Trabalho sobre motores de corrente contínua

INTRODUÇÃO À PESQUISA

Acadêmicos¹

Tutor Externo²

        

RESUMO

A principal função do Parafuso de Arquimedes é bombear fluídos ou grãos, de um nível a outro, quando os desníveis não são considerados muito elevados. Realizado revisão literária sobre o assunto, para aprofundar o conhecimento nas funcionalidades do parafuso e sua aplicação,  o qual fundamentou a construção de um protótipo utilizando a sistemática do Parafuso de Arquimedes. Descrito materiais e métodos para a construção do protótipo. Interpretar de forma qualitativa o experimento prático. Por fim, após analise de resultados, apresentam-se as conclusões.

Palavras-chave: Parafuso. Arquimedes. Protótipo.

1. INTRODUÇÃO

Arquimedes foi um filósofo e matemático grego, que viveu entre 287 e 212 a.C., em Siracusa, Sicília, uma ilha. Apesar de pouco se conhecer sobre sua vida, sabe-se que foi filho de um astrônomo chamado Fídias. Foi educado em Alexandria, no Egito. Uma pessoa muito sábia, com uma mente inovadora, famoso por ter imortalizado a expressão “EUREKA” (que significa encontrei!, em grego) em suas grandes ideias e invenções, e responsável pela descoberta do comportamento das forças que atuam nos corpos imersos em fluidos. Consagrou-se em geometria e destacava-se desde jovem em seus trabalhos científicos. Teve sua morte, já idoso, quando Roma, que surgia como potência invadiu sua cidade.

Arquimedes criou um mecanismo antigo, conhecido como o Parafuso de Arquimedes, porém ainda utilizado no transporte de diversos tipos de materiais de um nível para o outro. O sistema de funcionamento do parafuso de Arquimedes consiste em um tubo com uma rosca interna. Esse tubo deve ser mergulhado em uma das extremidades no material desejado para ser transportado, e quando gira-se o tubo com a rosca interna, o material entra pela rosca e sobe ao longo do eixo até transbordar na parte superior. Embora essa invenção tenha sido sempre atribuída a Arquimedes é bem possível que este dispositivo já fosse utilizado pelos egípcios no transporte de água das minas, dos poços e do rio Nilo para lugares mais elevados.

Também conhecido como bomba de parafuso, é um sistema feito para transferência de substâncias liquidas ou que escorram de um nível baixo para um mais alto. Originalmente um parafuso era colocado dentro de um tubo cilíndrico oco, colocava-se a extremidade mais baixa dentro da água e rodava-se o parafuso com auxílio de moinho de vento ou até mesmo manual. Na medida que a extremidade inferior do tubo com o parafuso rodava, impulsiona determinado volume de água, desliza pelo parafuso que está dentro do tubo até que saia pela extremidade superior. Inicialmente estes elementos eram de madeira.

O espaço entre o cilindro e o parafuso não necessita ser vedado, pelo fato de a quantidade de água impulsionada a cada volta ser relativa à velocidade angular do parafuso. Atinge-se um tipo de equilibro durante a utilização do parafuso de Arquimedes, pois, caso ocorra excesso de água na extremidade superior, ela automaticamente é vertida para a secção anterior, evitando assim a perda de eficiência.

O Parafuso de Arquimedes utiliza como parâmetros geométricos externos o raio externo, o comprimento e a inclinação, que são determinados pela localização do parafuso e a quantidade de água que será elevada. Já como parâmetros internos, estão o raio interno, o número de voltas e o passo do espiral que são selecionados para otimizar o desempenho do Parafuso de Arquimedes.

O principal objetivo deste trabalho é construir uma máquina que transfira líquidos entre dois pontos com elevações diferentes utilizando a sistemática do Parafuso de Arquimedes. Com a intenção de demonstrar na prática, como funciona o Parafuso de Arquimedes, como foi realizado o experimento e quais os resultados obtidos. Analisar sua sistemática, parâmetros de funcionamento e formas de aplicação em pequena escala.

A metodologia utilizada constituiu em análise teórica, construção de um protótipo, elaboração e análise dos resultados obtidos.

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

De acordo com o historiador Bizantino Joannes Tzetzes, Arquimedes, nasceu por volta de 287 a.C. na cidade portuária de Siracusa, na Sicília. Naquele período, essa comunidade era uma cidade-estado do mundo Grego. Atualmente, Siracusa é uma comunidade que pertence à Itália. O narrador Tzetzes relatou que Arquimedes talvez viveu aproximadamente 75 anos. Ele viveu num período de grande expansão de influência geopolitica do império romano. (AABOE, 1984).

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Figura 1: Retrato de Arquimedes feito por Pigot, século XIX, gravura.

Fonte: SAINT’ PIERRE, 2019.

Segundo (DIJKSTERHUIS, 1987), Arquimedes criava utensílios como bombas para puxar água em parafuso. Acredita-se que ele inventou esse sistema de bombeamento durante sua estadia no Egito. Eram tubos em hélice, presos a um eixo inclinado, acoplado a uma manivela para fazê-lo girar. Eram usados na irrigação dos campos e como bombas de água. Essas máquinas, com esse principio funcional, são usadas até os dias de hoje, para puxar água.

Para Gonçalves (2015 p.53), o parafuso de Arquimedes tem sua aplicabilidade bem variada,  ela se encontra  em  indústria,  no  tratamento de efluentes industriais e domésticos, na produção de energia em água doce, drenagem nos solos, em  drenagem de  águas residuais, entre outros.

Conforme (UCZAI, 2009):

O parafuso de Arquimedes é uma das mais antigas máquinas hidráulicas, utilizada para bombeamento de água. Atualmente estão sendo realizados testes com o sentido inverso do parafuso, servindo como turbina em micro centrais geradoras de eletricidade - CGH. No Brasil a utilização do parafuso de Arquimedes como turbina ainda é inexistente.

O principio do parafuso de Arquimedes contribuiu para o grande avanço das maquinas hidráulicas e continua sendo utilizado até os dias atuais.

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Figura2: Réplica do Parafuso de Arquimedes da segunda metade do Século 18, de autor desconhecido; feita em madeira, latão e cobre. Dimensões: altura 600 mm e base 800 x 210.

Fonte: SAINT’ PIERRE, 2019.

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Figura 3: Selo de Arquimedes e sua invenção, Parafuso de Arquimedes, impresso na Itália, em 1983.

Fonte: FOGAÇA, 2019.

3. MATERIAIS E MÉTODOS

        A metodologia utilizada na elaboração da pesquisa foi  realizado um levantamento de coleta de dados envolvendo materiais bibliográficos para o embasamento da pesquisa, sendo de grande ajuda para a construção teórica.