¿Qué hace que el material viaje a través del tornillo de Arquímedes?

... o en otras palabras, ¿por qué el material no se pega al tornillo, girando en su lugar, sin avanzar a lo largo de su longitud?

En el caso más simple, la respuesta es obvia: la gravedad. Si es un material granular o líquido y el tornillo está inclinado hacia un lado, simplemente rodará / deslizará / fluirá a lo largo de la cuchilla, para permanecer en el lado inferior del tubo.

Pero entonces, Wikipedia dice:

También se puede encontrar una variante del tornillo de Arquímedes en algunas máquinas de moldeo por inyección, máquinas de fundición a presión y extrusión de plásticos, que emplean un tornillo de paso decreciente para comprimir y fundir el material. Finalmente, también se usa en un tipo específico de compresor de aire de desplazamiento positivo: el compresor de aire de tornillo rotativo. En una escala mucho mayor, los tornillos de paso reducido de Arquímedes se utilizan para la compactación de material de desecho.

En tal caso, las fuerzas: presión, cizallamiento, viscosidad, adhesión, todas superarían la gravedad, y probablemente en algunos casos la fricción contra las paredes del tubo. Por ejemplo, en el moldeo por inyección, ¿qué hay para evitar que el plástico medio fundido forme una masa aglomerante, se pegue al tornillo y siga girando en su lugar sin ningún progreso? Cuando aumenta la presión, ¿qué fuerza impide que el material retroceda hacia un área de menor presión?

En realidad, hay dos tipos de transporte de tornillo: el levantamiento de agua con tornillos se produce de la misma manera que en su gif, en la parte inferior de una tubería inclinada tenemos agua y el tornillo empuja los 'paquetes' de agua hacia arriba. El agua no puede fluir hacia atrás porque no hay camino, las cuchillas no están completamente sumergidas. En principio, este modo también es posible con sólidos. fuente: Wasser Wissen

Ahora, los transportadores de tornillo para sólidos o los tornillos en extrusoras y picadoras de carne o ciertas prensas de desagüe funcionan de manera diferente: aquí es la fricción entre el medio y las paredes lo que impide que el material corra con el tornillo. Esto será difícil o imposible de lograr con líquidos de baja viscosidad como el agua, ya que fluirán a cualquier lugar. Los sólidos, por otro lado, se pueden mover en cualquier dirección: hacia arriba, hacia abajo, etc.

Los que he visto que realmente causan una presión significativa no tienen una pared cilíndrica lisa. Las paredes tienen ranuras en ángulo recto con la cuchilla que pasa sobre ellas. Es una compensación, ya que las ranuras también proporcionan un camino de fuga alrededor de la cuchilla. Pero con una combinación de una cuchilla suave y de mínima fricción más una pared ranurada, todo funciona. Idealmente, las paredes tienen una fricción máxima paralela a la cuchilla y ninguna perpendicular a ella.

Aparentemente podemos lograr esto lo suficientemente bien como para que tales cosas realmente funcionen. Recuerdo haberme preguntado lo mismo sobre la vieja picadora de carne de mi madre, probablemente hecha en Alemania a principios del siglo XX. La cuchilla y las paredes estaban hechas del mismo metal, y la cuchilla no estaba particularmente pulida ni nada. Las paredes tenían surcos, lo que era suficiente para que todo funcionara. Produjo suficiente presión para forzar la carne a través de pequeñas aberturas al final.

Esto es efectivamente una adición a otras respuestas:

Un tornillo original de Arquímedes para líquidos no funciona como la mayoría de la gente se imagina,
y el diagrama NO muestra cómo funciona un tornillo original de Arquímedes para líquidos. El diagrama es válido: se trata de algo más que funciona de manera similar y se ha convertido en sinónimo del diseño original en la mente de las personas. Y ambas versiones no funcionan como la mayoría de la gente las imagina.

En un tornillo original de Arquímedes, el cilindro exterior es integral con el "tornillo" y gira con el tornillo; no hay sello móvil.

Cuando se utiliza un objeto de mármol o sólido que no puede pasar a través del espacio de sellado, los dos tornillos funcionan igual. Cuando se usa un fluido, la diferencia es importante. De la referencia a continuación:

• Un análisis, utilizando el levantamiento de canicas en lugar de agua, se utiliza en casi todos los textos del siglo XIX. El extremo inferior del tubo helicoidal se sumerge en un plato de canicas y saca uno. La hélice continúa girando, y el mármol se eleva continuamente a poca distancia por un plano inclinado. Las fuerzas de fricción son pequeñas, y la canica sigue rodando por una sucesión infinita de planos inclinados formados por la hélice giratoria. Al mismo tiempo, la canica reside en el punto bajo local de la hélice, y es llevada cuesta arriba por fuerzas perpendiculares a su movimiento local.

El punto clave es que la "carga útil" ve una rampa descendente todo el camino y simplemente "corre cuesta abajo".

En esta página se ofrece una buena ilustración del principio .
Usan tubos para que no haya dudas sobre el "sello".
Esta imagen demuestra lo que "ve" el fluido u otra carga útil.

Efectivamente, el fluido se encuentra en "cubos en todo momento y no hay oportunidad de escapar.

En los típicos tornillos de estilo original, toda la carcasa exterior está sellada al "tornillo" y la carcasa exterior gira con el tornillo. La consideración de una sección transversal muestra que, al igual que con el tubo, cada lote de agua se encuentra en un recipiente y NO en un tubo inclinado.

Incluso en los sistemas de carcasa estacionaria mencionados a continuación, la carga útil generalmente se encuentra en un "cubo" y corre cuesta abajo por una rampa a medida que asciende (!).

El punto crucial del sistema original es que el tornillo puede girarse a cualquier velocidad e incluso detenerse y no hay fugas (aparte de cualquiera que resulte de una construcción deficiente). Aquí hay un dispositivo "moderno" del mundo real que funciona de esta manera. Esto permite que el dispositivo gire a mano a baja velocidad, o que gire de forma intermitente o con pausas, sin pérdida de líquido. Las técnicas modernas de sellado y las velocidades de rotación relativamente rápidas y consistentes permiten sistemas donde la carcasa es estacionaria.

Imagen desde aquí
Desde esta muy buena página

La naturaleza del diseño original se explica claramente en la página Wikipedia - Tornillo de Arquímedes .
Si bien sugieren que si el interior y el exterior estaban sellados en diseños originales, incluso una breve consideración de los hechos disponibles muestra que efectivamente fue así. verbigracia

• "Las representaciones de tornillos de agua griegos y romanos muestran que están siendo accionados por un ser humano que pisa la carcasa exterior para girar todo el aparato como una sola pieza, lo que requeriría que la carcasa esté rígidamente unida al tornillo". - Wikipedia