El elevador del canal de Anderton, 1875-1908

El histórico elevador de barcos del Reino Unido utilizó un par de elevadores hidráulicos para superar creativamente un desafío rígido.

El 26 de febrero de 1877, el conocido botánico y teórico evolucionista inglés Hewett C. Watson (1804-1881) envió la siguiente carta al ingeniero civil Sidengham Duer (1836-1886):

“El 'Elevador Hidráulico del Canal' se devuelve con la presente. Muchas gracias por <font dir="auto" style="vertical-align: inherit;">las </font> préstamo of <font dir="auto" style="vertical-align: inherit;">las </font> papel, lo cual Se ha leído con no poco interés como alguien que me da nuevas ideas sobre este tema. En verdad, es un gran dominio del poder físico levantar 240 T. a una altura de 50 pies en el corto espacio de 3 minutos. o menos. Ha sido costumbre que los escritores, que buscan exaltar a los Antiguos sobre los Modernos, se pregunten cómo se pudieron mover y elevar los grandes bloques de piedra que se usaron en las pirámides. Pero los ingenieros modernos realmente logran hazañas mucho mayores mediante un uso más hábil de las fuerzas naturales ".

El título completo del documento al que se hace referencia en la carta era “Elevador hidráulico del canal en Anderton, en el río Weaver”, escrito por Duer. El documento había sido presentado en una reunión de la Institución Británica de Ingenieros Civiles el 21 de marzo de 1876 y luego fue publicado en su Acta de Actas. Si bien se desconocen las razones de Duer para enviar una copia de su artículo a Watson, el entusiasmo con el que Watson vio su contenido es evidente. Como proponente del concepto emergente de evolución, vio claramente que el ascenso ilustra el desarrollo natural de la ingeniería moderna, ya que superó el trabajo de los "Antiguos".

El “ascensor” elogiado por Watson era, de hecho, un sistema compuesto por un par de elevadores hidráulicos que transportaban barcazas entre el río Weaver y el canal Trent y Mersey. El proyecto comenzó a principios de la década de 1870 con el reconocimiento de que el aumento del tráfico y el comercio de barcazas en ambas vías fluviales se beneficiaría de un enlace de conexión. Los desafíos críticos de diseño fueron la topografía y la distancia vertical entre las dos vías fluviales: una altura de 50 pies, 4 pulgadas.

Edward Leader Williams (1828-1910), un ingeniero civil asociado con Weaver Trust (la empresa que gestionaba la navegación en el río), fue el primero en proponer el uso de ascensores hidráulicos para mover barcazas entre las vías fluviales. Williams contrató a Edwin Clark (1814-1894) para desarrollar el esquema, y ​​Clark, a su vez, contrató a Duer, quien describió su papel en el proyecto como centrado en la "disposición de los detalles". [1] John Watt Sandeman (1842- 1927), quien reemplazó a Williams como ingeniero de Weaver Trust justo cuando comenzaba el proyecto, también contribuyó al diseño. Si bien a Clark se le suele acreditar como el diseñador principal del ascensor, es interesante que fue la presentación de Duer y la publicación posterior (que incluyó siete dibujos detallados) lo que llamó la atención del público sobre el sistema. El artículo recibió un premio Telford en 1876 de la Institución de Ingenieros Civiles en reconocimiento a la importancia de su tema y la calidad de la presentación de Duer.

El ascensor empleó un diseño relativamente simple. Los ascensores hidráulicos estaban conectados de manera que la acción descendente de uno esencialmente elevaba al otro. Cuando el elevador estaba parado, un automóvil estaba en la parte superior (el nivel del canal) y el otro estaba en la parte inferior (el nivel del río). Los "carros" eran abrevaderos de hierro forjado que medían 75 pies de largo, 15.5 pies de ancho y 9.5 pies de profundidad en el centro y 7.5 pies de profundidad en los extremos. También tenían puertas en cada extremo, que se podían levantar para permitir que las barcazas entraran y salieran. Cada abrevadero fue diseñado para transportar agua con una profundidad de 4.5 pies, y fueron dimensionados para transportar dos barcazas pequeñas (capacidad promedio de 30-40 T. cada una) o una barcaza grande (capacidad promedio de 80-100 T.) . El peso combinado del agua y las barcazas era de aproximadamente 240 T. Cuando una artesa estaba al nivel del río, se sumergía de manera que podían entrar al menos 5 pies de agua, lo que permitía el paso fácil de las barcazas hacia adentro y hacia afuera. Cuando la artesa ascendió, 12 sifones a lo largo de su longitud drenaron el exceso de agua hasta que alcanzó la profundidad de diseño de 4.5 pies. Un acumulador impulsado por una máquina de vapor proporcionó presión hidráulica adicional según fuera necesario para elevar las cargas.

Cada comedero fue llevado por un solo pistón o ariete de hierro fundido de 3 pies de diámetro, ubicado en el centro. Los arietes se sujetaron a los comederos mediante un casquillo de hierro forjado de 3.5 pies de profundidad. “Voladizos” de hierro forjado irradiaban desde el zócalo a los lados de la artesa para ayudar a canalizar el peso hacia el centro. Las esquinas de los comederos también se equiparon con bloques de guía de hierro fundido que discurrían en canales en las columnas que enmarcaban los huecos de los ascensores. Cada ariete estaba compuesto por tres secciones “unidas por bridas y pernos. Las bridas de los arietes se cubrieron con plomo rojo antes de atornillarlas. Las bridas de las prensas, además de plomo rojo, tenían un anillo de alambre de plomo [colocado] entre ellas, el cual, aplastado por la presión de los pernos, formaba una junta hermética ”. [1] Mientras seguía la operación de los arietes un patrón normativo para los sistemas hidráulicos directos, es importante tener en cuenta que las cajas de empaquetadura estaban en el fondo del "pozo" lleno de agua. Para facilitar el mantenimiento, una de 4 pies, 4 pulg. debajo del pozo se colocó un túnel de hierro forjado de diámetro. El túnel también proporcionó acceso a una caja de válvulas que controlaba el funcionamiento del sistema.

El diseño simple del elevador significaba que podía ser operado por un equipo de cinco trabajadores: tres asignados para operar las puertas que permitían la entrada y salida de barcazas, uno asignado para administrar la máquina de vapor y el acumulador y uno que controlaba el funcionamiento de los ascensores desde el "Casa de válvulas" en lo alto del ascensor. Las especificaciones de diseño iniciales requerían que el ascensor transportara barcazas entre las vías fluviales en no menos de 3 minutos. Cuando se inauguró el ascensor en 1875, el tiempo medio de elevación era de 2.5 min. Los elevadores hidráulicos del elevador de Anderton llevaron con éxito barcazas hacia y desde el canal y el río desde 1875 hasta 1908, tiempo durante el cual movieron aproximadamente 5 millones de T. En 1908, el sistema hidráulico fue reemplazado por un sistema de cuerda contrapesada diseñado por John Arthur Saner (1864-1952). Al igual que su predecesor, Saner recordó su trabajo en un documento presentado a la Institución de Ingenieros Civiles y publicado en sus actas. [2] En su artículo, Saner también relató una breve historia de los elevadores hidráulicos que permite una mirada única a su funcionamiento.

Durante sus 30 años de historia, los ascensores requirieron un mantenimiento normal y sobrevivieron a varios accidentes y fallas del sistema:

• 21 de febrero de 1881: Un trozo de una "sustancia dura" de origen desconocido fue llevado de alguna manera al pozo, y cuando el canal descendió, en lugar de ser aplastado entre el fondo del canal y la parte superior del túnel de servicio de hierro forjado, golpeó un agujero a través del techo de un túnel.
• Julio de 1881: se reemplazó el casquillo de la caja de empaquetadura del acumulador.
• 26 de abril de 1882: Reventó la parte superior de uno de los cilindros principales, lo que hizo descender el ariete y la artesa, que estaba en el nivel superior. Se descubrió que la causa era el 4 pulg. Agujero requerido para recibir la tubería que permitía el flujo de agua entre los cilindros principales. La solución fue reemplazar la tubería individual grande por cuatro tuberías más pequeñas, que distribuyeron uniformemente la presión alrededor de ambos cilindros.
• 23 de marzo de 1887: Uno de los casquillos del cilindro "cedió". Se reparó con una placa de hierro forjado que duró hasta junio de 1891, cuando se renovó con una sección de hierro fundido más resistente insertada en tres partes, ya que no fue posible colocar un anillo completo en su posición de una vez.
• Abril de 1894: Se "renovó" un segundo casquillo cilíndrico siguiendo el método empleado en 1891.
• Abril de 1898: falla una de las principales tuberías de presión.
• Agosto de 1898: falló la válvula de presión de equilibrio principal, que regulaba el flujo de agua entre los cilindros principales.
• Junio ​​de 1899: fallaron varias tuberías de presión.^{[ 2 ]}

Saner también describió un problema adicional y persistente que había plagado el sistema: el deterioro gradual de los arietes. En 1882, los operadores del ascensor notaron que habían comenzado a aparecer ranuras en las superficies de los arietes. Los trabajadores encajaron cuidadosamente trozos de cobre blando en las ranuras para mantener un paso hermético a través de los prensaestopas. El deterioro continuó hasta 1895, momento en el que se estimó que se habían utilizado más de 750 libras de cobre, con algunas tiras de más de 3 pulgadas de ancho.

Saner se había unido a Weaver Trust en 1885 como ingeniero asistente y, tres años después, se convirtió en el ingeniero principal de la organización. A mediados de la década de 1890, había comenzado a sospechar que la causa del continuo ranurado de los arietes no se debía a su material o al diseño de los prensaestopas. En cambio, sospechaba de un problema bien conocido por los ingenieros del siglo XXI: la contaminación del agua. El agua utilizada para alimentar los arietes se tomó del canal de Trent y Mersey, cuyas orillas estaban revestidas con "numerosas obras químicas y de sal". [21] Saner sospechaba que "la acción electrolítica, causada por la calidad del agua, era responsable del daño, en lugar de la fricción mecánica de la empaquetadura ”. [2] Una serie de experimentos llevados a cabo en enero de 2 confirmaron sus sospechas, y Saner ideó un sistema que condensaba los gases de escape de la máquina de vapor, creando así una contaminación relativamente contaminante. - Fuente de agua gratuita para los ascensores. Saner informó que, “aunque el agua así obtenida no estaba completamente libre de grasa, no había nada que pudiera dañar y el arreglo”, en su opinión, “prolongó la vida de los arietes por casi 1895 años”. El diseño de 10 de Saner para el reemplazo del sistema hidráulico original, descrito por él como una "reconstrucción" del elevador de Anderton, será el tema de un artículo futuro.

Fondo

El artículo de este mes se inspiró en el artículo de David Cooper "Ascensores de barcos en el Reino Unido", que se presentó en 2015 en el Quinto Simposio Anual sobre Tecnologías de Ascensores y Escaleras Mecánicas. El documento de Cooper plantó una semilla que llevó a la búsqueda de copias originales de materiales asociados con el ascensor Anderton. Esta búsqueda arrojó una copia del artículo original de Duer, que incluía la carta de Watson a Duer "inclinada" en el frente. Este feliz accidente permitió ilustrar la conexión entre los mundos del pensamiento científico moderno y la ingeniería moderna del siglo XIX.

Esta investigación también sirvió como recordatorio del lado más oscuro de la industrialización, en la contaminación del Canal de Trent y Mersey. Los beneficios que se encuentran al tener fuertes conexiones entre los mundos de la ciencia y la ingeniería, así como los peligros ambientales potenciales de la fabricación, siguen siendo aspectos críticos de la vida en el siglo XXI.

Referencias
[1] Sidengham Duer. “Elevación del canal hidráulico en Anderton, en el río Weaver”, Acta de actas de la Institución de Ingenieros Civiles; Con otros artículos seleccionados y resumidos, sesión 1875-76 - Parte III (1876).
[2] John Arthur Saner. “Reconstrucción del elevador de barcos del canal en el río Weaver en Anderton”, Acta de las actas de la Institución de Ingenieros Civiles (1910).