Rueda de agua

La rueda reversible de agua que alimenta una mina en De re metallica (Georgius Agricola, 1566)

Una rueda hidráulica es una máquina para convertir la energía del agua que fluye o cae en formas útiles de energía, a menudo en un molino de agua. Una rueda de agua consta de una rueda (generalmente construida de madera o metal), con una serie de palas o cubos dispuestos en el borde exterior que forman el carro de conducción. Las ruedas hidráulicas todavía se usaban comercialmente hasta bien entrado el siglo XX, pero ya no son de uso común. Los usos incluían moler harina en molinos, moler madera en pulpa para fabricar papel, martillar hierro forjado, maquinar, triturar minerales y machacar fibra para usar en la fabricación de telas.

Algunas ruedas hidráulicas se alimentan del agua de un estanque de molino, que se forma cuando se represa un arroyo que fluye. Un canal para el agua que fluye hacia o desde una rueda de agua se llama carrera de molino. La carrera que lleva el agua del estanque del molino a la rueda hidráulica es una carrera de cabeza; el que transporta agua después de que ha dejado la rueda se conoce comúnmente como tailrace.

Las ruedas hidráulicas se utilizaron para diversos fines, desde la agricultura hasta la metalurgia, en civilizaciones antiguas que abarcaban el mundo griego helenístico, Roma, China e India. Las ruedas hidráulicas vieron un uso continuo en la era posclásica, como la Edad Media de Europa y la Edad de Oro islámica, pero también en otros lugares. A mediados y finales del siglo XVIII, la investigación científica de John Smeaton sobre la rueda hidráulica condujo a aumentos significativos en la eficiencia del suministro de energía muy necesaria para la Revolución Industrial. Las ruedas hidráulicas comenzaron a ser desplazadas por la turbina más pequeña, menos costosa y más eficiente, desarrollada por Benoît Fourneyron, comenzando con su primer modelo en 1827. Las turbinas son capaces de manejar altas cabezas, o elevaciones, que exceden el capacidad de ruedas hidráulicas de tamaño práctico.

La principal dificultad de las ruedas hidráulicas es su dependencia del agua que fluye, lo que limita el lugar donde pueden ubicarse. Las represas hidroeléctricas modernas pueden verse como descendientes de la rueda hidráulica, ya que también aprovechan el movimiento del agua cuesta abajo.

Tipos

Las ruedas hidráulicas vienen en dos diseños básicos:

• una rueda horizontal con eje vertical; o
• una rueda vertical con eje horizontal.

Este último se puede subdividir según el lugar donde el agua golpea la rueda en backshot (pitch-back), overshot, breastshot, undershot y stream-wheels. El término undershot puede referirse a cualquier rueda donde el agua pasa por debajo de la rueda, pero por lo general implica que la entrada de agua es baja en la rueda.

Normalmente, las ruedas hidráulicas de alcance superior e inferior se utilizan cuando la diferencia de altura disponible es de más de un par de metros. Las ruedas de pecho son más adecuadas para grandes caudales con cabeza moderada. Undershot y stream wheel usan grandes flujos con poca o ninguna cabeza.

A menudo hay un estanque de molino asociado, un depósito para almacenar agua y, por lo tanto, energía hasta que se necesite. Las cabezas más grandes almacenan más energía potencial gravitacional para la misma cantidad de agua, por lo que los depósitos para las ruedas de tiro superior y trasero tienden a ser más pequeños que para las ruedas de tiro de pecho.

Las ruedas hidráulicas de paso superior e inclinado son adecuadas cuando hay un pequeño arroyo con una diferencia de altura de más de 2 metros (6,5 pies), a menudo junto con un pequeño embalse. Las ruedas de tiro de pecho y de tiro inferior se pueden usar en ríos o flujos de alto volumen con grandes embalses.

Resumen de tipos

Eje vertical también conocido como molinos de bañera o nórdico. Rueda horizontal con eje vertical Un chorro de agua golpea espadas montadas en el eje Superficies de conducción – cuchillas Agua – bajo volumen, cabeza alta Eficiencia – pobres
Corriente (también conocida como superficie libre). Las ruedas de la nave son un tipo de rueda de corriente. Rueda vertical con eje horizontal El fondo de la rueda se coloca en agua corriente Superficies de conducción – cuchillas – planas antes del siglo XVIII, curvadas posteriormente Agua – volumen muy grande, sin cabeza Eficiencia: alrededor del 20% antes del siglo XVIII y más tarde del 50 al 60%
Undershot Rueda vertical con eje horizontal El agua golpea la rueda baja, típicamente en el cuarto inferior Superficies de conducción – cuchillas – planas antes del siglo XVIII, curvadas posteriormente Agua – gran volumen, baja cabeza Eficiencia: alrededor del 20% antes del siglo XVIII y más tarde del 50 al 60%
Mamadas Rueda vertical con eje horizontal El agua golpea la rueda aproximadamente central, típicamente entre un cuarto y tres cuartos de la altura. Superficies de conducción – cubos – cuidadosamente moldeado para asegurar que el agua entra suavemente Agua – gran volumen, cabeza moderada Eficiencia: 50 a 60%
Overshot Rueda vertical con eje horizontal El agua golpea cerca de la parte superior de la rueda y delante del eje para que se aleje de la carrera de la cabeza Superficies de conducción – cubos Agua – bajo volumen, cabeza grande Eficiencia: 80 a 90%
Backshot (también conocido como retroceso) Rueda vertical con eje horizontal El agua golpea cerca de la parte superior de la rueda y antes del eje para que se vuelva hacia la carrera de la cabeza Superficies de conducción – cubos Agua – bajo volumen, cabeza grande Eficiencia: 80 a 90%

Eje vertical

molino de agua de eje vertical

Una rueda horizontal con un eje vertical.

Comúnmente llamada rueda de bañera, molino nórdico o molino griego, la rueda horizontal es una forma primitiva e ineficiente de la turbina moderna. Sin embargo, si entrega la potencia requerida, la eficiencia es de importancia secundaria. Por lo general, se monta dentro de un edificio de molino debajo del piso de trabajo. Se dirige un chorro de agua sobre las paletas de la rueda hidráulica, haciéndolas girar. Se trata de un sistema sencillo, normalmente sin engranajes, de modo que el eje vertical de la rueda hidráulica se convierte en el husillo de accionamiento del molino.

Transmisión

Flujo de agua corriente

Una rueda de agua es una rueda de agua montada verticalmente que gira con el agua en un curso de agua golpeando paletas u hojas en la parte inferior de la rueda. Este tipo de rueda hidráulica es el tipo más antiguo de rueda de eje horizontal. También se les conoce como ruedas de superficie libre porque el agua no está restringida por canales de molienda o pozos de ruedas.

Las ruedas Stream son más baratas y sencillas de fabricar y tienen un impacto medioambiental menor que otros tipos de ruedas. No constituyen un cambio mayor del río. Sus desventajas son su baja eficiencia, lo que significa que generan menos energía y solo se pueden usar donde el caudal es suficiente. Una típica rueda inferior de tabla plana utiliza alrededor del 20 por ciento de la energía en el flujo de agua que golpea la rueda según lo medido por el ingeniero civil inglés John Smeaton en el siglo XVIII. Las ruedas más modernas tienen mayores eficiencias.

Las ruedas de los arroyos obtienen poca o ninguna ventaja de la cabeza, una diferencia en el nivel del agua.

Las ruedas de corriente montadas en plataformas flotantes a menudo se conocen como ruedas de cadera y el molino como molino de barco. A veces se montaban inmediatamente aguas abajo de los puentes donde la restricción del flujo de los pilares del puente aumentaba la velocidad de la corriente.

Históricamente fueron muy ineficientes, pero se lograron grandes avances en el siglo XVIII.

Rueda inferior

Manguito de agua bajo fuego que muestra la pañuelo, la zafra y el agua

Una rueda sumergida es una rueda hidráulica montada verticalmente con un eje horizontal que gira por el agua desde un vertedero bajo que golpea la rueda en el cuarto inferior. La mayor parte de la ganancia de energía proviene del movimiento del agua y comparativamente poca de la cabeza. Son similares en funcionamiento y diseño a las ruedas de flujo.

El término undershot a veces se usa con significados relacionados pero diferentes:

• todas las ruedas donde el agua pasa bajo la rueda
• ruedas donde el agua entra en la parte inferior.
• ruedas donde las palas se colocan en el flujo de una corriente. Vea el flujo arriba.

Este es el tipo más antiguo de rueda hidráulica vertical.

Rueda de pecho

Manguito de agua caliente que muestra la rabia, la raza y el agua

La palabra pecho se usa de varias formas. Algunos autores restringen el término a ruedas donde el agua entra aproximadamente a las 10 horas, otros a las 9 horas y otros para un rango de alturas. En este artículo, se usa para ruedas en las que la entrada de agua está significativamente por encima de la parte inferior y significativamente por debajo de la parte superior, generalmente en la mitad central.

Se caracterizan por:

• cubos cuidadosamente moldeados para minimizar la turbulencia mientras el agua entra
• cubos ventilados con agujeros en el lado para permitir que el aire escape mientras el agua entra
• una masonería "abrón" de acuerdo a la cara de rueda, que ayuda a contener el agua en los cubos mientras progresan hacia abajo

Se utiliza tanto la energía cinética (movimiento) como la potencial (altura y peso).

El pequeño espacio libre entre la rueda y la mampostería requiere que una rueda cortada al pecho tenga una buena rejilla para basura ('pantalla' en inglés británico) para evitar que los desechos se atasquen entre la rueda y la plataforma y puedan causar graves daños. daño.

Las ruedas de tiro al pecho son menos eficientes que las ruedas de tiro superior y trasero, pero pueden manejar caudales altos y, en consecuencia, alta potencia. Se prefieren para flujos constantes de alto volumen, como los que se encuentran en la línea de caída de la costa este de América del Norte. Las ruedas de pecho son el tipo más común en los Estados Unidos de América y se dice que impulsaron la revolución industrial.

Rueda pescante

Manguito de agua caliente que muestra el pañuelo, la raza, el agua y el derrame

Se dice que una rueda de agua montada verticalmente que gira cuando el agua entra en baldes justo después de la parte superior de la rueda está sobrepasada. A veces, el término se aplica erróneamente a las ruedas traseras, donde el agua desciende detrás de la rueda.

Una rueda de pescante típica tiene el agua canalizada hacia la rueda en la parte superior y ligeramente más allá del eje. El agua se acumula en los baldes de ese lado de la rueda, haciéndola más pesada que la otra "vacía" lado. El peso hace girar la rueda y el agua fluye hacia el agua de cola cuando la rueda gira lo suficiente como para invertir los baldes. El diseño del overshot es muy eficiente, puede alcanzar el 90% y no requiere un flujo rápido.

Casi toda la energía se obtiene del peso del agua que desciende hasta la canaleta de descarga, aunque la energía cinética del agua que ingresa a la rueda puede hacer una pequeña contribución. Se adaptan a cabezas más grandes que el otro tipo de rueda, por lo que son ideales para países montañosos. Sin embargo, incluso la rueda hidráulica más grande, la Rueda Laxey en la Isla de Man, solo utiliza una cabeza de alrededor de 30 m (100 pies). Las turbinas principales más grandes del mundo, la central hidroeléctrica de Bieudron en Suiza, utilizan alrededor de 1869 m (6132 pies).

Las ruedas overshot requieren una cabeza grande en comparación con otros tipos de ruedas, lo que generalmente significa una inversión significativa en la construcción de la pista de cabeza. A veces, el acercamiento final del agua a la rueda se realiza a través de un canal o tubería forzada, lo que puede llevar mucho tiempo.

Rueda trasera

Tornillo de agua caliente que muestra la rabia, la raza, el agua y el derrame

Una rueda trasera (también llamada pitchback) es una variedad de rueda superior en la que el agua se introduce justo antes de la cumbre de la rueda. En muchas situaciones, tiene la ventaja de que la parte inferior de la rueda se mueve en la misma dirección que el agua en el canal de descarga, lo que lo hace más eficiente. También se desempeña mejor que una rueda volcada en condiciones de inundación cuando el nivel del agua puede sumergir la parte inferior de la rueda. Continuará girando hasta que el agua en el foso de la rueda suba bastante en la rueda. Esto hace que la técnica sea particularmente adecuada para arroyos que experimentan variaciones significativas en el flujo y reduce el tamaño, la complejidad y, por lo tanto, el costo del canal de descarga.

La dirección de rotación de una rueda trasera es la misma que la de una rueda de pecho pero, en otros aspectos, es muy similar a la rueda superior. Vea abajo.

Híbrida

Overshot y backshot

Una de las ruedas de agua de Finch Foundry.

Algunas ruedas se superponen en la parte superior y retroceden en la parte inferior, por lo que pueden combinar las mejores características de ambos tipos. La fotografía muestra un ejemplo en Finch Foundry en Devon, Reino Unido. La carrera principal es la estructura de madera superior y una rama a la izquierda suministra agua a la rueda. El agua sale por debajo de la rueda y regresa al arroyo.

Reversible

El Anderson Mill de Texas es subestimado, retroceso, y sobresonido usando dos fuentes de agua. Esto permite revertir la dirección de la rueda.

Un tipo especial de rueda overshot/backshot es la rueda hidráulica reversible. Este tiene dos juegos de palas o cubos que corren en direcciones opuestas para que pueda girar en cualquier dirección dependiendo de qué lado se dirija el agua. Las ruedas reversibles se utilizaron en la industria minera para impulsar varios medios de transporte de minerales. Al cambiar la dirección de la rueda, los barriles o canastas de mineral se podían levantar o bajar por un eje o un plano inclinado. Por lo general, había un tambor de cable o una canasta de cadena en el eje de la rueda. Es imprescindible que la rueda disponga de equipo de frenado para poder parar la rueda (conocida como rueda de frenado). El dibujo más antiguo conocido de una rueda hidráulica reversible fue de Georgius Agricola y data de 1556.

Historia

Como en toda maquinaria, el movimiento rotatorio es más eficiente en los dispositivos elevadores de agua que el movimiento oscilante. En términos de fuente de energía, las ruedas hidráulicas pueden ser giradas por la fuerza humana o animal o por la propia corriente de agua. Las ruedas hidráulicas vienen en dos diseños básicos, ya sea equipados con un eje vertical u horizontal. El último tipo se puede subdividir, según el lugar donde el agua golpee las paletas de las ruedas, en ruedas overshot, breastshot y undershot. Históricamente, las dos funciones principales de las ruedas hidráulicas eran la extracción de agua con fines de riego y la molienda, especialmente de cereales. En el caso de molinos de eje horizontal, se requiere un sistema de engranajes para la transmisión de potencia, que los molinos de eje vertical no necesitan.

China

Dos tipos de bombas de cadena accionadas por el sistema hidráulico Tiangong Kaiwu de 1637, escrito por el enciclopedista Ming Dynasty, Song Yingxing (1587-1666).

Zhuangzi describió la rueda hidráulica más antigua que funcionaba como una palanca a finales del período de los Reinos Combatientes (476-221 a. C.). Dice que la rueda hidráulica fue inventada por Zigong, discípulo de Confucio en el siglo V a.C. Por lo menos en el siglo I d. C., los chinos de la dinastía Han del Este usaban ruedas hidráulicas para triturar el grano en los molinos y accionar los fuelles del pistón para convertir el mineral de hierro en hierro fundido.

En el texto conocido como el Xin Lun escrito por Huan Tan alrededor del año 20 d.C. (durante la usurpación de Wang Mang), se afirma que el legendario rey mitológico conocido como Fu Xi fue el responsable de la maja y el mortero, que evolucionó hasta convertirse en el martillo basculante y luego en el dispositivo de martillo perforador (ver martillo perforador). Aunque el autor habla del mitológico Fu Xi, un pasaje de su escrito da a entender que la rueda hidráulica era de uso generalizado en el siglo I d. C. en China (ortografía de Wade-Giles):

Fu Hsi inventó el pestle y el mortero, que es tan útil, y más tarde se mejoró inteligentemente de tal manera que todo el peso del cuerpo podría ser utilizado para pisar el tilt-hammer (tui), aumentando así la eficiencia diez veces. Después, el poder de los animales, asnos, mulas, bueyes y caballos, se aplicó por medio de maquinaria, y el poder del agua también se utilizó para golpear, de modo que el beneficio se incrementó en cien veces.

En el año 31 d.C., el ingeniero y prefecto de Nanyang, Du Shi (m. 38), aplicó un uso complejo de la rueda hidráulica y la maquinaria para accionar los fuelles del alto horno para crear hierro fundido. Du Shi se menciona brevemente en el Book of Later Han (Hou Han Shu) de la siguiente manera (en la ortografía de Wade-Giles):

En el séptimo año del reinado de Chien-Wu (31 dC) Tu Shih fue enviado para ser Prefecto de Nanyang. Era un hombre generoso y sus políticas eran pacíficas; destruyó a los malhechores y estableció la dignidad (de su oficina). Bien planeado, amaba a la gente común y deseaba salvar su trabajo. Él inventó un reciprocador de energía hídrica (shui phai) para el casting de (hierro) implementos agrícolas. Aquellos que se fundieron y echaron ya tenían los sirvientes de empuje para volar sus fuegos de carbón, y ahora se les instruyó a utilizar el apuro del agua (chi shui) para operarlo... Así la gente tuvo un gran beneficio para el trabajo pequeño. Encontraron los "agua(poderada) campanas" conveniente y lo adoptaron ampliamente.

Las ruedas hidráulicas en China encontraron usos prácticos como este, así como un uso extraordinario. El inventor chino Zhang Heng (78-139) fue el primero en la historia en aplicar fuerza motriz al girar el instrumento astronómico de una esfera armilar, mediante el uso de una rueda hidráulica. El ingeniero mecánico Ma Jun (c. 200–265) de Cao Wei usó una vez una rueda hidráulica para accionar y operar un gran teatro de títeres mecánico para el emperador Ming de Wei (r. 226–239).

Mundo occidental

Mundo grecorromano

Los antiguos griegos inventaron la rueda hidráulica de forma independiente y la utilizaron en casi todas las formas y funciones descritas anteriormente, incluida su aplicación para la molienda hidráulica. El avance tecnológico se produjo en el período helenístico tecnológicamente desarrollado entre los siglos III y I a.C.

Water-lifting

Secuencia de ruedas encontradas en las minas de Rio Tinto

La rueda de agua compartimentada se presenta en dos formas básicas, la rueda con cuerpo compartimentado (del latín tympanum) y la rueda con borde compartimentado o un borde con contenedores adjuntos separados. Las ruedas podían ser giradas por hombres pisando su exterior o por animales por medio de un engranaje sakia. Si bien el tímpano tenía una gran capacidad de descarga, solo podía levantar el agua a menos de la altura de su propio radio y requería un gran par para girar. Estas deficiencias constructivas fueron superadas por la rueda con un borde compartimentado que era un diseño menos pesado con una elevación más alta.

La primera referencia literaria a una rueda compartimentada impulsada por agua aparece en el tratado técnico Pneumatica (cap. 61) del ingeniero griego Filón de Bizancio (ca. 280-220 a. C.). En su Parasceuastica (91.43-44), Philo recomienda el uso de tales ruedas para sumergir las minas de asedio como medida defensiva contra el enemigo. Las ruedas con compartimentos parecen haber sido el medio elegido para drenar los diques secos en Alejandría bajo el reinado de Ptolomeo IV (221-205 a. C.). Varios papiros griegos del siglo III al II a.C. mencionan el uso de estas ruedas, pero no dan más detalles. La inexistencia del dispositivo en el Antiguo Cercano Oriente antes de la conquista de Alejandro se puede deducir de su pronunciada ausencia en la rica iconografía oriental sobre las prácticas de riego. Sin embargo, a diferencia de otros dispositivos y bombas de elevación de agua de la época, la invención de la rueda compartimentada no se puede atribuir a ningún ingeniero helenístico en particular y puede haberse realizado a fines del siglo IV a. C. en un contexto rural lejos de la metrópolis de Alejandría.

Rueda de drenaje de las minas de Río Tinto

La representación más antigua de una rueda compartimentada proviene de una pintura de una tumba en el Egipto ptolemaico que data del siglo II a. Muestra un par de bueyes uncidos que conducen la rueda a través de un engranaje sakia, que también se atestigua aquí por primera vez. El sistema de engranajes griego sakia ya se muestra completamente desarrollado hasta el punto de que "los dispositivos egipcios modernos son prácticamente idénticos". Se supone que los científicos del Museo de Alejandría, en ese momento el centro de investigación griego más activo, pueden haber estado involucrados en su invención. Un episodio de la guerra de Alejandría en el 48 a. C. cuenta cómo los enemigos de César emplearon ruedas hidráulicas con engranajes para verter agua de mar desde lugares elevados sobre la posición de los romanos atrapados.

Alrededor del año 300 d. C., finalmente se introdujo la noria cuando los compartimentos de madera se reemplazaron con vasijas de cerámica económicas que se amarraron al exterior de una rueda de marco abierto.

Los romanos utilizaron mucho las ruedas hidráulicas en proyectos mineros, y se encontraron enormes ruedas hidráulicas de la era romana en lugares como la España actual. Eran ruedas hidráulicas de pescante inversa diseñadas para desaguar minas subterráneas profundas. Vitruvio describe varios de estos dispositivos, incluida la rueda hidráulica de paso inverso y el tornillo de Arquímedes. Muchos se encontraron durante la minería moderna en las minas de cobre de Rio Tinto en España, un sistema que involucra 16 ruedas de este tipo apiladas una encima de la otra para levantar agua a unos 80 pies del sumidero de la mina. Parte de una rueda de este tipo se encontró en Dolaucothi, una mina de oro romana en el sur de Gales en la década de 1930, cuando la mina se reabrió brevemente. Se encontró a unos 160 pies debajo de la superficie, por lo que debe haber sido parte de una secuencia similar a la descubierta en Rio Tinto. Recientemente se ha datado con carbono alrededor del año 90 d. C., y dado que la madera con la que se hizo es mucho más antigua que la mina profunda, es probable que los trabajos profundos estuvieran en funcionamiento quizás 30 a 50 años después. A partir de estos ejemplos de ruedas de drenaje que se encuentran en galerías subterráneas selladas en lugares muy separados, queda claro que la construcción de ruedas hidráulicas estaba dentro de sus capacidades, y tales ruedas hidráulicas verticales se usaban comúnmente para fines industriales.

Molino de agua

Molino de agua bajo ruedas de Vitruvius (reconstrucción)

Tomando en cuenta la evidencia indirecta del trabajo del técnico griego Apolonio de Perge, el historiador británico de la tecnología M.J.T. Lewis fecha la aparición del molino de agua de eje vertical a principios del siglo III a. C., y el molino de agua de eje horizontal alrededor del 240 a. C., con Bizancio y Alejandría como lugares asignados de invención. El geógrafo griego Estrabón (ca. 64 a. C.-24 d. C.) informa que un molino de agua existió en algún momento antes del 71 a. C. en el palacio del rey ponciano Mitrídates VI Eupator, pero su construcción exacta no se puede deducir del texto (XII, 3, 30 C 556).

La primera descripción clara de un molino de agua con engranajes la ofrece el arquitecto romano de finales del siglo I a. C. Vitruvio, quien cuenta que el sistema de engranajes sakia se aplica a un molino de agua. El relato de Vitruvio es particularmente valioso porque muestra cómo surgió el molino de agua, es decir, mediante la combinación de los inventos griegos separados del engranaje dentado y la rueda hidráulica en un sistema mecánico efectivo para aprovechar la energía del agua. Vitruvio' la rueda hidráulica se describe sumergida con su extremo inferior en el curso de agua para que sus paletas puedan ser impulsadas por la velocidad del agua corriente (X, 5.2).

Esquema del aserradero romano de Hierápolis, Asia Menor, alimentado por una rueda de senos

Casi al mismo tiempo, la rueda de pescante aparece por primera vez en un poema de Antípatro de Tesalónica, que la elogia como un dispositivo para ahorrar trabajo (IX, 418.4–6). El motivo también es retomado por Lucrecio (ca. 99-55 a. C.) quien compara la rotación de la rueda hidráulica con el movimiento de las estrellas en el firmamento (V 516). El tercer tipo de eje horizontal, la rueda hidráulica de pecho, aparece como evidencia arqueológica a finales del siglo II d. C. en el contexto de la Galia central. La mayoría de los molinos de agua romanos excavados estaban equipados con una de estas ruedas que, aunque más complejas de construir, eran mucho más eficientes que la rueda hidráulica de eje vertical. En el complejo de molinos de agua Barbegal del siglo II d.C., una serie de dieciséis ruedas superpuestas era alimentada por un acueducto artificial, una fábrica de cereales protoindustrial a la que se ha hecho referencia como "la mayor concentración conocida de energía mecánica en el mundo antiguo";.

En el norte de África romano, se encontraron varias instalaciones de alrededor del año 300 d. C. donde se instalaron ruedas hidráulicas de eje vertical equipadas con palas en ángulo en el fondo de un eje circular lleno de agua. El agua de la carrera del molino que entró tangencialmente en el pozo creó una columna de agua arremolinada que hizo que la rueda completamente sumergida actuara como verdaderas turbinas de agua, las más antiguas conocidas hasta la fecha.

Navegación

Ox-powered Roman paddle wheel boat de una copia del siglo XV De Rebus Bellicis

Además de su uso en la molienda y el levantamiento de agua, los ingenieros antiguos aplicaron la rueda hidráulica de paletas para autómatas y en la navegación. Vitruvio (X 9.5-7) describe ruedas de paletas de engranajes múltiples que funcionan como un odómetro de barco, el más antiguo de su tipo. La primera mención de las ruedas de paletas como medio de propulsión proviene del tratado militar de los siglos IV y V De Rebus Bellicis (capítulo XVII), donde el autor romano anónimo describe un buque de guerra de ruedas de paletas impulsado por bueyes.

Europa medieval temprana

La antigua tecnología de ruedas hidráulicas continuó sin cesar en el período medieval temprano, donde la aparición de nuevos géneros documentales, como los códigos legales, las cartas monásticas, pero también la hagiografía, se acompañó de un fuerte aumento de las referencias a los molinos de agua y las ruedas.

La rueda vertical más antigua en un molino de mareas es del siglo VI de Killoteran cerca de Waterford, Irlanda, mientras que la primera rueda horizontal conocida en un tipo de molino de este tipo es de la Pequeña Isla Irlandesa (c. 630). En cuanto al uso en un molino nórdico o griego común, las ruedas horizontales más antiguas conocidas se excavaron en el Ballykilleen irlandés, que data de c. 636.

La primera rueda hidráulica excavada impulsada por la energía de las mareas fue el molino del Monasterio de Nendrum en Irlanda del Norte, que data del año 787, aunque un posible molino anterior data del año 619. Los molinos de mareas se volvieron comunes en los estuarios con un buen rango de mareas en Europa y Estados Unidos generalmente usando ruedas inferiores.

Rueda de agua que alimenta un pequeño molino de pueblo en el Museo de Arquitectura y Vida Folk, Uzhhorod, Ucrania

Los monasterios cistercienses, en particular, hicieron un amplio uso de las ruedas hidráulicas para accionar molinos de agua de muchos tipos. Un ejemplo temprano de una rueda hidráulica muy grande es la rueda que aún existe en el Real Monasterio de Nuestra Señora de Rueda de principios del siglo XIII, un monasterio cisterciense en la región de Aragón, España. Los molinos de harina (para el maíz) fueron sin duda los más comunes, pero también hubo aserraderos, batanes y molinos para cumplir con muchas otras tareas intensivas en mano de obra. La rueda hidráulica siguió siendo competitiva con la máquina de vapor hasta bien entrada la Revolución Industrial. Alrededor del siglo VIII al X, se introdujeron en España una serie de tecnologías de riego y, por lo tanto, se introdujeron en Europa. Una de esas tecnologías es la Noria, que es básicamente una rueda equipada con baldes en los periféricos para levantar agua. Es similar a la rueda hidráulica inferior que se menciona más adelante en este artículo. Permitió a los campesinos impulsar los molinos de agua de manera más eficiente. Según el libro de Thomas Glick, Irrigation and Society in Medieval Valencia, la Noria probablemente se originó en algún lugar de Persia. Se ha utilizado durante siglos antes de que la tecnología fuera traída a España por los árabes que la habían adoptado de los romanos. Así, la distribución de la Noria en la Península Ibérica "se ajusta a la zona de poblamiento islámico estabilizado". Esta tecnología tiene un efecto profundo en la vida de los campesinos. El Noria es relativamente barato de construir. Por lo tanto, permitió a los campesinos cultivar la tierra de manera más eficiente en Europa. Junto con los españoles, la tecnología se extendió al Nuevo Mundo en México y América del Sur tras la expansión española.

Inventario doméstico de molinos ingleses c. 1086

La asamblea convocada por Guillermo de Normandía, comúnmente conocida como "Domesday" o Doomsday Survey, realizó un inventario de todas las propiedades potencialmente sujetas a impuestos en Inglaterra, que incluían más de seis mil molinos repartidos en tres mil ubicaciones diferentes, frente a menos de cien en el siglo anterior.

Ubicaciones

El tipo de rueda hidráulica seleccionada dependía de la ubicación. En general, si solo se dispusiera de pequeños volúmenes de agua y cascadas altas, un constructor de molinos elegiría usar una rueda de pescante. La decisión estuvo influenciada por el hecho de que los cubos podían recoger y utilizar incluso un pequeño volumen de agua. Para grandes volúmenes de agua con pequeñas caídas de agua se habría utilizado la rueda inferior, ya que estaba más adaptada a tales condiciones y era más barata de construir. Mientras estos suministros de agua fueran abundantes, la cuestión de la eficiencia permaneció irrelevante. En el siglo XVIII, con una mayor demanda de energía junto con locales limitados de agua, se hizo énfasis en el esquema de eficiencia.

Influencia económica

Hacia el siglo XI había partes de Europa donde la explotación del agua era un lugar común. Se entiende que la rueda hidráulica moldeó activamente y cambió para siempre la perspectiva de los occidentales. Europa comenzó a transitar del trabajo muscular humano y animal hacia el trabajo mecánico con el advenimiento de la rueda hidráulica. El medievalista Lynn White Jr. sostuvo que la difusión de fuentes de energía inanimadas fue un testimonio elocuente del surgimiento en Occidente de una nueva actitud hacia el poder, el trabajo, la naturaleza y, sobre todo, la tecnología.

El aprovechamiento de la energía hidráulica permitió ganancias en la productividad agrícola, los excedentes de alimentos y la urbanización a gran escala que comenzó en el siglo XI. La utilidad de la energía hidráulica motivó los experimentos europeos con otras fuentes de energía, como los molinos de viento y de marea. Las ruedas hidráulicas influyeron en la construcción de las ciudades, más concretamente de los canales. Las técnicas que se desarrollaron durante este período inicial, como la obstrucción de arroyos y la construcción de canales, pusieron a Europa en un camino centrado hidráulicamente, por ejemplo, se combinó la tecnología de riego y suministro de agua para modificar el suministro de energía de la rueda. Ilustrando hasta qué punto hubo un alto grado de innovación tecnológica que satisfizo las crecientes necesidades del estado feudal.

Aplicaciones de la rueda hidráulica

molino de sellos Ore (trabajador que toma mineral de chute). De Georg Agricola De re metallica (1556)

El molino de agua se usaba para moler granos, producir harina para pan, malta para cerveza o harina gruesa para papilla. Los molinos de martillos usaban la rueda para operar martillos. Un tipo era el batano, que se utilizaba para la fabricación de telas. El martillo perforador también se usó para fabricar hierro forjado y para trabajar el hierro en formas útiles, una actividad que, de otro modo, requería mucha mano de obra. La rueda hidráulica también se utilizó en la fabricación de papel, batiendo el material hasta convertirlo en pulpa. En el siglo XIII, los molinos de agua utilizados para martillar en toda Europa mejoraron la productividad de la primera fabricación de acero. Junto con el dominio de la pólvora, la energía hidráulica proporcionó a los países europeos un liderazgo militar mundial desde el siglo XV.

Europa de los siglos XVII y XVIII

Los constructores de molinos distinguieron entre las dos fuerzas, impulso y peso, en el trabajo en las ruedas hidráulicas mucho antes de la Europa del siglo XVIII. Fitzherbert, un escritor agrícola del siglo XVI, escribió "dobla la rueda tanto con el peso del agua como con la fuerza [impulso]". Leonardo da Vinci también habló sobre el poder del agua y señaló que "el golpe [del agua] no es peso, sino que excita un poder de peso, casi igual a su propio poder". Sin embargo, incluso la comprensión de las dos fuerzas, el peso y el impulso, la confusión permaneció sobre las ventajas y desventajas de los dos, y no hubo una comprensión clara de la eficiencia superior del peso. Antes de 1750, no estaba seguro de qué fuerza dominaba y se entendía ampliamente que ambas fuerzas operaban con la misma inspiración entre sí. La rueda hidráulica provocó preguntas sobre las leyes de la naturaleza, específicamente las leyes de la fuerza. El trabajo de Evangelista Torricelli sobre ruedas hidráulicas utilizó un análisis del trabajo de Galileo sobre cuerpos que caen, que la velocidad de un agua que brota de un orificio debajo de su cabeza era exactamente equivalente a la velocidad que adquiere una gota de agua al caer. libremente desde la misma altura.

Europa Industrial

Lady Isabella Rueda, Laxey, Isla de Man, usada para conducir bombas de minas

La rueda hidráulica fue una fuerza impulsora detrás de las primeras etapas de la industrialización en Gran Bretaña. Los dispositivos alternativos accionados por agua se utilizaron en martillos perforadores y fuelles de altos hornos. El marco de agua de Richard Arkwright funcionaba con una rueda hidráulica.

La rueda hidráulica más poderosa construida en el Reino Unido fue la rueda hidráulica Quarry Bank Mill de 100 hp cerca de Manchester. Un diseño de pecho alto, se retiró en 1904 y se reemplazó con varias turbinas. Ahora ha sido restaurado y es un museo abierto al público.

La rueda hidráulica en funcionamiento más grande de Gran Bretaña continental tiene un diámetro de 15,4 m (51 pies) y fue construida por la empresa De Winton de Caernarfon. Se encuentra dentro de los talleres Dinorwic del Museo Nacional de la Pizarra en Llanberis, Gales del Norte.

La rueda hidráulica en funcionamiento más grande del mundo es Laxey Wheel (también conocida como Lady Isabella) en el pueblo de Laxey, Isla de Man. Tiene 72 pies y 6 pulgadas (22,10 m) de diámetro y 6 pies (1,83 m) de ancho y es mantenido por Manx National Heritage.

Durante la Revolución Industrial, en la primera mitad del siglo XIX, los ingenieros comenzaron a diseñar mejores ruedas. En 1823, Jean-Victor Poncelet inventó un diseño de rueda inferior muy eficiente que podía funcionar en cabezas muy bajas, que se comercializó y se hizo popular a fines de la década de 1830. Otros diseños, como la rueda de Sagebien, siguieron después. Al mismo tiempo, Claude Burdin estaba trabajando en una máquina radicalmente diferente a la que llamó turbina, y su alumno Benoît Fourneyron diseñó la primera máquina comercial en la década de 1830.

El desarrollo de las turbinas hidráulicas hizo que las ruedas hidráulicas fueran menos populares. La principal ventaja de las turbinas es que su capacidad para aprovechar la cabeza es mucho mayor que el diámetro de la turbina, mientras que una rueda hidráulica no puede aprovechar eficazmente la cabeza más grande que su diámetro. La migración de las ruedas hidráulicas a las turbinas modernas tomó alrededor de cien años.

América del Norte

La rueda de suspensión con rim-gearing en el almacén del Canal de Portland

Las ruedas hidráulicas se utilizaron para accionar aserraderos, molinos y para otros fines durante el desarrollo de los Estados Unidos. La rueda hidráulica de 40 pies (12 m) de diámetro en McCoy, Colorado, construida en 1922, es una de las muchas que sobrevivieron y extrajeron agua para irrigación del río Colorado.

Dos primeras mejoras fueron las ruedas de suspensión y los engranajes de las llantas. Las ruedas de suspensión se construyen de la misma manera que una rueda de bicicleta, la llanta se sostiene bajo tensión desde el cubo; esto llevó a ruedas más grandes y livianas que el diseño anterior donde los radios pesados estaban bajo compresión. El engranaje de llanta implicaba agregar una rueda con muescas a la llanta o cubierta de la rueda. Un piñón corto engranaba el piñón de corona y tomaba la potencia en el molino usando un eje lineal independiente. Esto eliminó la tensión rotativa del eje, que por lo tanto podría ser más ligero, y también permitió una mayor flexibilidad en la ubicación del tren de potencia. La rotación del eje se engranó a partir de la de la rueda, lo que condujo a una menor pérdida de potencia. Un ejemplo de este diseño iniciado por Thomas Hewes y refinado por William Armstrong Fairburn se puede ver en la rueda restaurada de 1849 en Portland Basin Canal Warehouse.

Algo relacionado fueron las ruedas de pescado utilizadas en el noroeste de Estados Unidos y Alaska, que sacaron al salmón del flujo de los ríos.

Australia

Rueda de agua Garfield (construida 1887)

Australia tiene un clima relativamente seco, sin embargo, donde los recursos hídricos adecuados estaban disponibles, se construyeron ruedas hidráulicas en la Australia del siglo XIX. Estos se utilizaron para impulsar aserraderos, molinos harineros y baterías de estampadoras utilizadas para triturar el mineral aurífero. Ejemplos notables de ruedas hidráulicas utilizadas en las operaciones de recuperación de oro fueron la gran rueda hidráulica Garfield cerca de Chewton, una de al menos siete ruedas hidráulicas en el área circundante, y las dos ruedas hidráulicas en Adelong Falls; existen algunos restos en ambos sitios. El área minera en Walhalla alguna vez tuvo al menos dos ruedas hidráulicas, una de las cuales fue rodada a su sitio desde Port Albert, en su borde usando un novedoso arreglo de carros, lo que tomó casi 90 días. Una rueda hidráulica en Jindabyne, construida en 1847, fue la primera máquina utilizada para extraer energía, para la molienda de harina, del río Snowy.

Las ruedas hidráulicas compactas, conocidas como ruedas Dethridge, no se usaban como fuentes de energía, sino para medir los flujos de agua hacia las tierras de regadío.

Nueva Zelanda

Las ruedas hidráulicas se utilizaron mucho en Nueva Zelanda. Los restos bien conservados de la rueda hidráulica superior de la mina Young Australian existen cerca de la ciudad fantasma de Carricktown, y los de la rueda hidráulica del molino harinero Phoenix están cerca de Oamaru.

India

La historia temprana del molino de agua en la India es oscura. Antiguos textos indios que datan del siglo IV a. C. se refieren al término cakkavattaka (rueda giratoria), que los comentarios explican como arahatta-ghati-yanta (máquina con ruedas-olla adjuntas). Sobre esta base, Joseph Needham sugirió que la máquina era una noria. Terry S. Reynolds, sin embargo, argumenta que el "término usado en los textos indios es ambiguo y no indica claramente un dispositivo accionado por agua". Thorkild Schiøler argumentó que es "más probable que estos pasajes se refieran a algún tipo de dispositivo de elevación de agua operado a mano o con peldaños, en lugar de una rueda de elevación de agua accionada por agua."

Según la tradición histórica griega, India recibió molinos de agua del Imperio Romano a principios del siglo IV d.C. cuando un tal Metrodoro introdujo "molinos de agua y baños, desconocidos entre ellos [los brahmanes] hasta entonces". El agua de riego para los cultivos se proporcionaba mediante el uso de ruedas elevadoras de agua, algunas impulsadas por la fuerza de la corriente del río del que se extraía el agua. Este tipo de dispositivo elevador de agua se utilizó en la India antigua, anterior, según Pacey, a su uso en el posterior Imperio Romano o China, aunque la primera evidencia literaria, arqueológica y pictórica de la rueda hidráulica apareció en el mundo helenístico.

Alrededor de 1150, el astrónomo Bhaskara Achārya observó ruedas que levantan agua e imaginó que una de esas ruedas levantaba suficiente agua para reponer la corriente y la impulsaba, efectivamente, como una máquina de movimiento perpetuo. La construcción de obras hidráulicas y aspectos de la tecnología del agua en la India se describen en obras en árabe y persa. Durante la época medieval, la difusión de las tecnologías de riego indias y persas dio lugar a un sistema de riego avanzado que favoreció el crecimiento económico y también ayudó al crecimiento de la cultura material.

Mundo islámico

Las norias de Hama en el río Orontes

Después de la expansión del Islam, los ingenieros del mundo islámico continuaron con las tecnologías del agua del antiguo Cercano Oriente; como es evidente en la excavación de un canal en la región de Basora con restos de una rueda hidráulica que data del siglo VII. Hama en Siria aún conserva algunas de sus grandes ruedas, sobre el río Orontes, aunque ya no están en uso. Uno de los más grandes tenía un diámetro de unos 20 metros (66 pies) y su borde estaba dividido en 120 compartimentos. Otra rueda que todavía está en funcionamiento se encuentra en Murcia en España, La Nora, y aunque la rueda original ha sido reemplazada por una de acero, el sistema moro durante al-Andalus prácticamente no ha cambiado. Algunas ruedas hidráulicas compartimentadas islámicas medievales podían levantar agua hasta 30 metros (100 pies). El Kitab al-Hawi de Muhammad ibn Zakariya al-Razi en el siglo X describió una noria en Irak que podía levantar hasta 153.000 litros por hora (34.000 imp gal/h), o 2.550 litros por minuto (560 imp gal/min). Esto es comparable a la producción de las norias modernas en el este de Asia, que pueden elevar hasta 288 000 litros por hora (63 000 imp gal/h) o 4 800 litros por minuto (1 100 imp gal/min).

Rueda de agua en Djambi, Sumatra, c. 1918

Los usos industriales de los molinos de agua en el mundo islámico se remontan al siglo VII, mientras que los molinos de agua de ruedas horizontales y verticales eran de uso generalizado en el siglo IX. En el mundo islámico se utilizó una variedad de molinos de agua industriales, incluidos molinos de harina, descascaradores, aserraderos, aserraderos, molinos de sellos, acerías, ingenios azucareros y molinos de marea. En el siglo XI, todas las provincias del mundo islámico tenían en funcionamiento estos molinos de agua industriales, desde al-Andalus y el norte de África hasta Oriente Medio y Asia Central. Los ingenieros musulmanes y cristianos también utilizaron cigüeñales y turbinas de agua, engranajes en molinos de agua y máquinas elevadoras de agua, y presas como fuente de agua, que se utiliza para proporcionar energía adicional a molinos de agua y máquinas elevadoras de agua. Los batanes y las acerías pueden haberse extendido desde la España islámica a la España cristiana en el siglo XII. Los molinos de agua industriales también se emplearon en grandes complejos fabriles construidos en al-Andalus entre los siglos XI y XIII.

Los ingenieros del mundo islámico desarrollaron varias soluciones para lograr el máximo rendimiento de una rueda hidráulica. Una solución fue montarlos en pilares de puentes para aprovechar el mayor flujo. Otra solución fue el aserradero, un tipo de molino de agua impulsado por ruedas hidráulicas montadas en los costados de los barcos amarrados en medio de la corriente. Esta técnica se empleó a lo largo de los ríos Tigris y Éufrates en el siglo X en Irak, donde los grandes molinos navales hechos de teca y hierro podían producir 10 toneladas de harina de maíz todos los días para el granero en Bagdad. Ibn Bassal (fl. 1038-1075) de Al-Andalus inventó el mecanismo de volante, que se utiliza para suavizar la entrega de potencia desde un dispositivo de accionamiento a una máquina accionada; fue pionero en el uso del volante en la saqiya (bomba de cadena) y la noria. Los ingenieros Al-Jazari en el siglo XIII y Taqi al-Din en el siglo XVI describieron muchas ingeniosas máquinas elevadoras de agua en sus tratados tecnológicos. También emplearon ruedas hidráulicas para impulsar una variedad de dispositivos, incluidos varios relojes de agua y autómatas.

Modernos desarrollos

Rueda hidráulica

Un desarrollo reciente de la rueda de pecho es una rueda hidráulica que incorpora efectivamente sistemas de regulación automática. El Aqualienne es un ejemplo. Genera entre 37 kW y 200 kW de electricidad a partir de un flujo de agua de 20 m³ (710 pies cúbicos) con una cabeza de 1 a 3,5 m (3 a 11 pies). Está diseñado para producir electricidad en los sitios de los antiguos molinos de agua.

Eficiencia

Las ruedas overshot (y particularmente backshot) son el tipo más eficiente; una rueda trasera de acero puede ser más eficiente (alrededor del 60%) que todas las turbinas, excepto las más avanzadas y mejor construidas. En algunas situaciones, es preferible una rueda de pescante a una turbina.

El desarrollo de las ruedas de turbina hidráulica con su eficiencia mejorada (>67%) abrió un camino alternativo para la instalación de ruedas hidráulicas en molinos existentes, o la remodelación de molinos abandonados.

El poder de una rueda

La energía disponible para la rueda tiene dos componentes:

• Energía cinética – depende de lo rápido que el agua se mueve cuando entra en la rueda
• Energía potencial – depende del cambio de altura del agua entre entrada y salida de la rueda

La energía cinética se puede calcular convirtiéndola en una cabeza equivalente, la cabeza de velocidad, y sumándola a la cabeza real. Para agua tranquila, la cabeza de velocidad es cero y, en una buena aproximación, es insignificante para agua que se mueve lentamente y puede ignorarse. La velocidad en la carrera de cola no se tiene en cuenta porque para una rueda perfecta, el agua saldría con energía cero, lo que requiere velocidad cero. Eso es imposible, el agua tiene que alejarse de la rueda, y representa una causa inevitable de ineficiencia.

La potencia es la rapidez con la que se entrega la energía, que está determinada por el caudal. Se ha estimado que el antiguo burro o molinillo de esclavos de Roma producía alrededor de la mitad de un caballo de fuerza, la rueda hidráulica horizontal creaba un poco más de la mitad de un caballo de fuerza, la rueda hidráulica vertical inferior producía alrededor de tres caballos de fuerza, y el medieval rueda hidráulica overshot producido hasta cuarenta a sesenta caballos de fuerza.

Cantidades y unidades

• ${displaystyle eta =}$ eficiencia
• ${displaystyle rho =}$ densidad de agua (1000 kg/m³)
• ${displaystyle A=$ área transversal del canal (m²)
• ${displaystyle D=$ diámetro de la rueda (m)
• ${displaystyle P=$ potencia (W)
• ${displaystyle d=}$ distancia (m)
• ${displaystyle g=}$ fuerza de gravedad (9,81 m/s² = 9,81 N/kg)
• ${displaystyle h=}$ m)
• ${displaystyle H_{p}=$ cabeza de presión, la diferencia en los niveles de agua (m)
• ${displaystyle ¿Qué?$ cabeza de velocidad (m)
• ${displaystyle k=}$ factor de corrección de velocidad. 0.9 para canales lisos.
• ${displaystyle v=}$ velocidad (m/s)
• ${displaystyle { dot {}=}$ caudal de volumen (m³/s)
• ${displaystyle t=}$ tiempo (s)

Medidas

Parámetros para medir la cabeza y el caudal de una rueda de agua

La cabeza de presión ${displaystyle H_{p}$ es la diferencia en la altura entre la carrera de la cabeza y las superficies de agua de la carrera de la cola. La cabeza de velocidad ${displaystyle H_{v}$ se calcula a partir de la velocidad del agua en la carrera de la cabeza en el mismo lugar del que se mide la cabeza de presión. La velocidad (velocidad) ${displaystyle v}$ se puede medir por el método pooh sticks, el tiempo de un objeto flotante sobre una distancia medida. El agua en la superficie se mueve más rápido que el agua más cerca de la parte inferior y los lados para que se aplique un factor de corrección como en la fórmula siguiente.

Hay muchas formas de medir el caudal volumétrico. Dos de los más simples son:

• Desde el área transversal y la velocidad. Deben ser medidos en el mismo lugar, pero eso puede ser cualquier lugar en la cabeza o en las carreras de cola. Debe tener la misma cantidad de agua pasando por ella como la rueda.
• A veces es factible medir la velocidad de flujo de volumen por el cubo y detener el método de reloj.

Fórmulas

Cantidad	Formula
Poder	${displaystyle P=eta cdot rho cdot gcdot hcdot {dot {dot {q}}$
Cabeza efectiva	${displaystyle h=h_{p}+h_{v}$
Cabeza de velocidad	${displaystyle ¿Qué?$
Flujo de volumen	${displaystyle {dot {}=Acdot v}$
Velocidad de agua (velocidad)	${displaystyle v=kcdot {fnMicroc {d} {t}}$

Reglas generales

Pecho y pescante

Cantidad	fórmula aproximada
Potencia (asumiendo una eficiencia del 70%)	${displaystyle P=7000cdot {dot {}cdot h}$
Velocidad de rotación óptima	${displaystyle {frac {21}{sqrt {}}} {f}} {f}}} {f}}}} {f}}}}}} {f}}}}}} {f}}}}}}}}}} {f}}$ rpm

Ruedas inferiores tradicionales

Cantidad	fórmula aproximada
Potencia (asumiendo 20% de eficiencia)	${displaystyle P=100cdot Acdot v^{3}$
Velocidad de rotación óptima	${displaystyle {frac {9cdot {}}$ rpm

Turbina de reacción de pieza de rueda hidráulica

Un desarrollo paralelo es la rueda hidráulica/turbina de reacción parcial que también incorpora un vertedero en el centro de la rueda pero utiliza palas en ángulo con el flujo de agua. La máquina de presión de vástago WICON (SPM) aprovecha este flujo. Eficiencia estimada 67%.

La Facultad de Ingeniería Civil y Medio Ambiente de la Universidad de Southampton en el Reino Unido ha investigado ambos tipos de máquinas de ruedas hidráulicas y ha estimado su eficiencia hidráulica y ha sugerido mejoras, es decir, la máquina rotativa de presión hidráulica. (Eficiencia máxima estimada 85%).

Este tipo de ruedas hidráulicas tienen una alta eficiencia con cargas parciales/caudales variables y pueden funcionar con alturas muy bajas, < 1 m (3 pies 3 pulgadas). Combinados con alternadores de imanes permanentes de flujo axial de transmisión directa y electrónica de potencia, ofrecen una alternativa viable para la generación de energía hidroeléctrica de baja altura.