Acercamiento teórico a la espantable y jamás imaginada aventura de los molinos de viento

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Fotografía: Geerd-Olaf Freyer (CC).

Quién no recuerda esa descripción difusa de un lugar de La Mancha y ese señor montado a caballo que posteriormente embestiría a un molino confundiéndolo con un gigante. Gustave Doré ayudó a perpetuar la imagen del ingenioso hidalgo volteado por un molino gracias a su popular grabado, reproducido hasta la saciedad. Siendo niño me asaltaba la duda: ¿tan fuerte te podía pegar el aspa en funcionamiento? Porque viendo la ilustración, el impacto dejaba a Alonso Quijano y a Rocinante en escorzos solo al alcance del Spider-Man de Todd McFarlane: únicamente le faltó vestirlos de torero. Si se ve de cerca un molino de viento a pleno rendimiento sí parece que te puedes ganar un buen golpe, pero ¿cómo de fuerte?

El viento es aire en movimiento

Como diría el personaje de Breaking Bad Jesse Pinkman: «science, bitch!». Y ese aire en movimiento es susceptible de ser aprovechado desde el punto de vista mecánico. Si consideramos un cilindro imaginario de diez metros de diámetro conteniendo aire moviéndose a 25 km/h, la potencia eólica que posee es, en números redondos, de unos 20 caballos (CV) o 15 800 vatios (w); es decir, similar a la de un Seat 600 de finales de los años cincuenta o a unas cuarenta bombillas de 40 w. Si el viento de ese mismo cilindro estuviera soplando a 80 km/h ya estaríamos hablando de unos 700 CV o 520 000 w, la potencia de un superdeportivo tipo Lamborghini Murcielago o de en torno a trece mil bombillas de 40 w. Esta importante diferencia se debe a que la potencia eólica depende de la velocidad del viento elevada al cubo, por lo que varía rápidamente. Pero toda esa potencia no es aprovechable: para que eso sucediera, la velocidad del aire tras pasar por las aspas del molino debería ser nula; es decir, toda la energía cinética del viento se habría transformado en hacer girar las aspas. Y ya saben lo que dijo Homer Simpson: «En esta casa obedecemos las leyes de la termodinámica». Según demostró el físico Albert Betz, solo es aprovechable como máximo en torno a un 59% de la potencia eólica (lo que se denomina límite de Betz), que teóricamente se produce cuando las aspas son capaces de reducir la velocidad del viento a sotavento a una tercera parte de la incidente. Ahora que ya sabemos qué potencia tiene el viento, solo queda el pequeño detalle de aprovecharlo.

El molino de viento manchego

Intuitivamente todos conocemos cómo funciona un molino de viento. En efecto, las aspas giran respecto a su eje de rotación, un madero de unos 60 o 70 cm de diámetro denominado «eje del molino», debido a las fuerzas aerodinámicas que se generan al encontrarse en un fluido en movimiento (el aire). La imagen icónica de los molinos manchegos cuenta con cuatro aspas… ¿y por qué cuatro? Los aerogeneradores más habituales se han diseñado con tres aspas, la configuración considerada más eficiente a la que se ha llegado tras profundos análisis técnicos pero también económicos: a partir de ciertas dimensiones (las hay de más de 70 metros de longitud), construir una pala extra es mucho más costoso tanto a nivel económico como de puesta en obra y mantenimiento. El diseño con cuatro aspas de los molinos manchegos responde a varias cuestiones prácticas fruto de la experiencia (estamos hablando de hace más de cuatrocientos años, olvídense de simulaciones por ordenador). Por un lado, las aspas estaban unidas dos a dos con una especie de anillo fijado al eje. Unir las cuatro aspas (o incluso tres) en un único anillo concentraba demasiado sus pesos y ponía en riesgo la resistencia tanto del eje como del propio anillo. Y por otro lado, colocar un número de aspas impar complicaba la ejecución y el equilibrio del conjunto, que no estaba fabricado con los exhaustivos controles actuales. Además, si se disponía otro par de aspas para elevar el número total a seis, el tramo del eje del molino en voladizo sería más largo (soportaría tres «anillos» de dos aspas), implicando más esfuerzos para el eje que dificultarían el funcionamiento (más diámetro del madero del eje, más rozamiento, más peso).

El eje del molino suele formar unos 15º con la horizontal tanto por motivos de eficacia aerodinámica (el viento a poca altura no es totalmente paralelo al suelo por la rugosidad de este) como constructivos (así se puede equilibrar mejor el peso de las aspas). Propulsadas por el viento, las aspas constituidas por maderos y listones y revestidas de lona comienzan a girar, perdiéndose parte de la energía por el rozamiento del eje con la piedra de apoyo, la «piedra bóllega», que está engrasada. A partir del apoyo en la piedra, el eje ya se encuentra dentro de la edificación. En el eje del molino está incrustada la rueda catalina, que como su propio nombre sugiere actúa de forma similar al plato de una bicicleta, engranándose (sin cadena, eso sí) a la linterna, otra rueda situada en un eje vertical. La relación entre una y otra multiplica por cinco los giros. O dicho de otra forma, por cada vuelta de las aspas, la linterna da cinco: un desarrollo duro para subir el Tourmalet. La eje de la linterna también está unido a una de las proverbiales «ruedas de molino», grandes discos de piedra de metro ochenta de diámetro y unos 1200 kilos de peso (como para comulgar, vamos), y es ahí donde, entre una rueda móvil y otra fija, se obra el milagro de transformar el grano en harina.

Fotografía: Zoi Koraki (CC).

La imagen icónica de un molino manchego se compone de un gran cilindro de piedra encalada coronado por una cubierta de madera de donde emergen tanto las aspas como otro madero, denominado gobierno, que está anclado al suelo y sirve para que el molino se oriente hacia el viento. La cubierta cónica, llamada caperuza, está diseñada de tal forma que puede girar sobre la estructura de piedra. Tirando del gobierno se mueve lentamente la caperuza, que pesa más de cinco toneladas (por eso las paredes del molino son del orden de metro y medio de grosor), hasta que quedan enfrentadas las aspas al viento. Una vez colocado en posición, se ancla el gobierno a unos hitos fijos del suelo ya preparados, puesto que se conocen de antemano los vientos dominantes en la ubicación de cada molino. La forma cilíndrica del cuerpo principal del edificio es así, por tanto, para facilitar la orientación de la caperuza y minimizar el vuelo del eje del molino. Además, la rueda catalina se mantiene, en cualquier posición de la caperuza, engranada con la linterna. Todo está pensado.

Estos engranajes, puntos de giro y elementos de madera, piedra y lona ejecutados de manera artesanal hacían que, según diversos estudios, bajo un viento de unos 25 km/h, los molinos dieran una potencia de unos 20 CV (recuerden, como un 600), mientras que sus aspas, de casi 8 metros de longitud, completaran unas doce vueltas por minuto. Estos estudios concluyen que se aprovecha en torno al 30-35% de la potencia eólica. Por establecer una comparación, los aerogeneradores de última generación elevan esta cifra al 46%, a medio camino entre un molino de viento manchego y el límite de Betz.

Aspa de molino pegar, ingenioso hidalgo bailar

Ahora que ya conocemos aproximadamente la velocidad a la que giran las aspas (si dan doce vueltas por minuto y miden unos ocho metros, el extremo se mueve a unos 36 km/h), solo nos queda el contexto. Si seguimos dentro de la ficción, por ejemplo en Los Caballeros del Zodiaco, los caballeros de bronce eran capaces de repartir tortazos a la velocidad del sonido (unos 1224 km/h), mientras que los caballeros de oro te ponían mirando para la constelación de Sagitario repartiendo estopa a la velocidad de la luz (unos 300 000 km/s). Pobre don Quijote si le llega a calzar un meteoro el caballero de Pegaso. Son cifras muy alejadas de las aspas del molino. Vayamos a algo más real: los boxeadores. Si un directo del mejor Mike Tyson te llegara a la cara, lo haría a unos 10 m/s; lo que sucedería después no te sorprenderá. Curiosamente, 10 m/s son aproximadamente 36 km/h, lo mismo que nuestro extremo de aspa, lo cual nos sirve bastante bien para situarnos. Se calcula que los puñetazos de los boxeadores profesionales, entrenados para transmitir la máxima fuerza en la pegada, equivalen a cinco veces su propio peso. Si tenemos en cuenta que el macho del aspa pesa en torno a tonelada y media, sin entrar en análisis físicos profundos, el topetazo podría asimilarse al directo de un Tyson que pesara quince veces más que el que muerdeorejas. En definitiva, te comerías un hostión como un castillo.

En el Quijote se relata que «dándole una lanzada en el aspa, la volvió el viento con tanta furia que hizo la lanza pedazos, llevándose tras sí al caballo y al caballero, que fue rodando muy maltrecho por el campo». Vamos, que no hubo impacto directo como tal. Si le llega a pegar el madero, Cervantes debería haber acabado la historia en dicho capítulo VIII, bien porque Alonso Quijano doblaba la servilleta o porque el tremendo golpe le devolvía la lucidez.

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