De la surubul lui Arhimede la masinile moderne cu elemente elicoidale

PREFATA

Creatia tehnica a dus omenirea de la prima unealta rudimentara din noaptea preistoriei la civilizatia contemporana. Intai omul a ales si a utilizat drept unelte ceea ce se gasea in natura, apoi, odata cu primele rudimente de gandire logica a „fabricat” cele dintai unelte artificiale (piatra cioplita, arcul, cutitul cu maner, harpoane etc.). Remarcabile pentru epoca antica sunt, de exemplu, inventarea rotii (cca. 3400 i.e.n.), apoi in epoca bronzului crearea brazdarului metalic, iar in epoca fierului crearea balamalei (urmare a curbarii usoare a barelor de fier sub forma de bucla) si ca o consecinta inventarea clestelui si a compasului de desen. Existenta compasului a influentat dezvoltarea geometriei in antichitate. Geometria greaca a evoluat bazata exclusiv pe constructiile cu rigla si compasul si a influentat dezvoltarea ingineriei.

In antichitate Arhimede din Siracuza (287-212 i.e.n.) a inventat melcul sau surubul pentru apa, de fapt o pompa elicoidala (un cilindru elicoidal gol pe dinauntru, cu rol de pompa), precum si surubul si piulita din lemn.

In ultimii 250 de ani utilizarea formei elicoidale s-a diversificat si s-a extins. Forma elicoidala este o caracteristica a tuturor suruburilor si piulitelor (spira elicoidala) pe care le intalnim in prezent atat in industrie cat si in activitatea domestica. Forma elicoidala este caracteristica burghielor utilizate la gaurirea materialelor, sculelor de frezat, numeroaselor organe active sub forma de melc ale unor masini (transportoare, alimentatoare si dozatoare, pompe si compresoare cu melc, centrifuge filtrante si de sedimentare cu melc, masini pentru extrudarea unor paste ceramice sau topituri din materiale plastice, a unor paste de uz alimentar etc…), sau sub forma de elice utilizata la propulsia avioanelor, navelor maritime si diverselor ambarcatiuni nautice precum si la generatoarele eoliene de curent electric si in procesele de amestecare.

De la pompa elicoidala (melcul) inventata de Arhimede au trecut multe secole pana ce a inceput perfectionarea si diversificarea utilizarii acesteia. Abia in ultimele aproape trei secole „melcul” lui Arhimede a reintrat in atentia celor preocupati de tehnica. Au fost necesare 60 de generatii pentru a reinventa melcul lui Arhimede, alte 10 generatii pentru a intelege bazele stiintifice ale miscarii materialelor solide, lichidelor, gazelor sau aerului determinata de miscarea de rotatie a unei suprafete elicoidale, parte a unui melc sau a unei elici si inca doua generatii pentru a pune bazele ingineresti ale utilizarii lor eficiente.

De exemplu, pana la sfarsitul celui de-al doilea razboi mondial (1945) elicea a reprezentat singurul mijloc de propulsie aeronautica de larga utilizare. Consumul de combustibil cu 40-60% mai mic in cazul propulsiei cu elice in comparatie cu propulsia cu motor turboreactor, readuce in actualitate utilizarea elicei ca propulsor pentru avioanele care zboara la numere Mach de 0,8 … 0,85.

Extruderea ca si injectarea materialelor plastice se facea, adeseori, in trecut, cu masini cu piston. In aceste masini materialul alimentat in stare solida (granulara sau pulverulenta) este adus in starea de topitura vascoelastica prin incalzire din exterior. Deoarece polimerii au conductivitate termica foarte mica, la diametre relativ mari ale cilindrilor cu piston gradientul radial de temperatura este mare, ceea ce are ca efect neomogenitatea termica si in consecinta inrautatirea calitatii produsului. Nevoia de debite din ce in ce mai mari a impus utilizarea corpurilor melcate in canalele carora stratul de material este relativ subtire, ceea ce impreuna cu zonele de amestecare intensa prevazute pe melc asigura omogenitatea termica a topiturii si permite realizarea unor debite foarte mari in comparatie cu masinile cu piston. Un alt avantaj: masinile cu melc functioneaza continuu, pe cand cele cu piston functioneaza discontinuu.

Surubul pentru apa (Cochlea Archimedis – cum era denumit in antichitate) a fost inventat pornindu-se de la o necesitate practica. In cel de-al doilea razboi punic a fost construita o nava gigant pentru acele vremuri. Aceasta trebuia prevazuta cu posibilitatea evacuarii apei in cazul in care s-ar fi produs unele sparturi in corpul navei, spre a o salva de la scufundare. In acest scop se pare ca a fost inventat surubul pentru apa de catre Arhimede. Ulterior, pe cand se afla in Egipt (circa 260 i.e.n.) Arhimede a utilizat aceasta inventie la irigatii; apa raului asigura actionarea surubului pentru apa.

Creatorii lumii artificiale, diferita de ceea ce se gaseste in mediul nostru natural, au contribuit la evolutia civilizatiei. Intre acestia Arhimede – care si-a utilizat inteligenta si ingeniozitatea spre a rezolva atat probleme de natura stiintifica cat si de natura inginereasca – a avut un rol important in progresul gandirii practice (i se mai atribuie inventarea scripetelui mobil, a rotii dintate si a diverse masini de razboi; a stabilit teoria parghiei si a pus bazele hidrostaticii (principiul lui Arhimede). Este considerat cel mai mare savant lucrator si matematician al antichitatii. Din nefericire, nici unul din urmasii lui imediati nu a fost o personalitate de elita ceea ce a intarziat propagarea si dezvoltarea creatiilor lui Arhimede. Dupa aproape douazeci de secole inventia sa a fost reluata, dezvoltata si diversificata spre utilizare de catre oamenii civilizatiei contemporane.

Arhimede este un stralucit exemplu al inrauririi hotaratoare asupra progresului stiintei si tehnicii, intr-un cuvant al civilizatiei, pe care o au marile personalitati chiar daca aceasta nu se produce imediat ci dupa multe secole.

Autorul

CUPRINS

1. Introducere;
2. Evolutia utilizarii formei elicoidale de-a lungul timpului;
3. Utilizari practice ale melcului si ale elicei;
3.1. Masini cu melc si cu benzi elicoidale in cazul in care nu se produce schimbarea de stare a substantelor procesate;
3.2. Masini cu elice;
3.3. Masini cu melc in cazul in care se produce schimbarea de stare a substantelor procesate;
4. Influenta cercetarilor teoretice si experimentale asupra constructiei si performantelor masinilor de extrudere in ultimii 50 de ani;
5. Concluzii;
Bibliografie.