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No se sabe con exactitud quién, dónde ohace cuanto tiempo se aprovechó porprimera vez la fuerza y energía que poseeuna corriente de agua, aunque pareceprobable que la inspiración haya venidode otro uso más antiguo del agua: lairrigación. Eran empleados diversosmedios en los tiempos antiguos paraelevar el agua de los ríos a una alturamayor que la de sus márgenes, de dondecorrería por canales y zanjas a loscampos. Uno de éstos era la rueda persa osaqia que es una rueda grande montada enun eje horizontal con cucharas en superiferia. Estas ruedas pueden versetodavía trabajando en Egipto, acopladas aengranes y movidas por un búfalo, burro ocamello.

Alguien debe haber notado, hace muchotiempo, que cuando se desenganchaba labestia, la corriente tendía a hacer girar larueda en dirección opuesta, concibiendoasí la idea revolucionaria de que lacorriente de agua tiene energía y por lotanto podía hacer trabajo. De todasmaneras, las ruedas hidráulicas primitivasno eran diferentes de la saqia y seconectaban con un mecanismo semejante,a una piedra de molino. Seguramente elinventor se regocijó al hacerse la idea deque evitaría muchas molestias en lamolienda de granos, aunqueprobablemente no vislumbró el alcanceque traería a las generaciones posteriores.La primera alusión literaria al invento,hecha por Antiparter de Tesalónica, data

de los años 80 a.C. y dice, quitando laafectación lírica: “Dejad vuestra laborvosotras doncellas que trabajáis en elmolino... porque Ceres ha ordenado a lasninfas del agua que hagan vuestra tarea”.

Los romanos conocían y usaban las ruedashidráulicas como una fuente de fuerzamecánica, y la historia recoge el nombre deVitruvius como el ingeniero que llevó acabo tal modificación. Se cree que lasguarniciones del muro Adriano, teníanunos cuantas ruedas hidráulicas para movermolinos de trigo; pero quizás porquecontaban con abundantes esclavos, losromanos no explotaron la energía de lacorriente de agua extensamente. En suimperio, el trigo se molía generalmente enmolinos de mano, algunos de los cuales sehan encontrado en los sitios dondeexistieron colonias romanas en Inglaterra.

Fueron los sajones los que popularizaronsu uso en la gran Bretaña. Las evidenciasmás antiguas encontradas en documentos,son las de una concesión dada por el reyEthelbert de Kent, tiene la fecha de 762d.C. La costumbre se difundiórápidamente. En aquella época el oficio delconstructor de molinos era viajar por todoel país construyendo molinos nuevos yatendiendo a los que necesitabanreparaciones y era una ocupaciónimportante antes de la conquista de losnormandos. Están registrados más de 5000molinos en el censo de 1086.

BREVE HISTORIA DE LAS TURBINAS HIDRÁULICAS

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Las ruedas hidráulicas comunes que obranprincipalmente por el peso del agua, porser las más elementales y obvias fueron

también las primeras turbinas queconstruyó el hombre. Las primeras ruedashidráulicas se construyeron posiblemente

Figura 1. Diferentes tipos de ruedas hidráulicas: a) alimentación superior (ruedagravitatoria pura) b) alimentación lateral; c) de paletas planas; d) de impulsión inferior; e)paletas de alimentación inferior; f) turbina Banki

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en Asia, China y la India, hace unos 2200años; de Asia pasaron a Egipto y desdeallí a Europa (unos 600 años después queen Asia) y América. Leonardo Da Vinci,Galil eo y Descartes, entre otros,realizaron estudios teóricos y matemáticossobre las ruedas hidráulicas. Menciónespecial merece el francés Parent (1666-1716) físico y matemático de París ymiembro de la Real Academia deCiencias, estudia por vez primera elfuncionamiento de las ruedas hidráulicas,

y genialmente prevé que existe unarelación óptima entre la velocidad de larueda y la velocidad de la corriente deagua. Las mejoras hechas a las ruedascomunes dieron como resultado laconstrucción de las ruedas de impulso y dereacción las cuales presentan la ventaja deaprovechar la energía cinética y, por lotanto, ser de menor tamaño.

Las figuras siguientes presentan los tiposprincipales de ruedas hidráulicas y en ellas

se puede notar su evolución en eluso, no sólo de la energíagravitacional sino también de lavariación de la cantidad demovimientos (principio de Euler),constituyéndose así estas ruedas enlas precursoras de las modernasturbinas hidráulicas.

El uso de la energía hidráulica noes nada nuevo y se remonta a másde 2000 años atrás, pero sedesarrollo lentamente duranteespacio de 18 siglos, debido alinconveniente de que lasinstalaciones deberían situarsejunto a los ríos; mientras que lasmaquinas de vapor se podíaninstalar en cualquier lado.

Al evolucionar la tecnología de latransmisión eléctrica, está permitióel gran desarrollo de las plantashidroeléctricas y por consiguiente,de las turbinas hidráulicas. En estenuevo esquema de transformaciónde energías: energía hidráulica ∅energía eléctrica ∅ energíamecánica, las ruedas hidráulicas-debido en gran parte a que en ellasel agua entra y actúa únicamente enparte de la circunferencia no así enFigura 2. Turbina hidráulica propuesta por Euler

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las turbinas en las cuales el agua lo haceen toda la circunferencia - tienen dosdesventajas fundamentales: rendimientobajo y velocidad de rotación muy lenta (4a 10 rpm). Las turbinas hidráulicasnacieron para superar estas desventajas, ysu evolución ha sido el aumento cada vezmayor de la velocidad de rotación y de sueficiencia con el fin de conseguirpotencias específicas más altas, lo quepermite generación eléctrica a más bajocosto.

El estudio de las turbomáquinashidráulicas como ciencia no se crea hastaque Euler en 1754 publica su famosamemoria de Berlín sobre maquinariahidráulica, en la que expone su teoría delas máquinas de reacción :"Théorie pluscompléte des machines qui sont mises enmouvement par la reaction de l' eau"1 .En esta memoria desarrolla Euler por vezprimera la ecuación fundamental de lasturbomáquinas, deducidas igualando elpar a la variación de la cantidad demovimiento del fluido en su paso por elrotor. En la figura 2 puede verse un dibujode la turbina hidráulica ideada por Euler.

Posteriormente el ingeniero francésClaude Burdin (1790- 1873), profesor dela escuela de minas de Saint Etienne, ensu célebre memoria de la academia deCiencias desarrolla la teoría “ des turbineshydrauliques ou machines rotatoire ágrande vitesse” 2acuña por vez primera lapalabra “ turbina” para el vocabulario

1 Nota del editor: "Teoría más completa demáquinas que son puestas en movimiento porla reacción del agua"2 Nota del editor: "Teoría de turbinashidráulicas o máquinas rotatorias a granvelocidad"

técnico. La palabra turbina viene del latínturbo- inem, que significa rotación o giro.

Burdin fue un ingeniero teórico; pero sudiscípulo Fourneyron (1802-1867) fue uningeniero práctico, y logró en 1827construir la primera turbina hidráulicaexperimental digna de tal nombre; más aúna lo largo de su vida, Fourneyronconstruirá un centenar más de turbinashidráulicas para diferentes partes delmundo. Esta turbina que tuvo un éxitoclamoroso, porque era capaz de explotarsaltos mayores que los explotables con lasantiguas ruedas hidráulicas, era radialcentrífuga, de inyección total, y escapelibre; aunque Fourneyron previó también eltubo de aspiración, cuyo estudio realizó élmismo.

Desde 1837 las turbinas hidráulicas deHenschel y Jonval compiten con las deFourneyron. Otras turbinas hidráulicasanteriores al siglo XX fueron la deFontaine, y sobre todo la desarrollada en1851 por Girard, que era de acción deinyección total y que alcanzó una notabledifusión en Europa.

Los tipos mencionados no son los únicos,y, aunque algunas de estas turbinas hanlogrado sobrevivir y aún siguen enfuncionamiento, han dejado de construirsepor las razones siguientes:

1) rendimiento bajo sobre todo en cargasparciales de (70-75% a plena cargahasta 50-55% a 50% de la carga).

2) velocidad de giro muy reducida, y,como consecuencia,

3) potencia por unidad muy baja.

En 1891 la central de Niágara causósensación con una potencia instalada de

N O P Q O R S T U V W T U X18

1470 kW. A comienzos del siglo XXaparecen las turbinas hidráulicas de granvelocidad y gran rendimiento, únicas quese construyen en la actualidad.

A grandes rasgos se puede resumir así eldesarrollo de las turbinas hidráulicas:

❊ El siglo XVIII es el siglo de sugestación.

❊ El siglo XIX el de su nacimiento (eneste siglo nacieron en América lasTurbinas Pelton y las TurbinasFrancis) .

❊ El siglo XX el de su desarrollo.

A principios de este siglo aparecen lasturbinas hidráulicas de gran velocidad.Y

1905 – en USA existen turbinashidráulicas de 7360 kW girando a250 rpm (turbinas Francis gemelas),

Y 1915- creación de la Turbina Kaplan,

Y 1918- la turbina Banki

Y 1914- la turbina Turgo

Y 1950- la turbina Deriaz

Y 1970- la turbina Bulbo

Las turbinas hidráulicas, como ha podidonotarse, son máquinas cuyo desarrollo nopertenece a las últimas décadas. Hacemás de 2000 años que el hombre hace usode ellas y poco más de un siglo que lasprincipales casas constructoras de Europa,Asia y América realizan un esfuerzosistemático con el objeto deperfeccionarlas. Su evolución no haterminado sino por el contrario se ha

acelerado en los últimos años ya que lasnecesidades de energía limpia cada día sonmayores y los sitios disponibles exigenturbinas más rápidas, más compactas ysobre todo más eficientes.

En el campo de la ciencia y la tecnologíaasí como en todas las ramas del saberhumano siempre habrá algo que descubriry mejorar, por lo que la investigación debeser permanente, tal como lo muestra eldesarrollo de las turbinas hidráulicas, y,que se ilustra en la siguiente narracióntitulada "El error del obispo Wright".tomada del libro."La oración de la rana"de Anthony de Mello, S.J.:

Hace muchos años, un obispo de lacosta este de los Estados Unidos sehallaba visitando una pequeñauniversidad religiosa de la costaoeste, alojándose en casa del rector dela universidad, un joven y progresistacatedrático de Física y Química.Un día el rector invitó a los miembrosde su facultad a cenar con el obispo,para que pudieran beneficiarse delsaber y la experiencia de éste.Después de la cena, la conversaciónse centró en torno al tema delmilenio, del que el obispo aseguróque no podía tardar en llegar. Y unade las razones que adujo para ello eraque ya se había descubierto todo en elterreno de la naturaleza y se habíanhecho todos los inventos posibles.El rector, con toda cortesía, mostró sudesacuerdo y dijo que, en su opinión,la humanidad se encontraba en losumbrales de una era de grandesdescubrimientos. El obispo desafió alrector a que mencionara uno de ellos,y el rector dijo que tenia esperanza deque en el plazo de cincuenta años,

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más o menos, los humanos podríanvolar.Aquello le produjo al obispo unataque de risa. “Si Dios hubieraquerido que los humanos voláramos,nos habría dado alas. El volar estáreservado a las aves y a los ángeles.”El obispo se apelli daba Wright ytenía dos hijos llamados Orvill e yWilbur, que fueron los inventoresdel aeroplano.

BIBLIOGRAFIA:

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DE PARRES, J. L., Máquinas Hidráu-licas, México, 1966.

VIEJO ZUBICARAY, M., ALONSO,P., Energía Hidroeléctrica, Editorial.Limusa, 1977.