Manivela (mecanismo)

Se creía que la evidencia de la manivela más antigua se encontró en un modelo de tumba de cerámica vidriada de la era Han de un ventilador agrícola para aventar, datado no más tarde del 200 d. C., ^{[ 3 ] [ 4 ]} pero desde entonces se desenterraron una serie de modelos de cerámica similares con ventiladores para aventar accionados por manivela, uno de los cuales data de la dinastía Han Occidental (202 a. C. - 9 d. C.). ^{[ 5 ] [ 6 ]} Los chinos utilizaron la manivela y la biela en antiguos aparatos de voladura, maquinaria textil y maquinaria agrícola no más tarde de la dinastía Han Occidental (202 a. C. - 9 d. C.). Se utilizó por primera vez en el molino de mano y el long (elemento para descascarar granos) de operación manual antes de evolucionar a otros dispositivos. Según F. Lisheng y T. Qingjun, la manivela del molino rotatorio era diferente de una manivela, que era la combinación de una manivela y una biela de empuje y tracción mediante una bisagra. ^{[ 7 ]} Finalmente, se utilizaron manivelas y bielas en la interconversión o movimiento rotatorio y alternativo para otras aplicaciones como el tamizado de harina, las ruecas de pedal, los fuelles de hornos accionados por agua y las máquinas de devanado de seda. ^{[ 8 ] [ 6 ]}

Los primeros molinos rotatorios de mano, o molinos rotatorios, aparecieron en España (600 a. C. – 500 a. C.), ^{[ 21 ] [ 22 ]} antes de que se extendieran hacia el Este. ^{[ 21 ] [ 22 ]} El mango cerca del borde exterior de la parte giratoria hace la manivela, ^{[ 21 ] [ 2 ] [ 23 ]} un brazo humano que impulsa la rotación sería la biela. ^{[ 21 ]} Según F. Lisheng y T. Qingjun, la manivela del molino rotatorio era diferente de una manivela, que era la combinación de una manivela y una biela de empuje y tracción mediante una bisagra. ^{[ 7 ]}

El mecanismo de Anticitera, datado alrededor del 200 a. C., ^{[ 24 ] [ 25 ]} utilizaba una manivela como parte de su mecanismo. ^{[ 26 ]} La manivela se utilizaba para establecer manualmente la fecha de inicio de una predicción. ^{[ 27 ] [ 28 ]}

Evidencia posterior de la manivela, combinada con una biela en una máquina, aparece en el aserradero griego antiguo de Hierápolis en Asia romana del siglo III d. C. y en dos aserraderos de piedra en Gerasa , Siria romana , y Éfeso , Jonia griega bajo Roma (ambos del siglo VI d. C.). ^{[ 11 ]} En el frontón del molino de Hierápolis, se muestra una rueda hidráulica alimentada por un canal de molino que acciona mediante un tren de engranajes dos sierras de bastidor que cortan bloques rectangulares mediante algún tipo de bielas y, por necesidad mecánica, manivelas. La inscripción que la acompaña está en griego . ^{[ 12 ]} Los mecanismos de manivela y biela de los otros dos aserraderos arqueológicamente documentados funcionaban sin tren de engranajes. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

En Augusta Raurica , Suiza , se excavó una manivela romana de hierro de propósito aún desconocido, que data del siglo II d. C. La pieza, de 82,5 cm (32 pulgadas) de largo, tiene un mango de bronce de 15 cm (6 pulgadas) de largo en un extremo; el otro mango se ha perdido. ^{[ 30 ] [ 29 ]}  

En Aschheim , cerca de Múnich , se excavó una auténtica manivela de hierro de unos 40 cm (16 pulgadas) de longitud, junto con un par de piedras de molino rotas de entre 50 y 65 cm (20 y 26 pulgadas) de diámetro y diversos objetos de hierro. El molino romano accionado por manivela data de finales del siglo II d. C. ^{[ 31 ]} Sin embargo, una reconstrucción moderna, a menudo citada, de una bomba de cadena de cangilones accionada por volantes de manivela procedentes de los barcos de Nemi ha sido descartada como «fantasía arqueológica». ^{[ 32 ]}  

En la literatura antigua, el poeta Ausonio, de finales del siglo IV, hace referencia al funcionamiento de sierras de mármol accionadas por agua cerca de Tréveris , ahora Alemania ; ^{[ 11 ]} casi al mismo tiempo, este tipo de molinos también parecen estar indicados por el santo cristiano griego Gregorio de Nisa de Anatolia , lo que demuestra un uso diversificado de la energía hidráulica en muchas partes del Imperio Romano ^{[ 33 ]} Los tres hallazgos retrasan la fecha de la invención de la manivela y la biela en un milenio completo: ^{[ 11 ]}

Con el sistema de manivela y biela, todos los elementos para construir una máquina de vapor (inventada en 1712) —el eolípilo de Herón (que generaba energía de vapor), el cilindro y el pistón (en las bombas de fuerza metálicas), las válvulas antirretorno (en las bombas de agua), los engranajes (en los molinos de agua y los relojes)— eran conocidos en la época romana. ^{[ 34 ]}

Una muela rotativa —la representación más antigua de una— ^{[ 35 ]} que se acciona mediante una manivela se muestra en el manuscrito carolingio Salterio de Utrecht ; el dibujo a pluma de alrededor del año 830 se remonta a un original de la Antigüedad tardía. ^{[ 36 ]} Un tratado musical atribuido al abad Odón de Cluny ( c. 878-942 ) describe un instrumento de cuerda con trastes que se hacía sonar mediante una rueda de resina que se giraba con una manivela; el dispositivo aparece más tarde en dos manuscritos iluminados del siglo XII. ^{[ 35 ]} También hay dos imágenes de Fortuna haciendo girar su rueda del destino de este siglo y del siguiente. ^{[ 35 ]}

El uso de manivelas en taladros de trepanación se representó en la edición de 1887 del Dictionnaire des Antiquités Grecques et Romaines y se atribuyó al cirujano musulmán español Abu al-Qasim al-Zahrawi ; sin embargo, la existencia de tal dispositivo no puede confirmarse mediante las iluminaciones originales y, por lo tanto, debe descartarse. ^{[ 20 ]} El monje benedictino Teófilo Presbítero (c. 1070-1125) describió manivelas "utilizadas en el torneado de núcleos de fundición". ^{[ 37 ]}

El médico italiano Guido da Vigevano (c. 1280-1349), que planeaba una nueva cruzada, hizo ilustraciones de un barco de paletas y carros de guerra que eran impulsados ​​por manivelas compuestas giradas manualmente y ruedas dentadas (centro de la imagen). ^{[ 38 ]} El Salterio de Luttrell , que data de alrededor de 1340, describe una piedra de moler que era girada por dos manivelas, una en cada extremo de su eje; el molino de mano con engranajes, operado con una o dos manivelas, apareció más tarde en el siglo XV; ^{[ 39 ]}

Las grúas medievales a veces se accionaban mediante manivelas, aunque más a menudo mediante cabrestantes . ^{[ 40 ]}

La manivela se popularizó en Europa a principios del siglo XV, apareciendo frecuentemente en las obras de autores como el ingeniero militar alemán Konrad Kyeser . ^{[ 39 ]} Entre los dispositivos representados en el Bellifortis de Kyeser se incluyen cabrestantes con manivela (en lugar de ruedas de radios) para tensar ballestas de asedio, cadenas de cubos con manivela para elevar agua y manivelas acopladas a una rueda de campanas. ^{[ 39 ]} Kyeser también equipó los tornillos de Arquímedes para elevar agua con una manivela, una innovación que posteriormente sustituyó la antigua práctica de accionar la tubería mediante pisadas. ^{[ 41 ]} La evidencia más antigua del uso de manivelas en un elevador de pozo se encuentra en una miniatura de c. 1425 en el Hausbuch alemán de la Fundación Mendel . ^{[ 42 ]}

Las primeras representaciones de la manivela compuesta en el berbiquí aparecen entre 1420 y 1430 en diversas obras de arte del norte de Europa. ^{[ 43 ]} La rápida adopción de la manivela compuesta se puede rastrear en las obras del Anónimo de las Guerras Husitas , un ingeniero alemán desconocido que escribe sobre el estado de la tecnología militar de su época: primero, reapareció la biela, aplicada a las manivelas; segundo, las manivelas compuestas dobles también comenzaron a equiparse con bielas; y tercero, se empleó el volante para que estas manivelas superaran el "punto muerto".

Uno de los dibujos del Anónimo de las Guerras Husitas muestra una embarcación con un par de ruedas de paletas en cada extremo, accionadas por hombres que manejaban manivelas compuestas (véase más arriba). El concepto fue perfeccionado en 1463 por el ingeniero y escritor italiano Roberto Valturio , quien ideó una embarcación con cinco conjuntos, donde las manivelas paralelas están unidas a una única fuente de energía mediante una biela, idea que también adoptó su compatriota Francesco di Giorgio . ^{[ 44 ]}

En la Italia renacentista , la evidencia más antigua de una manivela y biela compuestas se encuentra en los cuadernos de bocetos de Taccola , pero el dispositivo aún no se comprende mecánicamente. ^{[ 45 ]} Un conocimiento sólido del movimiento de la manivela involucrado lo demuestra un poco más tarde Pisanello , quien pintó una bomba de pistón impulsada por una rueda hidráulica y operada por dos manivelas simples y dos bielas. ^{[ 45 ]}

El siglo XV también vio la introducción de dispositivos de cremallera y piñón con manivela, llamados cranequins, que se acoplaban a la culata de la ballesta para ejercer aún más fuerza al tensar el arma (véase a la derecha). ^{[ 46 ]} En la industria textil, se introdujeron carretes con manivela para enrollar madejas de hilo. ^{[ 39 ]}

Hacia 1480, la piedra de afilar rotativa de principios de la Edad Media se mejoró con un mecanismo de pedal y manivela. Las manivelas montadas en carros de empuje aparecen por primera vez en un grabado alemán de 1589. ^{[ 47 ]}

A partir del siglo XVI, la evidencia de manivelas y bielas integradas en el diseño de máquinas se vuelve abundante en los tratados tecnológicos de la época: la obra de Agostino Ramelli , Las diversas y artificiales máquinas de 1588, describe dieciocho ejemplos, un número que aumenta en el Theatrum Machinarum Novum de Georg Andreas Böckler a 45 máquinas diferentes, un tercio del total. ^{[ 48 ]}