Donde hay tramos a diferentes niveles, los barcos se
transfieren de uno a otro mediante esclusas.
Las esclusas son
una serie de compuertas diseñadas para que una embarcación pase de un nivel de
agua a otro. Constituyen una sección del canal cerrada por compuertas en sus
dos extremos y donde el nivel del agua aumenta o disminuye a voluntad mediante
válvulas o aliviaderos hasta alcanzar el nivel de la parte más alta o el de la
parte más baja; cuando el nivel de la esclusa
se ha igualado con el del tramo del canal la compuerta correspondiente
se abre y el barco entra o sale de la esclusa.
Las compuertas típicas son de doble hoja y se sitúan en los
extremos del vaso, al que cierran, formando un diedro, de donde les viene la
denominación de puertas "de mitra” con el ángulo obtuso a contra
corriente, lo que permite que la presión del agua ayude a cerrarlas.
Desde el punto de vista de la ingeniería los aspectos
fundamentales en el diseño de una esclusa
son:
- ubicación planialtimétrica en el cuerpo de la presa
- determinación y diseño del sistema de llenado desde el
punto de vista hidráulico
- el cálculo estructural resistente (cuenco)
- el diseño de las partes electro mecánicas (compuertas y
sistema de bombeo)
El nivel factible de salvar con una sola esclusa ha ido creciendo con los
años, siendo actualmente, en casos generales, de unos 35m.
Las esclusas,
que se utilizan en la mayoría de los canales de varios tramos, tienen ciertos
inconvenientes:
Los costos de construcción y mantenimiento son muy elevados;
cuando los barcos son de gran tonelaje, resulta difícil mantener el suministro
de agua para alcanzar el nivel del tramo superior, y además se crean corrientes
que tienden a igualar los niveles, lo que hace que se produzcan grandes
pérdidas en los niveles superiores en cada operación.
Funcionamiento
Estructuralmente la esclusa
es un canal que comunica los niveles de aguas arriba y debajo de una
presa, debiendo cumplir dos requisitos opuestos:
-que la esclusa
se llene lo más rápidamente, en no más de 15 minutos, para no alterar el
tráfico de buques y barcazas.
-que el llenado no sea tan rápido como para causar esfuerzos
peligrosos en los cables de amarre de las embarcaciones, evitando que éstas
choquen contra los muros o entre sí.
Durante el proceso de llenado, las embarcaciones presentan
una escasa revancha bajo quilla, entrando agua con carga elevada.
Durante el proceso de vaciado, esta situación no se
presenta, por lo que él la condición crítica se da durante el llenado.
El siguiente esquema explica el funcionamiento de la esclusa.
La operación de llenado y vaciado
se hace a través de un sistema de conducción, ubicado en los muros de las
esclusas y auxiliados por bombas. Es necesario disponer de estas últimas para
uniformar la carga y la descarga.
Si las válvulas se abrieran en
forma instantánea, una onda abrupta viajaría a lo largo de la esclusa y luego
se reflejaría, sometiendo la embarcación a esfuerzos longitudinales que
romperían las embarcaciones y las estrellarían contra las compuertas. Si la
apertura es parcial, este desbalanceo es menor y se amortigua rápidamente,
aumentando, sin embargo, el tiempo de llenado.
La presencia de embarcaciones
produce efectos secundarios que obligan a estudiar el fenómeno mediante modelos
físicos.
Los conductos de llenado y vaciado
pueden colocarse en los muros laterales y/o en la losa de fondo con entradas
ubicadas a todo lo largo de los muros para lograr un llenado y vaciado
uniforme.
Esclusas en el Canal de Panamá
Como obra colosal de ingeniería se debe mencionar el
funcionamiento de las esclusas del Canal de Panamá.
Las compuertas deben moverse con facilidad y al mismo tiempo
soportar una enorme presión. Poderosos brazos de acero conectan las hojas de
las compuertas de las esclusas a enormes engranajes maestros empotrados dentro
de las paredes de las esclusas. Cada engranaje maestro de 20 pies de diámetro,
colocado horizontalmente, es movido por un motor eléctrico. Cuando están en
operación, el engranaje y el brazo funcionan como la rueda y la vara conectora
de la locomotora de un ferrocarril al abrir y cerrar las compuertas.
En las esclusas de Miraflores, cada cámara de las esclusas,
excepto las de las esclusas inferiores, tiene un juego de compuertas
intermedias. El propósito de estas compuertas es conservar agua al reducir el
tamaño de la cámara, si el barco en tránsito no es uno de los gigantes Panamax
y puede ser acomodado dentro de una cámara de 600 pies.
Las compuertas del Canal con mayor tamaño son las que se
encuentran en el último nivel de las esclusas de Miraflores y son éstas las que
soportan las mareas del Océano Pacífico. En el lado del Pacifico hay tres
escalones, dos se encuentran en Miraflores y el otro restante en las esclusas
de Pedro Miguel, luego en el Atlántico hay otros tres escalones todos
localizados en las esclusas de Gatún.
Las compuertas se mueven como puertas dobles. La
construcción hueca e impermeable de las mitades inferiores las hace flotar en
el agua, reduciendo grandemente el trabajo de las bisagras.
Las naves que van hacia el Océano Pacífico suben en las
esclusas de Gatún hasta unos 85,54 pies sobre el nivel del mar y los bajan en
los tres escalones siguientes en las dos esclusas siguientes.
Cada cámara de las esclusas tiene la misma medida de 110
pies de ancho por 1000 pies de largo, con dos vías cada una.
El agua es de vital importancia para poder llenar o vaciar
cada escalón del Canal; para lograrlo se alimenta mediante gravedad desde el
Lago Gatún, que es uno de los cuerpos de agua artificiales más grandes del
mundo. El agua entra y sale por enormes túneles que corren a lo largo de las
paredes centrales y laterales de las esclusas.
Los túneles principales se comunican con alcantarillas que
están debajo del piso de la cámara, y cada alcantarilla se comunica con el piso
por medio de grandes orificios. Cada cámara tiene 105 orificios por donde entra
o sale el agua según se abran o cierren las enormes válvulas.
Las válvulas rectangulares controlan el flujo de agua en los
túneles grandes y válvulas cilíndricas controlan el paso del agua a las
alcantarillas. Para llenar las cámaras, las válvulas que se abren son las del
extremo superior y se cierran las del extremo inferior, así el agua fluye de
manera uniforme, sin turbulencias que puedan mover al barco. Aproximadamente en
ocho minutos entran o salen 26, 000,000 de galones de agua para que una nave
pueda subir o bajar los escalones.
Datos interesantes
del Canal de panamá:
- 114,000 m3 de agua es la capacidad de cada esclusa
- Al hombre de llevo cerca de 35 años hacer este angosto atajo entre los dos océanos
- Es un paso de 82 Km formado por tres juegos de esclusas
- Permite que los barcos naveguen del pacifico hacia el atlántico en solo 10 horas
- En la actualidad las esclusas del canal de panamá miden 34m de ancho y 305m de largo
- El nuevo canal que se construirá en 7 años cuesta 5200 millones de dólares
- Se empezó a construir en el año de 1881 bajo el gobierno de Francia
