Avaliação Engenharia da Produção

 O PARAFUSO DE ARQUIMEDES^[a]

Ricardo Silva Bernardes1

Mariane Beatriz Wittman2

1 INTRODUÇÃO

A presente pesquisa tem como objetivo atender os quesitos da disciplina Seminário Interdisciplinar: Parafuso de Arquimedes, para tanto foi realizada uma breve explanação e contextualização da história de Arquimedes, bem como seu contexto histórico e suas principais contribuições para as ciências físicas e matemáticas.

O  parafuso de Arquimedes consiste em  um mecanismo  antigo, sendo utilizado desde as mais remotas civilizações como dispositivo para transportar diversos tipos de materiais de um nível para outro, podendo estes serem líquidos ou sólidos (RIBEIRO, 2014).

Para a realização deste trabalho, foi confeccionada uma maquete e testada a vazão da água, comprovando assim a eficácia deste instrumento nos dias atuais.

1. Acadêmico do curso de Engenharia Civil
2. Tutora Externa do curso Centro Universitário Leonardo da Vinci-UNIASSELVI – Engenharia Civil (ECE0253)- Prática do Módulo I 15/07/2020

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2- FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Arquimedes viveu de 287 a. C a 212 a. C, passou a maior parte de sua vida em Siracusa, território este italiano que na antiguidade pertencia ao mundo grego. A palavra “Arquimedes”, é constituída por duas partes: “arché”, que significa princípio e “medes”, cuja origem é mente/pensamento (ASSIS, 2008).

Arquimedes foi matemático, físico, astrônomo e engenheiro, em sua época era  considerado um dos maiores cientistas, sendo conterrâneo de filósofos gregos antigos. As descobertas de Arquimedes são de suma importância para ciências exatas, tais como: matemática, física e engenharia (ASSIS, 2008).

De acordo com Nussenzveig (1990) Arquimedes fez algumas postulações, dentre elas “ Todo corpo mergulhado num fluido fica submetido a uma força (empuxo) de baixo para cima igual ao peso do volume de fluido deslocado pelo corpo e cuja direção passa pelo ponto onde se encontrava o centro de gravidade do fluido deslocado”.

Devido a seus conhecimentos matemáticos, conseguiu criar projetos, tais como: Balança Hidrostática, alavancas e mecanismos de movimentação de objetos pesados, denominado assim de Parafuso de Arquimedes. Esta obra possuía movimento em espiral, que atualmente ainda é usado no Nilo para transporte de água para territórios mais altos (ASSIS, 2008).

Atualmente o Parafuso de Arquimedes, ilustrado na Figura 1, é tido como um poderoso avanço nas máquinas hidráulicas, em que o princípio continua a ser utilizado nos dias de hoje.

[pic 1]

Figura 1: Parafuso de Arquimedes (Fonte: SOUSA, 2001).

O funcionamento deste Parafuso, foi descrito por vários autores, dentre eles:

O parafuso de Arquimedes consiste num cilindro inclinado, dentro do qual     existe um eixo central ligado a uma chapa em forma helicoidal. A extremidade inferior é imergida no fluido e, através de um movimento giratório contínuo, por meio de uma manivela, a água fica retida entre os espaços existentes na chapa helicoidal e sobe ao longo do eixo inclinado, até transbordar a extremidade superior. Este engenho primitivo seria movido recorrendo à força humana ou através de um moinho de vento (RIBEIRO, 2014).

A inclinação deste parafuso acarreta o tamanho das bolsas de material que se criam enquanto o mesmo gira, a distância a percorrer, acarreta o tempo gasto para ultrapassar o desnível. Todavia a distância percorrida pelo objeto seja grande quando comparada ao desnível a ser vencido, esta invenção permite a elevação de material com pequeno esforço. Leonardo da Vinci (1452-1519), também utilizou esta ferramenta de Arquimedes, em que a “hélice” foi trocada por tubos helicoidais alocados em torno do eixo do cilindro. Inicialmente o objetivo desta ferramenta, o transporte de água, começou a ser utilizado para transportes de outros materiais, tornando-se o mais utilizado meio de elevação de grãos. Também percebemos ser utilizado em escavações e em poucos circunstancias para levar os alimentos até o triturador nas máquinas de moer (ABBOE, 1984).

Ao longo da história, o parafuso se transformou, especialmente com a alteração de força manual, para animal e atualmente com a força mecânica, um exemplo é a utilização de cataventos ou rodas de água.

O objetivo deste trabalho é a construção do Parafuso de Arquimedes, que pode ser entendida como uma máquina hidráulica que transfere líquidos entre pontos com elevações diferentes. Este projeto foi inspirado na estação de bombeamento holandesa de Smitgemaal. A estação foi construída em 1972 e composta por três bombas tipo parafuso de Arquimedes, possui capacidade de bombear 1500m3 por minuto. Esta estação de bombeamento substituiu o trabalho de 19 moinhos de vento.

3 MÉTODO E MATERIAL

Inicialmente foi realizada uma revisão da literatura sobre a vida, obra de Arquimedes e suas descobertas, especialmente o Parafuso de Arquimedes. Já para a confecção do parafuso, foi utilizado em sua maioria materiais fora de uso, tais como: MDF; PVC; madeira; mangueira de vinil transparente, parafuso, cola.

3.1 Material fotográfico

Foi utilizado celular com câmera fotográfica, para registro das imagens que estão em apêndice.

3.2 Montagem

O protótipo foi construído em base de MDF em formato de “L”, foi escolhida esta forma, para a fixação da barra em madeira, sobre a base, formou-se um ângulo de inclinação de 25º. Para melhor observação do caminho percorrido pela água, foi adicionado nela corante da cor vinho. Realizou-se a ligação da mangueira de vinil entre o recipiente superior e o inferior para melhor visualização da água bombeada.

3.2.1 Medidas

As medidas do protótipo são 50cm de comprimento, 35 cm de altura da parte mais baixa, 12,5 cm de altura da parte mais alta e 12,5 cm de largura. A barra em madeira possui 70 cm de comprimento 2cm de diâmetro. O parafuso  possui 50cm de comprimento por 4cm de diâmetro. Foram feitos testes de vazão, o resultado obtido foi de 100 ml por minuto. Com base nas seguintes medidas calculou-se o ângulo ascendente da água bombeada: distância horizontal entre a entrada de água do parafuso e a saída da mesma 50m, elevação vertical do nível mais baixo até o deságue no recipiente superior 12,5cm e a distância percorrida pela água, desde a entrada no parafuso até sua saída 50cm.