Noria hidráulica.

La rueda hidráulica es uno de los artilugios más antiguos inventados por el hombre empleado para producir trabajo útil. Como antecedentes de las modernas turbinas, estos dispositivos captan energía de una corriente de agua y la transforman en trabajo mecánico para mover molinos, batanes, martillos pilones en las ferrerías, etc, y para bombear agua como es el caso de las norias.

Una noria hidráulica destinada a la elevación de agua, es esencialmente una rueda con paletas (álabes), colocada con su eje horizontal, como se muestra en la figura. La corriente de un río, acequia o canal ejerce una fuerza sobre los álabes sumergidos de su parte inferior provocando la rotación de la rueda. En el perímetro de la rueda se disponen unos pequeños recipientes (cangilones o arcaduces) que se llenan de agua al estar sumergidos y cuando, debido al giro de la rueda, alcanzan la parte superior vierten su contenido en un canal. De esta forma elevan agua a una altura aproximadamente igual al diámetro de la rueda.

Norias de Hama (Siria).

En España han existido infinidad de norias y algunas todavía subsisten, como ejemplo verdaderamente notable existe la de Abarán (Murcia). En el río Ebro, una noria da nombre a un antiguo monasterio cisterciense: el Monasterio de Rueda. Una reproducción de una noria romana, con cangilones de barro en forma de cántaros, se encuentra en el parque de María Cristina de Algeciras. 

Fuera de nuestro país, se encuentran unas norias de gran tamaño y enteramente de madera, que datan del siglo XII  y que permanecen aún en funcionamiento, las famosas norias de Hama (junto al río Orantes) en Siria.

En la noria representada en la figura, la corriente de agua de la acequia se mueve con una velocidad media v, y “choca” con el álabe plano (paletas), de área A, que se encuentra en su parte inferior desplazándolo con una velocidad constante u ( u < v ).

Suponiendo que la noria se comporta como un mecanismo ideal, sin tener en cuenta ningún tipo de pérdidas energéticas, determinar lo que sigue:

1) Expresión de la fuerza ΔF que el agua ejerce sobre el álabe en función de las  velocidades u y v, del área A y de la densidad del agua ρ.

2) Trabajo ΔW que realiza la fuerza ΔF sobre el álabe en el intervalo de tiempo Δt.

3) Rendimiento η  del proceso, definido como η=ΔW/ΔE_c , en donde ΔE_c es la energía cinética de la masa Δm contenida en el elemento de volumen AΔx , que es la máxima energía que se puede transferir del agua al álabe.

4) Puesto que el rendimiento anterior depende de la velocidad u del álabe. Determinar el valor u₀ de la velocidad del álabe para la cual dicho rendimiento es máximo. ¿Cuál es el valor del máximo rendimiento?.

5) ¿Con qué velocidad angular ω₀ debe girar la noria para que el rendimiento sea máximo?.