Parafuso de Arquímedes

Un parafuso de Arquímedes é unha máquina gravimétrica helicoidal empregada para a elevación de auga, fariña, cereais ou material escavado. Adoita considerarse que o inventou no século III a.C. Arquímedes, do que recibe o seu nome, aínda que é moi probable que xa se utilizase no antigo Exipto en épocas anteriores.^[1] É un cilindro oco, situado sobre un plano inclinado, que permite elevar o corpo ou fluído situado por baixo do eixe de xiro. Desde a súa invención empregouse para o bombeo. É un parafuso sen fin polo seu circuíto infinito.

O parafuso de Arquímedes é a bomba de desprazamento positivo máis antiga coñecida.^[2] Os primeiros rexistros do aparato remóntanse ao Exipto helenístico antes do século III a.C.^[2][3] O parafuso exipcio, usado para levantar auga do Nilo, estaba composto por tubos enrolados arredor dun cilindro; a medida que xira toda a unidade, a auga elévase dentro do tubo en espiral ata a cota máis alta. Un deseño de bomba de parafuso posterior de Exipto tiña unha rañura en espiral cortada no exterior dun cilindro de madeira maciza e despois o cilindro estaba cuberto por táboas ou follas de metal que cubrían de preto as superficies entre as rañuras.^[2]

Algúns investigadores propuxeron que este dispositivo foi usado para regar os xardíns colgantes de Babilonia, unha das sete marabillas do mundo antigo. Unha inscrición cuneiforme do rei asirio Senaquerib (704–681 a.C.) foi interpretada por Stephanie Dalley^[4] para describir parafusos de fundición en bronce uns 350 anos antes. Isto é consistente co autor clásico Estrabón, que describe os xardíns colgantes como irrigados por parafusos.^[5]

A bomba de parafuso foi introducida máis tarde desde Exipto a Grecia.^[2] Foi descrito por Arquímedes,^[6] con motivo da súa visita a Exipto, contra o 234 a.C.^[7] Esta tradición pode reflectir só que o aparello era descoñecido para os gregos antes dos tempos helenísticos.^[6] Arquímedes nunca reclamou crédito pola súa invención, mais 200 anos despois foille atribuída por Diodoro, quen cría que Arquímedes inventara a bomba de parafuso en Exipto.^[2] As representacións de parafusos gregos e romanos mostran que estaban accionados por un ser humano que pisaba a carcasa exterior para converter todo o aparello nunha soa peza, o que requiriría que a carcasa estivese unida rixidamente ao parafuso.

O enxeñeiro alemán Konrad Kyeser equipou o parafuso de Arquímedes cun mecanismo de manivela na súa Bellifortis (1405). Este mecanismo substituíu rapidamente a antiga práctica de facer funcionar a bomba pisando.^[8]

Consiste nun parafuso (superficie helicoidal que rodea un cilindro) dentro dun tubo. O movemento deste aparato conséguese grazas a un muíño ou por traballo manual. Debido a que o parafuso rota, este fai que o líquido que se atopa debaixo ascenda pola superficie helicoidal que o rodea. Se cae auga dunha sección, esta se recolle pola seguinte, que probablemente faga que suba de novo. Porén, este feito reduce a eficiencia do parafuso.

Nalgúns deseños, o tubo que rodeo o parafuso tamén rota á vez que este en vez de quedar fixo. O parafuso podería estar selado con resina ou algún outro adhesivo na súa parte exterior. Así mesmo pode fundirse sobre unha peza de bronce. Existen descricións dos que usaban os gregos e os romanos, que se valían da forza humana para poñelos en movemento na carcasa, de forma que todo era unha peza.

Os estudos mostran que o volume de fluxo que pasa a través dos parafusos de Arquímedes é función da profundidade de entrada, do diámetro e da velocidade de rotación do parafuso.^[9] Polo tanto, podería utilizarse a seguinte ecuación analítica para deseñar parafusos de Arquímedes:^[10]

${\displaystyle D_{O}=(16\pi Q}/{\sigma \omega (2\theta _{O}-sin2\theta _{O})-\delta ^{2}(2\theta _{i}-sin(2\theta _{i}))^{1/3}}$

onde ${\displaystyle D_{O}}$ está en ${\displaystyle (m)}$; ${\displaystyle \omega }$ é a velocidade de rotación do parafuso en (${\displaystyle rad/s}$) e ${\displaystyle Q}$ é a taxa de fluxo volumétrico en (${\displaystyle m^{3}/s}$).

Baseándose nos estándares comúns que empregan os deseñadores de parafusos de Arquímedes, esta ecuación podería simplificarse a:^[11]

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

O valor de ${\displaystyle \eta }$ pode simplificarse usando o grafo ${\displaystyle \eta }$^[10] ou o grafo ${\displaystyle \Theta }$.^[11] Coa determinación de ${\displaystyle D_{O}}$ os outros parámetros para o deseño poden ser calculados de xeito doado empregando paso a paso un método analítico.^[10]

Ademais do uso nos sistemas de regadío, empregouse para a recuperación de terra nos Países Baixos, entre outros. Obtense a terra do mar e a auga que trae bombéase fóra da área pechada, comezando o proceso de drenaxe da terra para o seu uso na agricultura.

Tamén foi utilizado polo enxeñeiro de solos John Burland en 2001 para estabilizar a torre de Pisa. Retiráronse pequenas cantidades de subsolo saturado de auga por debaixo da parte norte da torre. Desta forma corrixiuse a súa inclinación.

Emprégase nas plantas de tratamento de augas residuais, xa que deben enfrontarse a diferentes taxas de fluxo e con sólidos en suspensión. Fan uso del aparatos como sopradores de neve ou elevadores de gran. Atópase o mesmo principio aplicado en piscifactorías, onde os usan para levantar os peixes de xeito seguro e transportalos a outro lugar. Así, evítase a manipulación física dos peixes.

Non só serve para transportar auga, senón tamén corpos, como os grans nos sistemas de silos. Os parafusos de Arquímedes tamén se usan nas fontes de chocolate.

O parafuso de Arquímedes tamén se emprega para a acción inversa ás anteriores. A auga vértese pola parte superior do parafuso, facéndoo xirar. Isto permite obter enerxía facendo que o parafuso accione un xerador eléctrico. Existen moitas centrais que utilizan este método, como Sttle Hydro e Hydro Torrs, dous proxectos microeléctricos que están a operar en Inglaterra.

Wikimedia Commons ten máis contidos multimedia na categoría:  Parafuso de Arquímedes

• Kantert, P. J.: Manual for Archimedean Screw Pump, Hirthammer Verlag 2008, ISBN 978-3-88721-896-6.
• Kantert, P. J.: Praxishandbuch Schneckenpumpe, Hirthammer Verlag 2008, ISBN 978-3-88721-202-5.
• Kantert, P. J.: Praxishandbuch Schneckenpumpe - edición 2, DWA 2020, ISBN 978-3-88721-888-1.
• Oleson, John Peter (1984), Greek and Roman mechanical water-lifting devices. The History of a Technology, Dordrecht: D. *Reidel, ISBN 90-277-1693-5
• Oleson, John Peter (2000), "Water-Lifting", in Wikander, Örjan, Handbook of Ancient Water Technology, Technology and Change in History, 2, Leiden, pp. 217–302 (242–251), ISBN 90-04-11123-9
• White, Jr., Lynn (1962), Medieval Technology and Social Change, Oxford: Clarendon Press

• Máquina hidráulica
• Bomba hidráulica

• The Turn of the Screw: Optimal Design of an Archimedes Screw, por Chris Rorres, PhD.
• "Parafuso de Arquímedes" por Sándor Kabai, Wolfram Demonstrations Project, 2007.
• "Exemplos de parafusos de Arquímedes" Arquivado 25 de decembro de 2021 en Wayback Machine., 2021