La invención del molino de agua fue de gran importancia para la historia y el desarrollo de la tecnología. Las primeras estructuras de este tipo se utilizaron para desbordar agua en la antigua Roma, luego comenzaron a usarse para obtener harina y para otros fines industriales.
Historia de la invención
La rueda hidráulica fue inventada por personas en la antigüedad, gracias a la cual una persona recibió un motor confiable y simple, cuyo uso se ha ido expandiendo cada año. Ya en el siglo I a. C., el científico romano Vitruvio describió una estructura de este tipo en su tratado "10 libros sobre arquitectura". Su acción se basaba en el giro de la rueda a partir del impacto del flujo de agua sobre sus aspas. Y la primera aplicación práctica de este descubrimiento fue la posibilidad de moler granos.
La historia de los molinos se remonta a las primeras muelas utilizadas por los antiguos para obtener harina. Dichos dispositivos fueron al principio manuales, luego comenzaron a usar la fuerza física de esclavos o animales que hacían girar la rueda de la harina.
La historia del molino de agua comenzó con el uso del diseño de una rueda impulsada por la fuerza del flujo de un río para llevar a caboel proceso de moler el grano en harina, y la base para esto fue la creación del primer motor. Las máquinas antiguas evolucionaron a partir de dispositivos de riego llamados chadufons, que se usaban para sacar agua de un río para regar la tierra y los campos. Dichos dispositivos consistían en varias palas montadas en un borde: durante la rotación, se sumergían en agua, la recogían y, después de levantarla, la volcaban en un conducto.
Disposición de antiguos molinos de viento
Con el tiempo, la gente comenzó a construir molinos de agua y usar el poder del agua para producir harina. Además, en las zonas planas, a baja velocidad del caudal de los ríos, se dispusieron presas para aumentar la presión, asegurando así un aumento del nivel del agua. Para transmitir el movimiento al dispositivo del molino se inventaron los motorreductores, que se fabricaban a partir de dos ruedas en contacto con llantas.
Utilizando un sistema de ruedas de diferentes diámetros, cuyos ejes de rotación eran paralelos, los antiguos inventores pudieron transferir y transformar el movimiento que podía ser dirigido en beneficio de las personas. Además, la rueda más grande debe dar menos revoluciones tantas veces como su diámetro exceda a la segunda, más pequeña. Los primeros sistemas de engranajes de ruedas comenzaron a usarse hace 2 mil años. Desde entonces, los inventores y los mecánicos han podido idear muchas variaciones de engranajes, usando no solo 2, sino más ruedas.
El dispositivo del molino de agua de la era antigua, descritoVitruvio, contenía 3 partes principales:
- Un motor que consta de una rueda vertical con aspas que giran con el agua.
- El mecanismo de transmisión es una segunda rueda dentada vertical (transmisión) que hace girar una tercera horizontal llamada piñón.
- Mecanismo de accionamiento formado por dos muelas: la superior es accionada por un engranaje y montada sobre su eje vertical. El grano para hacer harina se vertía en un embudo situado encima de la piedra de molino superior.
Las ruedas hidráulicas se instalaron en varias posiciones en relación con el flujo de agua: río abajo - en ríos con un alto caudal. Las más comunes eran estructuras "colgantes", instaladas en flujo libre, sumergidas en agua por las palas inferiores. Posteriormente, comenzaron a utilizar tipos de ruedas hidráulicas de perforación media y superior.
La máxima eficiencia posible (eficiencia=75%) estuvo dada por el trabajo de tipo aéreo o a granel, que fue ampliamente utilizado en la construcción de molinos flotantes de "canoa" que funcionaban en grandes ríos: el Dnieper, Kura, etc.
La importancia del descubrimiento del molino de agua fue que se inventó el primer mecanismo antiguo, que luego podría usarse para la producción industrial, lo que se convirtió en una etapa importante en la historia del desarrollo de la tecnología.
Estructuras hidráulicas medievales
Los primeros molinos de agua en Europa, según datos históricos, aparecieron durante el reinado de Carlomagno (340 dC) en Alemania yfueron tomados de los romanos. Al mismo tiempo, tales mecanismos se construyeron en los ríos de Francia, donde a fines del siglo XI. ya había unos 20 mil molinos. Al mismo tiempo, ya había más de 5.500 de ellos en Inglaterra.
Los molinos de agua en la Edad Media estaban muy extendidos en toda Europa, se utilizaban para procesar productos agrícolas (molinos harineros, molinos de aceite, batán), para extraer agua de las minas y en la producción metalúrgica. A finales del siglo XVI ya había 300 mil de ellos, y en el siglo XVIII. - 500 mil. Al mismo tiempo, se llevó a cabo su mejora técnica y aumento en el crecimiento de potencia (de 600 a 2220 caballos de fuerza).
El famoso artista e inventor Leonardo da Vinci, en sus notas, también trató de encontrar nuevas formas de usar la energía y el poder del agua con la ayuda de ruedas. Propuso, por ejemplo, el diseño de una sierra vertical, que se ponía en movimiento mediante un chorro de agua suministrado a la rueda, es decir, se automatizaba el proceso. Leonardo también hizo dibujos de varias opciones para el uso de estructuras hidráulicas: fuentes, formas de drenar pantanos, etc.
Un ejemplo sorprendente de una central hidroeléctrica fue el mecanismo de suministro de agua para las fuentes y el suministro de agua de los palacios en Versalles, Trianon y Marly (Francia), para lo cual se erigió una presa especialmente en el río. Jábega. Desde el embalse se suministraba agua a presión a 14 ruedas perforadoras de 12 m que la elevaban con la ayuda de 221 bombas hasta una altura de 162 m hasta el acueducto, desde donde fluía hacia palacios y fuentes. El volumen diario de agua suministrada fue de 5 mil m33.
Cómo funciona un molino de agua
El diseño de un molino de este tipo se ha mantenido sin cambios durante muchos siglos. El material principal para la construcción fue la madera, a partir de la cual se construyó el granero, se hicieron ruedas y ejes. El metal se usó solo en algunas partes: ejes, sujetadores, soportes. De vez en cuando, el granero se construía con piedra.
Tipos de molinos que utilizan energía hidráulica:
- Verticilada: construida sobre ríos de montaña que fluyen rápidamente. Por diseño, son similares a las turbinas modernas: las palas se hicieron en una rueda vertical en ángulo con la base, cuando el flujo de agua cayó, se produjo la rotación, desde donde se movió la piedra de molino.
- Rueda, en la que giraba la propia rueda de "agua". Se construyeron dos tipos, con una batalla superior e inferior.
El agua salía de la represa hacia el molino superior, luego se dirigía a lo largo de la tolva hacia la rueda con zanjas, que giraba bajo su peso. Cuando se usa la lucha inferior, se usa un diseño con cuchillas, que se ponen en movimiento cuando se sumergen en una corriente de agua. Para mejorar la eficiencia del trabajo, a menudo se usaba una presa que bloqueaba solo una parte del río, llamada bendición.
La siguiente figura muestra el dispositivo de un molino de agua de madera típico: el movimiento de rotación proviene del accionamiento inferior (rueda) [6], en la parte superior hay un balde (búnker) [1] para el grano y un tolva [2], alimentándolo a las muelas [3]. La harina resultante cayó en la bandeja [4] y luego se derramó en el arcón o bolsa [5].
El ajuste del suministro de granos se realizaba mediante un dosificador, una caja especial con un orificio que influía en la finura de la harina molida. Después de recibirlo, era necesario tamizarlo a través de un tamiz especial instalado sobre el cofre, que oscilaba usando un pequeño mecanismo.
Algunos molinos de agua no solo servían para moler el grano, sino también para pelar el mijo, el trigo sarraceno o la avena, con los que se elaboraban los cereales. Tales máquinas se llamaban croupers. Los dueños de empresas usaban estructuras de molinos para machacar estopas, para afieltrar telas tejidas en casa, para cardar lana, etc.
Construcción de molinos en Rusia
En las antiguas crónicas rusas, la mención de ruedas hidráulicas y molinos se produce a partir del siglo IX. Inicialmente, se utilizaban exclusivamente para moler cereales, por lo que se les apodaba "harina" y "pan". En 1375, el príncipe Podolsky Korpatovich otorgó al monasterio dominicano el derecho de construir un molino de cereales mediante una carta. Y en 1389, dicho edificio se legó a la esposa del príncipe Dmitry Donskoy por testamento.
En Veliky Novgorod, un documento de corteza de abedul que menciona la construcción de un molino data del siglo XIV. Crónicas de Pskov del siglo XVI. hable sobre la construcción de una estructura de este tipo en el río Volkhov, en la que participó toda la población local. Se construyó una presa que bloqueó parte del río, pero se derrumbó debido a las graves inundaciones.
En el terreno plano, los molinos de agua en Rusia se construyeron con una rueda superior de llenado. En los siglos 14-15. comenzaron a aparecer dispositivos en espiral en los quela rueda se colocó horizontalmente en un eje vertical.
Estos diseños fueron construidos por maestros autodidactas sin dibujos ni diagramas. Además, no solo copiaron las estructuras ya erigidas, sino que cada vez agregaron sus propias innovaciones a su dispositivo. Incluso durante la época de Pedro el Grande, comenzaron a llegar a Rusia maestros de países europeos, quienes demostraron sus habilidades y conocimientos en esta área.
Uno de los socios de Peter, el famoso ingeniero William Genin, que construyó 12 grandes plantas en los Urales, pudo garantizar su funcionamiento desde plantas de energía hidráulica. Posteriormente, la energía del agua fue ampliamente utilizada por especialistas en la construcción de empresas mineras y metalúrgicas en toda Rusia.
A principios del siglo XVIII, funcionaban en todo el territorio unas 3 mil fábricas que utilizaban instalaciones hidráulicas para el funcionamiento de la producción. Eran empresas metalúrgicas, de aserradero, papeleras, de tejidos y otras.
El complejo más famoso y único para proporcionar energía a la planta de minería y fundición fue construido en 1787 por el ingeniero K. D. Frolov en la mina Zmeinogorsk, que no tenía análogos en el mundo. Incluía una presa, estructuras de toma de agua, desde donde el agua pasaba a través de socavones subterráneos a un canal abierto (535 m de largo) a un molino, donde giraba la rueda del aserradero. Además, el agua fluía a través del siguiente canal subterráneo hacia la rueda hidráulica de la máquina para extraer el mineral de la mina, luego hacia el tercero y el cuarto. Al final, fluyó a través de un socavón de más de 1 km de largo hacia el río debajo de la presa, su recorrido total fue de más de 2 km,el diámetro de la rueda más grande es de 17 m Todas las estructuras fueron construidas con materiales locales: arcilla, madera, piedra y hierro. El complejo ha estado funcionando con éxito durante más de 100 años, pero hasta el día de hoy solo ha sobrevivido la represa de la mina Zmeinogorsky.
La investigación en el campo de la hidráulica también fue realizada por el famoso científico M. V. Lomonosov, quien puso en práctica sus pensamientos científicos, participando en la creación de una empresa de vidrio coloreado basada en la operación de una instalación hidráulica con tres ruedas.. Los trabajos de otros dos académicos rusos, D. Bernoulli y L. Euler, adquirieron importancia mundial en el uso de las leyes de la hidrodinámica y la ingeniería hidráulica y sentaron las bases teóricas de estas ciencias.
Uso de la energía del agua en Oriente
El uso de ruedas hidráulicas en China se describió en detalle por primera vez en el libro de Sunn Yingxing en 1637. Detalla el uso de ellas para la producción metalúrgica. Las estructuras chinas solían ser horizontales, pero su capacidad era lo suficientemente alta como para producir harina y metal.
El uso de la energía del agua se inició por primera vez en los años 30. norte. es decir, después de la invención por parte de un funcionario chino de un mecanismo alternativo basado en ruedas hidráulicas.
En la antigua China, se construyeron varios cientos de molinos, ubicados a lo largo de los ríos, pero en el siglo X. el gobierno comenzó a prohibirlos debido a la obstrucción de la navegación fluvial. La construcción de molinos se expandió gradualmente en los países vecinos: Japón e India, en el Tíbet.
Ruedas hidráulicas en países islámicos
PaísesEl Este, en el que se profesa la religión islámica, es en su mayor parte un territorio con un clima muy cálido. Desde la antigüedad, el suministro regular de agua ha sido muy importante. Se construyeron acueductos para abastecer de agua a las ciudades, y para sacarla del río se construyeron molinos, a los que llamaron "norias".
Según los historiadores, las primeras estructuras de este tipo se erigieron hace 5 mil años en Siria y otros países. En el río Orontes, uno de los más profundos del país, se generalizó la construcción de ascensores en forma de enormes ruedas de molinos de agua, que con numerosas aspas sacaban agua y la suministraban al acueducto.
Un ejemplo vívido de tal estructura son los ascensores de la ciudad de Hama, que han sobrevivido hasta nuestros días, cuya construcción data del siglo XIII. Continúan funcionando hasta el día de hoy, siendo tanto un adorno como un hito de la ciudad.
El uso de la energía hidroeléctrica en diversas industrias
Además de la obtención de harina, el alcance de los molinos de agua se extendía a los siguientes tipos de industrias:
- para mejorar y proporcionar agua a los cultivos en los campos;
- un aserradero que usaba energía hidráulica para procesar la madera;
- metalurgia y procesamiento de metales;
- en minería para procesar piedras u otras rocas;
- en fábricas de tejidos y lana;
- para sacar agua de la mina, etc.
Uno de los ejemplos de uso más antiguosenergía hidráulica: un aserradero en Hierápolis (Turquía), sus mecanismos fueron descubiertos durante las excavaciones y datan del siglo VI. norte. e.
En algunos países europeos, los arqueólogos han descubierto los restos de antiguos molinos de la era de la Antigua Roma, que se usaban para triturar el cuarzo que contenía oro extraído en las minas.
El mayor complejo que utiliza la fuerza del agua se construyó, según datos históricos, en el siglo I. en el sur de Francia bajo el nombre de Barbegal, que contaba con 16 ruedas hidráulicas que abastecían de energía a 16 molinos harineros, abasteciendo así de pan a la cercana ciudad de Alert. Todos los días se producían aquí 4,5 toneladas de harina.
Un complejo de molinos similar en Janiculum Hill suministró suministros en el siglo III a. la ciudad de Roma, que fue apreciada por el emperador Aureliano.
Creando una estructura de agua con tus propias manos
Un elemento arquitectónico como una rueda de agua ha ganado popularidad junto con piscinas, cascadas o fuentes. Por supuesto, tales estructuras realizan una función decorativa más que práctica. Todo propietario que tenga las habilidades para trabajar con piezas de madera puede construir un molino de agua con sus propias manos.
Se recomienda elegir un tamaño de rueda de al menos 1,5 m, pero no más de 10 m, dependiendo del área del sitio. La casa del molino también se selecciona de acuerdo con su propósito futuro: un edificio para almacenar inventario, un área de juegos para niños y decorar el territorio.
Producción de piezas:
- como base para una rueda de agua, puede tomar una bicicleta o un árbol derribado, al que se unen las cuchillas; en el centrodebe tener un tubo alrededor del cual gira;
- el producto terminado se monta sobre cojinetes en 2 soportes, que están hechos de vigas de roble, esquinas metálicas, ladrillos;
- en la parte superior de la rueda debe encajar el conducto por el que fluye el agua hacia las aspas; se trae de una manguera con una bomba, o viene después de la lluvia;
- se recomienda procesar todas las piezas para aumentar la vida útil: madera - barnizada, metal - pintado contra la corrosión;
- para drenar el agua, coloque canales en la dirección de las camas o hacia otro recipiente;
- en la etapa final, el edificio está decorado con elementos decorativos.
Instalar un molino de agua decorativo en el campo será una gran adición estética al paisaje.
Molinos de viento históricos famosos
El molino de agua en funcionamiento más grande "Lady Isabella" se encuentra cerca del pueblo de Lexie en la Isla de Man en el Mar de Irlanda. Esta estructura fue erigida en 1854 por el ingeniero autodidacta Robert Casement en honor a la esposa del gobernador general local, y el propósito de su construcción fue bombear agua subterránea de una mina local para la extracción de recursos naturales (zinc, plomo, etc..).
Se colocaron especialmente canales, a través de los cuales el agua de los ríos de montaña pasaba a través del puente y se alimentaba para hacer girar una rueda con un diámetro de 22 m, que todavía se considera la más grande del mundo, gracias a la cual muchos turistas tienen ya disfruté del éxitoaños.
Una de las vistas originales de Francia es un antiguo molino de agua ubicado cerca de la ciudad de Vernon (Francia). Su singularidad radica en el hecho de que descansa sobre 2 pilares de un antiguo puente de piedra que una vez unía las orillas del Sena. Se desconoce la fecha exacta de su construcción, sin embargo, según algunas fuentes, fue erigida durante el período de oposición a Ricardo Corazón de León y tuvo una importancia estratégica. En 1883, el famoso artista Claude Monet la inmortalizó en uno de sus lienzos.
La creación del molino de agua es un paso importante en la historia del desarrollo de la tecnología, ya que se considera el primer diseño que podría utilizarse para diversos fines para el procesamiento de productos agrícolas y otros, que fue el primer paso hacia la máquina producción en el mundo.
