Koło wodne

Najstarsza wzmianka o podporządkowania żywiołu wodnego konkretnym potrzebom gospodarczym pochodzi z przez 40 wieków (z przełomu XX w. p.n.e.) Zawiera ją kodeks praw Babilonii. Znajduje się tam paragraf dotyczący kar nakładanych na sprawców kradzieży kół wodnych, używanych podówczas nawadniania pól uprawnych. Można śmiało stwierdzić, że były to najstarsze urządzenia przetwarzające energię przyrody nieożywionej w energie mechaniczną, czyli pierwsze silniki. Najstarsze silniki wodne (koła wodne) zbudowane były najprawdopodobniej z drewna. Łopatki, za pośrednictwem których nurt rzeki wprawiał koło w ruch obrotowy, odgrywały jednocześnie role czerpaków. Podnosiły one wodę na wyższy poziom i wylewały ja do odpowiedniego koryta drewnianego, prowadzącego do kanałów nawadniających.

zabytkowe koło wodne

Około 230 roku p. n. e. Filon z Bizancjum opisał już bardziej złożone konstrukcje. Koło wodne składało się z kilkunastu łopat drewnianych umocowanych na wspólnej osi. Napędzało ono mechanizmu zbudowany z ruchomych czerpaków połączonych łańcuchem. Czerpaki te w położeniu dolnym wypełniały się wodą. Następnie unosząc się do góry i tu przekręcając się o 180 stopni wylewały wodę do koryta. Pierwszy pisemny dowód na wykorzystanie silników wodnych w młynarstwie znaleźć można we wspomnieniach greckiego geografa Skarbona (58-25 p. n.e.).

Donosi on, że młyn wodny pracował już w 88 roku p.n.e. w Małej Azji, na terenie posiadłości Mitradesa VI (jeden z władców Malej Azji). O młynie wodnym wspomina również ? pochodzący z 63 roku p.n.e. poemat Antipatera z Tessalonik. Autor dziesięciotomowego dzieła pt. :''De Architektura'' inżynier rzymski Marek Witruwiusz Polio (16-13 rok p.n.e.) opisuje współczesne mu młyny wodne.

Były to koła drewniane, o średnicy ponad 3 m., z zamocowanym na obwodzie metalowymi wiadrami lub drewnianymi rynnami, po których spływała woda. Drewniana zębatka, umieszczona na końcu poziomej osi koła wodnego, zaczepiała o koło trybowe osi pionowej. Na górnym końcu tej osi był osadzony i przymocowany metalowymi klamrami właściwy kamień młyński. Pierwsze publiczne młyny zbożowe powstały w Rzymie na rzecze Janiculum (398 rok. n.e.).

W tym mniej więcej czasie rozszerzono zastosowania kół wodnych o wykorzystanie napędu do poruszania pił mechanicznych. Używano ich na przykład do cięcia kamienia. Dominującym typem silnika w drugiej połowie średniowiecza było koło wodne o mocy 2-4 KM. Pierwsze takie urządzenie zbudowano w Polsce w 1145 r. w Łęczycy do napędu młyna. W wieku XVI pracowało w Polsce 3000 kół wodnych różnego typu.

Istnieje kilka typów kół wodnych. Pierwsze z nich były podsiębierne lub nadsiębierne. Koło wodne podsiębierne montowane było nad korytem rzeki w taki sposób, aby nurt przepływającej wody uderzał w jego łopatki od spodu nadając mu przez to ruch obrotowy. Wydajność kół tego typu była niska ok. 22 %. Koło wodne nadsiębierne porusza się dzięki spiętrzonej wodzie doprowadzanej na jego łopaty od góry. Charakteryzuje się większą wydajnością ok. 60%, ponieważ spiętrzona woda spadając swobodnie posiada większą energię.