tanto el martillo perforador como el correbordes no se utilizaron en Europa hasta ocho siglos
después.
A lo largo de los primeros 13 siglos dC, las innovaciones tecnológicas se filtraron lenta pero constantemente
desde el Oriente avanzado hacia el Occidente algo más atrasado. Transportadas primero a través de Asia
central a través de la Ruta de la Seda de 4.000 millas y más tarde por mar, algunas innovaciones se
exportaron rápidamente, mientras que otras (como la parafernalia de las ruedas hidráulicas) tardaron siglos.
Ilustración 3. Fuelle metalúrgico, accionado por una rueda hidráulica horizontal, de la obra china de 1313
d.C.
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Ilustración 4. La transformación del movimiento giratorio en movimiento lineal se puede lograr colocando
una leva en el eje de la rueda (dibujo de Scientific American).
Haga clic en la imagen para una versión más grande.
Europa medieval
En la Europa medieval, las condiciones sociales y económicas aumentaron la necesidad de reemplazar el
trabajo manual por máquinas motorizadas. Se han sugerido varias razones para el mayor uso de la energía
hidráulica: (1) el surgimiento del monacato (ver más abajo); (2) escasez de mano de obra provocada por la
peste negra y otros desastres; y (3) la abundancia de buenos sitios para ruedas hidráulicas.
Desde el siglo X en adelante hubo un progreso constante en la recuperación de tierras. Las áreas del norte y
oeste de Europa, una vez escasamente pobladas, comenzaron a cultivarse. El grano era un cultivo
importante y la mayor parte se molía con molinos de agua. Los registros históricos proporcionan información
útil. El Domesday Book, una encuesta preparada en Inglaterra en 1086 dC, enumera 5624 molinos de agua
(este número es bajo ya que el libro está incompleto). Un siglo antes, se contabilizaban menos de 100
molinos.
Los registros franceses cuentan una historia similar. En el distrito de Aube funcionaban 14 molinos en el siglo
XI , 60 en el XII y casi 200 en el XIII . En Picardía, 40 molinos en 1080 crecieron a 245 en 1175. Los molinos de
barcos, amarrados bajo los puentes del París medieval temprano y otras ciudades, comenzaron a ser
reemplazados en el siglo XII por estructuras unidas permanentemente a los puentes.
Los molinos de marea fueron aparentemente un invento medieval. Fueron mencionados por primera vez en
el siglo XII tanto en Inglaterra como en Francia. Su número aumentó cada siglo hasta los tiempos modernos.
Estos molinos se construyeron en áreas bajas cerca del océano. Se construyeron presas que contenían
puertas batientes a lo largo de arroyos poco profundos. Cuando subió la marea, las puertas se abrieron hacia
adentro. El agua llenó el área detrás de la presa. Cuando la marea cambió, las compuertas se cerraron,
obligando al agua a fluir hacia el mar a través de la carrera del molino de marea.
La desventaja obvia de los molinos de mareas es que la hora de las mareas cambia todos los días. Por lo
tanto, los molineros no tuvieron más remedio que trabajar las horas dictadas por las mareas. Estos molinos
parecen haber sido utilizados únicamente para moler grano (aunque las ruedas hidráulicas del Puente de
Londres definitivamente se vieron afectadas por la acción de las mareas en el río Támesis). Nunca hubo
muchos de ellos en comparación con las ruedas hidráulicas "ordinarias".
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  • 1. Ruedas de agua Desde la época clásica han existido 3 variedades generales de ruedas hidráulicas: la rueda horizontal y 2 variaciones de la rueda vertical (ver ilustración 1 ). Se usaba una rueda de agua típica para impulsar una piedra de molino. Ilustración 1. Diseños de ruedas hidráulicas en orden creciente de complejidad y eficiencia. Las ruedas nórdicas (izquierda) hacen girar las piedras de molino directamente, las ruedas inferiores (centro) requieren engranajes y las ruedas superiores (derecha) también requieren una corriente elevada (dibujo de Scientific American). tecnología La rueda horizontal tiene paletas que sobresalen de un rotor de madera. Un chorro de agua hace girar el rotor. En la Europa moderna, el diseño se modificó para usar agua que se mueve axialmente, como el aire que fluye a través de un molinete, creando una turbina de agua. Las ruedas con palas curvas sobre las que se dirigía axialmente el flujo se describen en un tratado árabe del siglo IX. Una rueda horizontal hace girar directamente una piedra de molino. Las ruedas verticales más potentes vienen en 2 diseños: undershot y overshot. El primero es una rueda de paletas que gira bajo el impulso de la corriente de agua. Esta tecnología requiere engranajes para impulsar una piedra de molino típica. Cuando los niveles de los ríos bajan en la estación seca y su caudal disminuye, las ruedas inferiores pierden parte de su potencia. De hecho, si se fijan a las orillas de los ríos, sus remos pueden acabar por encima del caudal de agua. Una forma de mitigar este problema fue montando las ruedas hidráulicas en los pilares de los puentes y haciendo avanzar el flujo allí. Otra solución común fue proporcionada por el molino de barcos, impulsado por ruedas inferiores montadas en el costado de los barcos amarrados en medio de la corriente (ver ilustración 2 ). Ilustración 2. Rueda inferior de un aserradero. Haga clic en la imagen para una versión más grande. La rueda de pescante recibe agua desde arriba, a menudo de canales especialmente construidos; añade el ímpetu de la gravedad al de la corriente. Una rueda pescante requiere engranajes y un chorro elevado de agua. Una interpretación teórica interesante de las ruedas hidráulicas es proporcionada por Edward Bowser , un profesor de matemáticas de mucho tiempo en la Universidad de Rutgers. En su libro de texto titulado Un tratado elemental sobre hidromecánica (publicado por primera vez en 1885, con la última edición impresa en 1921), las máquinas medievales siguen apareciendo. Bowser muestra cómo calibrar un reloj de agua medieval y calcula el rendimiento de una bomba de válvula de mariposa (del tipo que usaban los marineros para bombear agua de sentina, después de Colón). Pero la verdadera sorpresa es una larga discusión sobre cada tipo de rueda hidráulica. Hoy, el libro de Bowser, con la portada en la Europa medieval y la contraportada en la América industrial, parece mucho más antiguo que sus cien años.
  • 2. romanos La primera descripción de una rueda hidráulica que puede identificarse definitivamente como vertical es de Vitruvio, un ingeniero de la época de Augusto (31 a. C. - 14 d. C.), quien compuso un tratado de 10 volúmenes sobre todos los aspectos de la ingeniería romana. Vitruvio describió una rueda inferior, pero comentó que se encontraba entre las "máquinas que rara vez se emplean". Una de las razones hipotéticas de su escasa aplicación fue la disponibilidad de mano de obra esclava barata que impidió que los romanos desarrollaran fuentes alternativas de poder. Una de las aplicaciones romanas más notables de una rueda hidráulica fue en Barbegal , cerca de Arles, en el sur de Francia. La fábrica, que data del siglo IV d. C., era un inmenso molino harinero que empleaba 16 ruedas hidráulicas volcadas. Había al menos otros 2 molinos romanos de ruedas múltiples, pero ninguno era tan ambicioso como el de Barbegal. Uno estaba en Chemtou, en el oeste de Túnez, donde una combinación de puente/presa cruzaba el río Medjerda. Tres ruedas hidráulicas horizontales, una al lado de la otra, se colocaron en los pilares del puente. El otro molino estaba en Israel en una presa en el río Crocodile cerca de la antigua Cesarea, a medio camino entre Haifa y Tel Aviv. Aquí había 2 ruedas horizontales, cada una en la parte inferior de una tubería forzada. Según Hodges (p. 111): "Ninguna instalación ha sido completamente estudiada, pero juntas siguen siendo los únicos paralelos conocidos de Barbegal". Pero él cree firmemente que probablemente hay otros molinos romanos que quedan por descubrir. "Otros Barbegals seguramente deben esperar ser descubiertos en las partes más remotas y menos estudiadas del Imperio Romano. Un desarrollo innovador ocurrió cuando Roma estaba sitiada en el año 537 d.C. Cuando los godos cerraron los acueductos cuya agua impulsaba los molinos de la ciudad, Belisario, el general bizantino que defendía la ciudad, ordenó que se instalaran molinos flotantes cerca de los puentes del Tíber, cuyos pilares contraían y aceleraban la corriente. Dos filas de botes estaban anclados con ruedas hidráulicas suspendidas entre ellos. El arreglo funcionó tan bien que las ciudades de toda Europa pronto lo copiaron. China antigua La energía hidráulica era una importante fuente de energía en la antigua civilización china. Una de las aplicaciones más intrigantes fue para la fundición de hierro (ver ilustración 3 ). Según un texto antiguo, en el año 31 d. C., el ingeniero Tu Shih "inventó un reciprocador accionado por agua para la fundición de implementos agrícolas [de hierro]". Los fundidores y fundidores recibieron "instrucciones para usar el torrente de agua para operar sus olas". La energía hidráulica también se aplicó en una fecha temprana para moler el grano. Los grandes molinos rotativos aparecieron en China casi al mismo tiempo que en Europa ( siglo II a. C.) . Pero mientras que durante siglos Europa dependió en gran medida de los molinos accionados por esclavos y burros, en China la rueda hidráulica fue un suministro de energía fundamental. Las ruedas hidráulicas chinas eran típicamente horizontales. La rueda vertical, sin embargo, era conocida. Se usaba para operar martillos para descascarar arroz y triturar minerales (ver ilustración 4 ). El molino de borde era otro dispositivo de trituración de uso común. Con este último se utilizaba para pulverizar una piedra circular de canto que giraba alrededor de una muela inferior. El corredor de borde apareció en China en el siglo V d.C. Tanto el martillo perforador como el correbordes no se utilizaron en Europa hasta ocho siglos después. A lo largo de los primeros 13 siglos dC, las innovaciones tecnológicas se filtraron lenta pero constantemente desde el Oriente avanzado hacia el Occidente algo más atrasado. Transportadas primero a través de Asia central a través de la Ruta de la Seda de 4.000 millas y más tarde por mar, algunas innovaciones se exportaron rápidamente, mientras que otras (como la parafernalia de las ruedas hidráulicas) tardaron siglos.
  • 3. Ilustración 3. Fuelle metalúrgico, accionado por una rueda hidráulica horizontal, de la obra china de 1313 d.C. Haga clic en la imagen para una versión más grande. Ilustración 4. La transformación del movimiento giratorio en movimiento lineal se puede lograr colocando una leva en el eje de la rueda (dibujo de Scientific American). Haga clic en la imagen para una versión más grande. Europa medieval En la Europa medieval, las condiciones sociales y económicas aumentaron la necesidad de reemplazar el trabajo manual por máquinas motorizadas. Se han sugerido varias razones para el mayor uso de la energía hidráulica: (1) el surgimiento del monacato (ver más abajo); (2) escasez de mano de obra provocada por la peste negra y otros desastres; y (3) la abundancia de buenos sitios para ruedas hidráulicas. Desde el siglo X en adelante hubo un progreso constante en la recuperación de tierras. Las áreas del norte y oeste de Europa, una vez escasamente pobladas, comenzaron a cultivarse. El grano era un cultivo importante y la mayor parte se molía con molinos de agua. Los registros históricos proporcionan información útil. El Domesday Book, una encuesta preparada en Inglaterra en 1086 dC, enumera 5624 molinos de agua (este número es bajo ya que el libro está incompleto). Un siglo antes, se contabilizaban menos de 100 molinos. Los registros franceses cuentan una historia similar. En el distrito de Aube funcionaban 14 molinos en el siglo XI , 60 en el XII y casi 200 en el XIII . En Picardía, 40 molinos en 1080 crecieron a 245 en 1175. Los molinos de
  • 4. barcos, amarrados bajo los puentes del París medieval temprano y otras ciudades, comenzaron a ser reemplazados en el siglo XII por estructuras unidas permanentemente a los puentes. Los molinos de marea fueron aparentemente un invento medieval. Fueron mencionados por primera vez en el siglo XII tanto en Inglaterra como en Francia. Su número aumentó cada siglo hasta los tiempos modernos. Estos molinos se construyeron en áreas bajas cerca del océano. Se construyeron presas que contenían puertas batientes a lo largo de arroyos poco profundos. Cuando subió la marea, las puertas se abrieron hacia adentro. El agua llenó el área detrás de la presa. Cuando la marea cambió, las compuertas se cerraron, obligando al agua a fluir hacia el mar a través de la carrera del molino de marea. La desventaja obvia de los molinos de mareas es que la hora de las mareas cambia todos los días. Por lo tanto, los molineros no tuvieron más remedio que trabajar las horas dictadas por las mareas. Estos molinos parecen haber sido utilizados únicamente para moler grano (aunque las ruedas hidráulicas del Puente de Londres definitivamente se vieron afectadas por la acción de las mareas en el río Támesis). Nunca hubo muchos de ellos en comparación con las ruedas hidráulicas "ordinarias".