Pabrik air: nilai penemuan, ruang lingkup, perangkat, dan prinsip operasi

2024 Pengarang: Henry Conors | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-02-12 08:54

Penemuan kincir air sangat penting bagi sejarah dan perkembangan teknologi. Struktur seperti itu pertama kali digunakan untuk meluapkan air di Roma kuno, kemudian mulai digunakan untuk mendapatkan tepung dan untuk keperluan industri lainnya.

Kisah Penemuan

Kincir air ditemukan oleh orang-orang di zaman kuno, berkat itu seseorang menerima mesin yang andal dan sederhana, yang penggunaannya telah berkembang setiap tahun. Pada awal abad pertama SM, ilmuwan Romawi Vitruvius menggambarkan struktur seperti itu dalam risalahnya "10 Buku tentang Arsitektur". Tindakannya didasarkan pada rotasi roda dari dampak aliran air pada bilahnya. Dan aplikasi praktis pertama dari penemuan ini adalah kemungkinan menggiling biji-bijian.

Sejarah penggilingan berawal dari batu giling pertama yang digunakan oleh orang kuno untuk mendapatkan tepung. Perangkat tersebut pada awalnya manual, kemudian mereka mulai menggunakan kekuatan fisik budak atau hewan yang memutar roda tepung.

Sejarah kincir air dimulai dengan penggunaan desain roda yang digerakkan oleh kekuatan aliran sungai untuk melakukanproses penggilingan biji-bijian menjadi tepung, dan dasar untuk ini adalah penciptaan mesin pertama. Mesin kuno berevolusi dari perangkat irigasi yang disebut chadufon, yang digunakan untuk mengangkat air dari sungai untuk mengairi tanah dan ladang. Perangkat tersebut terdiri dari beberapa sendok yang dipasang di tepi: selama rotasi, mereka direndam dalam air, mengambilnya, dan setelah mengangkatnya, mereka membalikkannya menjadi parasut.

Penataan kincir angin kuno

Seiring waktu, orang mulai membangun kincir air dan menggunakan tenaga air untuk memproduksi tepung. Selain itu, di daerah datar, pada kecepatan aliran sungai yang rendah, bendungan dibangun untuk meningkatkan tekanan, sehingga memastikan peningkatan permukaan air. Untuk mengirimkan gerakan ke perangkat penggilingan, motor roda gigi diciptakan, yang dibuat dari dua roda yang bersentuhan dengan pelek.

Menggunakan sistem roda dengan diameter berbeda, yang sumbu rotasinya sejajar, para penemu kuno mampu mentransfer dan mengubah gerakan yang dapat diarahkan untuk kepentingan manusia. Selain itu, roda yang lebih besar harus membuat putaran lebih sedikit sebanyak diameternya melebihi yang kedua, yang kecil. Sistem roda gigi pertama mulai digunakan 2 ribu tahun yang lalu. Sejak saat itu, para penemu dan mekanik dapat membuat banyak variasi roda gigi, tidak hanya menggunakan 2 roda, tetapi lebih banyak roda.

Perangkat kincir air zaman kuno, dijelaskanVitruvius, berisi 3 bagian utama:

Mesin yang terdiri dari roda vertikal yang memiliki bilah yang diputar oleh air.
Mekanisme transmisi adalah roda gigi vertikal kedua (transmisi) yang memutar roda ketiga horizontal yang disebut pinion.
Mekanisme penggerak terdiri dari dua batu giling: yang atas digerakkan oleh roda gigi dan dipasang pada poros vertikalnya. Biji-bijian untuk tepung dituangkan ke dalam corong ember yang terletak di atas batu giling atas.

Kincir air dipasang di beberapa posisi relatif terhadap aliran air: hilir - di sungai dengan laju aliran tinggi. Yang paling umum adalah struktur "menggantung", dipasang pada aliran bebas, terendam air oleh bilah bawah. Selanjutnya, mereka mulai menggunakan kincir air jenis medium dan top-piercing.

Efisiensi maksimum yang mungkin (efisiensi=75%) diberikan oleh pekerjaan jenis overhead atau curah, yang banyak digunakan dalam pembangunan pabrik terapung "kano" yang mengalir di sungai besar: Dnieper, Kura, dll.

Pentingnya penemuan kincir air adalah ditemukannya mekanisme antik pertama yang nantinya dapat digunakan untuk produksi industri, yang menjadi tahapan penting dalam sejarah perkembangan teknologi.

Struktur hidrolik abad pertengahan

Kincir air pertama di Eropa, menurut data sejarah, muncul pada masa pemerintahan Charlemagne (340 M) di Jerman dandipinjam dari orang Romawi. Pada saat yang sama, mekanisme seperti itu dibangun di sungai-sungai Prancis, di mana pada akhir abad ke-11. sudah ada sekitar 20 ribu pabrik. Pada saat yang sama, sudah ada lebih dari 5,5 ribu dari mereka di Inggris.

Kincir air pada Abad Pertengahan tersebar luas di seluruh Eropa, digunakan untuk memproses produk pertanian (pabrik tepung, pabrik minyak, fuller), untuk mengangkat air dari tambang dan dalam produksi metalurgi. Pada akhir abad ke-16 sudah ada 300 ribu dari mereka, dan pada abad ke-18. - 500 ribu. Pada saat yang sama, peningkatan teknis dan peningkatan pertumbuhan daya (dari 600 menjadi 2220 tenaga kuda) terjadi.

Artis dan penemu terkenal Leonardo da Vinci, dalam catatannya, juga mencoba menemukan cara baru untuk menggunakan energi dan kekuatan air dengan bantuan roda. Dia mengusulkan, misalnya, desain gergaji vertikal, yang digerakkan oleh aliran air yang disuplai ke roda, yaitu, prosesnya menjadi otomatis. Leonardo juga membuat gambar beberapa opsi untuk menggunakan struktur hidrolik: air mancur, cara mengeringkan rawa, dll.

Contoh mencolok dari pembangkit listrik tenaga air adalah mekanisme pasokan air untuk air mancur dan pasokan air istana di Versailles, Trianon dan Marly (Prancis), di mana sebuah bendungan didirikan secara khusus di sungai. Pukat. Dari reservoir, air disuplai di bawah tekanan ke 14 roda penusuk bawah berukuran 12 m, mereka mengangkatnya dengan bantuan 221 pompa ke ketinggian 162 m ke saluran air, dari mana ia mengalir ke istana dan air mancur. Volume harian air yang dipasok adalah 5 ribu m3^3.

Cara kerja kincir air

Desain pabrik semacam itu tetap tidak berubah selama berabad-abad. Bahan utama untuk konstruksi adalah kayu, dari mana gudang dibangun, roda dan poros dibuat. Logam hanya digunakan di beberapa bagian: as, pengencang, braket. Kadang-kadang, lumbung dibuat dari batu.

Jenis pabrik yang menggunakan energi air:

Whorled - dibangun di atas sungai pegunungan yang mengalir deras. Secara desain, mereka mirip dengan turbin modern: bilah dibuat pada roda vertikal pada sudut ke pangkalan, ketika aliran air turun, rotasi terjadi, dari mana batu giling bergerak.
Roda, di mana roda "air" itu sendiri berputar. Dua jenis dibangun - dengan pertempuran bawah dan atas.

Air berasal dari bendungan menuju kincir angin, kemudian dialirkan melalui saluran ke roda dengan parit, yang berputar di bawah beratnya. Saat menggunakan pertarungan yang lebih rendah, desain dengan bilah digunakan, yang digerakkan saat direndam dalam aliran air. Untuk meningkatkan efisiensi kerja, bendungan sering digunakan, yang hanya memblokir sebagian sungai, yang disebut anugerah.

Gambar di bawah ini menunjukkan perangkat kincir air kayu yang khas: gerakan rotasi berasal dari penggerak bawah (roda) [6], di atas ada ember (bunker) [1] untuk biji-bijian dan parasut [2], mengumpankannya ke batu gilingan [3]. Tepung yang dihasilkan jatuh ke nampan [4], lalu tumpah ke peti atau tas [5].

Penyesuaian suplai biji-bijian dilakukan dengan dispenser, kotak khusus dengan lubang yang mempengaruhi kehalusan penggilingan tepung. Setelah menerimanya, perlu untuk menyaring saringan khusus yang dipasang di atas peti, yang diayunkan menggunakan mekanisme kecil.

Beberapa kincir air digunakan tidak hanya untuk menggiling biji-bijian, tetapi juga untuk mengupas millet, buckwheat atau oat, dari mana sereal dibuat. Mesin seperti itu disebut crouper. Pemilik wiraswasta menggunakan struktur gilingan untuk menderek derek, untuk kain flanel tenunan sendiri, untuk menyisir wol, dll.

Membangun pabrik di Rusia

Dalam kronik Rusia kuno, penyebutan kincir dan kincir air terjadi sejak abad ke-9. Awalnya, mereka digunakan secara eksklusif untuk menggiling biji-bijian, yang dijuluki "tepung" dan "roti". Pada 1375, Pangeran Podolsky Korpatovich memberikan hak kepada biara Dominika untuk membangun pabrik gandum dengan piagam. Dan pada tahun 1389, bangunan seperti itu diserahkan kepada istri Pangeran Dmitry Donskoy dengan wasiat.

Di Veliky Novgorod, sebuah dokumen kulit kayu birch yang menyebutkan pembangunan pabrik berasal dari abad ke-14. Kronik Pskov dari abad ke-16. ceritakan tentang pembangunan struktur seperti itu di Sungai Volkhov, yang melibatkan seluruh penduduk setempat. Sebuah bendungan dibangun untuk menutupi sebagian sungai, tetapi runtuh karena banjir yang parah.

Di medan datar, kincir air di Rusia dibangun dengan roda pengisi di atas kepala. Pada abad 14-15. perangkat whorled mulai muncul di manaroda ditempatkan secara horizontal pada poros vertikal.

Desain ini dibuat oleh master otodidak tanpa gambar dan diagram. Selain itu, mereka tidak hanya menyalin struktur yang sudah dibangun, tetapi setiap kali menambahkan inovasi mereka sendiri ke perangkat mereka. Bahkan pada masa Peter the Great, para master dari negara-negara Eropa mulai datang ke Rusia, yang menunjukkan keahlian dan pengetahuan mereka di bidang ini.

Salah satu rekan Peter, insinyur terkenal William Genin, yang membangun 12 pabrik besar di Ural, dapat memastikan pengoperasiannya dari pembangkit listrik tenaga hidrolik. Selanjutnya, energi air banyak digunakan oleh para spesialis dalam konstruksi perusahaan pertambangan dan pengerjaan logam di seluruh Rusia.

Pada awal abad ke-18, sekitar 3 ribu pabrik beroperasi di seluruh wilayah, yang menggunakan instalasi hidrolik untuk fungsi produksi. Ini adalah perusahaan metalurgi, penggergajian, kertas, tenun dan lainnya.

Kompleks paling terkenal dan unik untuk menyediakan energi ke pabrik penambangan dan peleburan dibangun pada tahun 1787 oleh insinyur K. D. Frolov di tambang Zmeinogorsk, yang tidak memiliki analog di dunia. Ini termasuk bendungan, struktur asupan air, dari mana air melewati adit bawah tanah ke saluran terbuka (panjang 535 m) ke pabrik, di mana roda penggergajian berputar. Selanjutnya, air mengalir melalui saluran bawah tanah berikutnya ke kincir air mesin untuk mengangkat bijih dari tambang, lalu ke yang ketiga dan keempat. Pada akhirnya, mengalir melalui adit yang panjangnya lebih dari 1 km kembali ke sungai di bawah bendungan, total jalurnya lebih dari 2 km,diameter roda terbesar adalah 17 m. Semua struktur dibangun dari bahan lokal: tanah liat, kayu, batu, dan besi. Kompleks ini telah berhasil beroperasi selama lebih dari 100 tahun, tetapi hanya bendungan tambang Zmeinogorsky yang bertahan hingga hari ini.

Penelitian di bidang hidrolika juga dilakukan oleh ilmuwan terkenal M. V. Lomonosov, yang mempraktikkan pemikiran ilmiahnya, berpartisipasi dalam penciptaan perusahaan kaca berwarna berdasarkan pengoperasian instalasi hidrolik dengan tiga roda. Karya dua akademisi Rusia lainnya - D. Bernoulli dan L. Euler - memperoleh signifikansi dunia dalam penggunaan hukum hidrodinamika dan teknik hidrolik dan meletakkan dasar teoretis dari ilmu-ilmu ini.

Menggunakan energi air di Timur

Penggunaan kincir air di Cina pertama kali dijelaskan secara rinci dalam buku Sunn Yingxing pada tahun 1637. Ini merinci penggunaannya untuk produksi metalurgi. Struktur Cina biasanya horizontal, tetapi kapasitasnya cukup tinggi untuk menghasilkan tepung dan logam.

Penggunaan energi air pertama kali dimulai pada tahun 30-an. n. e., setelah ditemukannya mekanisme reciprocating berbasis kincir air oleh pejabat Cina.

Di Tiongkok kuno, beberapa ratus pabrik dibangun, terletak di sepanjang sungai, tetapi pada abad ke-10. pemerintah mulai melarang mereka karena terhalangnya navigasi sungai. Pembangunan pabrik secara bertahap diperluas di negara tetangga: Jepang dan India, di Tibet.

Kincir air di negara-negara Islam

NegaraTimur, di mana orang-orang memeluk agama Islam, sebagian besar merupakan wilayah dengan iklim yang sangat panas. Sejak zaman kuno, pasokan air secara teratur sangat penting. Saluran air dibangun untuk memasok air ke kota-kota, dan untuk mengangkatnya dari sungai, pabrik dibangun, yang mereka sebut "norias".

Menurut sejarawan, struktur seperti itu pertama kali didirikan 5 ribu tahun yang lalu di Suriah dan negara-negara lain. Di Sungai Orontes, salah satu yang terdalam di negara ini, konstruksi elevator tersebar luas dalam bentuk roda besar kincir air, yang mengambil air dengan banyak bilah dan memasoknya ke saluran air.

Contoh nyata dari struktur seperti itu adalah lift kota Hama, yang bertahan hingga zaman kita, yang konstruksinya berasal dari abad ke-13. Mereka terus bekerja hingga hari ini, menjadi ornamen dan landmark kota.

Penggunaan PLTA di berbagai industri

Selain memperoleh tepung, lingkup pabrik air diperluas ke jenis industri berikut:

untuk meliorasi dan menyediakan air untuk tanaman di ladang;
penggergajian kayu yang menggunakan tenaga air untuk mengolah kayu;
metalurgi dan pengolahan logam;
dalam penambangan untuk mengolah batu atau batuan lainnya;
di pabrik tenun dan wol;
untuk mengangkat air dari tambang, dll.

Salah satu contoh penggunaan tertuatenaga air - penggergajian kayu di Hierapolis (Turki), mekanismenya ditemukan selama penggalian dan berasal dari abad ke-6. n. e.

Di beberapa negara Eropa, para arkeolog telah menemukan sisa-sisa penggilingan tua dari zaman Romawi Kuno, yang digunakan untuk menghancurkan kuarsa yang mengandung emas yang ditambang di tambang.

Kompleks terbesar menggunakan tenaga air dibangun, menurut data sejarah, pada abad ke-1. di selatan Prancis dengan nama Barbegal, yang memiliki 16 kincir air yang memasok energi ke 16 pabrik tepung, sehingga menyediakan roti ke kota terdekat Alert. Setiap hari, 4,5 ton tepung diproduksi di sini.

Kompleks pabrik serupa di Janiculum Hill memasok pasokan pada abad ke-3. kota Roma, yang dihargai oleh Kaisar Aurelian.

Membuat struktur air dengan tangan Anda sendiri

Elemen arsitektur seperti kincir air telah mendapatkan popularitas bersama dengan kolam, air terjun, atau air mancur. Tentu saja, struktur seperti itu melakukan fungsi dekoratif daripada fungsi praktis. Setiap pemilik yang memiliki keterampilan untuk mengerjakan bagian-bagian kayu dapat membangun kincir air dengan tangannya sendiri.

Disarankan untuk memilih ukuran roda minimal 1,5 m, tetapi tidak lebih dari 10 m, tergantung pada luas situs. Rumah penggilingan juga dipilih sesuai dengan tujuan masa depan: bangunan untuk menyimpan inventaris, area bermain untuk anak-anak, dan dekorasi wilayah.

Produksi suku cadang:

sebagai dasar untuk kincir air, Anda dapat mengambil sepeda atau pohon tumbang, tempat bilahnya dipasang; berada di tengahitu harus memiliki pipa yang berputar;
produk jadi dipasang pada bantalan pada 2 penyangga, yang terbuat dari balok kayu ek, sudut logam, batu bata;
ke bagian atas roda harus sesuai dengan saluran tempat air mengalir ke bilah; itu dibawa baik dari selang dengan pompa, atau datang setelah hujan;
semua bagian direkomendasikan untuk diproses untuk meningkatkan masa pakai: kayu - dipernis, logam - dicat terhadap korosi;
untuk mengalirkan air, letakkan saluran searah bedengan atau ke wadah lain;
pada tahap akhir, bangunan didekorasi dengan elemen dekoratif.

Mendirikan kincir air dekoratif di pedesaan akan menjadi tambahan estetika yang bagus untuk lanskap.

kincir angin bersejarah yang terkenal

Kincir air terbesar yang beroperasi "Lady Isabella" terletak di dekat desa Lexie di Isle of Man di Laut Irlandia. Struktur ini didirikan pada tahun 1854 oleh insinyur otodidak Robert Casement untuk menghormati istri gubernur jenderal setempat, dan tujuan pembangunannya adalah untuk memompa air tanah dari tambang lokal untuk ekstraksi sumber daya alam (seng, timah, dll..).

Saluran diletakkan secara khusus, di mana air dari sungai pegunungan melewati jembatan dan diumpankan untuk memutar roda dengan diameter 22 m, yang masih dianggap yang terbesar di dunia, berkat yang banyak wisatawan miliki sudah menikmati kesuksesantahun.

Salah satu pemandangan asli Prancis adalah kincir air tua yang terletak di dekat kota Vernon (Prancis). Keunikannya terletak pada kenyataan bahwa ia bertumpu pada 2 pilar jembatan batu tua yang pernah menghubungkan tepi Sungai Seine. Tanggal pasti pembangunannya tidak diketahui, namun, menurut beberapa sumber, itu didirikan selama periode penentangan terhadap Richard si Hati Singa dan memiliki kepentingan strategis. Pada tahun 1883, seniman terkenal Claude Monet mengabadikannya di salah satu kanvasnya.

Pembuatan kincir air merupakan langkah penting dalam sejarah perkembangan teknologi, karena dianggap sebagai desain pertama yang dapat digunakan untuk berbagai keperluan pengolahan hasil pertanian dan lainnya, yang merupakan langkah awal menuju mesin produksi di dunia.