Arkimedesen torlojua

Arkimedesen torlojua
	ponpa helikoidala
	Irudi gehiago

Arkimedesen torlojua, ura, irina edo laboreak igotzeko erabiltzen den makina grabimetriko helikoidala da. Arkimedesek K.a. III. mendean asmatu zuela esan ohi da, eta hortik datorkio izena, hala ere, oso litekeena da Antzinako Egipton askoz ere antzinagoko garaietan ere erabili izana. Plano okertu batean kokatutako zilindro huts bat da, biraketa-ardatzaren azpitik dagoen gorputza edo fluidoa altxatzeko aukera ematen duena. Asmatu zenetik orain arte, ponpaketan erabili izan da. Bere zirkuitu infinituagatik, torloju amaigabea ere deitzen zaio.

Gaur egun, industria mota guztietarako solidoak erraz garraiatzeko ere erabiltzen da torlojua. Kalitate handiko modulu polimeriko horiek lehen aukera gisa hautatzen dira, aplikazio txikietarako zein handietarako.

Historia

Torloju-ponpa desplazamendu positiboko ponparik zaharrena da^[1]. Ur-torloju edo torloju-ponpa baten lehen erregistroak Egipto helenistikoan daude, K.a. III. mendea baino lehen^[1]^[2]. Egiptoko torlojua, Niloko ura altxatzeko erabiltzen zena, zilindro baten inguruan bildutako hodiez osatuta zegoen; unitate osoa biratu ahala, ura hodi kiribilaren barruan goratzen doa goragune goreneraino. Egiptoko torloju-bonbaren geroagoko diseinu batek kiribil-zirrikitu bat zuen egur trinkozko zilindro baten kanpoaldean ebakita, eta, gero, zilindroa oholez edo metalezko xaflez estalia zegoen zirrikituen arteko gainazalak estuki estaliz^[1].

Ikertzaile batzuek proposatu dute gailu hori Babiloniako lorategi esekiak ureztatzeko erabili zela, Antzinako Munduko zazpi mirarietako bat. Stephanie Dalleyk^[3] Asiriako Senaquerib erregearen (K.a. 704-681) inskripzio kuneiforme bat erabili du 350 urte lehenagoko brontzezko ur-torlojuen galdaketa deskribatzeko. Hori bat dator Estrabon autore klasikoarekin, zeinak lorategi esekiak torlojuz ureztatutzat deskribatzen dituen^[4].

Torlojuzko bonba, geroago, Egiptotik Greziara sartu zuten^[1] Fue descrita por Arquímedes,^[5]. Arkimedesek deskribatu zuen Egiptora egindako bisita bat zela eta, K.a. 234. urtearen inguruan^[6]. Tradizio horrek ezin du islatu greziarrentzat, garai helenistikoaren aurretik, aparatua ezezaguna zela baino^[5]. Arkimedesek ez zuen inoiz asmakizunaren merezimendua berarentzat hartu, baina, 200 urte geroago, Diodorok eman zion, uste baitzuen torlojurako bonba Arkimedesek asmatu zuela Egipton^[1]. Antzinako Greziako eta Erromatar Inperioko ur-torlojuen irudikapenek erakusten dute kanpoko karkasa zapaltzen duen gizaki batek eragiten duela, aparatu osoa pieza bakar bat balitz bezala birarazteko. Horretarako, karkasa torlojuari irmoki lotuta egon beharko litzateke.

Konrad Kyeser ingeniari alemaniarrak Arkimedesen torlojuari biradera mekanismoa jarri zion bere Bellifortis lanean (1405). Mekanismo horrek berehala ordeztu zuen hodia bera zapalduz martxan jartzeko ohitura zaharra^[7].

Diseinua

Berez, hodi baten barnean (zilindro bat inguratzen duen gainazal helikoidala) sartzen den torloju bat da. Aparatu horren mugimendua errota bati esker edo eskuz egindako lanari esker lortzen da. Torlojuak biratzen duenez, azpian dagoen likidoa inguruko gainazal helikoidaletik igotzen da. Batez ere, ureztatze-sistemetarako eta ura meategietatik edo irisgarriak ez diren beste leku batzuetatik ateratzeko erabili zen.

Sail batetik ura eroriz gero, hurrengoak jasotzen du, eta, ziur asko, berriro igoaraziko du. Hala ere, horrek torlojuaren eraginkortasuna murrizten du.

Diseinu batzuetan, torlojua inguratzen duen hodiak ere biratu egiten du, eta ez da finkoa. Torlojua erretxinaz edo beste itsasgarriren batez zigilatu daiteke kanpoko aldean. Era berean, brontzezko pieza baten gainean urtu daiteke. Ikertzaile batzuek diotenez, sistema hau erabiltzen zen antzinako Munduko zazpi mirarietako bat, Babiloniako lorategiak, ureztatzeko. Badugu greziarrek eta erromatarrek erabiltzen zituztenen deskribapena, zeinak giza indarraz baliatzen baitziren karkasan mugimenduan jartzeko, eta, beraz, dena pieza bat zen.

Kontuan izan behar da torlojuaren bolumenak ez duela erabat urez beteta egon behar; ur koilarakada bakoitzarekin batera, aire kantitate handia bilduta egon behar du. Hori dela eta, ponpak funtzionatzeari uzten dio hodiaren hondoa erabat murgilduta badago, airerik ez xurgatzeko moduan. Izan ere, banakako ur-poltsak bereizita egon behar dute aire-poltsen bidez, edo ez legoke alderik Arkimedesen torloju baten eta hodi (kiribildu) baten artean, zeinak ura goiko arrotik beheko arrora isurtzea ahalbidetuko lukeen, sifoi batek bezala.

Ez da beharrezkoa torlojuaren eta hodiaren arteko ukipen-gainazala guztiz iragazgaitza izatea, baldin eta bira bakoitzarekin biltzen den ur-kantitatea handia bada torlojuaren sekzio bakoitzetik buelta bakoitzeko ihes egiten den ur-kantitatearekin alderatuta. Sekzio bateko ura beheko hurrengora iragazten bada, hurrengo torloju-segmentutik gorantz transferituko da.

Diseinu batzuetan, torlojua karkasarekin fusionatuta dago, eta biek batera biratzen dute torlojua karkasa geldikorraren barruan biratu beharrean. Torlojua brea-erretxinarekin edo beste itsasgarri batekin zigilatu ahal izango litzateke karkasari, edo torlojua eta karkasa elkarrekin urtu ahal izango lirateke brontzezko pieza bakar bat eginez.

Greziako eta erromatarren eguneroko ur torlojuaren diseinuak sinpletasun handia du Senaquerib-en brontzezko gailu astunarekin, bere transmisio-kate arazotsuekin, alderatuz. Helize bikoitz edo hirukoitz bat zurezko zerrendekin (edo inoiz brontzezko xaflekin) eraikitzen zen egur astuneko zutoin baten inguruan. Helizeen inguruan, zilindro bat eraikitzen zen, periferian finkatutako eta breaz iragazgaiztutako ohol luze eta estuak erabiliz.

Ikerketek adierazten dute, Arkimedesen torlojuetatik igarotzen den fluxu-bolumena sarrerako sakoneraren, diametroaren eta torlojuaren errotazio-abiaduraren araberakoa dela^[9]. Beraz, ekuazio analitiko hau Arkimedesen torlojuak diseinatzeko erabil zitekeen^[8]:

$D_{O}={\sqrt[{3}]{\frac {16\pi Q}{\sigma \omega (2\theta _{O}-sin2\theta _{O}-\delta ^{2}(2\theta _{i}-sin(2\theta _{i}))}}}$

non $D_{O}$ $(m)$ -n den eta:

$\omega$ : Arkimedesen torlojuaren errotazio-abiadura (rad/s)

$Q$ : Fluxu bolumetrikoaren tasa $(m^{3}/s)$

Arkimedesen torloju-diseinatzaileek erabiltzen dituzten estandar komunetan oinarrituta, ekuazio analitiko hori honela sinplifika daiteke^[10]:

$D_{O}\approx \eta Q^{3/7}$

η-ren balioa, sinpleki, $\eta$ grafia^[8] edo $\Theta$ grafia ^[10] erabiliz zehaz liteke. $D_{O}$ zehaztuz gero, Arkimedesen torlojuen beste diseinu-parametro batzuk urratsez urratseko metodo analitiko bat erabiliz kalkula daitezke^[8].

Erabilerak

Ureztatze-sistemetan erabiltzeaz gain, besteak beste, itsasoko lurra lor daiteke, eta dakartzan ura itxita dagoen eremutik kanpo ponpatzen da. Hala, lurra drainatzeko prozesua hasten da nekazaritzan erabiltzeko.

John Burlandek, lurzoruen ingeniariak, ere Arkimedesen torlojua erabili zuen 2002an Pisako dorrea egonkortzeko. Urez asetako zorupearen zati txiki batzuk kendu zituzten dorrearen iparreko aldetik. Horrela bere isuria zuzendu zen.

Hondakin-urak tratatzeko instalazioetan erabiltzen da, bada, hainbat fluxu-tasa eta solido esekiekin lan egin behar baitituzte. Elur-haizagailuek edo ale-jasogailuek ere erabiltzen dituzte. Arrain-haztegietan ere, printzipio bera erabiltzen dute arrainak segurtasunez altxatzeko eta beste leku batera eramateko. Hala, arrainak fisikoki manipulatzea saihesten da.

Ura garraiatzeko ez ezik, gorputzak garraiatzeko ere balio du, irudian (goian) ikusten den moduan, non kanika bat garraiatzen den. Silo sistemetan, aleak garraiatzeko erabiltzen da, bereziki. Arkimedesen torlojuak txokolatezko iturrietan ere erabiltzen dira.

Arkimedesen torloju-turbinak (AST) sorgailu berri bat dira zentral hidroelektriko txikietarako, eta altuera txikiko lekuetan ere aplika daitezke. ASTen errotazio-abiadura baxuak uretako bizitzaren eta arrainen gaineko inpaktu negatiboak murrizten ditu^[11].

Aldaerak

Arkimedesen torlojua lehen ikusi ditugun alderantzizko ekintzarako ere erabiltzen da. Ura torlojuaren goiko aldetik isurtzen da torlojua biraraziz. Horri esker, energia lor dezakegu torlojuak sorgailu elektriko bati eraginez. Metodo hau erabiltzen duten zentral asko daude, hala nola Sttle Hydro eta Hydro Torrs; Ingalaterran eta beste herrialde batzuetan martxan dauden bi proiektu mikro elektriko dira.

Torloju-garraiatzailea hodi baten barruan dagoen Arkimedesen torloju bat da. Motor batek biratzen du materiala garraiatzailearen mutur batetik bestera eramateko. Bereziki egokia da material pikortatuak garraiatzeko, hala nola injekzio bidezko moldaketan erabiltzen diren plastikozko pikorrak eta zereal-aleak. Likidoak garraiatzeko ere erabil daiteke. Industria-kontroleko aplikazioetan, garraiatzailea elikatzaile birakari edo tasa aldakorreko elikatzaile gisa erabil daiteke, prozesu batean neurtutako material-tasa edo kopurua emateko.

Arkimedesen torlojuaren aldaera bat injekzio bidezko moldekatze-makina batzuetan ere aurki daiteke, baita plastikoen presiopeko eta estrusiozko galdaketa-makinetan ere, materiala konprimitzeko eta urtzeko gero eta gehiago pasatzen den torlojua erabiltzen baitute. Torloju birakariko aire-konpresore batean ere erabiltzen da. Eskala askoz handiagoan, Arkimedesen torloju gero eta txikiagoak hondakin-materiala trinkotzeko erabiltzen dira.

Irudi galeria

Arkimedesen torloju baten irudia Chambers Entziklopedian (Filadelfia: J.B. Lippincott Company, 1875)
Egurrezko Arkimedesen torlojua.
Eskuzko Arkimedesen torloju bat Bonndorf hiriko hiri-parke batean
Vitruvioren The Ten Books on Architecture liburuko irudia. (De architectura) Morris Hicky Morgan. Cambridge: Harvard University Press. London: Humphrey Milford. Oxford University Press. 1914.
Vitruvioren liburuaren beste irudi bat
Eskuzko Arkimedesen torloju bat, Alemaniako Heide hiriko merkatu plazan ura igotzeko erabiltzen dena
Torlojua Fort Fun Abenteuerland-en
Torlojua Norden-en, Alemania
Torlojua Valle dell'Aniene-ko natura-erreserba (Erroma)

Ikus, gainera

Torloju ponpa

Erreferentziak

↑ ^a ^b ^c ^d ^e (Ingelesez) Stewart, Bobby Alton; Terry A. Howell. (2003). Encyclopedia of water science. USA: CRC Press, 759 or. ISBN 0-8247-0948-9..
↑ (Ingelesez) com/EBchecked/topic/529876/screw Tornillo. The Encyclopaedia Britannica Co. (kontsulta data: 2011-03-24).
↑ (Ingelesez)Stephanie Dalley, The Mystery of the Hanging Garden of Babylon: an elusive World Wonder traced, (2013), OUP ISBN 978-0-19-966226-5
↑ (Ingelesez) Dalley, Stephanie; Oleson, John Peter. (2003). «Senaquerib, Arquímedes y el tornillo de agua: The Context of Invention in the Ancient World» Technology and Culture 44 (1): 1-26. doi:10.1353/tech.2003.0011..
↑ ^a ^b (Oleson 2000, 242-251 orr. )
↑ (Ingelesez) Haven, Kendall F.. (2006). id=0gBwjLTUzEMC&q=tornillo+historia+inventado&pg=PA7 Cien grandes inventos científicos de todos los tiempos. USA: Libraries Unlimited, 6- or. ISBN 1-59158-264-4..
↑ (White 1962, 105, 111, 168 orr. )
↑ ^a ^b ^c ^d (Ingelesez) (Ingelesez) YoosefDoost, Arash; Lubitz, William David. (2021eko urtarrila). «Archimedes Screw Design: An Analytical Model for Rapid Estimation of Archimedes Screw Geometry» Energies 14 (22): 7812. doi:10.3390/en14227812..
↑ (Ingelesez) YoosefDoost, Arash; Lubitz, William David. (2021). «Development of an Equation for the Volume of Flow Passing Through an Archimedes Screw Turbine» Sustaining Tomorrow (Cham: Springer International Publishing): 17–37. doi:10.1007/978-3-030-64715-5_2. ISBN 978-3-030-64714-8. (kontsulta data: 2021-07-09).
↑ ^a ^b (Ingelesez) YoosefDoost, Arash; Lubitz, William David. (December 2021). «Design Guideline for Hydropower Plants Using One or Multiple Archimedes Screws» Processes 9 (12): 2128. doi:10.3390/pr9122128..
↑ (Ingelesez) YoosefDoost, Arash; Lubitz, William David. (2020-09-08). «Archimedes Screw Turbines: A Sustainable Development Solution for Green and Renewable Energy Generation—A Review of Potential and Design Procedures» Sustainability 12 (18): 7352. doi:10.3390/su12187352. ISSN 2071-1050..

Bibliografia

(Ingelesez)Kantert, P. J.: Manual for Archimedean Screw Pump, Hirthammer Verlag 2008, ISBN 978-3-88721-896-6.
(Alemanez)Kantert, P. J.: Praxishandbuch Schneckenpumpe, Hirthammer Verlag 2008, ISBN 978-3-88721-202-5.
(Alemanez)Kantert, P. J.: Praxishandbuch Schneckenpumpe - 2. argitaraldia, DWA 2020, ISBN 978-3-88721-888-1.
(Ingelesez)YoosefDoost, A, W.-D. Lubitz: Archimedes Screw Design: An Analytical Model for Rapid Estimation of Archimedes Screw Geometry, Energies 2021. doi:10.3390/en14227812
(Ingelesez)YoosefDoost, A, W.-D. Lubitz: Design Guideline for Hydropower Plants Using One or Multiple Archimedes Screws, Processes, 2021. doi:10.3390/pr9122128
(Ingelesez)YoosefDoost, A, W.-D. Lubitz: Archimedes Screw Turbines: A Sustainable Development Solution for Green and Renewable Energy Generation—A Review of Potential and Design Procedures, Sustainability, 2020. doi:10.3390/su12187352.
(Ingelesez)Yoosefdoost, A.: Archimedes Screw Generators and Hydropower Plants: A Design Guideline and Analytical Models, University of Guelph, 2022, PhD Thesis, Guelph, ON, Canada (2022).
(Ingelesez)Nuernbergk, D. and Rorres C.: „An Analytical Model for the Water Inflow of an Archimedes Screw Used in Hydropower Generation", ASCE Journal of Hydraulic Engineering, Published: 2012-07-23
(Alemanez)Nuernbergk D. M.: "Wasserkraftschnecken – Berechnung und optimaler Entwurf von archimedischen Schnecken als Wasserkraftmaschine", Verlag Moritz Schäfer, Detmold, 1. edizioa. 2012, 272 or., ISBN 978-3-87696-136-1
(Ingelesez)Rorres C.: "The turn of the Screw: Optimum design of an Archimedes Screw", ASCE Journal of Hydraulic Engineering, 126. lib, 1. zkia., 2000ko urtarrila, 72–80 or.
(Alemanez)Nagel, G.; Radlik, K.: Wasserförderschnecken – Planung, Bau und Betrieb von Wasserhebeanlagen; Udo Pfriemer Buchverlag in der Bauverlag GmbH, Wiesbaden, Berlin (1988)
(Ingelesez) White, Lynn Jr.. (1962). Medieval Technology and Social Change. Oxford: At the Clarendon Press.
(Ingelesez)Oleson, John Peter (1984), Greek and Roman mechanical water-lifting devices. The History of a Technology, Dordrecht: D. *Reidel, ISBN 90-277-1693-5
(Ingelesez)Oleson, John Peter (2000), "Water-Lifting", in Wikander, Örjan, Handbook of Ancient Water Technology, Technology and Change in History, 2, Leiden, 217–302 or. (242–251), ISBN 90-04-11123-9
(Ingelesez)White, Jr., Lynn (1962), Medieval Technology and Social Change, Oxford: Clarendon Press.

Kanpo estekak

Datuak: Q189155
Multimedia: Archimedes' screws / Q189155

[Stewart-1] (Ingelesez) Stewart, Bobby Alton; Terry A. Howell. (2003). Encyclopedia of water science. USA: CRC Press, 759 or. ISBN 0-8247-0948-9..

[Britannica-2] (Ingelesez) com/EBchecked/topic/529876/screw Tornillo. The Encyclopaedia Britannica Co. (kontsulta data: 2011-03-24).

[3] (Ingelesez)Stephanie Dalley, The Mystery of the Hanging Garden of Babylon: an elusive World Wonder traced, (2013), OUP ISBN 978-0-19-966226-5

[DO-4] (Ingelesez) Dalley, Stephanie; Oleson, John Peter. (2003). «Senaquerib, Arquímedes y el tornillo de agua: The Context of Invention in the Ancient World» Technology and Culture 44 (1): 1-26. doi:10.1353/tech.2003.0011..

[Oleson_2000_242-251-5] (Oleson 2000, 242-251 orr. )

[Haven-6] (Ingelesez) Haven, Kendall F.. (2006). id=0gBwjLTUzEMC&q=tornillo+historia+inventado&pg=PA7 Cien grandes inventos científicos de todos los tiempos. USA: Libraries Unlimited, 6- or. ISBN 1-59158-264-4..

[7] (White 1962, 105, 111, 168 orr. )

[:1-8] (Ingelesez) (Ingelesez) YoosefDoost, Arash; Lubitz, William David. (2021eko urtarrila). «Archimedes Screw Design: An Analytical Model for Rapid Estimation of Archimedes Screw Geometry» Energies 14 (22): 7812. doi:10.3390/en14227812..

[:3-9] (Ingelesez) YoosefDoost, Arash; Lubitz, William David. (2021). «Development of an Equation for the Volume of Flow Passing Through an Archimedes Screw Turbine» Sustaining Tomorrow (Cham: Springer International Publishing): 17–37. doi:10.1007/978-3-030-64715-5_2. ISBN 978-3-030-64714-8. (kontsulta data: 2021-07-09).

[:4-10] (Ingelesez) YoosefDoost, Arash; Lubitz, William David. (December 2021). «Design Guideline for Hydropower Plants Using One or Multiple Archimedes Screws» Processes 9 (12): 2128. doi:10.3390/pr9122128..

[:2-11] (Ingelesez) YoosefDoost, Arash; Lubitz, William David. (2020-09-08). «Archimedes Screw Turbines: A Sustainable Development Solution for Green and Renewable Energy Generation—A Review of Potential and Design Procedures» Sustainability 12 (18): 7352. doi:10.3390/su12187352. ISSN 2071-1050..

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]