La Coclea o Vite di Archimede
PON In viaggio con Archimede Prof. Mennea Giovanni
Introduzione La vite idraulica di Archimede, detta anche còclea (dal latino cochlea, propriamente "chiocciola"), è un dispositivo elementare usato per: A) sollevare un liquido (ad esempio acqua) o un materiale granulare (ad esempio sabbia, ghiaia o solidi frantumati); B) sfruttare l'energia cinetica associata alla discesa del fluido lungo tale dispositivo.
Cenni storici La tradizione vuole che, mentre era ad Alessandria d'Egitto, ad Archimede venne un’idea: un meccanismo di geniale semplicità ed efficacia Sostanzialmente una pompa, a forma di spirale, costituita da una vite senza fine, che gira all’interno di un rullo cilindrico, in grado di esser messa in funzione anche da un solo uomo.
Cenni storici Ma nonostante la vite di Archimede è attribuita ad Archimede (287-212 aC) sulla base delle testimonianze di Diodoro Siculo e di Ateneo, recenti studi indicano però che essa potrebbe essere molto anteriore ad Archimede e che fosse utilizzata per irrigare i giardini pensili di Babilonia. Archimede, ad Alessandria per studi, avrebbe cosÏ importato in Italia tale strumento già conosciuto in area medio-orientale; la testimonianza di Ateneo potrebbe supportare questa teoria.
Il suo uso Sebbene si tratti in genere di una macchina operatrice, in quanto assorbe energia per lo svolgimento di un lavoro svolto sul fluido (in modo da sollevarlo), in alcune applicazioni può essere utilizzata come macchina motrice (si parla in questo caso di turbina a vite)
Video Coclea manuale e turbina
Macchina operatrice Nel caso più comune è utilizzata per il sollevamento di un liquido o materiale granulare. La macchina è costituita da una grossa vite posta all'interno di un tubo e la parte inferiore del tubo è immersa nel liquido da sollevare. Ponendo in rotazione la vite, ogni passo raccoglie un certo quantitativo di liquido, che viene sollevato lungo la spirale fino ad uscire dalla parte superiore. L'energia necessaria alla rotazione può essere fornita dalla rotazione di una maniglia, da animali, da eliche di mulini a vento o da un trattore agricolo.
Macchina operatrice (2) Il contatto tra la vite ed il tubo non deve necessariamente essere a tenuta stagna, poichÊ la quantità di acqua sollevata ad ogni giro è elevata rispetto alle possibili perdite. Inoltre l'acqua filtrata da un passo finisce nel passo inferiore che la risolleva e cosÏ via, contenendo la perdita di efficienza complessiva. Esistono anche varianti della vite di Archimede in posizione orizzontale, utilizzate ad esempio per movimentare materiali granulari.
Macchina motrice Può essere paragonata alla ruota di un mulino ad acqua, detta "ruota ad acqua". Tuttavia, rispetto alla ruota ad acqua, la turbina a vite ha un rendimento molto piÚ elevato. La turbina è costituita da un rotore a tubolare con saldata una vite a spirale, che ruota in una contenitore metallico semicircolare chiamato "trogolo". L'acqua scorre nella turbina e, per gravità , spinge la spirale, che ha funzione di pala, facendo ruotare la turbina sul suo asse e muovendo la turbina.
Macchina motrice (2) Questa caratteristica identifica la coclea come turbina a gravità. Il flusso dell’acqua, cioè, non avviene a pressione, come per le turbine convenzionali, ma grazie al proprio peso. Ciò consente a questa tipologia di turbine di operare senza necessità di essere intubate, ma utilizzando corsi d’acqua a pelo libero. L'acqua fluisce liberamente dall'imbocco a monte fino allo scarico a valle. Il movimento rotatorio della turbina viene trasformato in energia grazie alla applicazione di un moltiplicatore e di un generatore.
Applicazioni La vite di Archimede è usata principalmente per sollevare acqua per l'irrigazione oppure per sollevare il grano e confinarlo nei silos. Ăˆ ad esempio usata per il continuo drenaggio di acqua. Nella sua variante, a funzionamento inverso, di turbina a vite è invece utilizzata in centrali idroelettriche di bassa potenza (piccolo idroelettrico) per convertire il moto di caduta dell'acqua in energia elettrica.