¿Cuál es la conexión entre el genio multifacético Leonardo da Vinci y el gran Canal de Panamá?
Curiosamente, su invención centenaria, la cerradura de miter o cerradura a inglete, todavía se utiliza en la mayoría de las esclusas del canal. Su diseño es simple pero efectivo. Antes de da Vinci, se utilizaban cerraduras pesadas e ineficientes que funcionaban en contra de la gravedad.
Imagina que eres da Vinci y has instalado dos compuertas de madera en forma de V en un río con corriente. Observa cómo el agua fluyente fuerza automáticamente el cierre de la compuerta. Las aristas anguladas de la compuerta aseguran que al cerrar, se forme una unión perfecta. Además, la forma en V tiene otro propósito: después de cerrar la compuerta, el nivel del agua subirá en el lado derecho y habrá una pequeña cantidad de fugas de agua en el otro lado.
Sin embargo, a medida que el nivel del agua aumenta, la presión sobre la compuerta también aumenta y las compuertas se presionarán entre sí. Esto sellará la conexión de las compuertas herméticamente y no habrá ninguna fuga de agua a través de la unión. Esta es una manera perfecta y sencilla de lograr una unión estanca.
Entonces, ¿cómo abrimos estas compuertas de cerradura de miter? Introduzcamos perfiles de equilibrio en ambos lados. Aunque tres o cuatro personas empujen desde ambos lados, la presión del agua es tan grande que estas compuertas no se abrirán. Para abrir manualmente las compuertas, se debe asegurar que el nivel del agua sea el mismo en ambos lados.
Simplemente abre las válvulas de desagüe de las compuertas de cerradura de miter o cerraduras de inglete. Ahora que el nivel del agua se ha igualado en ambos lados, una sola persona en cada lado puede abrir fácilmente la compuerta. La compuerta debe estar completamente abierta para que los barcos puedan pasar sin problemas.
Existe un pequeño desafío cuando el ángulo de la compuerta es de 90 grados. El cierre de las compuertas no ocurrirá automáticamente, por lo que el operador debe jalar el brazo de equilibrio. Después de un pequeño ángulo, la fuerza del agua ayudará a formar una cerradura automática estanca.
Si alguna vez has presenciado la maravilla de ingeniería que es el Canal de Panamá, es posible que hayas visto esta ingeniosa invención de Da Vinci en acción. Las compuertas de cerradura de miter de Panamá son una versión avanzada del modelo original de Da Vinci. La hoja de compuerta más pesada pesa hasta 730 toneladas.
Para operar una compuerta tan gigantesca, se instaló un mecanismo motorizado potente. Un brazo de acero conecta la compuerta con una rueda gigante. El motor impulsa esta rueda gigante mediante un juego de engranajes para multiplicar el torque. La rotación de esta rueda abre y cierra perfectamente la hoja de la compuerta. De hecho, este sistema de engranajes apoyó el funcionamiento de las cerraduras de Panamá durante 84 años, luego fueron reemplazadas por cilindros hidráulicos, lo que hizo que las cerraduras fueran más simples y eficientes.
Otro gran desafío al que se enfrentaron los ingenieros estadounidenses fue el tremendo peso de estas compuertas de acero. Observa estas pobres bisagras, tienen que soportar el peso pesado de las compuertas de cerraduras de miter. La solución más eficiente fue diseñar la compuerta con una estructura hueca. Las compuertas siempre están sumergidas en agua, y el diseño de compuerta hueca genera una fuerza de flotabilidad y reduce la fuerza en las bisagras, evitando fallas prematuras.
El diseño de las compuertas de cerradura de miter evita eficazmente las fugas de agua entre las compuertas, pero ¿qué hay de la filtración entre el suelo y la compuerta? Da Vinci tenía una solución para este problema. Colocó un escalón en la región no abrible de la compuerta. Observa el movimiento de la sección transversal de la compuerta debido a la misma fuerza del agua. Las compuertas casi tocarán el escalón y las fugas de agua a través del fondo de la compuerta serán insignificantes.
¿Alguna vez has notado por qué las compuertas de las cerraduras del Canal de Panamá tienen bordes estrechos? La razón es similar a este ejemplo. Con la misma fuerza aplicada, la presión se multiplica en los bordes estrechos, lo que asegura una mejor compresión del material y una unión estanca más fuerte.
