Cerradura de cajón

La esclusa de cajón es un tipo de esclusa de canal en la que una barcaza se introduce flotando en una caja sellada e impermeable y se eleva o desciende entre dos niveles de agua diferentes del canal. Se inventó a finales del siglo XVIII como solución al problema de la excesiva demanda de agua cuando se utilizaban esclusas convencionales para elevar y descender las barcazas a través de grandes desniveles. Dichas esclusas, que solo podían elevar y descender las barcazas a través de pequeños desniveles de unos pocos metros, no eran suficientes cuando había que superar grandes desniveles ni cuando el agua escaseaba. Se pensó que el cajón (o caisoon ) sería una solución, aunque se comprobó que la tecnología de la época no permitía realizar este tipo de construcción de forma económica.

Fue diseñado principalmente como una medida de ahorro de agua, y también como un intento de minimizar los costos de construcción en comparación con otras soluciones de ingeniería de la época. En funcionamiento, era capaz de reemplazar hasta siete esclusas convencionales. ^{[ 1 ]} Otro beneficio fue el aumento de la velocidad de descenso/ascenso de las embarcaciones.

La esclusa de cajón se demostró por primera vez en Oakengates en un tramo ahora desaparecido del Canal de Shropshire en Inglaterra en 1792, donde su inventor, Robert Weldon (c. 1754–1810) construyó un modelo a media escala. Afirmó que su diseño resolvería el problema del suministro de agua en estaciones secas o a mayor altitud, sería más barato que la construcción de acueductos o túneles, y sería más rápido de operar que el número de esclusas de superficie que su diseño podría reemplazar. ^{[ 2 ]} Patentó su invento como la 'Esclusa de Cajón Hidrostática'. La caja de tamaño real, o "tronco", ^{[ 2 ]} probablemente habría desplazado unas 270 toneladas y pesado unas 170 toneladas, incluyendo el agua en su interior, por lo que se habrían necesitado unas 100 toneladas de lastre para lograr una flotabilidad neutra . La caja habría tenido que ser lo suficientemente resistente como para soportar la presión de 50 pies (15 m) de agua en el fondo de la cámara, es decir, una presión manométrica de aproximadamente 22 psi (150 kPa) . ^{[ 3 ]}       

La primera esclusa se completó en 1797 bajo la supervisión de Weldon. El dispositivo fue mostrado al Príncipe Regente (más tarde Jorge IV ), pero se descubrió que presentaba varios defectos de ingeniería, posiblemente causados ​​por el estrato rocoso blando de tierra de batán de la zona. ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}

El sistema dependía de que la caja sumergida y sellada (el « cajón », del francés «cofre grande» ^{[ 7 ]} ) estuviera fuertemente lastrada para lograr flotabilidad neutra , por lo que nunca fue posible en operación normal elevarla al nivel del agua para permitir que una embarcación descendente flotara dentro. En cambio, se construyó una cámara de mampostería (« cisterna ») con paredes más altas que el nivel del agua en el estanque superior y que a su vez se llenaba completamente de agua, de modo que incluso en su posición superior la caja permanecía bajo la superficie. ^{[ 8 ]}

La prueba de mayo de 1799 en Oakengates llevó a bordo del barco a un grupo de inversores, quienes estuvieron a punto de asfixiarse antes de poder ser liberados. Se suspendieron las obras de la segunda esclusa (la tercera aún no se había comenzado) y, a principios del año siguiente, se construyó un plano inclinado para transportar las cargas de los barcos en vagonetas con ruedas. Finalmente, se construyó una serie de diecinueve esclusas en un trazado más largo a lo largo de la pendiente, con una estación de bombeo de vapor Boulton & Watt , capaz de elevar 5000 toneladas de agua en 12 horas, para recircular el agua. ^{[ 9 ]}

En abril de 1815, la Regents Canal Company construyó una esclusa de doble cajón (o "esclusa hidroneumática" ^{[ 10 ]} ) en el emplazamiento de la actual esclusa de Hampstead Road , al norte de Londres. El diseñador fue el ingeniero militar William Congreve . La motivación principal era el suministro de agua, pero también agilizar el paso de los buques, ya que aquellos que iban en direcciones opuestas podían cruzarse en la esclusa. Los cajones —siempre sumergidos, como en Combe Hay— carecían de fondo y estaban dispuestos de manera que sus laterales descendían hacia profundos canales submarinos formados por "muros menores" dentro de los muros principales. El movimiento vertical de los dos cajones se efectuaba mediante una tubería de equilibrio ("el canal de comunicación") que pasaba por debajo del suelo de la esclusa entre las dos cámaras de los cajones (con una ligera curvatura hacia arriba para quedar por encima del nivel del agua), de modo que un aumento del nivel del agua en un cajón ("el agua de compresión") desplazaba el aire a través de la tubería, forzando así una disminución correspondiente del nivel del agua en el otro. Esto aumentó la flotabilidad del segundo cajón, que en consecuencia ascendió mientras el primero se hundía.

Una cadena submarina de conexión que pasaba por rodillos, si bien no realizaba ningún trabajo por sí misma, controlaba las posiciones relativas. Los botes se admitían a través de compuertas dobles; las interiores del cajón "se ajustaban para encajar [ sic ] con las exteriores". ^{[ 11 ]} La patente de Congreve preveía que, habiendo alcanzado el "equilibrio absoluto" ( flotabilidad neutra ), un mecanismo de cremallera y piñón , contrapesos extraíbles o un pequeño cabrestante podrían vencer la inercia y mover los cajones. En una demostración práctica en Hampstead Road, Congreve optó posteriormente por desplegar un compresor de aire que liberaba aire en un cajón, estimando que un solo hombre podría lograr la elevación y el descenso en tres minutos; la ley que autorizaba a la empresa no permitía la instalación de máquinas de vapor estacionarias . ^{[ 12 ]} Sin embargo, se descubrió que el tiempo total más rápido era de seis minutos y que el esfuerzo requerido dejaba al operador "incapaz de realizar más esfuerzos".

Además, dado que el funcionamiento del dispositivo dependía de la presión del aire dentro de los cajones (ya fuera variando dicha presión o de otra manera), cuando el contratista Henry Maudslay los entregó y se descubrió que tenían fugas de aire, el proyecto fracasó. En 1818, tras numerosos intentos fallidos de reparación, la compañía sustituyó los cajones por esclusas convencionales. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

Una patente concedida a Jonathan Brownill, un cuchillero de Sheffield, el 1 de mayo de 1828, que en principio funcionaba como una esclusa de equilibrio al aire libre , se describía como un sistema que utilizaba tres cajones . El cajón principal estaba conectado mediante cuerdas que pasaban por poleas ranuradas a dos cajones de contrapeso más pequeños. La innovación de Brownill consistía en colocar cuñas ("planos inclinados") frente a las aberturas fijas superior e inferior, de modo que, a medida que el cajón principal se desplazaba, impulsado por el agua que se añadía o liberaba de los cajones de contrapeso, unos rodillos que actuaban contra las cuñas lo empujaban contra un marco acolchado que rodeaba la abertura. El "conductor" debía controlar una palanca para liberar los rodillos cuando las compuertas verticales se cerraban para el siguiente ascenso o descenso. ^{[ 15 ]}

• Bloqueo de equilibrio
• Plano inclinado del canal
• Elevador de barcos
• Cerradura diagonal

• Sociedad del Canal de Carbón de Somersetshire