Moinho de água: valor da descoberta, escopo, dispositivo e princípio de operação

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Última modificação: 2024-02-12 11:53

A invenção do moinho de água foi de grande importância para a história e desenvolvimento da tecnologia. As primeiras dessas estruturas foram usadas para transbordar água na Roma antiga, depois começaram a ser usadas para obter farinha e para outros fins industriais.

História da Invenção

A roda d'água foi inventada por pessoas nos tempos antigos, graças à qual uma pessoa recebeu um motor confiável e simples, cujo uso vem se expandindo a cada ano. Já no primeiro século aC, o cientista romano Vitrúvio descreveu tal estrutura em seu tratado "10 Livros de Arquitetura". Sua ação baseava-se na rotação da roda a partir do impacto do fluxo de água em suas pás. E a primeira aplicação prática dessa descoberta foi a possibilidade de moer grãos.

A história dos moinhos remonta às primeiras mós usadas pelos antigos para obter farinha. Tais dispositivos eram a princípio manuais, depois começaram a usar a força física de escravos ou animais que giravam a roda de farinha.

A história da azenha começou com o uso do desenho de uma roda movida pela força de um rio para realizaro processo de moagem de grãos em farinha, e a base para isso foi a criação do primeiro motor. Máquinas antigas evoluíram de dispositivos de irrigação chamados chadufons, que eram usados para levantar água de um rio para irrigar terras e campos. Tais dispositivos consistiam em várias conchas montadas em um aro: durante a rotação, eram imersas na água, recolhidas e, após levantá-las, viraram-na em uma calha.

Arranjo de antigos moinhos de vento

Com o tempo, as pessoas começaram a construir moinhos de água e usar o poder da água para produzir farinha. Além disso, nas áreas planas, com baixa velocidade de vazão dos rios, foram instaladas barragens para aumentar a pressão, garantindo assim o aumento do nível da água. Para transmitir o movimento ao moinho, foram inventados os motoredutores, que eram feitos de duas rodas em contato com os aros.

Usando um sistema de rodas de diferentes diâmetros, cujos eixos de rotação eram paralelos, os antigos inventores conseguiam transferir e transformar movimentos que poderiam ser direcionados para o benefício das pessoas. Além disso, a roda maior deve fazer menos revoluções quantas vezes seu diâmetro exceder a segunda, menor. Os primeiros sistemas de engrenagem de roda começaram a ser usados há 2 mil anos. Desde então, inventores e mecânicos conseguiram criar muitas variações de marchas, usando não apenas 2, mas mais rodas.

O dispositivo do moinho de água da era antiga, descritoVitruvius, continha 3 partes principais:

Um motor que consiste em uma roda vertical com lâminas que são giradas pela água.
O mecanismo de transmissão é uma segunda roda dentada vertical (transmissão) que gira uma terceira horizontal chamada pinhão.
Mecanismo de acionamento composto por duas mós: a superior é acionada por uma engrenagem e montada em seu eixo vertical. Grãos para farinha foram despejados em um funil de balde localizado acima da mó superior.

Rodas d'água foram instaladas em várias posições em relação ao fluxo de água: a jusante - em rios com alta vazão. As mais comuns eram as estruturas “penduradas”, instaladas em fluxo livre, submersas na água pelas pás inferiores. Posteriormente, eles começaram a usar tipos de rodas d'água de perfuração média e superior.

A máxima eficiência possível (eficiência=75%) foi dada pelo trabalho de tipo aéreo ou a granel, que foi amplamente utilizado na construção de moinhos flutuantes "canoas" que corriam em grandes rios: o Dnieper, Kura, etc.

O significado da descoberta do moinho de água foi que foi inventado o primeiro mecanismo antigo, que mais tarde poderia ser usado para a produção industrial, que se tornou uma etapa importante na história do desenvolvimento da tecnologia.

Estruturas hidráulicas medievais

Os primeiros moinhos de água na Europa, segundo dados históricos, surgiram durante o reinado de Carlos Magno (340 d. C.) na Alemanha eforam emprestados dos romanos. Ao mesmo tempo, tais mecanismos foram construídos nos rios da França, onde no final do século XI. já eram cerca de 20 mil usinas. Ao mesmo tempo, já existiam mais de 5,5 mil deles na Inglaterra.

Os moinhos de água na Idade Média eram difundidos por toda a Europa, eram usados para processar produtos agrícolas (moinhos de farinha, lagares de azeite, enchedores), para levantar água de minas e na produção metalúrgica. Até o final do século XVI já havia 300 mil deles, e no século 18. - 500 mil. Ao mesmo tempo, ocorreu seu aprimoramento técnico e aumento no crescimento de potência (de 600 para 2220 cavalos de potência).

O famoso artista e inventor Leonardo da Vinci, em suas anotações, também tentou inventar novas formas de usar a energia e o poder da água com a ajuda de rodas. Ele propôs, por exemplo, o projeto de uma serra vertical, que era acionada por uma corrente de água fornecida à roda, ou seja, o processo se tornava automatizado. Leonardo também fez desenhos de várias opções de uso de estruturas hidráulicas: fontes, formas de drenagem de pântanos, etc.

Um exemplo marcante de usina hidrelétrica foi o mecanismo de abastecimento de água para fontes e abastecimento de água dos palácios de Versalhes, Trianon e Marly (França), para o qual uma barragem foi erguida especialmente no rio. Sena. Do reservatório, a água era fornecida sob pressão a 14 rodas perfurantes de 12 m, que a elevavam com a ajuda de 221 bombas a uma altura de 162 m até o aqueduto, de onde fluía para palácios e fontes. O volume diário de água fornecido foi de 5 mil m3^3.

Como funciona um moinho de água

O projeto de tal moinho permaneceu in alterado por muitos séculos. O principal material para a construção foi a madeira, a partir da qual foi construído o celeiro, foram feitas rodas e eixos. O metal foi usado apenas em algumas partes: eixos, fixadores, suportes. Ocasionalmente, o celeiro era construído de pedra.

Tipos de moinhos que usavam energia hídrica:

Whorled - construído em rios de montanha de fluxo rápido. Por design, são semelhantes às turbinas modernas: as lâminas foram feitas em uma roda vertical em ângulo com a base, quando o fluxo de água caiu, ocorreu a rotação, a partir da qual a mó se moveu.
Roda, na qual a própria roda "água" girava. Dois tipos foram construídos - com uma batalha inferior e superior.

A água vinha da barragem para o moinho suspenso, depois era direcionada ao longo da calha para a roda com valas, que girava sob seu peso. Ao usar a luta inferior, é usado um design com lâminas, que são acionadas quando imersas em um fluxo de água. Para melhorar a eficiência do trabalho, uma barragem era frequentemente usada, bloqueando apenas uma parte do rio, chamada de benção.

A figura abaixo mostra o dispositivo de um típico moinho de água de madeira: o movimento de rotação vem do acionamento inferior (roda) [6], na parte superior há uma caçamba (bunker) [1] para grãos e uma calha [2], alimentando-o nas mós [3]. A farinha resultante caiu na bandeja [4], e depois derramou no baú ou saco [5].

A regulagem do suprimento de grãos era feita por um dispenser, uma caixa especial com um furo que influenciava na finura da farinha de moagem. Após recebê-lo, era necessário peneirar uma peneira especial instalada acima do baú, que oscilava por meio de um pequeno mecanismo.

Alguns moinhos de água eram usados não apenas para moer grãos, mas também para descascar milho, trigo sarraceno ou aveia, dos quais os cereais eram feitos. Essas máquinas eram chamadas de cruperes. Proprietários empreendedores usavam estruturas de moinhos para rebocar estopas, para feltragem de tecidos caseiros, para pentear lã, etc.

Construção de moinhos na Rússia

Nas antigas crônicas russas, a menção de rodas d'água e moinhos ocorre a partir do século IX. Inicialmente, eles eram usados exclusivamente para moer grãos, pelo que eram apelidados de "farinha" e "pão". Em 1375, o príncipe Podolsky Korpatovich concedeu ao mosteiro dominicano o direito de construir um moinho de grãos por carta. E em 1389, tal edifício foi deixado para a esposa do príncipe Dmitry Donskoy por testamento.

Em Veliky Novgorod, um documento de casca de bétula que menciona a construção de um moinho remonta ao século XIV. Crônicas de Pskov do século XVI. fale sobre a construção de tal estrutura no rio Volkhov, na qual toda a população local estava envolvida. Foi construída uma barragem que bloqueou parte do rio, mas desabou devido a fortes inundações.

No terreno plano, os moinhos de água na Rússia foram construídos com uma roda suspensa de enchimento. Nos séculos 14-15. dispositivos espiralados começaram a aparecer em quea roda foi colocada horizontalmente em um eixo vertical.

Estes projetos foram construídos por mestres autodidatas sem quaisquer desenhos e diagramas. Além disso, eles não apenas copiaram as estruturas já erguidas, mas cada vez adicionaram suas próprias inovações ao seu dispositivo. Ainda na época de Pedro, o Grande, começaram a vir para a Rússia mestres de países europeus, que mostraram suas habilidades e conhecimentos nesta área.

Um dos associados de Peter, o famoso engenheiro William Genin, que construiu 12 grandes usinas nos Urais, conseguiu garantir sua operação a partir de usinas hidráulicas. Posteriormente, a energia hídrica foi amplamente utilizada por especialistas na construção de empresas de mineração e metalurgia em toda a Rússia.

No início do século XVIII funcionavam cerca de 3 mil fábricas em todo o território, que utilizavam instalações hidráulicas para o funcionamento da produção. Estas eram metalúrgicas, serrarias, papeleiras, tecelagens e outras empresas.

O complexo mais famoso e único para fornecer energia para a planta de mineração e fundição foi construído em 1787 pelo engenheiro K. D. Frolov na mina de Zmeinogorsk, que não tinha análogos no mundo. Incluía uma barragem, estruturas de captação de água, das quais a água passava por desfiladeiros subterrâneos para um canal aberto (535 m de comprimento) para um moinho, onde girava a roda da serraria. Além disso, a água fluiu através do próximo canal subterrâneo para a roda hidráulica da máquina para levantar minério da mina, depois para o terceiro e quarto. No final, fluiu por um açude com mais de 1 km de comprimento de volta ao rio abaixo da barragem, seu caminho total foi de mais de 2 km,o diâmetro da roda maior é de 17 m. Todas as estruturas foram construídas com materiais locais: barro, madeira, pedra e ferro. O complexo opera com sucesso há mais de 100 anos, mas apenas a barragem da mina Zmeinogorsky sobreviveu até hoje.

A pesquisa no campo da hidráulica também foi realizada pelo famoso cientista M. V. Lomonosov, que colocou em prática seus pensamentos científicos, participando da criação de um empreendimento de vidro colorido baseado na operação de uma instalação hidráulica com três rodas. Os trabalhos de mais dois acadêmicos russos - D. Bernoulli e L. Euler - adquiriram importância mundial no uso das leis da hidrodinâmica e da engenharia hidráulica e lançaram as bases teóricas dessas ciências.

Uso da energia hídrica no Oriente

O uso de rodas d'água na China foi descrito em detalhes pela primeira vez no livro de Sunn Yingxing em 1637. Ele detalha o uso delas para a produção metalúrgica. As estruturas chinesas eram geralmente horizontais, mas sua capacidade era alta o suficiente para produzir farinha e metal.

O uso da energia hídrica começou nos anos 30. n. e., após a invenção por um oficial chinês de um mecanismo alternativo baseado em rodas d'água.

Na China antiga, várias centenas de moinhos foram construídos, localizados ao longo dos rios, mas no século X. o governo começou a proibi-los por causa da obstrução da navegação fluvial. A construção de usinas se expandiu gradativamente nos países vizinhos: Japão e Índia, no Tibete.

Rodas d'água em países islâmicos

PaísesO Oriente, onde as pessoas professam a religião islâmica, é na maior parte um território com um clima muito quente. Desde os tempos antigos, o abastecimento regular de água tem sido muito importante. Construíram-se aquedutos para abastecer de água as cidades, e para levantá-la do rio foram construídos moinhos, que chamavam de "norias".

Segundo historiadores, as primeiras estruturas desse tipo foram erguidas há 5 mil anos na Síria e em outros países. No rio Orontes, um dos mais profundos do país, a construção de elevadores era difundida na forma de enormes rodas de moinhos de água, que retiravam água com inúmeras lâminas e a forneciam ao aqueduto.

Um exemplo vívido de tal estrutura são os elevadores da cidade de Hama, que sobreviveram até nossos dias, cuja construção remonta ao século XIII. Eles continuam funcionando até hoje, sendo tanto um enfeite quanto um marco da cidade.

O uso da energia hidrelétrica em várias indústrias

Além da obtenção de farinha, o escopo dos moinhos de água se estendeu aos seguintes tipos de indústrias:

para melhoria e fornecimento de água para as culturas nos campos;
uma serraria que usava a força da água para processar madeira;
metalurgia e processamento de metais;
na mineração para processamento de pedras ou outras rochas;
em tecelagens e fábricas de lã;
para levantar água da mina, etc.

Um dos mais antigos exemplos de usoenergia hidráulica - uma serraria em Hierápolis (Turquia), seus mecanismos foram descobertos durante as escavações e datados do século VI. n. e.

Em alguns países europeus, os arqueólogos descobriram os restos de antigos moinhos da época da Roma Antiga, que eram usados para triturar quartzo contendo ouro extraído em minas.

O maior complexo que utiliza a força da água foi construído, segundo dados históricos, no século I. no sul da França sob o nome de Barbegal, que tinha 16 rodas d'água que abasteciam de energia 16 moinhos de farinha, fornecendo pão à cidade vizinha de Alerta. Todos os dias, 4,5 toneladas de farinha eram produzidas aqui.

Um complexo de moinhos semelhante em Janiculum Hill forneceu suprimentos no 3º c. a cidade de Roma, que foi apreciada pelo imperador Aureliano.

Criando uma estrutura de água com suas próprias mãos

Um elemento arquitetônico como uma roda d'água ganhou popularidade junto com piscinas, cascatas ou fontes. Obviamente, essas estruturas desempenham uma função decorativa e não prática. Todo proprietário que tem habilidade para trabalhar com peças de madeira pode construir um moinho de água com suas próprias mãos.

Recomenda-se escolher um tamanho de roda de pelo menos 1,5 m, mas não superior a 10 m, dependendo da área do local. A casa do moinho também é selecionada de acordo com seu propósito futuro: um prédio para armazenamento de estoque, uma área de recreação para crianças e decoração do território.

Produção de peças:

como base para uma roda d'água, você pode pegar uma bicicleta ou uma árvore derrubada, na qual as lâminas estão presas; no centrodeve ter um tubo em torno do qual ele gira;
o produto acabado é montado em rolamentos em 2 suportes, que são feitos de vigas de carvalho, cantos de metal, tijolos;
na parte superior da roda deve encaixar a calha por onde a água flui para as lâminas; é trazido de uma mangueira com bomba ou vem depois da chuva;
todas as peças são recomendadas para serem processadas para aumentar a vida útil: madeira - envernizada, metal - pintada contra corrosão;
para drenar a água, coloque canais na direção dos canteiros ou para outro recipiente;
na fase final, o edifício é decorado com elementos decorativos.

A instalação de um moinho de água decorativo no campo será um ótimo complemento estético para a paisagem.

Moinhos de vento históricos famosos

O maior moinho de água em operação "Lady Isabella" está localizado perto da vila de Lexie, na Ilha de Man, no Mar da Irlanda. Esta estrutura foi erguida em 1854 pelo engenheiro autodidata Robert Casement em homenagem à esposa do governador geral local, e o objetivo de sua construção era bombear água subterrânea de uma mina local para a extração de recursos naturais (zinco, chumbo, etc.)..).

Channels foram especialmente colocados, através dos quais a água dos rios da montanha passava pela ponte e era alimentada para girar uma roda com um diâmetro de 22 m, que ainda é considerada a maior do mundo, graças à qual muitos turistas já fez sucessoanos.

Um dos pontos turísticos originais da França é um antigo moinho de água localizado perto da cidade de Vernon (França). A sua singularidade reside no facto de assentar sobre 2 pilares de uma antiga ponte de pedra que outrora ligava as margens do Sena. A data exata de sua construção é desconhecida, no entanto, segundo algumas fontes, foi erguida durante o período de oposição a Ricardo Coração de Leão e teve importância estratégica. Em 1883, o famoso artista Claude Monet a imortalizou em uma de suas telas.

A criação do moinho de água é um passo importante na história do desenvolvimento da tecnologia, pois é considerado o primeiro projeto que pode ser utilizado para diversos fins de processamento de produtos agrícolas e outros, que foi o primeiro passo para a máquina produção no mundo.