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Cómo Hacer Funcionar la Economía con el Clima

Thu, 21 Sep 2017 00:00:00 +0000

Antes de la Revolución Industrial, las personas ajustaban su demanda de energía en base a la oferta de la misma, la cual era variable. Nuestro sistema de transporte y comercio global, que dependía de barcos de vela, operaban solo cuando el viento soplaba, así como los molinos que proporcionaban nuestro alimento y energizaban muchos procesos de manufactura.

El mismo enfoque podría ser muy útil hoy en día, especialmente cuando es mejorado con tecnología moderna. En particular, las fábricas y el transporte de carga, como barcos e incluso trenes, podrían solo operarse cuando haya energía renovable disponible. Ajustar la demanda de energía a la oferta haría que el cambio a la energía renovable fuera mucho más realista de lo que es hoy.

Energía renovable en tiempos preindustriales

Antes de la Revolución Industrial, tanto la industria como el transporte dependían en gran medida de fuentes de energía renovable intermitentes. Los molinos de agua, los molinos de viento y los veleros han estado en uso desde la Antigüedad, pero los europeos llevaron estas tecnologías a su pleno desarrollo a partir del siglo XV en adelante.

En su apogeo, justo antes del despegue de la Revolución Industrial, habían en Europa aproximadamente 200,000 molinos accionados por el viento y 500,000 molinos accionados por el agua. Inicialmente, los molinos de agua y los molinos de viento se usaban principalmente para moler grano, una tarea laboriosa que se había hecho a mano durante muchos siglos, primero con la ayuda de piedras y luego con un molino de mano giratorio.

“Een zomers landschap” (“Un paisaje de verano”), pintura de Jan van Os.

Pronto los molinos accionados por agua y viento se adaptaron a procesos industriales destinados a aserrar madera, pulir vidrio, fabricar papel, taladrar tuberías, cortar mármol, cortar metal, afilar cuchillos, triturar tiza, moler mortero, fabricar pólvora, acuñar monedas, etc. . ¹ ² Los molinos de viento y agua también procesaron una gran cantidad de productos agrícolas: presionando aceitunas, descascarando cebada y arroz, moliendo especias y tabaco, y triturando linaza, colza y semillas de cáñamo para cocinar e iluminar.

Aunque el comercio internacional dependía de Fuentes intermitentes de viento, este fue crucial para muchas economías europeas antes de la Revolución Industrial.

Los llamados “molinos industriales de agua” se habían utilizado en la Antigüedad y fueron ampliamente adoptados en Europa en el siglo XV, pero los “molinos industriales de viento” aparecieron solo en los 1600 en los Países Bajos, un país que llevó la energía eólica al extremo. Los holandeses incluso aplicaron la energía eólica para recuperar tierras del mar, y todo el país se mantuvo seco mediante molinos de viento de funcionamiento intermitente hasta 1850. ²

Abraham Storck: Paisaje de un río con Pescadores en botes de remo, 1679.

El uso de la energía eólica para el transporte usando veleros, también prosperó desde el año 1500 en adelante, cuando los europeos “descubrieron” nuevas tierras. El transporte eólico apoyó un sistema de comercio internacional robusto, diverso y en constante expansión, tanto en productos a granel (como grano, vino, madera, metales, cerámica y pescado conservado), artículos de lujo (como metales preciosos, pieles, especias, marfil, sedas y medicinas) y esclavos humanos. ³

Aunque dependía de fuentes eólicas intermitentes, el comercio internacional fue crucial para muchas economías europeas. Por ejemplo, la industria de construcción naval holandesa, que se apoyaba en aproximadamente unas 450 serrerías eólicas, importó prácticamente todos sus víveres navales del Báltico: madera, alquitrán, hierro, cáñamo y lino. Incluso el suministro de alimentos podía depender del transporte impulsado por el viento. Hacia finales del siglo XVI, los holandeses importaron dos mil cargamentos de grano por año desde Gdansk. ³ Los veleros también fueron importantes para la pesca.

Tratando con la intermitencia en tiempos Pre-industriales

Aunque las fuentes de energía renovables variables fueron críticas para la sociedad europea durante los 500 años antes de que los combustibles fósiles tomaran el control, no habían ni baterías químicas, ni líneas de transmisión eléctrica ni capacidad de equilibrio de las centrales eléctricas de combustibles fósiles para manejar la energía variable del viento y el poder del agua. Entonces, ¿cómo lidiaron nuestros antepasados con la gran variabilidad de las fuentes de energía renovables?

Hasta cierto punto, contaban con soluciones tecnológicas para igualar la oferta de energía a la demanda de energía, tal como lo hacemos hoy. El nivel del agua en un río depende del clima y las estaciones. Los molinos flotantes y molinos situados en puentes se encontraban entre las primeras soluciones tecnológicas para este problema. Subiendo y bajando junto con el nivel del agua, les permitía mantener un régimen operativo más predecible. ¹ ⁴

Hasta cierto punto, nuestros antepasados contaban con soluciones tecnológicas para igualar la oferta de energía a la demanda, tal como lo hacemos hoy.

Sin embargo, la potencia hidráulica podría almacenarse para un uso posterior. Comenzando en la Edad Media, se construyeron presas, o azudes, para crear estanques, una forma de almacenamiento de energía similar a los depósitos de energía hidroeléctrica de hoy en día. Los depósitos de almacenamiento igualaron el flujo de arroyos y ríos y aseguraron que el agua estuviera disponible cuando fuese necesario. ⁴ ⁵

Molino movido por caballos, una pintura de James Herring. Ca. 1850.

Pero los ríos aún podrían secarse o congelarse durante períodos prolongados, haciendo inútiles las represas y las ruedas hidráulicas ajustables. Además, no habían soluciones disponibles de este tipo para los molinos de viento. ² ⁶ ⁷

Una solución tecnológica para la intermitencia del agua y la energía eólica era el “molino de tracción a sangre” o “molino de caballos”. ⁸ En contraste con la energía eólica y hidráulica, se puede contar con caballos, burros o bueyes para suministrar energía cuando sea necesario. Sin embargo, los molinos de bestias eran caros e ineficientes energéticamente: alimentar a un caballo requería un área de tierra capaz de alimentar a ocho humanos. ⁹ En consecuencia, el uso de la potencia animal en procesos de fabricación a gran escala era raro. Los molinos de tracción a sangre se usaban principalmente para la molienda de granos o como fuente de energía en talleres pequeños, utilizando animales de tiro. ¹

Obviamente, los molinos de tracción a sangre tampoco eran una fuente de energía de respaldo viable para barcos de vela. En principio, los veleros podrían usar la energía humana cuando el viento no estuviera disponible. Sin embargo, una cuadrilla de remo suficientemente grande necesitaba agua y alimentos adicionales, lo que habría limitado el alcance del buque o su capacidad de carga. Por lo tanto, el remo estaba restringido principalmente a barcos de guerra y botes más pequeños.

Ajustando la demanda a la oferta: Fábricas

Debido a las limitadas opciones tecnológicas que nuestros antepasados tenían para hacer frente a la variabilidad de las fuentes de energía renovables, recurrieron principalmente a una estrategia que hemos olvidado en gran medida: adaptaron su demanda de energía a la oferta variable de energía. En otras palabras, aceptaron que la energía renovable no siempre estaba disponible y actuaron en consecuencia. Por ejemplo, los molinos de viento y los veleros simplemente no se operaban cuando no había viento.

Pintura: [Molinos en Westzijderveld, cerca de Zaandam](https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Claude_Monet_Mills_in_the_Westzijderveld_near_Zaandam.jpg), una pintura de Claude Monet.

En los molinos de viento industriales, se trabajaba cada vez que soplaba el viento, incluso si eso significaba que el molinero tenía que trabajar día y noche, tomando cortas siestas. Por ejemplo, un documento revela que en el Union Mill en Cranbrook, Inglaterra, el molinero solo durmió tres horas durante un período ventoso que duró 60 horas. ² Un libro de 1957 sobre molinos de viento, en parte basado en entrevistas con los últimos molineros supervivientes, revela la urgencia de usar el viento cuando estaba disponible:

A menudo, cuando soplaba el viento en otoño, el molinero trabajaba desde el domingo a la medianoche hasta el martes por la noche, desde el miércoles por la mañana hasta el jueves por la noche, y desde el viernes por la mañana hasta el sábado a medianoche, tomando solo algunos momentos de sueño; y un buen molinero siempre se despertaba cuando el viento soplaba, levantándose en la mitad de la noche para poner en marcha el molino, porque el viento era su capataz y debía aprovecharse cada vez que soplaba. Muchas veces, a un pueblo le ha faltado el pan de trigo porque el molino local estaba en un distrito sin agua antes de la invención de la máquina de vapor; y el pan de harina de cebada o incluso el pan de patata tenían que ser suficientes en la crisis de un otoño sin viento. ¹⁰

En el pasado, tiempos más conservadores, un molinero era castigado por trabajar el domingo, pero a este no siempre le importó. Cuando se realizó una protesta contra el trabajo dominical del Sr. Wade del molino de Wicklewood, Norfolk, él replicó: “Si el Señor es lo suficientemente bueno como para enviarme viento un domingo, lo voy a usar”. ¹¹ Por otro lado, cuando no había viento, los molineros hacían otros trabajos, como mantener su maquinaria, o tomarse un tiempo libre. Noah Edwards, el último molinero de la torre de molinos Arkley en Hertfordshire, se “sentaría en el escenario de una buena tarde y tocaría el violín”. ¹¹

Ajustando la demana a la oferta: Barcos de vela

Un enfoque similar existía para los viajes en altamar, utilizando veleros. Cuando no había viento, los marineros se quedaban en tierra, mantenían y reparaban sus barcos, o hacían otras cosas. Planeaban sus viajes según las estaciones, haciendo uso de vientos y corrientes estacionales favorables. Los vientos en el mar no solo son mucho más fuertes que los terrestres, sino también más predecibles.

Los marineros planeaban sus viajes según las estaciones del año, haciendo uso de los vientos y corrientes más favorables.

La atmósfera baja del planeta, la tropósfera, está rodeada por seis cinturones de viento principales, tres en cada hemisferio. Desde el ecuador hasta los polos, estos “vientos dominantes” son los vientos alisios, los vientos del oeste y los vientos del este. Los seis cinturones de viento se mueven hacia el norte durante el verano en el hemisferio norte y hacia el sur durante el invierno boreal. Cinco grandes corrientes marinas están correlacionados con los flujos de viento dominantes.

El Mass en Dordrecht, pintura de Aelbert Cuyp, 1660.

Poco a poco, los navegantes europeos descifraron el patrón global de los vientos y las corrientes y aprovecharon esta información para establecer nuevas rutas marítimas en todo el mundo. Para el año 1500, Cristóbal Colón había descubierto que la combinación de vientos alisios y vientos del oeste permitía una ruta de ida y vuelta para los veleros cruzando el océano Atlántico.

Los vientos alisios alcanzan su latitud más septentrional en/o después del final del verano septentrional, poniéndolos al alcance de España y Portugal. Estos vientos alisios de verano facilitaron la navegación desde el sur de Europa hasta el Caribe y América del Sur, porque el viento soplaba en esa dirección a lo largo de la ruta.

Mapa de vientos del Atlántico, 9 de Septiembre del 2017. Fuente: [Windy](https://www.windy.com)

Tomar la misma ruta de regreso sería casi imposible. Sin embargo, los marineros ibéricos primero navegaron hacia el norte para atrapar los vientos del oeste, que alcanzan su ubicación más al sur en/o después del final del invierno, y estos llevaron a los marineros directamente al sur de Europa. En la década de 1560, el explorador vasco Andrés de Urdaneta descubrió una ruta de ida y vuelta similar en el Océano Pacífico. ¹²

El uso de vientos favorables hizo que los tiempos de viaje de los veleros fueran relativamente fidedignos. El cruce del océano Atlántico mas rápido fue de 21 días, el más lento de 29 días.

El uso de vientos favorables hizo que los tiempos de viaje de los veleros fueran relativamente predecibles. Ocean Passages for the World menciona que los tiempos típicos de Nueva York al Canal de la Mancha para un velero de mediados del siglo XIX a principios del siglo XX fue de 25 a 30 días. De 1818 a 1832, el cruce más rápido fue de 21 días, el más lento de 29 días. ¹³

El viaje del Canal de la Mancha a Nueva York tomaba 35-40 días en invierno y 40-50 días en verano. Para Ciudad del Cabo, Melbourne y Calcuta tomaba 50-60 días, 80-90 días y 100-120 días, respectivamente. ¹³ Estos tiempos de viaje son el doble o el triple de los de los portacontenedores actuales, que varían su velocidad en función de los precios del petróleo y la demanda económica.

Viejo Enfoque, Nueva Tecnología

Como estrategia para tratar con fuentes de energía variables, ajustar la demanda de energía a la oferta de energía renovable es hoy una solución tan valiosa como lo era en tiempos preindustriales. Sin embargo, esto no significa que tengamos que volver a los medios preindustriales. Tenemos una mejor tecnología disponible, lo que hace que sea mucho más fácil sincronizar las demandas económicas con los caprichos del clima.

Navegando en la calma, pintura de Charles Brooking, primera mitad del siglo XVIII.

En los párrafos siguientes, investigo más detalladamente cómo la industria y el transporte podrían operar solo con fuentes de energía variable, y demostrar cómo las nuevas tecnologías abren nuevas posibilidades. Luego concluyo analizando los efectos sobre los consumidores, los trabajadores y el crecimiento económico.

Manufactura Industrial

A escala mundial, la manufactura industrial representa casi la mitad de todo el consumo energético. Muchos procesos mecánicos que fueron manejados por molinos de viento siguen siendo importantes hoy en día, como serrar, cortar, perforar, triturar, martillar, afilar, pulir, fresar, tornear, etc. Todos estos procesos de producción se pueden ejecutar con una fuente de energía intermitente.

Lo mismo ocurre con los procesos de producción de alimentos (trituración o descascarado de granos, prensado de aceitunas y semillas), minería y excavación (recolección y paleo, trituración de rocas y minerales) o producción textil (relleno de tela, preparación de fibras, tejido y tejido). En todos estos ejemplos, la entrada de energía intermitente no afecta la calidad del proceso de producción, solo la velocidad de producción.

Muchos procesos industriales no se ven fuertemente afectados debido al suministro de energía de forma intermitente.

Ejecutar estos procesos con fuentes de energía variables se ha vuelto mucho más fácil de lo que era en épocas anteriores. Las plantas de energía eólica están ahora completamente automatizadas, mientras que el molino de viento tradicional requiere atención constante. ¹⁴

Imagen: “Travailler au moulin / Werken met molens/ Trabajando con molinos”, Jean Bruggeman, 1996.

Sin embargo, no solo las turbinas eólicas (y las turbinas hidráulicas) son más prácticas y poderosas que en épocas anteriores, ahora podemos utilizar la energía solar para producir energía mecánica. Esto se hace generalmente con paneles solares fotovoltaicos, que convierten la luz solar en electricidad para hacer funcionar un motor eléctrico.

En consecuencia, una fábrica que requiere energía mecánica puede funcionar con una combinación de energía eólica y solar, lo que aumenta las posibilidades de que haya suficiente energía para hacer funcionar su maquinaria. La capacidad de recolectar energía solar es importante porque es la fuente de energía renovable más ampliamente disponible. La mayor parte de la capacidad energética del agua ya está siendo utilizada. ¹⁵

Energía Térmica

Otra diferencia crucial con los tiempos preindustriales es que podemos aplicar la misma estrategia a los procesos industriales básicos que requieren energía térmica en lugar de energía mecánica. El calor domina el uso de energía industrial, por ejemplo, en la fabricación de productos químicos o microchips, o en la fundición de metales.

En tiempos preindustriales, los procesos de fabricación que requerían energía térmica se alimentaban de la quema de biomasa, turba y/o carbón. El uso de estas fuentes de energía causó graves problemas, como la deforestación a gran escala, la pérdida de tierras y la contaminación del aire. Aunque la energía solar se usó en épocas anteriores, por ejemplo, para evaporar sal a lo largo de las costas, para secar cultivos para su conservación o para secar el barro en ladrillos de arcilla, su uso se limitó a procesos que requerían temperaturas relativamente bajas.

Podemos aplicar la misma estrategia a los procesos industriales básicos que requieren energía térmica en lugar de energía mecánica, lo cuál no era posible antes de la Revolución Industrial.

En la actualidad, las energías renovables distintas de la biomasa pueden ser utilizadas para producir energía térmica de dos maneras. En primer lugar, podemos usar turbinas eólicas, turbinas hidráulicas o paneles solares fotovoltaicos para producir electricidad, que luego puede usarse para producir calor mediante resistencia eléctrica. Esto no era posible en la época preindustrial, porque no había electricidad.

Imprenta accionada mediante energía solar de Augustin Mouchot,1882.

En segundo lugar, podemos aplicar directamente el calor solar, utilizando colectores de placas planas a base de agua o colectores de tubos de vacío, que recogen la radiación solar desde todas las direcciones y pueden alcanzar temperaturas de 120 grados centígrados. También tenemos colectores de concentrador solar, que rastrean el sol, concentran su radiación y pueden generar temperaturas lo suficientemente altas como para fundir metales o producir microchips y células solares. Estas tecnologías solares solo estuvieron disponibles a finales del siglo XIX, siguiendo los avances en la fabricación de vidrio y espejos.

Almacenamiento de Energía Limitada

La ejecución de procesos en fábricas utilizando fuentes de energía variables no excluye aprovechar del almacenamiento de energía o plantas de energía de respaldo para el despacho de la misma. Ajustar la demanda a la oferta debe tener prioridad, pero otras estrategias pueden ser un apoyo. En primer lugar, el almacenamiento de energía o la capacidad de generación de energía de respaldo podrían ser útiles para procesos de producción críticos que no pueden detenerse durante períodos prolongados, como la producción de alimentos.

En segundo lugar, el almacenamiento de energía a corto plazo también es útil para ejecutar procesos de producción que están en desventaja debido a un suministro de energía intermitente. ¹⁶ En tercer lugar, el almacenamiento de energía a corto plazo es crucial para los procesos de fabricación controlados por computadora, permitiendo que sigan funcionando durante breves interrupciones en la fuente de alimentación y que las computadoras se apaguen de forma segura en caso de cortes de energía más prolongados. ¹⁷

Binnenshaven Rotterdam, una pintura de Jongkind Johan Berthold (1857)

En comparación con los tiempos preindustriales, ahora tenemos más y mejores opciones de almacenamiento de energía disponibles. Por ejemplo, podemos usar biomasa como fuente de energía de respaldo para la producción de energía mecánica, algo que los molineros preindustriales no podían hacer: antes de la llegada de la máquina de vapor, no había forma de convertir la biomasa en energía mecánica.

Antes de la llegada de la máquina de vapor, no había forma de convertir la biomasa en energía mecánica.

También contamos con baterías químicas, y sistemas de baja tecnología como volantes de motor (flywheels), almacenamiento de aire comprimido, acumuladores hidráulicos y plantas de almacenamiento por bombeo. La energía térmica puede almacenarse en depósitos de agua bien aislados (hasta 100 grados) o en sal, aceite o cerámica (para temperaturas mucho más altas). Todas estas soluciones de almacenamiento fracasarían por alguna razón u otra si se les encomendara almacenar una gran producción de energía renovable. Sin embargo, pueden ser muy útiles a menor escala para apoyar el ajuste de la demanda de energía.

La nueva era de la vela

El transporte de carga es otro candidato para el uso de energía renovable cuando está disponible. Los barcos todavía transportan alrededor del 90 por ciento del comercio mundial, y aunque es la forma de transporte más eficiente en términos de energía por tonelada-kilómetro, el uso total de energía es alto y los buques que funcionan con petróleo son extremadamente contaminantes.

Imagen de Arne List [CC BY-SA 2.0], via Wikimedia Commons

Una idea común de alta tecnología es instalar turbinas eólicas costa afuera, convertir la electricidad que generan en hidrógeno y luego usar ese hidrógeno para alimentar los buques de navegación marítima. Sin embargo, es mucho más práctico y eficiente energéticamente utilizar el viento para alimentar las naves directamente, como lo hemos hecho durante miles de años. Además, los buques de carga propulsados por petróleo suelen flotar inactivos durante días o incluso semanas antes de que puedan entrar y/o abandonar un puerto, lo que hace que la relativa imprevisibilidad de los veleros sea menos problemática.

Es mucho mas práctico y eficiente energéticamente usar el viento para alimentar barcos directamente.

Al igual que con la fabricación industrial, en la actualidad la tecnología ha avanzado y hay conocimiento disponible para basar una industria naviera mundial únicamente en la energía eólica. Tenemos nuevos materiales para construir barcos y velas, mejores y más duraderos, contamos con instrumentos de navegación y comunicación más precisos, tenemos previsiones meteorológicas más predecibles, podemos utilizar paneles solares como energía de respaldo del motor, y tenemos un conocimiento más detallado sobre vientos y corrientes.

Thomas W. Lawson era una Goleta de 7 mástiles y casco de acero construida en 1902 para el comercio del Pacífico. Tenía una tripulación de 18.

De hecho, los patrones mundiales de viento y corrientes solo se entendieron completamente cuando la era de la navegación a vela casi había terminado. Entre 1842 y 1861, el navegante estadounidense Matthew Fontaine Maury recolectó una amplia gama de registros de embarcaciones que le permitieron registrar los vientos dominantes y las corrientes marinas, así como sus variaciones estacionales. ¹⁸

El trabajo de Maury permitió a los marineros acortar considerablemente el tiempo de navegación, simplemente mediante el mejor aprovechamiento de los vientos dominantes y las corrientes marinas. Por ejemplo, un viaje de Nueva York a Río de Janeiro se redujo de 55 a 23 días, mientras que la duración de un viaje de Melbourne a Liverpool se redujo a la mitad, de 126 a 63 días. ¹⁸

Más recientemente, las carreras de yates han generado muchas innovaciones que nunca se han aplicado al envío comercial. Por ejemplo, en la Copa Americana del 2017, el equipo Emirates New Zealand introdujo bicicletas fijas en lugar de manivelas para alimentar el sistema hidráulico que dirige el barco. Debido a que nuestras piernas son más fuertes que nuestros brazos, el uso de pedal permite un viraje y giro más rápidos en una carrera, pero también podría ser útil para reducir los recursos humanos requeridos para veleros comerciales. ¹⁹

Los registros de velocidad de navegación también son reveladores. El velero más rápido en 1972 ni siquiera llegó a 50 km/h, mientras que el actual poseedor del récord – el Vestas Sailrocket 2 – navegó a 121 km/h en 2012. Si bien este tipo de barcos no son prácticos para transportar carga, podrían inspirar otros diseños que lo fuesen.

Trenes accionados por energía eólica y solar

Podríamos seguir un enfoque similar para el transporte terrestre, con el uso de trenes propulsados por energía eólica y solar. Al igual que los barcos de vela, los trenes podrían funcionar siempre que haya energía renovable disponible. Por supuesto esto no significaría poner velas en los trenes, sino accionarlos con electricidad producida por paneles solares fotovoltaicos o turbinas eólicas a lo largo de las vías. Esta sería una aplicación completamente nueva de una estrategia centenaria para tratar con fuentes de energía variables, solo posible gracias a la invención de la electricidad.

Trenes accionados por energía eólica y solar podrían ser la aplicación completamente nueva de una estrategia centenaria para tratar con fuentes de energía variables.

Accionar trenes de carga con energía renovable es un gran uso de la energía eólica intermitente, ya que generalmente se operan de noche, cuando la energía eólica a menudo es óptima y la demanda de energía es la más baja. Además, al igual que los buques de carga, los trenes de carga tienen horarios poco confiables porque a menudo permanecen estacionarios en los varaderos durante días, esperando cargarse por completo.

Cardiff Docks, una pintura de Lionel Walden, 1894

Incluso la velocidad de los trenes podría regularse dependiendo de la cantidad de energía renovable que esté disponible, al igual que la velocidad del viento determina la velocidad de un velero. Un enfoque similar también podría funcionar con otros sistemas de transporte eléctrico, como trolebús, trolebotes o teleféricos aéreos.

La combinación de trenes de carga y fábricas accionadas por energía solar y eólica crea posibilidades adicionales. Por ejemplo, a primera vista, los trenes de pasajeros impulsados por energía solar o eólica parecen ser imposibles, porque las personas son menos flexibles que los bienes. Si un tren con energía solar no funciona o funciona demasiado lento, es posible que hayan cambios en las agendas de las personas. Del mismo modo, en días nublados, pocas personas llegarían a la oficina.

Paneles fotovoltáicos solares cubren una vía férrea en Bélgica, 2016. Imagen: Infrabel

Sin embargo, esto podría resolverse utilizando las mismas fuentes de energía renovables para fábricas y trenes de pasajeros. Los paneles solares a lo largo de las líneas ferroviarias podrían dimensionarse para días nublados, y así garantizar un nivel mínimo de energía para un servicio mínimo de trenes de pasajeros (pero no de producción industrial). Durante los días soleados, la energía solar adicional podría usarse para hacer funcionar las fábricas a lo largo de la línea ferroviaria, o para ejecutar trenes adicionales de pasajeros (o carga).

Consecuencias para la sociedad: Consumo y Producción

Como hemos visto, si la producción industrial y el transporte de carga dependieran de la disponibilidad de energía renovable, aún podríamos producir una amplia gama de bienes de consumo y transportarlos por todo el mundo. Sin embargo, no todos los productos estarían disponibles todo el tiempo. Si se quisiera comprar zapatos nuevos, es posible que se deba esperar la temporada adecuada para su fabricación y entrega.

La producción y el consumo dependerían del clima y las estaciones. Las fábricas accionadas con energía solar tendrían mayores tasas de producción en los meses de verano, mientras que las fábricas eólicas tendrían mayores tasas de producción en los meses de invierno. Las temporadas de navegación también deberían tenerse en cuenta.

Si se quisiera comprar zapatos nuevos, es posible que se deba esperar la temporada adecuada para su fabricación y entrega.

Pero administrar una economía según los ritmos del clima no significa necesariamente que las tasas de producción y consumo disminuirían. Si las fábricas y el transporte de carga ajustan su uso de energía al clima, pueden utilizar la producción anual de energía total de las turbinas eólicas y los paneles solares.

Un Molino de viento en Zaandam, una pintura de Claude Monet, 1871.

Los fabricantes podrían contrarrestar la escasez de producción produciendo artículos estacionales ‘de temporada’ y luego almacenándolos cerca de los consumidores para la venta durante períodos de baja energía. De hecho, estos productos se convertirían en “reserva de energía” en este escenario. En lugar de almacenar energía para fabricar productos en el futuro, fabricaríamos productos siempre que haya energía disponible, y almacenaríamos los productos para su posterior venta.

Sin embargo, la producción estacional si podría conducir a menores tasas de producción y consumo. Sobre-producir en tiempos de alta energía requiere grandes instalaciones de producción y almacenes, que serían infrautilizados durante el resto del año. Para producir de forma rentable, los fabricantes deberán hacer compromisos. De vez en cuando, estos compromisos conducirán a la escasez de productos, lo que a su vez podría alentar a las personas a considerar otras soluciones, como la reparación y la reutilización de productos existentes, productos hechos a mano, bricolaje o intercambiar y compartir productos.

Consecuencias para la fuerza de trabajo

Ajustar la demanda de energía al suministro de energía también implica que la fuerza de trabajo se debe adaptar al clima. Si una fábrica funciona con energía solar, entonces la disponibilidad de energía se correspondería muy bien con los ritmos humanos. El único inconveniente es que los trabajadores estarían libres del trabajo, especialmente en invierno y en días nublados.

Sin embargo, si una fábrica o un tren de carga funciona con energía eólica, entonces la gente también tendría que trabajar durante la noche, lo que se considera poco saludable. Lo bueno es que tendrían vacaciones en verano y en días de buen clima.

Nachtelijk werk in de dokken (Trabajo nocturne en los muelles), una pintura de Henri Adolphe Schaep, 1856.

Si una fábrica o un sistema de transporte es operado solo con energía eólica o solar, los trabajadores también tendrían que lidiar con la incertidumbre sobre sus horarios de trabajo. Aunque tenemos pronósticos meteorológicos mucho mejores que en tiempos preindustriales, sigue siendo difícil hacer predicciones precisas con más de unos días de anticipación.

Sin embargo, no son solo las plantas de energía renovables las que ahora están completamente automatizadas. Lo mismo ocurre con las fábricas. Desde el siglo pasado se ha visto una creciente automatización de los procesos de producción, basados en computadoras y robots. Las llamadas “fábricas oscuras” ya están completamente automatizadas (no necesitan luces porque no hay nadie allí).

No son solo las plantas de energía renovables las que están ahora completamente automatizadas. Lo mismo ocurre con las fábricas.

Si una fábrica no tiene trabajadores, no importa cuándo esta esté operando. Además, muchas fábricas ya funcionan durante 24 horas por día, en parte operadas por millones de trabajadores haciendo el turno de noche. En estos casos, el trabajo nocturno en realidad disminuiría porque estas fábricas solo funcionarán durante la noche si hace viento.

Finalmente, también podríamos limitar la parte principal de la fabricación industrial y el transporte ferroviario a las horas de trabajo normales, y reducir el exceso de oferta durante la noche. En este escenario, simplemente tendríamos menos bienes materiales y más vacaciones. Por otro lado, habría una mayor necesidad de otros tipos de trabajos, como la artesanía y la navegación.

¿Qué hay del Internet?

En conclusión, la fabricación industrial y el transporte de carga, tanto terrestre como marítimo, podrían ejecutarse casi en su totalidad con fuentes de energía renovables variables, con poca necesidad de almacenamiento de energía, redes de transmisión, capacidad de equilibrado o sobre-construcción de plantas de energía renovable. En contraste, el enfoque moderno de alta tecnología de unir el suministro de energía a la demanda de energía en todo momento requiere una gran cantidad de infraestructura adicional que hace que la producción de energía renovable sea una tarea compleja, lenta, costosa e insostenible.

Ajustar la demanda de energía al suministro haría que el cambio a la energía renovable fuera mucho más realista de lo que es hoy. No habría reducción de energía ni pérdidas por almacenamiento y transmisión. Toda la energía producida por los paneles solares y las turbinas eólicas se usaría en el lugar y nada se desperdiciaría.

Marina, una pintura de Carol Popp de Szathmary, 1800s.

Ajustar la demanda de energía al suministro de energía puede ser menos sencillo en otros sectores. A pesar de que Internet podría operarse completamente con fuentes de energía variables, utilizando redes asíncronas y softwares tolerantes al retardo, muchas aplicaciones de Internet más nuevas desaparecerían.

En casa, probablemente no podemos esperar que las personas se sienten a oscuras o que no cocinen cuando no hay energía renovable. Del mismo modo, las personas no vendrán a los hospitales sino hace sol. En tales casos, existe una mayor necesidad de almacenamiento de energía u otras medidas para contrarrestar un suministro de energía intermitente. Esto es material para una próxima publicación.

Parte de la investigación de este artículo se realizó durante una beca en el Demand Center, Lancaster, Reino Unido.

Lucas, Adam. Wind, Water, Work: Ancient and Medieval Milling Technology. Vol. 8. Brill, 2006. ↩︎ ↩︎ ↩︎
Hills, Richard Leslie. Power from wind: a history of windmill technology. Cambridge University Press, 1996. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Paine, Lincoln. The sea and civilization: a maritime history of the world. Atlantic Books Ltd, 2014. ↩︎ ↩︎
Reynolds, Terry S. Stronger than a hundred men: a history of the vertical water wheel. Vol. 7. JHU Press, 2002. ↩︎ ↩︎ ↩︎
Una de las primeras represas hidroeléctricas más grandes fue la Cento Represa, en Italia (1450), que tenía 71 m de largo y casi 6 m de altura. En el siglo XVIII, las presas más grandes tenían hasta 260 m de largo y 25 m de alto, con canales de potencia que conducían a docenas de ruedas hidráulicas. ⁴ ↩︎
Aunque los molinos de viento tenían todo tipo de mecanismos internos para adpatarse a los cambios repentinos en la velocidad del viento, y la dirección del viento, la energía eólica no tenía equivalente en la presa de energía hidráulica. ↩︎
Esto explica por qué los molinos de viento se volvieron especialmente importantes en regiones con climas secos, en países planos, o en áreas muy frías, donde no había agua disponible. En países con buenos recursos hídricos, los molinos de viento solo aparecieron cuando la demanda de energía crecío y creó una crisis porque los mejores sitios de suministro de agua ya estaban ocupados. ↩︎
Las mareas eran técnicamente similares a los molinos de agua, pero eran más confiables porque el mar es menos propenso a secarse, congelarse o cambiar su nivel de agua comparado con un río. ↩︎
Sieferle, Rolf Peter, and Michael P. Osman. The subterranean forest: energy systems and the industrial revolution. Cambridge: White Horse Press, 2001. ↩︎
Freese, Stanley. Windmills and millwrighting. Cambridge University Press, 1957 ↩︎
Wailes, Rex. The English windmill. London, Routledge & K. Paul, 1954 ↩︎ ↩︎
El patrón global del viento se complementa con patrones de viento regionales, como la brisa terrestre y la brisa marina. El Océano Índico Norte tiene inviernos semi-anuales reversos a los vientos del Monzón. Estos soplan del suroeste desde junio a noviembre y del noreste desde diciembre a mayo. El comercio marítimo en el Océano Índico comenzó antes que en otros mares, y las rutas comerciales establecidas dependían por completo de la temporada. ↩︎
Jenkins, H. L. C. “Ocean passages for the world.” The Royal Navy, Somerset (1973). ↩︎ ↩︎
Las personas encargadas de los molinos de viento tenían que estar alertas para mantener la brecha entre las piedras constante, por muy agitado que fuera el viento. Antes de los días en los que gobierna el centrifugado, esto se hacía a mano. El molinero tenía que vigilar la fuerza del viento, juzgar la cantidad de tela que debía extenderse, y estar preparado para detener el molino a vela y tomar o sacar más tela, ya que no había velas patentadas. Y antes de que la fantail se pusiera en uso, también tenía que vigilar la dirección del viento y mantener las velas cuadradas en el ojo del viento. [11] ↩︎
Además de la electricidad, la Revolución Industrial también nos trajo aire comprimido, agua a presión y una mejor transmisión de potencia mecánica, que pueden ser todas alternativas valiosas para la electricidad en ciertas aplicaciones. ↩︎
Una distinción similar se hizo en pasado. Por ejemplo, cuando se hacía girar la tela, se requería una velocidad constante para evitar la caída de las ruedas dentadas y hacer que las máquinas entregaran partes gruesas y delgadas en mechas o hilos. [3] Es por eso que la hilatura solo se mecanizó utilizando energía hidráulica, que podría almacenarse para garantizar un suministro de energía más regular, y no energía eólica. La energía eólica tampoco era apta para procesos como la fabricación de papel, el transporte de minas o el funcionamiento de fuelles de alto horno en ferrerías. ↩︎
Se requiere un almacenamiento de energía a muy corto plazo para muchos procesos mecánicanicos que se ejecutan usando fuentes de energía variables, con el fin de suavizar las variaciones pequeñas y repentinas en el suministro de energía. Dichos sistemas mecánicos ya se usaban en molinos de viento preindustriales. ↩︎
Leighly, J. (ed) (1963) The Physical Geography of the Sea and its Meteorology by Matthew Fontaine Maury, 8th Edition, Cambridge, MA: Belknap Press. Cited by Knowles, R.D. (2006) “Transport shaping space: the differential collapse of time/space”, Journal of Transport Geography, 14(6), pp. 407-425. ↩︎ ↩︎
Rival teams rejected pedal power because they feared radical change, says Team New Zealand designer. The Telegraph, May 24, 2017. ↩︎

Pasado y futuro de los molinos de viento industriales molino aserrador

Thu, 08 Oct 2009 00:00:00 +0000

Imagen: Wikipedia Commons.

En los años 30 y 40 del pasado siglo, mucho tiempo después que las máquinas a vapor hubieran dejado obsoleta la energía eólica, investigadores científicos holandeses se obstinaron en mejorar el ya de por sí complejo molino de viento tradicional.

Los resultados fueron espectaculares y no hay duda de que hoy en día un ejército de ecogeeks los podría mejorar aún más. ¿Sería factible volver a impulsar el molino industrial de viento y convertir de nuevo energía cinética directamente en energía mecánica?

En 1850 los Países Bajos albergaban 5 veces más molinos de viento que aerogeneradores que hoy existen

Hace más de 900 años, la Europa medieval se convirtió en la primera gran civilización que no funcionaba gracias a la fuerza muscular. Miles y miles de molinos de viento y norias transformaron radicalmente la industria y la sociedad. Fue una revolución industrial totalmente alimentada por energía renovable – con lo que hoy solo podemos soñar.

El viento y el agua movían los molinos que eran, en esencia, las primeras fábricas de la historia. Se trataba de un edificio, una fuente de energía, la maquinaria y los empleados, y de ellas salía un producto.

Los molinos de viento y las norias no eran tecnologías nuevas – ambas máquinas aparecieron en la Antigüedad y las que se usaban en los inicios de la Edad Media no diferían técnicamente de aquellas. Sin embargo, antiguas civilizaciones como la griega y la romana apenas las utilizaron, posiblemente por razones religiosas, y debido a la más que suficiente mano de obra esclava.

Agua versus viento

Los molinos movidos por el agua fueron, en general, más importantes y numerosos que los molinos de viento. Esto era lógico ya que la tecnología que emplean es más simple y fiable. El caudal de un río puede cambiar según las estaciones, pero los ríos casi siempre conservan algo de corriente. Por otra parte, haciendo uso de los canales y compuertas, el flujo del agua podía ser controlado con precisión para proporcionar la velocidad o carga requerida por los mecanismos situados dentro del edificio del molino.

Fuente: \"Molenbouw: het staande werk van de bovenkruiers\", Anton Sipman, 1975.

El viento, por el contrario, no siempre sopla. Cuando lo hace, su velocidad y dirección puede cambiar repentínamente y los molinos no disponían de un método eficiente para controlar su fuerza, al menos no, en la época medieval. La presencia de molinos movidos por agua se multiplicó en Europa desde finales del siglo XI y en tan solo 200 años casi todas las energías disponibles en ríos y arroyos fueron empleadas. Sin embargo, no todas las regiones eran aptas para instalar molinos de agua. Las razones bien podían ser la escasez de suficientes recursos hídricos (como España), demasiado llana y ríos de insuficiente corriente (como en los Países Bajos y tierras bajas de Inglaterra) o que los ríos se congelaban durante el invierno (como en Escandinavia, Rusia y Alemania).

En estos países, los molinos de viento aparecieron en el siglo XIII y se extendieron rápidamente. Posteriormente, incluso en las regiones que tenían suficientes recursos hídricos, se construyeron molinos de viento lo que evidenciaba el uso exhaustivo que se hac¡a de rios y corrientes.

¿De cuantos molinos estaríamos hablando…?

La cantidad de molinos de viento que existían a principios de la Edad Media sigue siendo una incógnita, ya que los pocos indicios que han podido estudiarse no permiten discernir si eran molinos movidos por agua o por viento. Por ejemplo, sabemos que en 1300 existían entre 10.000 y 12.000 molinos en el Reino Unido, pero no sabemos cuántos de ellos eran movidos por el viento (debian haber sido una minoría).

Solo se disponen de datos individuales de molinos de viento, que comienzan a aparecer a finales del siglo XIII. Es sólo de los siglos XVIII y XIX, período en el que la tecnología del molino de viento se expande, cuando aparecen registros inventariados más precisos.

En 1750, habían de 6.000 a 8.000 molinos de viento en los Países Bajos, de estos en 1850 existían 9.000. A título de comparación, esto significa casi 5 veces más que los aerogeneradores allí instalados hoy en d¡a (1.974 turbinas en septiembre de 2009). El Reino Unido tenía entre 5.000 y 10.000 molinos de viento en 1820. Francia, en 1847, disponía de 8.700 molinos de viento y 37.000 molinos de agua.

En 1895, Alemania tenía 18.242 molinos de viento. (Hoy posee alrededor de 18.000 aerogeneradores). Finlandia por su parte tenía 20.000 molinos de viento en 1900. En Portugal, España, diversas islas del Mediterráneo, muchos países de Europa Oriental y países escandinavos tambien existía una ingente cantidad de molinos de viento. La cantidad total de molinos de viento en Europa se ha estimado en unos 200.000 (en su punto de máxima expansión), frente a unos 500.000 movidos por agua. Los molinos se construian en el campo y en las ciudades, e incluso en las paredes de los castillos y fortificaciones para as¡ atrapar mejor el viento.

Alrededor de 1600, aparecieron nuevas aplicaciones para los molinos de viento; aserraderos, papeleras, molinos de mostaza, de tabaco,…

En un principio, la única función de los molinos era la molienda del grano y en menor medida el bombeo de agua para la desecación de zonas pantanosas (para ello debían conectarse auna noria de vaciado o a un tornillo de arquímedes).

El pan y la avena eran la base de la dieta en la Edad Media (la carne, el pescado y las verduras sólo eran asequibles para los ricos) y todo el grano debía molerse. Para que una familia tubiera harina suficiente era preciso que una persona pasara dos horas al día moliendo a mano. Molinos de viento para maíz se destinaron a la fabricación de ginebra holandesa y otros licores.

La molienda del grano continuaba siendo la función más importante de los molinos de viento. Para hacerse una idea en 1900, toda la cosecha de trigo de Europa del Norte fue tratada por molinos de viento en los Países Bajos, Dinamarca y Alemania. Sin embargo, alrededor del año 1600, aparecieron muchas de las nuevas aplicaciones industriales de los molinos; aserraderos, papeleras, molinos de mostaza, de tabaco,…

Nuevas aplicaciones

Se utilizaron los molinos para el descascarillado de la cebada y del arroz, la molienda de la malta, el prensado de la aceituna para extraer su aceite y el prensado de diferentes semillas como la linaza, la semilla de colza y semillas de cáñamo que daban aceite para hornillos y para el alumbrado. También hubo molinos de cacao, de mostaza, de pimienta (utilizado también para otras especias), incluso molinos de tabaco y rapé.

Fuente: Penterbak.

Además de la producción de alimentos, dos aplicaciones importantes de la tecnología del molino de viento eran la obtención de papel (usando cuerdas y las velas de los barcos como materia prima) y el aserrado de madera. Los molinos fueron utilizados también para triturar yeso (necesario para fabricar cemento), triturar mortero, drenar las minas, ventilar pozos (e incluso una cárcel), pulir vidrio y en la fabricación de pólvora.

El distrito de Zaan

Uno de los desarrollos tecnologicos más importantes de la industria de la energía eólica se produjo en el distrito de Zaan, una región situada justo encima de Amsterdam en los Países Bajos. Si bien la zona esta rodeada por agua, su energía potencial era limitada, ya que la zona es casi plana, por lo que el flujo de los ríos es mínimo. El viento, sin embargo, es fuerte. Muchas de las aplicaciones de los molinos descritas anteriormente aparecieron por primera vez (y a veces única) en el distrito de Zaan. Se dice que la región fué la primera zona industrializada de la historia.

Imagen: El distrito de Zaan.

Desde 1600 a 1750, los Países Bajos alcanzaron un importante poder económico y en ese periodo se construyeron en ella alrededor de 1.000 molinos (véase el mapa de la derecha). A los molinos se bautizan, como a los barcos.

Un elemento vital de la industria eólica en el distrito de Zaan fue el molino aserrador. La madera era necesaria para la construcción de viviendas, compuertas, barcos y por supuesto más molinos de viento. El aserrado mano era una tarea dura y lenta, los molinos aserradero reducian en gran medida el tiempo necesario para el proceso. Utilizando sierras de mano, en producir 60 vigas se empleaban 120 días hábiles, con energía eólica este proceso solo precisaba de 4 a 5 días (ver la imagen de abajo, mas aqui).

Un elemento vital de la industria eólica en el distrito de Zaan fue el molino aserrador. La madera era necesaria para la construcción de viviendas, compuertas, barcos y por supuesto más molinos de viento. El primer aserradero ( “Het juffertje” o “La señorita”) se construyó en 1596 en la ciudad de Zaandam, por Cornelis Corneliszoon. En 1630, se contaban 83 aserraderos al norte de Amsterdam, 53 de ellos localizados en el distrito de Zaan. El punto álgido se alcanzó en 1731 contabilizándose 450 aserraderos en los Países Bajos, 256 de ellos en el Zaan. En algunos casos, incluso la grúa usada para poder mover la madera de estas instalaciones, era impulsada por las velas.

Fuente: [Penterbak](http://penterbak.nl/deeenhoorn.html).

Otra temprana aplicación industrial de la energ¡a eólica en el distrito de Zaan, fue la producción de papel – motivado por la aparición de la imprenta. El primer molino de viento de fabricación de papel (“De Gans” o “El Ganso”) data de 1605 y en 1740 había 40 de ellos. A mediados del siglo XXVII, el molino papelero holandés se había perfeccionado en gran medida, lo que le permit¡a obtener un papel de mejor calidad, más blanco y en menor tiempo.

Un ejemplo que aún queda es “De Schoolmeester” (“El Maestro”), construido en 1692 (ver el cuadro de introducción y el interior más abajo). Los molinos eólicos de papel eran poco frecuentes en otros países, pero las versiones movidas hidráulicamente aparecieron ya en el siglo XI y se hicieron comunes – en Inglaterra, había 417 de ellos en 1800.

Solo unos pocos de los 1.000 molinos que sobreviven hoy en los Países Bajos son molinos de viento industriales. Contrariamente los molinos de drenaje y de maíz se mantuvieron económicamente viables durante mucho más tiempo. Otros molinos de viento notables en Zaan fueron los de rapé y tabaco (38 en 1795), los molinos de aceite (140 en 1731), los descascarilladores de cebada (65 en 1731), los destinados a fabricar colorantes (21 en 1731) y a producir cáñamo (20 en 1731). Los holandeses también construyeron cientos de molinos de viento en las Indias Occidentales para triturar caña de azúcar. Solo unos pocos de los 1.000 molinos que sobreviven hoy en los Países Bajos son molinos de viento industriales. Contrariamente los molinos de drenaje y de maíz se mantuvieron económicamente viables durante mucho más tiempo.

Energía de reserva: los animales

En muchos otros países europeos, funciones similares se llevaban a cabo principalmente con molinos de agua. Sin embargo, no todas las actividades impulsadas por ruedas hidráulicas lo hubiesen podido hacer con la energía del viento. La inconstancia del viento hacía a los molinos de viento no aptos para procesos que necesitaban una potencia de salida constante y fiable, como por ejemplo el fundido y forja de metal, afilado de herramientas o la extracción de minerales de las minas.

En los países donde el potencial de la energ¡a hidráulica era insuficiente, algunas de estas actividades se llevaban a cabo mediante animales, principalmente caballos. Los caballos también fueron utilizados como energía de apoyo en largos períodos de calma, con el fin de garantizar la entrega. Razón por la que en los Países Bajos en 1850, no solo había 1.800 molinos de viento para la molienda del maíz, sino también 1.300 molinos movidos con fuerza animal para la molienda de trigo sarraceno, cereal con un grano que requiere de una molienda mucho más constante.

Mas allá de los molinos y las factorias molino

Los primeros molinos medievales eran simples máquinas, derivados de las ruedas hidráulicas. Sin embargo, durante los siglos posteriores, los molinos de viento se convirtieron en una tecnología muy sofisticada. Los molinos de viento son máquinas mucho más complejas que las ruedas hidráulicas, a causa de la direccíon variable del viento. Los primeros molinos de viento, en la región que hoy es Irán y Afganistán, eran de tipo horizontal (eje vertical), y por lo tanto no era necesario adaptarlos para los cambios de dirección del viento. Pero estas maquinarias, mucho menos eficientes, nunca fueron utilizadas en Europa.

En un principio, los constructores de molinos medievales resolvieron el problema del viento variable mediante la colocación de la planta del conjunto sobre un eje central que se podía utilizar para encararlo al viento. Este fue el llamado “molino de poste” (a la derecha). Alrededor de la década de 1400, apareció un segundo tipo de molino de viento, en el que sólo la tapa y el eje de las velas manteniéndose estacionario el cuerpo de la planta. Este fue el llamado “molino de torre”, perfeccionado más tarde por los holandeses (ver el diagrama de la izquierda).

Los molinos de torre fueron el tipo de molino dominante en el Mediterráneo, aunque se trataban de máquinas menos eficientes con velas muy diferentes. Ya que permanecía inmóvil, el cuerpo principal del molino de torre podría ser construido a partir de piedra o ladrillo, lo que le confería mayor robustez. Ambos tipos continuaron en uso, pero paulatinamente muchos molinos de poste fueron reemplazados por molinos de torre desde el siglo XVII al siglo XIX.

Orientando las velas al viento

Hoy en día, los aerogeneradores se orientan frente al viento de forma automática por medio de equipos electrónicos. Cuando el viento es demasiado fuerte, la electrónica impide la rotación de las palas para evitar daños en la estructura. Los constructores de molinos medievales no tenían microchips y necesitaban encontrar otra solución.

Durante siglos, los molinos de viento se orientaban al viento a brazo. Esto se hacía mediante un gran madero en la parte trasera del molino (conectado a la escalera de la cola en el caso de un molino de poste), moviéndolo a la posición deseada, y fijándolo a uno de los doce postes de anclaje, que hundidos en el suelo formaban un círculo alrededor del molino.

Esta maniobra no era una tarea fácil, porque el cuerpo de un molino de poste debía moverse con el peso de toda la maquinaria interior. Algunos molinos fueron equipados con un cabrestante en el extremo del madero de gobierno, que se deslizaba a lo largo de un riel circular, lo que hizo la tarea un poco más fácil.

La parte superior de los molinos de torre se orientaban de una manera parecida, por medio de un madero mucho más largo – que llegaba hasta el suelo o hasta la terraza en el caso de un molino de torre de plataforma (en este caso). Alrededor del muro del molino se abrían unos orificios que permitían al molinero saber, si cambiaba el viento y en que dirección lo hacía.

El ajuste de las velas: una tarea ingente

La adaptación a las variaciones en la velocidad del viento era una operación aún más difícil. La maquinaria de la fábrica en el interior del molino requiere una velocidad de operación bastante precisa. Por ejemplo, los molinos de maíz funcionaban mejor de 50 a 60 giros por minuto ya que si superaban los 80 giros el grano se quemaba. Otro riesgo era que si las aspas giraban demasiado rápido, el molino de viento podía sufrir daños estructurales y derrumbarse. De nuevo, durante siglos, el molinero tuvo que realizar este ajuste a mano.

Plegando dos o incluso cuatro velas, o reduciendo la superficie vélica era posible adaptarse eficazmente a mayores intensidades de viento, pero con fuertes vientos esto debía haber consistido una tarea ingente. Básicamente, existen dos formas de ajustar la velocidad de giro a la variación de intensidad del viento. Las pequeñas diferencias de velocidad del viento pueden ser absorbidas, en el interior del molino, aumentando o disminuyendo la carga. Por ejemplo, en un molino de maíz, la adaptación a una mayor intensidad del viento se podría hacer mediante la ampliación de la zona de contacto entre las piedras de moler y añadiendo más grano. Debido a que la carga se incrementa, la velocidad de giro de las aspas se mantiene, a pesar de la mayor intensidad del viento.

Fuente: \"Dagboek van een molenaar\".

Sin embargo cuando el incremento de la intensidad del viento era demasiado grande, al molinero no le quedaba otra alternativa que salir de la fábrica y ajustar las velas. Los molinos de viento tradicionales no estaban equipados con palas, sino con aspas que consistían en un marco de madera cubierto de tela (en climas más fríos, el lienzo fue sustituido generalmente por listones de madera, que eran más fáciles de manejar en condiciones de frío intenso).

Plegando dos o incluso cuatro velas, o reduciendo la superficie vélica era posible adaptarse eficazmente a mayores intensidades de viento, pero con fuertes vientos esto debía haber consistido una tarea ingente. Al menos dos aspas debían situarse en posición vertical y frenar el giro para que el molinero, trepando a las aspas, pudiera plegar la tela. Con el riesgo de que si fallaba el freno mientras el molinero se encontraba en el aspa, esto lo podría poner en difícil situación. Izar y plegar las lonas de las cuatro aspas también era una labor obligada al principio y al final de cada jornada de trabajo.

Durante la segunda mitad del siglo XVIII, se desarrollaron varias técnicas complejas, pero eficaces que posibilitaron que un molino de viento tradicional funcionara con poca atención, al menos en lo que concierne a cambios en la intensidad y dirección del viento. En 1745, el herrero Inglés Edmund Lee inventó el “autoregulador de dirección” o “veleta”, un dispositivo que orienta automáticamente la posición de los molinos frente al viento. Consistía en una cola de milano (dos colas de milano para las grandes molinos de viento) y un engranaje.

Durante la segunda mitad del siglo XVIII, se desarrollaron varias técnicas complejas, pero eficaces que posibilitaron que un molino de viento tradicional funcionara con poca atención

Una cola de milano se puede describir como un molino de viento auxiliar que se instala detrás de las aspas, en un ángulo recto con ellas. Si la dirección del viento cambia , al llegar a la cola de milano, hace girar el molino hasta que las velas principales se sitúan de nuevo frente al viento. La cola de milano está conectada una rueda móvil en la tapa de la torre (en el caso de un molino de torre, por encima) o alrededor del edificio (en el caso de un molino de poste, ver foto). Las colas de milano posteriormente fueron utilizadas para las bombas de agua eólicas en los EE UU, pero como estos artefactos son muy ligeros no necesitan de ningún engranaje para orientarse.

Imagen: Una cola de milano. Fuente: Wikipedia Commons.

La veleta no sólo hizo que el manejo del molino fuera mucho más fácil, sino que también contribuyó a aumentar la potencia de salida ya que parte sustancial de la energía se perdía debido a las pequeñas variaciones en la dirección del viento, pues el molinero no siempre tenía tiempo (o ganas) para adecuar el molino de viento a cada pequeño cambio.

Control automático de: velas de resorte y de patente

Casi al mismo tiempo que se inventaron la cola de milano y el regulador de viento, aparecieron unos mecanismos que tenían como objetivo adaptar automáticamente las aspas a los vientos variables.

Esto permitió en 1772 el desarrollo de las llamadas “aspas de resorte”, inventadas por el constructor de molinos escocés Andrew Meikle. En las aspas de resorte, la lona se sustituye por decenas de lamas como las de una cortina veneciana. Cada una de las lamas es controlada por un resorte.

Cuando el viento aumenta, supera la fuerza del resorte y libera la lama, dejando que el viento circule a través y provoque la desaceleración de las aspas. Cuanto más fuerte sea el viento, más lamas se abren. Cuando la velocidad del viento disminuye, los resortes cierran las lamas, que unidas forman de nuevo una superficie uniforme. Todo este proceso facilita que las aspas giren con una velocidad de rotación similar a cualquier intensidad del viento.

Imagen: Las aspas de patente.

Imagen: Aspas de resorte.

Image: Controlador de giro de aspas.

El problema con las aspas de resorte es que las tensiones de los muelles (que están todos conectados entre sí mediante un largo listón) tienen que ser ajustados previamente en función de la velocidad del viento esperado y la potencia requerida. Una vez establecido, no es posible hacer ajustes, mientras las aspas giran.

Esto fue resuelto en 1789 por Stephen Hooper, quien introdujo unas lamas que podían ajustarse desde el suelo, manualmente, mediante una cadena sin necesidad de parar el molino (“controlador de giro de aspas”). El sistema, sin embargo, era demasiado complicado. La mejora definitiva a las aspas de lamas regulables llegó en 1807 cuando William Cubit unió unos contrapesos a la cadena de ajuste de las aspas de resorte, que hacía que el control de las aspas fuese totalmente automático, sin la complejidad del método de Hooper – éstas fueron llamadas aspas de patente.

Aspas de Berton

El único problema que resultaba era que las aspas de patente tenían un rendimiento más bajo que las aspas normales, a resultas era común que se combinaran dos aspas de patente con dos aspas normales como un compromiso entre la manipulación y la eficiencia. En 1848, el francés Berton sustituyó las múltiples lamas pequeñas por un menor número de lamas que operan longitudinalmente de acuerdo con el mismo principio, un método interesante que contribuía a una construcción más sólida y a un mejor rendimiento aerodinámico (“Velas Berton)“, ver imagen abajo).

Imagen: Aspas de Berton.

Además, el sistema podía ser ajustado por el molinero desde el interior del molino. En 1860, Catchpole introdujo los frenos de neumáticos, que eran un medio muy eficaz para frenar automáticamente las velas en un vendaval. En el interior del molino, un regulador centrífugo automático sustituyó al regulador manual de la distancia entre las piedras de molienda.

El molinero trabajaba día y noche cuando había una buena brisa. Los molineros estaban exentos, incluso, del obligado reposo del domingo. Del mismo modo que con la aparición de la cola de milano, los reguladores de aspas no sólo mejorararon el manejo del molino de viento, sino también la potencia de salida. Al desaparecer la necesidad de que el molinero estuviera de pie en el suelo para fijar o desplegar las velas, el eje de las aspas podía ser instalado más alto con lo que el molino podía beneficiarse de intensidades del viento superiores (los holandeses habían resuelto este problema antes gracias a la construcción de molinos torre, donde las aspas situadas a mayor altura podían ser practicables desde una plataforma elevada).

Por supuesto, los reguladores de aspas y otros sistemas automáticos no resolvían el problema de la ausencia de viento – es por eso que el molinero trabajaba día y noche cuando había una buena brisa. Los molineros estaban exentos, incluso, del obligado reposo del domingo.

Potencia de salida de un molino de viento

Otra mejora importante fue la introducción del hierro fundido en la fabricación del engranaje. Esto sucedió en 1755, sólo diez años después de la introducción del control de orientación, por John Smeaton. Durante siglos, todos los engranajes en el interior del molino eran de madera. De ello se derivaba una gran pérdida de energía.

Mediciones realizadas por los holandeses en la década de 1930, en un molino de viento de drenaje construido en 1648, mostró que el molino genera alrededor de 40 caballos de potencia en el eje principal pero sólo el 15,6 caballos de fuerza a las máquinas – una eficiencia de sólo el 39 por ciento. Casi dos tercios de la energía generada se pierde en la transmisión. Molinos de drenaje tenían un rendimiento ligeramente mayor, alrededor del 50 por ciento.

El uso de hierro fundido (y luego acero) no sólo mejoró la eficiencia de la maquinaria, sino que también permitió la construcción de grandes molinos de viento. El uso de la madera limitó el diámetro del aspa a unos 30 metros, medida común en el siglo XVII. La longitud máxima de un aspa (más del doble de la longitud de una pala) era de unos 30 metros, porque no había troncos más grandes disponibles. Sólo en la segunda mitad del siglo XIX llegó a ser utilizado el hierro para las velas y el eje principal.

Las innovaciones llegaron demasiado tarde

Lamentablemente, muchas de las importantes mejoras tecnológicas llegaron a los molinos de viento demasiado tarde. A finales del siglo XVIII, casi al mismo tiempo que estas innovaciones aparecían, un molino de maíz se pasaba de la energía eólica a la energía de vapor y acompañándole, el negro humo. Hacia 1850, los molinos movidos a vapor se hicieron comúnes y la importancia de los molinos de viento comenzó a disminuir. Para empeorar las cosas, las colas de milano, las aspas regulables y la rigidez del hierro que tanto había costado implantar, en muchos países y regiones, nunca se llegaron a utilizar.

La longitud máxima de un aspa (más del doble de la longitud de una pala) era de unos 30 metros, porque no había troncos más grandes disponibles. Las aspas Berton sólo se aplicaron en Francia, las aspas de patentes se utilizaron principalmente en Inglaterra. Aunque los ejes de hierro hubieran posibilitado la construcción de grandes aspas, eso nunca sucedió. El molino torre más alto jamás construido, lo fue enteramente en madera. Se encontraba en los Países Bajos y fue construido en 1899 (“De Hoop” o “La Esperanza” en Prinsenhagen, ahora la ciudad de Breda). Medía 38 metros de altura, con unas aspas de 27 metros de diámetro. La cubierta y las aspas fueron retirados en 1929, pero la torre aún puede verse.

El molino de viento más grande jamás construido

Los dos molinos de viento holandeses con el mayor diámetro de aspas, están en el Golden Gate Park, en San Francisco, construidos entre 1903 y 1905. El más grande de ellos, llamado “molino de viento Murphy”, alcanza 29 metros de alto con aspas de 35 metros de diámetro. Los ejes principales se obtuvieron de un único tronco – en los EE UU había árboles más grandes. Sin embargo, su maquinaria es de hierro fundido. Este molino bombea hasta 150.000 litros de agua por día para regar el parque. El molino de Murphy fue reemplazado por una bomba eléctrica años más tarde y empezó degradarse.

El declive de los molinos de viento fue lento, sobre todo en los Países Bajos – los holandeses incluso prefieren usar los molinos de viento, con máquinas de vapor auxiliar a molinos de vapor en su totalidad. En los Estados Unidos se construyeron más de 6 millones de bombas de agua impulsadas por el viento (con aspas anulares) entre los años 1850 y 1930. A pesar de todo algunos molinos de viento se levantaron después de 1900 en diferentes lugares. La atención se centró en las turbinas de viento generadoras de electricidad, y desde entonces, así ha sido.

Avances impresionantes en los años 1920 y 1930

En los años 1920 y 1930, sin embargo, cuando los molinos de viento habían dejado de trabajar en casi toda Europa, en Holanda se inició un programa de investigación que condujo a la evolución final de los clásicos molinos de viento. En 1923 se fundó la Sociedad Holandesa del Molino de viento, con el objetivo de mejorar el rendimiento de los molinos de viento generando energía mecánica. Entre los miembros fundadores estaban los hermanos Dekker, afamados constructores de molinos. Los resultados fueron espectaculares.

A finales de la década de los años 20 del pasado siglo, la potencia máxima de un molino de viento se duplicó desde 50 cv hasta 100 cv. A través de la aplicación de los principios de la aeronáutica y el uso de láminas de metal (básicamente equipando a los tradicionales molinos de viento con aspas similares a las de los aerogeneradores modernos) a finales de la década de los años 20 del pasado siglo, la potencia máxima de un molino de viento se duplicó desde 50 cv hasta 100 cv. En la década siguiente más de 70 molinos de viento fueron equipados con las nuevas “aspas Dekkerizadas”. Por otra parte, las mejoras en la maquinaria redujo las pérdidas de energía y permitió a estos molinos de viento generar mayor potencia a velocidades más bajas.

Duplicar la producción de energía

Las pruebas realizadas en 1939 por el Comité Prinsenmolen demostraron que un molino de viento mejorado podía empezar a girar con una velocidad del viento de 3,5 a 4 m/s en comparación con 5 a 6 m/s del los normales. A 5,5 m/s se observó que su potencia era igual a la de un molino normal a 8 m/s.

Esto significaba que, mientras que un molino de viento tradicional podría ser utilizado durante aproximadamente 2.671 horas al año en los Países Bajos, el nuevo diseño aerodinámico permitía operar un total de 4.442 horas al año, lo que significaba casi duplicar la producción anual de energía. El molino de viento mejorado tenía dos ventajas, una mayor producción a una velocidad del viento dada, y más horas de trabajo gracias a la posibilidad de utilización de vientos más suaves. El mayor rendimiento se extrajo de esta última cualidad , ya que con vientos más fuertes las aspas del molino de viento mejorado debían detenerse antes.

En los años 1920 y 1930, cuando los molinos de viento había dejado de trabajar en casi toda Europa, en Holanda se inició un programa de investigación que condujo a la evolución final de los clásicos molinos de viento.

Posteriores mejoras en la década de 1930 introducidas por Chris van Bussel, Kurt Bilau, GJ Ten Have, Van Riet, P.L. Fauël (foto de la izquierda), y Sabinin Yurieff, llevaron a un molino de viento, instalado en 1940 y demolido en 1960, a conseguir un máximo de dos veces y media la potencia de salida de los molinos de viento con las aspas tradicionales: 125 caballos de fuerza. Mas tarde, la Segunda Guerra Mundial detuvo nuevas investigaciones y después de la guerra, al igual que el resto del mundo, los holandeses dirigieron su atención a la generación de electricidad.

Volver a los molinos de viento tradicionales?

Hoy en día, los molinos de viento y ruedas hidráulicas que convierten directamente la energía cinética en energía mecánica se consideran obsoletos, y mientras algunos han sobrevivido, no tienen una función comercial en los países desarrollados. Las turbinas eólicas convierten la energía renovable ahora en electricidad, que más tarde podría volver a convertirse en energía mecánica.

Naturalmente, es imposible hacer funcionar un televisor de pantalla plana o un ordenador portátil con la energía mecánica, pero muchos otros procesos, aún podrían ser llevados a cabo de esta manera pasada de moda. El grano todavía debe molerse, la madera aún tiene que ser aserrada, las semillas todavía tienen que ser prensadas, pero ahora utilizamos electricidad para mover las máquinas que realizan el mismo proceso. Esta electricidad puede ser obtenida mediante modernos aerogeneradores, u otras fuentes de energía renovables, y ese es el futuro escenario que casi todo el mundo contempla.

Una conversión directa de la energía cinética en energía mecánica sería mucho mas eficiente porque hay menos pérdida de energía. Esto significa que debemos construir menos centrales de energía renovable para obtener el mismo trabajo realizado. Sin embargo, una conversión directa de la energía cinética en energía mecánica sería mucho mas eficiente porque hay menos pérdida de energía. Esto significa que debemos construir menos centrales de energía renovable para obtener el mismo trabajo realizado. Invertir unos cuantos millones en alta tecnología de aerogeneradores, cubrir los desiertos con plantas de energía solar y desarrollar una red inteligente suena atractivo, pero la cuestión es si hay suficientes materias primas, energía y recursos financieros disponibles para que estos sueños se hagan alguna vez realidad. Además, los molinos de viento que convierten la energía cinética directamente en trabajo mecánico pueden funcionar sin necesidad de tierras raras.

Molinos de viento tradicionales de alta tecnología

En un registro más positivo, los tradicionales molinos de viento podrían mejorarse enormemente con los materiales y conocimientos actuales. Los engranajes y las aspas pueden ser de acero o de aluminio, lo que mejoraría en gran manera su eficiencia, aparte de hacerlos resistentes al fuego. Muchos molinos de viento se incendiaron debido a la gran cantidad de madera usada en ellos. Por supuesto, también la maquinaria en el interior del molino podría hacerse ahora mucho más eficiente.

Los molinos de viento se pueden construir mucho más grandes y por lo tanto hacerlos más potentes. Para hacernos una idea, en 2005, los holandeses construyeron otro molino de viento tradicional, que generaba electricidad – el “Noletmolen” en Schiedam. Se encuentra a casi 42 metros de altura con aspas de 30 metros de diámetro, ligeramente inferior al molino de Murphy en San Francisco. Fue construido con intención promocional por una destilería (la ciudad cuenta con 5 molinos históricos construidos para producir ginebra holandesa). Aunque la planta no es realmente un “molino”, se construyó siguiendo un diseño tradicional, pero utilizando materiales de alta tecnología y velas. El resultado es una potencia de más de 200 caballos en el eje principal.

Una visión ecotech

La energía de respaldo o seguridad que un molino de viento tradicional necesita, puede ser entregada por un motor eléctrico en lugar de caballos (aunque podríamos trabajar solo cuando sopla el viento). No hay duda de que ahora, 70 años después, un ejército de ingenieros podría mejorar ostensiblemente las experiencias holandesas de la década de 1930. El resultado quizás no tendría el aspecto tan romántico como un molino de viento tradicional, pero a buen seguro que ser¡a muy útil.

Naturalmente, todo esto no pretende ser un alegato para eliminar la producción de electricidad, los aerogeneradores, o por ir más allá, toda la infraestructura eléctrica. Si bien es cierto que algunos procesos podrían ser energéticamente más eficientes si se hiciera una conversión directa de la energ¡a cinética en energ¡a mecánica.

Fuentes:

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“Histoire générale des techniques”, Maurice Dumas, 1964
“Molendatabase” – pictures and descriptions (in Dutch) of windmills in the Netherlands. - “Natural sources of power”, Robert Steele Ball (1908)
“Geschiedenis van de techniek in Nederland, de wording van een moderne samenleving 1800-1890”, H.W. Lintsen, 1992
“Gevlucht”, Wikipedia Dutch
“History of technology”, “Energy conversion” and “Windmills”, Encyclopedia Britannica.
“An Encyclopedia of the History of Technology (Routledge Companion Encyclopaedias)”, Ian McNeil, 1990
“Wind, Water, Work: Ancient And Medieval Milling Technology (Technology and Change in History)”, Adam Lucas, 2005
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“An experimental enquiry concerning the natural powers of water and wind to turn mills”, John Smeaton, 1760
“Groot Volkomen Moolenboek”, 1734
“Penterbak” - pictures
“Industriemolens” - pictures of industrial windmills in the Netherlands
“Windmills in Sussex”, Peter Hemming, 1936
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“Windmill sail”, Wikipedia English
- “Origen y expansion de los molinos de viento en Espana”, José Ignacio Rojas Sola y Juan Manual Amezcua Ogayar, Interciencia, Vol.30, 2005
“The windmill: a medieval steam engine?”, John Langdon (pdf) - “The Evolution of Technology (Cambridge Studies in the History of Science”, George Basalla, 1989
“Windkraftanlagen: grundlagen, technik, einsatz, wirtschaftlichkeit”, Eric Hau, 2003
“European Route of Industrial Heritages”