Costruzione di una Ruota Idraulica: Una Guida Dettagliata

L'energia idraulica ha nella ruota uno strumento di importanza capitale nell'evoluzione delle società. Da sottolineare come i metodi di calcolo e costruttivi siano il risultato di una approfondita ricerca su testi d'epoca e trattati specifici, abbinata a una serie di rilievi su ruote idrauliche ancora esistenti.

Ricco di illustrazioni e di formule, così come di esempi pratici di modelli di ruote adatte alle varie diverse situazioni.

Tipologie di Ruote Idrauliche

Esistono diverse tipologie di ruote idrauliche, ognuna con caratteristiche specifiche:

Ruote per di sotto: Le ruote per muoversi sfruttano unicamente il peso dell’acqua fatta cadere da una doccia posta al di sopra della ruota. Le pale sono a forma di cassetta per contenere facilmente l’acqua e sfruttarne al meglio il suo peso. Lo squilibrio tra cassette piene discendenti e quelle vuote ascendenti produce il moto rotatorio.
Ruote per di sopra: Dette 'a cassetta', viene sfruttato il peso dell'acqua e non la sua velocità o spinta. L'acqua viene temporaneamente immagazzinata in piccoli contenitori, le cassette per l'appunto, sulla parte superiore della ruota e svuotate al compimento del semigiro inferiore.
Ruote a metà: Detta anche 'di petto'. Rendimento intermedio rispetto alle precedenti, utilizzata quando il dislivello del salto d'acqua non era sufficiente per alimentare dal 'di sopra' la ruota. Si sfruttava quindi la velocità della piccola quantità d'acqua, dovuta al salto che veniva coperto negli ultimi metri prima di colpire le pale.
Ruote a palette: Dette 'per di sotto', dove l'acqua spinge le pale immerse nella corrente.

Componenti di una Ruota Idraulica

Una ruota idraulica è composta da diverse parti fondamentali:

Razze e bracci: Sono gli assi di collegamento e trasmissione della forza dalle corone delle pale all'albero fulcro della ruota.
Corone: Innestate nelle razze, sono la base di appoggio e sostegno delle pale.
Albero: All’albero orizzontale sono fissati un numero di lubecchi uguale a quello delle macine da azionare. i denti del lubecchio sono fatti per inserirsi nelle scanalature dei rocchetti. ogni rocchetto è attraversato verticalmente da un albero di trasmissione che si dirige verso l’alto ed imprime il movimento rotatorio alla macina superiore.

Mulini a Ruota Verticale

Nei mulini a ruota verticale la ruota o le ruote sono collocate all’esterno della struttura, su di un fianco. La ruota è fissata ad un albero orizzontale che trasmette il moto rotatorio all’interno dell’opificio.

I mulini ad acqua a ruota verticale esistono grazie al meccanismo lubecchio - rocchetto invenzione di Vitruvio (I secolo a.C.) dal quale deriva la nomenclatura “mulino vitruviano”. Grazie a questo meccanismo è possibile moltiplicare il numero dei giri delle macine rispetto ai giri delle ruote e trasformare il moto verticale della ruota nel moto orizzontale utile al movimento delle macine.

Questa tipologia di mulino è comune nelle località di pianura dove i canali godono di una portata d’acqua elevata e costante e nelle località di alta montagna dove i corsi d’acqua hanno portate abbondanti e presentano notevoli dislivelli. I mulini a ruota verticale sono ampiamente diffusi nell’alta valle del Taro, nell’alta val d’Enza, nella val Parma e nella val Baganza.

I raggi della ruota sono fissati all’estremità esterna dell’albero orizzontale. Questi sono collegati ad un tamburo racchiuso lateralmente da due dischi. All’interno dei dischi sono disposti dei divisori che formano una serie di cassette di uguali dimensioni.

Nel locale di lavorazione di un mulino a ruota verticale sono frequentemente ubicate due o tre coppie di macine diversificate per dimensioni e composizione della pietra, questo è possibile perchè ogni ruota idraulica può muovere contemporaneamente un numero di palmenti variabili da due a tre.

Tra i primi documenti riguardanti i mulini ed il loro funzionamento vi sono quelli di Vitruvio, nel trattato De Architettura (25 a.C.), che descrisse un mulino che lavorava con una ruota verticale nell'ultimo secolo a.C., ma egli conosceva anche le ruote orizzontali.

Elementi Aggiuntivi nel Funzionamento di un Mulino

Presa: E` l'opera muraria a monte di tutti manufatti costruiti per far funzionare il mulino, e serve ad innestare e ad alimentare la canaletta artificiale di trasporto dell'acqua verso le ruote.
Canale o canaletta: Detto anche roggia, è il canale artificiale che trasporta l'acqua dalle prese al sistema di distribuzione verso le ruote.
Serranda: Altro tipo di valvola, con funzione di regolazione dell'acqua, ma in questo caso è posta sopra la doccia finale di alimentazione della singola ruota e tipicamente era azionata da un meccanismo a leva manovrabile direttamente dall'interno dell'opificio. Particolare delle serrande di regolazione dell'acqua da far scorrere nelle 'docce' di alimentazione delle ruote.
Ruote dentate, lanterna o lubecchio: E' un meccanismo a ruota, posto tipicamente sotto il palco, che permette la variazione del moto da verticale della ruota a pale ad orizzontale sugli assi delle macine. Serve anche, a seconda del diametro e del numero di denti, alla variazione di velocità tra i vari elementi.
Nottola: Lastra in ferro sagomato a farfalla, con in centro un foro che va ad incastrarsi sull'asse dell'albero proveniente dalla lanterna.
Macine: La macina è formata da due mole dette anche palmenti fatte di grosse pietre (originariamente monolitiche) di forma circolare, di notevole diametro e conseguentemente di grande peso. La mola inferiore era fissa e poggiava sulla nottola del pavimento, quella superiore girava azionata dall'albero di forza, aveva inoltre un foro centrale attraverso il quale veniva fatto scendere il grano, regolato dalla tramoggia.
Tramoggia: Cassetta quadrangolare in legno, che si restringe ad imbuto verso il basso, e racchiude il grano da macinare. E' posizionata sopra la mola in corrispondenza del foro di alimentazione. La quantità da far scendere è regolata da una piccola valvola in legno.
Pestello: Anziché lavorare con moto circolare e sfruttare il peso delle mole per schiacciare i chicchi, il pestello lavora per moto alterno dato da un albero a camme ed opera una specie di pestaggio del materiale posto sulla coppa della macina tramite la testa cilindrica in ferro del pestello, regolabile in altezza a seconda delle diverse necessità.
Maglio: Grosso martellone con il manico formato da un trave di legno e la testa in ferro.
Mantice: Aveva lo scopo di soffiare sul fuoco, prevalentemente di carbone, che serviva ad arroventare il ferro da battere. E' formato da un grosso otre, generalmente a soffietto in pelle, e da una boccola di uscita dell'aria puntata sul fuoco. Viene azionato dal movimento alternativo di una camma dell'albero motore, che permette la gonfiatura ed il rilascio forzato della parte mobile del macchinario.
Arganello: Paranco, tipicamente con sistema a vite, agganciato al soffitto dell'officina adatto a sollevare la parte superiore, mobile, delle macine. Con il lavoro le mole si usuravano rapidamente e non macivanano più con cura il grano, il mugnaio doveva periodicamente revisionarle, anche ogni paio di settimane nei periodi di intenso lavoro.

Materiali Utilizzati

Le ruote verticali anticamente erano costruite interamente in legno, nel corso dei secoli si è iniziato a rinforzare le strutture lignee con inserti in ferro, fino a che non si è passato a costruire le ruote interamente in ferro.

La ruota è relativamente piccola, la corona e l'albero molto robusti e pesanti anche per conservare una maggiore inerzia, le palette innestate direttamente sulla corona per permettere una facile sostituzione.

Considerazioni sulla Progettazione e Costruzione

… perciò, con salti elevati (volumi da macinare permettendo) si possono usare due ruote sovrapposte come schizzato a destra, cosa vantaggiosa quando il livello del fiume sale perché la ruota superiore non viene disturbata mentre quella inferiore, girando nell’altro senso, aiuta ad allontanare i detriti e ciò consente di tenere più bassa la ruota e recuperare ciò che si perde di salto per alimentare la ruota inferiore.

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