L'invenzione del mulino ad acqua è stata di grande importanza per la storia e lo sviluppo della tecnologia. Le prime strutture di questo tipo furono utilizzate per traboccare l'acqua nell'antica Roma, in seguito iniziarono ad essere utilizzate per ottenere farina e per altri scopi industriali.
Storia dell'invenzione
La ruota idraulica è stata inventata dalle persone nei tempi antichi, grazie alla quale una persona ha ricevuto un motore affidabile e semplice, il cui uso è in espansione ogni anno. Già nel I secolo aC lo scienziato romano Vitruvio descrisse tale struttura nel suo trattato "10 libri di architettura". La sua azione si basava sulla rotazione della ruota dovuta all'impatto del flusso d'acqua sulle sue lame. E la prima applicazione pratica di questa scoperta è stata la possibilità di macinare i grani.
La storia dei mulini risale alle prime macine utilizzate dagli antichi per ottenere la farina. Tali dispositivi erano dapprima manuali, poi iniziarono a usare la forza fisica degli schiavi o degli animali che facevano girare la ruota della farina.
La storia del mulino ad acqua inizia con l'utilizzo del progetto di una ruota mossa dalla forza di un flusso di fiume da realizzareil processo di macinazione del grano in farina, e la base per questo è stata la creazione del primo motore. Le macchine antiche si sono evolute da dispositivi di irrigazione chiamati chadufons, che venivano usati per sollevare l'acqua da un fiume per irrigare terreni e campi. Tali dispositivi consistevano in diverse palette montate su un bordo: durante la rotazione, venivano immerse nell'acqua, la raccoglievano e, dopo averlo sollevato, lo rovesciavano in uno scivolo.
Disposizione di antichi mulini a vento
Nel tempo, le persone hanno cominciato a costruire mulini ad acqua e ad usare la forza dell'acqua per produrre farina. Inoltre, nelle zone pianeggianti, a bassa velocità di deflusso dei fiumi, sono state predisposte dighe per aumentare la pressione, garantendo così l'innalzamento del livello dell'acqua. Per trasmettere il movimento al dispositivo del mulino, sono stati inventati i motoriduttori, che erano costituiti da due ruote a contatto con i cerchioni.
Utilizzando un sistema di ruote di diverso diametro, i cui assi di rotazione erano paralleli, gli antichi inventori potevano trasferire e trasformare dei movimenti che potevano essere diretti a beneficio delle persone. Inoltre, la ruota più grande deve fare meno giri tante volte quanto il suo diametro supera la seconda, quella piccola. I primi sistemi di ingranaggi delle ruote iniziarono ad essere utilizzati 2mila anni fa. Da allora, inventori e meccanici sono stati in grado di inventare molte varianti di ingranaggi, utilizzando non solo 2, ma più ruote.
Descritto il dispositivo del mulino ad acqua dell'era anticaVitruvio, conteneva 3 parti principali:
- Un motore costituito da una ruota verticale con pale che vengono fatte ruotare dall'acqua.
- Il meccanismo di trasmissione è una seconda ruota dentata verticale (trasmissione) che fa girare una terza ruota orizzontale chiamata pignone.
- Meccanismo di azionamento costituito da due macine: quella superiore è azionata da un ingranaggio e montata sul suo albero verticale. Il grano per la farina veniva versato in un imbuto a secchio situato sopra la macina superiore.
Le ruote idrauliche sono state installate in diverse posizioni rispetto al flusso dell'acqua: a valle - su fiumi con una portata elevata. Le più comuni erano le strutture "sospese", installate a flusso libero, sommerse dall'acqua dalle lame inferiori. Successivamente, iniziarono a utilizzare tipi di ruote idrauliche a perforazione media e superiore.
La massima efficienza possibile (efficienza=75%) era data dal lavoro di tipo aereo o sfuso, ampiamente utilizzato nella costruzione di mulini galleggianti "canoa" che scorrevano su grandi fiumi: il Dnepr, il Kura, ecc.
Il significato della scoperta del mulino ad acqua era che fu inventato il primo meccanismo antico, che avrebbe potuto essere successivamente utilizzato per la produzione industriale, che divenne una tappa importante nella storia dello sviluppo della tecnologia.
Strutture idrauliche medievali
I primi mulini ad acqua in Europa, secondo dati storici, apparvero durante il regno di Carlo Magno (340 d. C.) in Germania efurono presi in prestito dai romani. Allo stesso tempo, tali meccanismi furono costruiti sui fiumi della Francia, dove entro la fine dell'XI secolo. già c'erano circa 20mila mulini. Allo stesso tempo, ce n'erano già più di 5,5 mila in Inghilterra.
I mulini ad acqua nel medioevo erano diffusi in tutta Europa, venivano utilizzati per la lavorazione dei prodotti agricoli (mulini per farina, frantoi, follatrici), per il sollevamento dell'acqua dalle miniere e nella produzione metallurgica. Entro la fine del XVI secolo ce n'erano già 300 mila e nel XVIII secolo. - 500 mila Allo stesso tempo, hanno avuto luogo il loro miglioramento tecnico e l'aumento della crescita della potenza (da 600 a 2220 cavalli).
Il famoso artista e inventore Leonardo da Vinci, nei suoi appunti, ha anche cercato di inventare nuovi modi per utilizzare l'energia e la potenza dell'acqua con l'aiuto delle ruote. Ha proposto, ad esempio, il progetto di una sega verticale, che è stata messa in moto da un flusso d'acqua fornito alla ruota, cioè il processo è diventato automatizzato. Leonardo ha anche disegnato diverse opzioni per l'utilizzo delle strutture idrauliche: fontane, vie per drenare le paludi, ecc.
Un esempio lampante di centrale idroelettrica è stato il meccanismo di approvvigionamento idrico per le fontane e l'approvvigionamento idrico dei palazzi di Versailles, Trianon e Marly (Francia), per il quale è stata appositamente eretta una diga sul fiume. Senna. Dal serbatoio l'acqua veniva fornita sotto pressione a 14 ruote perforanti di 12 m che la sollevavano con l'aiuto di 221 pompe fino a un' altezza di 162 m fino all'acquedotto, da cui scorreva verso palazzi e fontane. Il volume giornaliero di acqua fornita era di 5mila m33.
Come funziona un mulino ad acqua
Il design di un mulino del genere è rimasto invariato per molti secoli. Il materiale principale per la costruzione era il legno, da cui è stato costruito il fienile, ruote e alberi. Il metallo è stato utilizzato solo in alcune parti: assi, elementi di fissaggio, staffe. Di tanto in tanto, il fienile veniva costruito in pietra.
Tipi di mulini che utilizzavano l'energia dell'acqua:
- Whorled - costruito su fiumi di montagna che scorrono veloci. In base alla progettazione, sono simili alle moderne turbine: le pale sono state realizzate su una ruota verticale ad angolo rispetto alla base, quando il flusso d'acqua è diminuito, si è verificata la rotazione, da cui si è spostata la macina.
- Ruota, in cui ruotava la stessa ruota "dell'acqua". Ne furono costruiti due tipi, con una battaglia inferiore e una superiore.
L'acqua arrivava dalla diga al mulino sopraelevato, quindi veniva convogliata lungo lo scivolo fino alla ruota con fossati, che ruotava sotto il suo peso. Quando si utilizza il combattimento inferiore, viene utilizzato un design con lame, che si mettono in movimento quando sono immerse in un flusso d'acqua. Per migliorare l'efficienza del lavoro, veniva spesso utilizzata una diga, che bloccava solo una parte del fiume, chiamata boon.
La figura seguente mostra il dispositivo di un tipico mulino ad acqua in legno: il movimento di rotazione deriva dalla trasmissione inferiore (ruota) [6], in alto c'è un secchio (bunker) [1] per il grano e un scivolo [2], alimentandolo alle macine [3]. La farina risultante cadde nel vassoio [4] e poi si versò nella cassa o nel sacchetto [5].
La regolazione dell'apporto di grano è stata effettuata da un dosatore, una speciale scatola con un foro che influenzava la finezza della macinazione della farina. Dopo averlo ricevuto, è stato necessario passare al setaccio uno speciale setaccio installato sopra il torace, che oscillava usando un piccolo meccanismo.
Alcuni mulini ad acqua venivano usati non solo per macinare il grano, ma anche per sbucciare miglio, grano saraceno o avena, da cui si ricavavano i cereali. Tali macchine erano chiamate crouper. I proprietari imprenditoriali utilizzavano le strutture dei mulini per battere i rimorchi, per infeltrire tessuti fatti in casa, per pettinare la lana, ecc.
Mulini edili in Russia
Nelle antiche cronache russe, la menzione di ruote idrauliche e mulini risale al IX secolo. Inizialmente venivano utilizzati esclusivamente per la macinazione del grano, per il quale erano soprannominati "farina" e "pane". Nel 1375, il principe Podolsky Korpatovich concesse al monastero domenicano il diritto di costruire un mulino per il grano con una carta. E nel 1389, un tale edificio fu lasciato alla moglie del principe Dmitry Donskoy per testamento.
A Veliky Novgorod, un documento di corteccia di betulla che menziona la costruzione di un mulino risale al XIV secolo. Cronache di Pskov del XVI secolo. raccontare la costruzione di una tale struttura sul fiume Volkhov, a cui era coinvolta l'intera popolazione locale. È stata costruita una diga che ha bloccato parte del fiume, ma è crollata a causa di gravi inondazioni.
Su un terreno pianeggiante, in Russia sono stati costruiti mulini ad acqua con una ruota aerea di riempimento. Nei secoli 14-15. iniziarono ad apparire dispositivi a spirale in cuila ruota è stata posizionata orizzontalmente su un albero verticale.
Questi progetti sono stati realizzati da maestri autodidatti senza disegni e diagrammi. Inoltre, non solo hanno copiato le strutture già erette, ma hanno aggiunto ogni volta le proprie innovazioni al loro dispositivo. Anche durante il periodo di Pietro il Grande, i maestri dei paesi europei iniziarono a venire in Russia, che mostrarono le loro abilità e conoscenze in questo settore.
Uno dei soci di Peter, il famoso ingegnere William Genin, che costruì 12 grandi impianti negli Urali, riuscì a garantirne il funzionamento da centrali idrauliche. Successivamente, l'energia idrica è stata ampiamente utilizzata dagli specialisti nella costruzione di imprese minerarie e di lavorazione dei metalli in tutta la Russia.
Agli inizi del 1700 operavano sul territorio circa 3mila manifatture che utilizzavano impianti idraulici per il funzionamento della produzione. Si trattava di metallurgia, segheria, carta, tessitura e altre imprese.
Il complesso più famoso e unico per fornire energia all'impianto minerario e fusorio fu costruito nel 1787 dall'ingegnere K. D. Frolov nella miniera di Zmeinogorsk, che non aveva analoghi al mondo. Comprendeva una diga, strutture di presa d'acqua, da cui l'acqua passava attraverso cunicoli sotterranei in un canale aperto (lungo 535 m) fino a un mulino, dove ruotava la ruota della segheria. Inoltre, l'acqua scorreva attraverso il successivo canale sotterraneo fino alla ruota idraulica della macchina per il sollevamento del minerale dalla miniera, quindi al terzo e al quarto. Alla fine, scorreva attraverso un canale lungo più di 1 km nel fiume sotto la diga, il suo percorso totale era di oltre 2 km,il diametro della ruota più grande è di 17 m Tutte le strutture sono state costruite con materiali locali: argilla, legno, pietra e ferro. Il complesso funziona con successo da oltre 100 anni, ma fino ad oggi è sopravvissuta solo la diga della miniera Zmeinogorsky.
La ricerca nel campo dell'idraulica è stata condotta anche dal famoso scienziato M. V. Lomonosov, che ha messo in pratica i suoi pensieri scientifici, partecipando alla creazione di un'impresa di vetro colorato basata sul funzionamento di un impianto idraulico a tre ruote. I lavori di altri due accademici russi - D. Bernoulli e L. Euler - acquisirono importanza mondiale nell'uso delle leggi dell'idrodinamica e dell'ingegneria idraulica e gettarono le basi teoriche di queste scienze.
Utilizzare l'energia dell'acqua a est
L'uso delle ruote idrauliche in Cina fu descritto per la prima volta in dettaglio nel libro di Sunn Yingxing nel 1637. Ne descrive in dettaglio l'uso per la produzione metallurgica. Le strutture cinesi erano generalmente orizzontali, ma la loro capacità era sufficientemente alta da produrre farina e metallo.
L'uso dell'energia dell'acqua è stato avviato per la prima volta negli anni '30. n. e., dopo l'invenzione da parte di un funzionario cinese di un meccanismo alternativo basato su ruote idrauliche.
Nell'antica Cina furono costruiti diverse centinaia di mulini, situati lungo i fiumi, ma nel X secolo. il governo iniziò a vietarli a causa dell'ostruzione alla navigazione fluviale. La costruzione di mulini si espanse gradualmente nei paesi vicini: Giappone e India, in Tibet.
Ruote idrauliche nei paesi islamici
PaesiL'Oriente, in cui si professa la religione islamica, è per la maggior parte un territorio dal clima molto caldo. Sin dai tempi antichi, l'approvvigionamento idrico regolare è stato molto importante. Furono costruiti acquedotti per fornire acqua alle città e per sollevarla dal fiume furono costruiti mulini, che chiamarono "norias".
Secondo gli storici, le prime strutture di questo tipo furono erette 5mila anni fa in Siria e in altri paesi. Sul fiume Oronte, uno dei più profondi del paese, era diffusa la costruzione di ascensori sotto forma di enormi ruote di mulini ad acqua, che raccoglievano l'acqua con numerose lame e la fornivano all'acquedotto.
Un vivido esempio di tale struttura sono gli ascensori della città di Hama, sopravvissuti fino ai nostri tempi, la cui costruzione risale al XIII secolo. Continuano a lavorare fino ad oggi, essendo sia un ornamento che un punto di riferimento della città.
L'uso dell'energia idroelettrica in vari settori
Oltre all'ottenimento della farina, l'ambito dei mulini ad acqua si estendeva ai seguenti tipi di industrie:
- per il miglioramento e la fornitura di acqua alle colture nei campi;
- una segheria che utilizzava l'energia dell'acqua per lavorare il legno;
- metallurgia e lavorazione dei metalli;
- in miniere per la lavorazione di pietre o altre rocce;
- nelle tessiture e nelle manifatture della lana;
- per il sollevamento dell'acqua dalla miniera, ecc.
Uno dei più antichi esempi di utilizzoforza idrica - una segheria a Hierapolis (Turchia), i cui meccanismi sono stati scoperti durante gli scavi e datati al VI secolo. n. e.
In alcuni paesi europei, gli archeologi hanno scoperto i resti di antichi mulini dell'era dell'antica Roma, che venivano usati per frantumare il quarzo contenente oro estratto nelle miniere.
Il più grande complesso che utilizza la forza dell'acqua fu costruito, secondo dati storici, nel I secolo. nel sud della Francia con il nome di Barbegal, che aveva 16 ruote idrauliche che fornivano energia a 16 mulini, fornendo così pane alla vicina città di Alert. Ogni giorno qui venivano prodotte 4,5 tonnellate di farina.
Un simile complesso di mulini sul Gianicolo fornì forniture nel 3° sec. la città di Roma, apprezzata dall'imperatore Aureliano.
Creare una struttura d'acqua con le tue mani
Un elemento architettonico come una ruota idraulica ha guadagnato popolarità insieme a piscine, cascate o fontane. Naturalmente, tali strutture svolgono una funzione decorativa piuttosto che pratica. Ogni proprietario che ha le capacità per lavorare con le parti in legno può costruire un mulino ad acqua con le proprie mani.
Si consiglia di scegliere una dimensione della ruota di almeno 1,5 m, ma non superiore a 10 m, a seconda dell'area del sito. La casa del mulino è anche selezionata in base al suo scopo futuro: un edificio per la conservazione dell'inventario, un'area giochi per i bambini e la decorazione del territorio.
Produzione di parti:
- Come base per una ruota idraulica, puoi prendere una bicicletta o un albero abbattuto, a cui sono attaccate le lame; al centrodovrebbe avere un tubo attorno al quale ruota;
- il prodotto finito è montato su cuscinetti su 2 supporti, che sono costituiti da travi di quercia, angoli in metallo, mattoni;
- alla parte superiore della ruota dovrebbe adattarsi lo scivolo attraverso il quale l'acqua scorre sulle lame; viene prelevato da un tubo con una pompa, oppure viene dopo la pioggia;
- Si consiglia di lavorare tutte le parti per aumentarne la durata: legno - verniciato, metallo - verniciato contro la corrosione;
- per drenare l'acqua, posare i canali in direzione dei letti o verso un altro contenitore;
- nella fase finale, l'edificio è decorato con elementi decorativi.
Allestire un mulino ad acqua decorativo in campagna sarà una grande aggiunta estetica al paesaggio.
Famosi mulini a vento storici
Il più grande mulino ad acqua funzionante "Lady Isabella" si trova vicino al villaggio di Lexie sull'isola di Man nel Mare d'Irlanda. Questa struttura fu eretta nel 1854 dall'ingegnere autodidatta Robert Casement in onore della moglie del governatore generale locale, e lo scopo della sua costruzione era di pompare le acque sotterranee da una miniera locale per l'estrazione di risorse naturali (zinco, piombo, ecc..).
Sono stati appositamente posati dei canali, attraverso i quali l'acqua dei fiumi di montagna passava attraverso il ponte e veniva alimentata per far ruotare una ruota del diametro di 22 m, che è ancora considerata la più grande del mondo, grazie alla quale molti turisti hanno già riscosso successoanni.
Uno dei luoghi originali della Francia è un vecchio mulino ad acqua situato vicino alla città di Vernon (Francia). La sua unicità sta nel fatto che poggia su 2 pilastri di un antico ponte in pietra che un tempo collegava le rive della Senna. La data esatta della sua costruzione è sconosciuta, tuttavia, secondo alcune fonti, sarebbe stata eretta durante il periodo di opposizione a Riccardo Cuor di Leone ed era di importanza strategica. Nel 1883, il famoso artista Claude Monet la immortalò su una delle sue tele.
La creazione del mulino ad acqua è un passo importante nella storia dello sviluppo tecnologico, perché è considerato il primo progetto che potrebbe essere utilizzato per vari scopi per la lavorazione di prodotti agricoli e di altro tipo, che è stato il primo passo verso la macchina produzione nel mondo.
