Vannmølle

En vannmølle eller hydraulisk mølle er et anlegg beregnet på å bruke den mekaniske energien som produseres av strømmen i et vassdrag (tidligere filtrert gjennom en gora , også kalt bottaccio ) og ført til møllehjulet ved hjelp av passende kanaler. I kystområder har tidevannsbevegelser også blitt utnyttet for drift av vannmøller .

Historie

Bruken av vannmøllen, attestert i Europa siden svært antikken (den er beskrevet i Vitruvius ' arkitekturtraktat [1] ), går før bruken av vindmøllen . Utviklingen fant sted parallelt med slutten av slaveriet fra det niende århundre : bruken av hydraulisk energi i stedet for animalsk eller menneskelig energi tillot en produktivitetsøkning uten sidestykke i antikken ( energien produsert av hvert hjul på en vannmølle kan male 150 kg av hvete på en time, tilsvarende arbeidet til 40 personer) [2] . Vannmøllen, så vel som vindmøllen, ble erstattet på 1700-tallet ved bruk av dampmaskinen og deretter av den elektriske motoren .

Det gamle Mesopotamia

I det gamle Mesopotamia er bruken av vanningsmaskiner dokumentert i babylonske inskripsjoner , uten detaljer om konstruksjonsteknikker, men antyder utnyttelse av vannenergi til vanning . Bruken av primitive vannhjul går tilbake til sumerisk tid , med referanser til en måned "måned for fremveksten av vannhjul", selv om det ikke er kjent om disse hjulene ble drevet av strømmen av en elv [3] .

Gresk og romersk verden

Vannløftemaskiner var vanlige i romertiden og ble brukt i dype underjordiske gruver. Flere enheter har blitt beskrevet av Vitruvius, inkludert den arkimedeiske skruen . Mange av disse enhetene ble funnet under utgravninger ved Rio Tinto kobbergruvene i Spania , og dannet et system som involverte seksten hjul stablet oppå hverandre for å heve vannet omtrent 80 meter fra toppen.bunnen av gruven . Andre deler av disse hjulene ble funnet i 1930 i Dolaucothi , en romersk gullgruve i Sør- Wales , da gruven ble gjenåpnet for en kort stund. Mekanismen ble funnet rundt 80 meter under overflaten, så det må ha vært et system som ligner på det som ble oppdaget i Rio Tinto. En fersk karbonanalyse daterte funnene til rundt 80 e.Kr., og siden treet de ble laget av var eldre i de dypere delene av gruven, har mekanismene som ble funnet dypt inne i gruven sannsynligvis fungert i 30-50 år. Det er tydelig fra disse eksemplene at eksistensen av underjordiske tunneldreneringssystemer antyder at vannhjul ofte ble brukt til industriell bruk.

Det gamle Kina

Vannhjulet har blitt brukt i Kina siden Han-dynastiets tid (202 f.Kr.-220 e.Kr.) for å drive hammere [4] , belg for jernsmelting [5] [6] og, i ett tilfelle, for mekanisk rotasjon av en armillarkule for astronomisk observasjon [7] [8] (se Zhang Heng ). Selv om Joseph Needham antok at vannmøller kunne ha eksistert i Han-dynastiets Kina fra det 1. århundre , er det ikke tilstrekkelig bevis for å støtte denne tesen før det 5. århundre [9] . I 488 e.Kr. bygde matematikeren og ingeniøren Zu Chongzhi en vannmølle som ble inspisert av keiser Wu (482-493 e.Kr.) [10] . Ingeniøren Yang Su fra Sui-dynastiet (581-618 e.Kr.) fikk i oppdrag å bygge hundrevis av disse møllene tidlig på 600-tallet [10] . En kilde skrevet i 612 e.Kr. nevner en krangel mellom buddhistiske munker om inntekten som vannmøller har skaffet seg [11] . Et dekret fra Tang-dynastiet (618-907 e.Kr.), skrevet i 737 e.Kr., slo fast at vannmøller ikke skulle avbryte elvetransport og i noen tilfeller var bruken av dem bare tillatt i visse årstider [10] . Andre kilder fra Tang-dynastiets tid (8. århundre) rapporterer at disse forordningene ble tatt svært alvorlig, og regjeringen revet mange vannmøller eid av store buddhistiske familier, kjøpmenn og klostre som ikke fulgte myndighetenes forordninger og forskrifter [10] . En evnukk i tjeneste for keiser Xuan Zong (712-756 e.Kr.) hadde vært eier av en vannmølle fra 748 e.Kr. hvor de arbeidet med fem vannhjul som maler 300 skjepper korn per dag [10] . Fra 610-670 e.Kr. ble vannmøllen introdusert til Japan via den koreanske halvøya [12] . Den har også blitt brukt i Tibet siden 641 e.Kr. [12]

Det gamle India

Historien til vannmøllen i India er uklar. Gamle indiske tekster, som dateres fra det 4. århundre f.Kr. , refererer til begreper som cakkavattaka (hjul som snur) eller arahatta-ghati-yanta (maskin med påmonterte hjul og gryter). På dette grunnlaget antydet Joseph Needham at det var Noria -maskinen . Terry S. Reynolds argumenterer imidlertid for at begrepene "brukt i indiske tekster er tvetydige og indikerer ikke tydelig en maskin aktivert av vannkraften" . Gabriele Sala hevdet at det er "mer sannsynlig at disse passasjene refererer til en eller annen type håndbetjent utstyr eller løfteanordning, i stedet for et vanndrevet hjul for å løfte vann" [13] .

Vanningsvannet til avlingene ble forsynt med løftehjul, noen drevet av kraften fra strømmen i elven som vannet ble hevet fra. Denne typen vannløfteinnretninger ble brukt i det gamle India [14] .

Rundt 1150 observerte astronomen Bhaskara Achārya vannets bevegelse og forestilte seg hvordan et hjul for å løfte vann, tilstrekkelig matet av strømmen, faktisk kunne være en evighetsmaskin [15] .

Konstruksjonen av vannbruksmekanismer og aspekter ved teknologi i India er beskrevet i noen arbeider på arabisk og persisk . I middelalderen ga spredningen av indisk og persisk vanningsteknologi opphav til et avansert vanningssystem som bidro til økonomisk vekst [16] .

Den arabiske verden

Arabiske ingeniører lærte vannhjulsteknologi fra sivilisasjonene i det gamle nære østen , hvor den hadde blitt brukt i århundrer før den muslimske erobringen . Utgravingen av en kanal i Basra -regionen har brakt frem i lyset restene av et vannhjul fra rundt 700-tallet . I Hama , Syria , er et av de store hjulene som utnyttet strømmen i Orontes -elven fortsatt bevart , selv om det ikke lenger er i bruk i dag [17] . Den største hadde en diameter på ca 20 meter og var delt inn i 120 rom. Et annet hjul ( Nora ), som fortsatt er i drift, ligger i Murcia , Spania , og selv om det originale hjulet ble erstattet av et stål, er det mauriske systemet under Al-Andalus praktisk talt uendret. Svinghjulsmekanismen , som brukes til å moderere energitilførselen fra en roterende enhet på en maskin, ble oppfunnet av Ibn Bassal (1038-1075) og var banebrytende for bruken av svinghjulet i kjedepumpen ( saqiya ) og i noria [18] .

Den industrielle bruken av vannmøller i den islamske verden går tilbake til 700-tallet, mens horisontale og vertikale hjul som ble flyttet av vannstrømmen allerede var utbredt fra 900-tallet . En rekke industrielle vannmøller har blitt brukt i den islamske verden til forskjellige bruksområder, inkludert maling av korn, i papirfabrikker , sagbruk, stålfabrikker og sukkerfabrikker. Fra det 11. århundre hadde hver provins, i hele den islamske verden, disse industrielle fabrikkene i drift, fra al-Andalus til Nord-Afrika og fra Midtøsten til Sentral-Asia [19] . Muslimske ingeniører brukte også veivakselen , den hydrauliske turbinen og utstyret i vannmøller og hydrauliske hevemaskiner og bygde demninger for å spare vann som skulle brukes til å gi ekstra energi til møllene og maskineriet for prosessering. vannoppsamling [20] . Papir- og stålfabrikker kan ha spredt seg fra det islamske Spania til det kristne Spania på 1100-tallet . Industrielle vannmøller ble også brukt i industrikomplekser bygget i al-Andalus mellom 1000- og 1200-tallet [21] .

Muslimske ingeniører brukte to løsninger for å få maksimal kraft fra en vannmølle. Den første løsningen var å montere hjulene på pyloner eller broer for å utnytte maksimal flyt. Den andre løsningen var den flytende møllen , en type vannmølle drevet av vannhjul montert på sidene av skip fortøyd i midten av vadestedet. Denne teknikken ble brukt på 1000-tallet langs Tigris og Eufrat , i Irak , hvor store flytende møller av teak og jern kunne produsere ti tonn mel hver dag til kornmagasinene i Bagdad [22] .

På 1200-tallet illustrerte muslimske ingeniører al-Jazari og Taqi al-Din mange hydrauliske maskiner i sine teknologiske avhandlinger.

Middelalderens Europa

I en studie fra 2005 identifiserte Adam Lucas følgende kronologi over fremveksten av forskjellige typer industrielle fabrikker i Vest-Europa. Frankrikes fremste rolle i å introdusere nye innovative applikasjoner med bruk av hydraulisk energi er tydelig. Han trakk imidlertid oppmerksomheten mot mangelen på studier om emnet i flere andre land.

Første opptreden av de forskjellige typer industrimøller i middelalderens Europa i perioden 770-1443
Typologi Dato Landsby
Maltkvern 770 Frankrike
Fulling mill 1080 Frankrike
Garveverk ca. 1134 Frankrike
Fres for smiing ca. 1200 England , Frankrike
Skjerping 1203 Frankrike
Kvern for hamp 1209 Frankrike
Belg 1269, 1283 Slovakia , Frankrike
Sagbruk ca. 1300 Frankrike
Knuser 1317 Tyskland
Masovn 1384 Frankrike
Skjære 1443 Frankrike
Kilde: [23]

En av de første møllene som brukte tidevannsstrøm ble nylig gravd ut nær klosterstedet Nendrum i Nord-Irland . Komplekset har blitt datert til rundt 787 e.Kr. [24]

Vannmøllene med kvernstein har vært til stede i territoriet til Rossano ( Cosenza ) siden 1000-1100-tallet, og noen er fortsatt synlige langs bekkene Coserie og Cino, to langs Trionto- elven .

I provinsen Siena er det et middelaldersk system av møller, med en demning ved Merse -elven , i kommunen Sovicille , og en gora som matet mange av dem, hvorav tre, monumentale, er i god bevaringstilstand.

Teknologi

Vanligvis blir vann avledet fra en elv eller reservoar og ledet til turbinen eller vannhjulet gjennom en kanal eller et rør. Kraften til vannets bevegelse, kombinert med effekten av bladene til et hjul eller en turbin, bestemmer rotasjonen av aksen som driver det andre maskineriet til møllen. Vannet, som forlater hjulet eller turbinen, dreneres gjennom en halekanal som også kan fungere som en hodekanal for en annen turbin til en annen mølle. Passasjen av vann kontrolleres av porter som tillater vedlikehold og et minimumsmål for flomkontroll ; store møllekomplekser kan ha dusinvis av kontrolllåser og kompliserte sammenkoblede rørledninger som driver flere bygninger og industrielle prosesser. I noen anlegg ble vannet som var beregnet for deres drift, transportert av en kanal og lagret i en tank, ved siden av bruket, kalt bottaccio.

Vannmøller kan deles inn i to typer: en med et horisontalt vannhjul , kalt en Retrecine , som beveger en vertikal akse, og den andre med et vertikalt hjul på en horisontal akse. De eldste er de horisontale møllene, der kraften fra vannet, som treffer et hjul plassert på linje med strømmen, fikk steinen til den tilkoblede kvernsteinen til å rotere på rotasjonsaksen. Problemet med Retrecine oppstår fra umuligheten av å regulere rotasjonshastigheten, som direkte avhenger av hastigheten og derfor av tilgjengeligheten til vannstrømmen.

I det andre tilfellet, der vannhjulet er plassert vertikalt, med rotasjonsaksen horisontal [25] :

Fra og med den industrielle revolusjonen , og gjennom det 20. århundre, brukte noen fabrikker et horisontalt hjul, med en vertikal akse, kjent som en " turbin " , spesielt når det gjelder oljemøller , som var mindre i størrelse. Vannstanden ble holdt i tilstrekkelig høy høyde over møllen av en liten demning eller et hodelag utstyrt med en port. Denne tekniske enheten tillot fisken å passere trygt gjennom hjulet, uten å risikere å bli skadet eller drept. I alle tilfeller beskyttet et gitter hjulet eller turbinen mot grener, stammer eller gjenstander som ble båret av strømmen som kunne skade disse mekaniske delene. Skjermen måtte rengjøres regelmessig.

De fleste vannmøller i Storbritannia og USA hadde et vertikalt vannhjul. Hjulets bevegelse rundt en horisontal akse kan brukes til å løfte hammere i en smie, for fylling og så videre. Horisontal rotasjon måtte gjøres om til vertikal rotasjon ved hjelp av tannhjul, kalt lanterner.

Vannmøller som utnyttet bekker besto ofte av lettbygde horisontale hjul.

Bruk

Vannmøller ble brukt til flere bruksområder før den industrielle epoken . Noen er:

Noen eksempler på steder som bruker (eller brukte) hydraulisk energi:

Merknader

  1. ^ ( FR ) Jean Gimpel, La révolution industrielle du Moyen Age , Paris, Seuil, 1975, s. 129-130.
  2. ^ ( FR ) Jean Gimpel, La révolution industrielle du Moyen Age , Paris, Seuil, 1975, s. 149-150.
  3. ^ Hugh P. Vowles, Early Evolution of Power Engineering , i Isis , vol. 17, n. 2, 1932, s. 412-420, DOI : 10.1086 / 346662 .
  4. ^ Needham (1986), bind 4, del 2, 390-392
  5. ^ de Crespigny (2007), 184
  6. ^ Needham (1986), bind 4, del 2, 370.
  7. ^ de Crespigny (2007), 1050.
  8. ^ Needham (1986), bind 4, del 2, 88-89.
  9. ^ Needham (1986), bind 4, del 2, 396-400.
  10. ^ a b c d e Needham (1986), bind 4, del 2, 400.
  11. ^ Needham (1986), bind 4, del 2, 400-401.
  12. ^ a b Needham (1986), bind 4, del 2, 401.
  13. ^ Reynolds, s. 14.
  14. ^ Pacey, s. 10.
  15. ^ Pacey, s. 36.
  16. ^ Iqtidar Husain Siddiqui, "Water Works and Irrigation System in India during Pre-Mughal Times", Journal of the Economic and Social History of the Orient , bind 29, nr. 1 (feb., 1986), s. 52-77.
  17. ^ al-Hassani, Woodcock og Saoud (2006) Muslim Heritage in Our World, FSTC Publishing, s.115
  18. ^ Ahmad Y Hassan, Effekten av svinghjulet i Saqiya .
  19. ^ Adam Robert Lucas (2005), "Industriell fresing i den antikke og middelalderske verden: En undersøkelse av bevisene for en industriell revolusjon i middelalderens Europa", Teknologi og kultur 46 (1), s. 1-30 [10].
  20. ^ Ahmad Y Hassan , Overføring av islamsk teknologi til vesten, del II: Overføring av islamsk ingeniørkunst .
  21. ^ Adam Robert Lucas (2005), "Industriell fresing i den antikke og middelalderske verden: En undersøkelse av bevisene for en industriell revolusjon i middelalderens Europa", Teknologi og kultur 46 (1), s. 1-30 [11].
  22. ^ Donald Routledge Hill , "Mechanical Engineering in the Medieval Near East", Scientific American , mai 1991, s. 64-69. ( jf. Donald Routledge Hill , Mechanical Engineering . Arkivert 25. desember 2007 på Internet Archive .)
  23. ^ Adam Robert Lucas, Industriell fresing i antikkens og middelalderens verdener. A Survey of the Evidence for an Industrial Revolution in Medieval Europe , in Technology and Culture , Vol. 46, (januar 2005), s. 1-30 (17).
  24. ^ AD 787 Tide Mill , Nord-Irland .
  25. ^ Energimuseum , på museoenergia.it . Hentet 19. januar 2017 .

Bibliografi

Relaterte elementer

Andre prosjekter

Eksterne lenker