miniatura|Esclusa en el río Neckar en Heidelberg, Alemania Una esclusa es una obra hidráulica utilizada para subir y bajar barcos y otras embarcaciones entre extensiones de agua de diferentes niveles en vías fluviales y canales. Permite salvar los desniveles existentes en canales navegables, facilitando el paso de los barcos, simplemente, haciendo aumentar o disminuir el nivel del agua dentro de la esclusa, por el principio de los vasos comunicantes. Sus compartimentos pueden formar parte de las estructuras complementarias de una presa, cuando esta se construye sobre ríos navegables.
La característica distintiva de una esclusa es una cámara fija en la que se puede variar el nivel del agua; mientras que en una esclusa de cajón, en un elevador de barcos o en un plano inclinado de un canal, es la propia cámara (normalmente entonces llamada cajón ) la que sube y baja. miniatura| Esclusa del canal y cabaña del guardián de la esclusa en el brazo Aylesbury del Grand Union Canal en Marsworth en Hertfordshire, Inglaterra
Las esclusas se emplean para hacer que un río sea más fácilmente navegable o para permitir que un canal atraviese terrenos que no están nivelados. Los canales más modernos se sirven de esclusas grandes para permitir tomar una ruta más directa.
Historia Esclusa simple miniatura|Antigua esclusa de río, parque acuático Lankheet, Países Bajos La estructura natural de la esclusa era tener una puerta superior (o un par de puertas) para formar una "cámara" intermedia, que era todo lo que necesitaba vaciarse cuando pasaba un barco. Este tipo de esclusa, llamada esclusa simple, era conocida en la China imperial y en la antigua EuropaFrank Gardner Moore "Three Canal Projects, Roman and Byzantine." American Journal of Archaeology, 54, (1950), 97–111 (99) y fue utilizada por los ingenieros griegos en el Canal de los Faraones bajo Ptolomeo II (284 a ), cuando los ingenieros resolvieron el problema de superar la diferencia de altura mediante esclusas del canal.Rappoport 1904, pp. 250-253Moore 1950, pp. 99–101Froriep 1986, p. 46Schörner 2000, pp. 33–35
Las esclusas se usaron por primera vez en la China medieval durante la dinastía Song (960-). Songshi o Historia de la dinastía Song, volumen 307, biografía 66, registra cómo Qiao Weiyue, un administrador fiscal de alto rango, se sintió frustrado por las frecuentes pérdidas sufridas cuando sus barcazas de granos naufragaban en el río Oeste cerca de Huai'an en Jiangsu. Descubrió que los soldados en una grada doble habían conspirado con bandidos para destrozar pesadas barcazas imperiales y así poder robar el grano derramado. En 984, Qiao instaló un par de compuertas a doscientos cincuenta pies de distancia, toda la estructura techada como un edificio. Al ubicar dos puertas firmes tan cerca una de la otra, Qiao había creado un corto tramo de canal, en realidad una esclusa, que se llenaba desde el canal de arriba levantando vigas de madera individuales en la puerta superior y se vaciaba en el canal de abajo bajando vigas de madera en la parte superior. la puerta superior y las que se elevan en la inferior. Esclusa con paredes de tierra miniatura| La esclusa Monkey Marsh con paredes de césped en el canal Kennet y Avon en Thatcham Una esclusa con lados de césped es una forma temprana de diseño de esclusas de canal que utiliza bancos de tierra para formar la cámara de la esclusa, atrayendo pastos y otra vegetación, en lugar de las ahora más familiares y extendidas construcciones de muros de esclusas de ladrillo, piedra u hormigón. Este diseño de esclusa temprana se empleaba con mayor frecuencia en la navegación fluvial a principios del , antes de la aparición de los canales en Gran Bretaña. Los lados del cerrojo para césped están inclinados, por lo que, cuando está lleno, el cerrojo es bastante ancho. En consecuencia, este tipo de esclusa necesita más agua para funcionar que las esclusas con paredes de ladrillo o piedra de lados verticales. En los canales y vías navegables británicas, la mayoría de las esclusas con paredes de césped han sido reconstruidas posteriormente en ladrillo o piedra, por lo que sólo sobreviven unos pocos buenos ejemplos, como en Garston Lock y Monkey Marsh Lock, en el canal Kennet y Avon. Esclusa simple miniatura|Esclusa simple La esclusa simple es el tipo más usado en canales y ríos en la actualidad. Una esclusa simple tiene una cámara con compuertas en ambos extremos que controlan el nivel de agua en el interior. Por el contrario, un diseño anterior con una sola puerta se conocía como esclusa tipo azud.
Las esclusas simples se utilizaron por primera vez en China durante la dinastía Song (960-), y fueron iniciadas por el político e ingeniero naval Song Qiao Weiyue en 984.Needham, Volume 4, Part 3, 350-351. Reemplazaron las gradas dobles anteriores que habían causado problemas y son mencionadas por el erudito chino Shen Kuo (1031-1095) en su libro Dream Pool Essays (publicado en 1088),Needham, Volume 4, Part 3, 351–52. y descritas completamente en el texto histórico chino Song Shi (compilado en 1345):Needham, Volume 4, Part 3, 351.La distancia entre las dos esclusas era de algo más de cincuenta pasos, y todo el espacio estaba cubierto por un gran techo a modo de cobertizo. Las puertas eran "puertas colgantes": cuando se cerraban, el agua se acumulaba como una marea hasta alcanzar el nivel requerido, y llegado el momento, se dejaba luego salir. miniatura|Una esclusa en el canal Keitele- Päijänne en Äänekoski, en el centro de Finlandia El nivel del agua podría diferir de 4 o 5 pies (1,2 o 1,5 m) en cada esclusa y en el Gran Canal el nivel se elevó de esta manera hasta .
En la Europa medieval, en 1373 se construyó una especie de esclusa en Vreeswijk, Países Bajos.Needham, Volume 4, Part 3, 357. Esta esclusa daba servicio a muchos barcos a la vez en un gran pantalán. Sin embargo, la primera esclusa auténtica se construyó en 1396 en Damme, cerca de Brujas, Bélgica. El italiano Bertola da Novate (c. 1410-1475) construyó esclusas de 18 libras en el Naviglio di Bereguardo (parte del sistema de canales de Milán patrocinado por Francesco Sforza ) entre 1452 y 1458.Needham, Volume 4, Part 3, 358.
Construcción y funcionamiento básico miniatura|Plano y vista lateral de una esclusa de canal vacía y genérica. Una cámara de esclusa separada del resto del canal por un par superior y un par inferior de compuertas de mitra. Las compuertas de cada par se cierran entre sí en un ángulo de 18° para aproximarse a un arco contra la presión del agua en el lado "aguas arriba" de las compuertas cuando el nivel del agua en el lado "aguas abajo" es más bajo. +Principio de funcionamiento de una esclusa simple Para un barco que va río arriba:405x405pxPara un barco que va río abajo: 1–2. El barco entra en la esclusa. 8–9. El barco entra en la esclusa. 3. Las puertas inferiores están cerradas. 10. Las puertas superiores están cerradas. 4–5. La esclusa se llena con agua de aguas arriba. 11–12. La esclusa se vacía drenando el agua aguas abajo. 6. Las puertas superiores están abiertas. 13. Se abren las puertas inferiores. 7. El barco sale de la esclusa. 14. El barco sale de la esclusa.
Elementos miniatura|Esclusa de la presa de las Tres Gargantas cerca de Yichang en el río Yangtze, China miniatura|Una puerta en el vuelo de Hatton en Inglaterra miniatura|Esclusa iroquesa en la vía marítima de San Lorenzo Las esclusas simples tienen tres elementos:
Una cámara estanca que conecta los canales superior e inferior, lo suficientemente grande como para encerrar uno o más barcos. La posición de la cámara es fija, pero su nivel de agua puede variar. Una puerta (a menudo un par de medias puertas "apuntantes") en cada extremo de la cámara. Se abre una puerta para permitir que un barco entre o salga de la cámara; cuando está cerrada, la puerta es estanca. Un juego de engranajes de esclusa para vaciar o llenar la cámara según sea necesario. Suele ser una válvula simple (tradicionalmente, un panel plano (paleta) que se levanta manualmente girando un mecanismo de piñón y cremallera) que permite que el agua drene dentro o fuera de la cámara; las esclusas más grandes pueden utilizar bombas.
El principio de funcionamiento de una esclusa es sencillo. Por ejemplo, si un barco que navega río abajo encuentra la esclusa ya llena de agua:
Se abren las puertas de entrada y el barco entra. Se cierran las puertas de entrada Se abre una válvula que baja el barco drenando el agua de la cámara. Se abren las puertas de salida y el barco sale.
Si la esclusa estuviera vacía, el barco habría tenido que esperar de 5 a 10 minutos mientras se llenaba la esclusa. Para un barco que navega río arriba, el proceso se invierte; el barco entra en la esclusa vacía y luego la cámara se llena abriendo una válvula que permite que el agua entre en la cámara desde el nivel superior. La operación completa suele tardar entre 10 y 20 minutos, dependiendo del tamaño de la esclusa y de si el agua de la esclusa estaba originalmente ajustada al nivel del barco.
Los navegantes que se acercan a una esclusa normalmente se alegran de encontrar otro barco que se acerca a ellos, porque este barco acaba de salir de la esclusa a su nivel y, por lo tanto, pondrá la esclusa a su favor, ahorrando entre 5 y 10 minutos. Sin embargo, esto no es cierto para las esclusas de escaleras, donde es más rápido para los barcos pasar en convoy. miniatura|Funcionamiento de una esclusa de canal1–3. El barco entra en la esclusa 'vacía4. Las puertas inferiores están cerradas, las paletas inferiores cerradas, las paletas superiores abiertas, la esclusa comienza a llenarse5. La esclusa se está llenando de agua, elevando el barco al nivel más alto
Detalles Galería de fotos Compuertas Las compuertas son puertas herméticas que sellan la cámara de las libras superiores e inferiores. Cada extremo de la cámara está equipado con una puerta, o un par de medias puertas, hechas de roble u olmo (o ahora, a veces, de acero). La disposición más común, generalmente llamada puertas de mitra, fue inventada por Leonardo da Vinci alrededor de finales del .
Oleaje El oleaje se produce al abrir repentinamente las válvulas de paleta en las compuertas de las esclusas o al vaciar una esclusa. Para ayudar a los barcos que van río abajo a salir de una esclusa, a veces se abren las paletas para crear un oleaje, lo que ayuda a "sacar" el barco de la esclusa. Un barquero podría pedir un oleaje de espalda, es decir, abrir y cerrar las vávulas unas cuantas veces para crear algunas olas, íque le ayuden a salir de la orilla donde estaba atrapado.Kytle, Elizabeth. Home on the Canal. Seven Locks Press, 1983. p. 207 Si los barcos encallaban (por estar sobrecargados), a veces pedían a las tripulaciones que pasaban que le dijeran a la esclusa aguas arriba que les diera un oleaje extra fuerte, que consistía en abrir todas las paletas de la compuerta de la esclusa, creando una oleada que afectaba a toda la libra de abajo.Garrity, Richard. p. 40
En el canal Erie, algunos barcos cargados necesitaban un oleaje para salir de la esclusa. En particular, los barcos madereros, al ser muy pesados, se escoraban hacia un lado y se atascaban en la esclusa, y necesitaban un oleaje para sacarlos. Algunos escluseros daban un swell a cualquiera para que les ayudara en el camino, pero algunos pedían dinero por el swell.
Bolardos de detención miniatura|Frenando un barco para evitar que golpee las compuertas río abajo. Véase la cuerda enrollada alrededor del bolardo de detención