Molino de viento

Antecedentes

Un molino de viento es una estructura o máquina que convierte el viento en energía utilizable mediante la rotación de una rueda formada por palas ajustables. Tradicionalmente, la energía generada por un molino de viento se ha utilizado para moler el grano y convertirlo en harina. Los molinos de viento están diseñados por artesanos expertos y pueden construirse en el sitio utilizando herramientas manuales. Los molinos de viento se desarrollaron de manera constante a lo largo de los siglos y alcanzaron su mayor prominencia en Europa durante el siglo XVIII. Fueron reemplazados en gran medida como una estructura generadora de energía cuando se aprovechó la energía del vapor durante el siglo XIX. Hoy en día, la tecnología de los molinos de viento está experimentando un renacimiento y la turbina eólica promete ser una alternativa importante a los combustibles fósiles en el futuro.

Historial

El hombre ha utilizado el viento para alimentar máquinas durante siglos. El uso más temprano fue probablemente como fuente de energía para veleros, impulsándolos a través del agua. Se desconoce la fecha exacta en que la gente construyó molinos de viento específicamente para realizar trabajos, pero el primer diseño de molino de viento registrado se originó en Persia alrededor del d.C. 500-900. Esta máquina se utilizó originalmente para bombear agua y luego se adaptó para moler grano. Tenía velas verticales hechas de haces de madera liviana unidas a un eje vertical mediante puntales horizontales. El diseño, conocido como panemone, es una de las estructuras de molino de viento menos eficientes inventadas. Cabe señalar que los molinos de viento pueden haberse utilizado en China hace más de 2.000 años, por lo que es el lugar de nacimiento real de los molinos de viento de eje vertical. Sin embargo, el uso registrado más temprano encontrado por arqueólogos en China es A.D. 1219.

El concepto del molino de viento se extendió a Europa después de las Cruzadas. Los primeros diseños europeos, documentados en A.D. 1270, tenía ejes horizontales en lugar de verticales. Se desconoce la razón de esta discrepancia, pero probablemente sea el resultado de dos factores. En primer lugar, es posible que los molinos de viento europeos se hayan inspirado en ruedas hidráulicas que tenían un eje horizontal. La rueda de agua se conocía en Europa desde mucho antes de esto. En segundo lugar, el diseño del eje horizontal fue más eficiente y funcionó mejor. En general, estos molinos tenían cuatro palas montadas en un poste central. Tenían un engranaje y una corona que traducían el movimiento horizontal del eje central en movimiento vertical para la muela o muela que luego se usaría para bombear agua o moler grano.

Los fabricantes de molinos europeos mejoraron enormemente la tecnología de los molinos de viento a lo largo de los siglos. La mayor parte de la innovación provino de los holandeses y los ingleses. Una de las mejoras más importantes fue la introducción del molino de torre. Este diseño permitió que las palas del molino se movieran hacia el viento según fuera necesario y que el cuerpo principal se fijara permanentemente en su lugar. Los holandeses crearon torres de varios pisos donde los operadores del molino podían trabajar y también vivir. Los ingleses introdujeron una serie de controles automáticos que hicieron que los molinos de viento fueran más eficientes.

Durante el mundo preindustrial, los molinos de viento eran los motores eléctricos de Europa. Además del bombeo de agua y la trituración de granos, se utilizaron para alimentar aserraderos y procesar especias, tintes y tabaco. Sin embargo, el desarrollo de la energía de vapor durante el siglo XIX y la naturaleza incierta de la energía de los molinos de viento dieron como resultado una disminución constante del uso de grandes estructuras de molinos de viento. Hoy en día, solo una pequeña fracción de los molinos de viento que solían alimentar al mundo todavía están en pie.

Incluso cuando se abandonaron los molinos de viento más grandes, los molinos de viento de tipo ventilador más pequeños prosperaron. Estos molinos de viento se utilizaron principalmente para bombear agua en granjas. En América, estos diseños se perfeccionaron durante el siglo XIX. El molino de viento Halladay se introdujo en 1854 seguido de los diseños Aermotor y Dempster. Los dos últimos diseños todavía se utilizan en la actualidad. De hecho, entre 1850 y 1970 en Estados Unidos se construyeron más de seis millones.

Diseño

Hay dos clases de molino de viento, eje horizontal y eje vertical. El diseño del eje vertical fue popular durante el desarrollo inicial del molino de viento. Sin embargo, su ineficiencia de funcionamiento llevó al desarrollo de numerosos diseños de eje horizontal.

De las versiones de ejes horizontales, hay una variedad de estos que incluyen el molino de postes, el molino de smock, el molino de torre y el molino de ventilador. El primer diseño es el molino de postes. Debe su nombre al gran poste vertical sobre el que se equilibra el cuerpo del molino. Este diseño brinda flexibilidad al operador del molino porque el molino de viento se puede girar para atrapar la mayor cantidad de viento dependiendo de la dirección en la que sople. Para mantener el poste estable, se construye una estructura de soporte a su alrededor. Por lo general, esta estructura se eleva del suelo con ladrillo o piedra para evitar que se pudra.

El molino de postes tiene cuatro palas montadas en un poste central. El eje horizontal de las palas está conectado a una gran rueda de freno. La rueda de freno interactúa con un sistema de engranajes, llamado revolcadero, que hace girar un eje vertical central. Este movimiento se puede utilizar para impulsar el bombeo de agua o las actividades de trituración de granos.

El molino de smock es similar al molino de postes, pero ha incluido algunas mejoras significativas. El nombre se deriva del hecho de que el cuerpo se parece vagamente a un vestido o una bata, como se les llamó. Una ventaja es el hecho de que solo se puede mover la parte superior del molino. Esto permite que la estructura principal de la carrocería sea más permanente, mientras que el resto podría ajustarse para recolectar el viento sin importar en qué dirección sople. Dado que no se mueve, el cuerpo principal puede hacerse más grande y más alto. Esto significa que se puede alojar más equipo en el molino y que se pueden usar velas más altas para recolectar aún más viento. La mayoría de las fábricas de smock tienen ocho lados, aunque esto puede variar de seis a 12.

Los molinos de torre son una mejora adicional de los molinos de smock. Tienen tapa giratoria y cuerpo permanente, pero este cuerpo está hecho de ladrillo o piedra. Este hecho permite redondear las torres. Una estructura redonda permite torres aún más grandes y más altas. Además, el ladrillo y la piedra hacen de los molinos de viento de la torre el diseño más resistente a la intemperie.

Si bien los diseños de molinos de viento anteriores son para estructuras más grandes que podrían dar servicio a ciudades enteras, el molino de viento de tipo ventilador está hecho específicamente para individuos. Es mucho más pequeño y se usa principalmente para bombear agua. Consiste en una torre fija (mástil), un conjunto de rueda y cola (ventilador), un conjunto de cabezal y una bomba. Los mástiles pueden tener una altura de 10 a 15 pies (3 a 15 m). El número de hojas puede variar de cuatro a 20 y tener un diámetro de entre 6 y 16 pies (1,8-4,9 m).

Materias primas

Los molinos de viento se pueden fabricar con una variedad de materiales. Los molinos de postes están hechos casi en su totalidad de madera. Se usa una madera liviana, como la madera de balsa, para las aspas del ventilador y una madera más fuerte y más pesada para el resto de la estructura. La madera se recubre con pintura o resina para protegerla del ambiente exterior. Los molinos de batas y torres, construidos por los holandeses y británicos antes del siglo XX, utilizan muchos de los mismos materiales utilizados para la construcción de casas, como madera, ladrillos y piedras.

El cuerpo principal de los molinos tipo abanico está fabricado con acero galvanizado. Este proceso de tratamiento del acero lo hace resistente a la intemperie y fuerte. Las aspas del ventilador están fabricadas con acero o aluminio ligero, galvanizado. La bomba está hecha de bronce y latón que inhibe la congelación. Se utilizan cuero o polímeros sintéticos para arandelas y juntas tóricas.

El
proceso de fabricación

Los molinos de viento siempre se montan en el sitio utilizando piezas prefabricadas. La siguiente descripción se refiere al molino de viento de tipo ventilador. Lo básico Un ejemplo de un molino de viento construido en 1797. Los pasos incluyen hacer las partes y luego ensamblar la estructura.

Hacer las partes de la torre

• 1 Las partes de la torre están hechas de acero galvanizado. Este proceso comienza con un rollo de chapa enrollada. Las bobinas se colocan en un dispositivo de desenrollado y se alimentan a la línea de producción. Se pasan debajo de una plancha para eliminar cualquier torcedura o torcedura. Las piezas se cortan al tamaño y la forma adecuados. En algunos casos, las piezas pueden colocarse en una máquina que las enrolla y suelda la costura. Los extremos se pasan por debajo de una engarzadora y las piezas se trasladan a la estación de acabado.
• 2 En la estación de acabado, se perforan agujeros en las partes metálicas en lugares específicos según lo requiera el diseño del molino de viento. Las piezas también se pueden pintar o recubrir antes de colocarlas en el kit final del molino de viento.

Fabricación de la caja de cambios

• 3 La caja de cambios es un conjunto complejo formado por varios engranajes, ejes, rotores y ruedas. Las piezas están fundidas a presión y ensambladas a mano. Se colocan en una carcasa resistente a la intemperie que está diseñada para acomodar las piezas de la caja de cambios y el conjunto de rueda y cola adjunto.

Haciendo el ventilador

• 4 El ventilador está formado por un borde metálico con aspas ligeramente curvadas adjuntas. La llanta se produce en una máquina que enrolla tiras de acero en aros circulares. Se perfora un orificio en ambos extremos y se conectan con una pequeña abrazadera y un tornillo después de colocar las aspas del ventilador. Luego, se conecta un eje central a la llanta y se fija con pequeños radios de acero. Un diseño típico tendrá cinco pares de radios unidos a intervalos espaciados uniformemente a lo largo de la llanta.
• 5 Las aspas y la cola del ventilador se cortan de piezas de chapa. Luego, las cuchillas pasan por una máquina que les da una ligera curva. Se fijan a la llanta de metal con pequeños pernos y abrazaderas de metal. Están sujetos de tal manera que se pueden subir o bajar según las condiciones del viento.

  Un moderno molino de viento de acero.

Preparando el sitio

• 6 Encontrar y preparar el sitio de construcción es un paso crucial en la creación de un molino de viento funcional. Primero, se necesita un área con un viento predominante de al menos 15 mph (24 km / h). Luego, es necesario despejar el área de árboles y otras estructuras que puedan bloquear el viento. En algunos casos, se erige un montículo de tierra o una base de concreto para levantar el molino de viento de la superficie y atrapar más viento.

Montaje final

• 7 Las partes del cuerpo principal se conectan primero. Se atornillan en el suelo y luego se levantan verticalmente. Los polos exteriores se unen con las bielas. Las abrazaderas están atornilladas en cada unión para mayor estabilidad. Una vez que se levanta la torre, se atornilla sin apretar a la base sólida. A continuación, se ensartan los tirantes desde el marco hasta el suelo y se unen a tensores y anclajes de suelo. Cuando la estructura está nivelada, se aprietan los pernos y se prueba la integridad de la estructura. En algunos casos, se incorpora una escalera en el diseño del marco para permitir el acceso al ventilador en la parte superior, lo que facilita la limpieza y el mantenimiento.
• 8 A continuación, se unen la rueda del ventilador, la caja de cambios y el eje principal. La caja de cambios primero se sujeta y se atornilla a la parte superior de la torre. Luego, el eje principal se inserta en la parte inferior de la caja de cambios. A continuación, el ventilador y su eje adjunto se conectan a la caja de cambios. Finalmente, la sección de cola se adjunta a la caja de cambios. Luego, la bomba se conecta al eje principal y el molino de viento está operativo.

Control de calidad

Se pueden realizar varias pruebas para garantizar que cada parte del molino de viento cumpla con las especificaciones establecidas en la fase de diseño. El más básico de ellos son las inspecciones visuales simples. Estos detectarán la mayoría de los defectos de producción obvios. Dado que los molinos de viento se montan a mano, la calidad de cada pieza pasa por una inspección visual adicional. La calidad de la mano de obra que se utiliza en la construcción del molino de viento será la principal responsable de la calidad del producto terminado. Para garantizar que siga siendo eficiente durante el funcionamiento, es necesario realizar comprobaciones de mantenimiento periódicas.

El futuro

Los molinos de viento han cambiado poco en los últimos cien años. De hecho, un diseño básico concebido en la década de 1870 todavía se vende en la actualidad. Las principales mejoras se han producido en los tipos de materiales utilizados en la construcción. Es probable que esta tendencia continúe en futuros productos de molinos de viento. Sin embargo, el futuro del aprovechamiento de la energía eólica no está en absoluto en los molinos de viento tradicionales. El gobierno de los Estados Unidos ha gastado millones de dólares investigando y desarrollando turbinas eólicas para la generación de electricidad. En California, numerosos parques eólicos ya están en funcionamiento. Varios otros estados y ciudades tienen planes para crear parques eólicos similares. En el futuro, la energía eólica promete ser un sustituto ecológico de los combustibles fósiles.

Dónde obtener más información

Libros

Baker, T. Lindsay. Literatura comercial de fabricantes de molinos de viento de América del Norte. Prensa de la Universidad de Oklahoma, 1998.

Clegg, Alan John. Molinos de viento. Publicaciones Horseshoe, 1995.

Hills, Richard L. Energía eólica:una historia de la tecnología de los molinos de viento. Cambridge University Press, 1994.

Puta, Jeremy. En elogio de los molinos de viento. Circle Press Pubns, 1990.

Watts, Martin. Agua y energía eólica. Publicaciones Shire, 2000.

Perry Romanowski