sabato 9 agosto 2014

MULINO A VENTO (Windmill - Moulin à vent - Windmühle - Molino de viento - Moinho - Мельница - 风车 - 風車)




Mulino a vento

Prima dell'invenzione del motore a vapore, nel XVIII secolo, il vento, l'acqua e la forza animale rappresentarono le uniche fonti di energia a disposizione dell'uomo.
I mulini ad acqua erano le macchine più potenti, ma nelle regioni prive di corsi d'acqua gli uomini dovevano dipendere dal vento, per produrre energia.
Nel 1840, in Inghilterra, quasi 10.000 mulini a vento erano ancora in funzione, mentre altri 8.000 operavano in Olanda.
Servivano a macinare il grano, fornivano energia a segherie, venivano sfruttati per sollevare i minerali estratti dalle miniere e l'acqua, e venivano anche impiegati nella fabbricazione della carta.
In Olanda e nelle zone acquitrinose dell'Inghilterra e di numerosi altri Paesi, migliaia di mulini a vento venivano utilizzati per pompare l'acqua dalle terre che si trovano al di sotto del livello del mare. Ma, nonostante la loro utilità, i mulini non furono sempre visti con favore. 
Nel 1581, per esempio, la corporazione degli artigiani olandesi si lamentò perché, a suo parere, i mulini erano fonte di disoccupazione. E nel 1768, durante dei tumulti scoppiati a Londra, la folla distrusse una segheria azionata da un mulino a vento.
Gli addetti ai mulini godevano inoltre di una triste fama ed erano note le loro ruberie. Chi portava il grano da macinare al mulino, era sicuro che il mugnaio ne avrebbe sottratta e trattenuta una piccola parte per sé. Tanto che in Inghilterra le misure di peso, usate dai mugnai, venivano regolarmente controllate. 
Nel 1558, per fare un esempio, la corporazione di Liverpool ordinò a tutti i mugnai di portare al sindaco della città le loro misure di peso, perché fossero ispezionate. Chi non avesse rispettato l'ordinanza, avrebbe dovuto pagare una multa di 6 penny. Questo episodio anticipò l'introduzione ufficiale del sistema inglese di pesi e misure, che sarebbe seguita di li a poco.
Durante la seconda metà del XIX secolo l'importanza dei mulini a vento declinò un po' dappertutto, anche se molti di essi continuarono a essere sfruttati per diversi impieghi.
Nelle regioni americane dell'Ovest i mulini erano usati per rifornire d'acqua le locomotive, lungo le strade ferrate. I coloni se ne servivano per irrigare le nuove terre e fornire d'acqua le loro abitazioni e i loro villaggi. Cosi non è affatto esagerato sostenere che i mulini a vento portarono l'acqua a migliaia di fattorie, sparse nelle campagne, e ancora oggi servono a questo scopo in certe regioni, come quella di Karoo, in Sud Africa.
Più tardi il vento fu sfruttato per generare energia elettrica. Piccoli generatori a vento divennero comuni negli Stati Uniti, negli anni Trenta, sebbene nei decenni successivi la maggior parte venisse rimpiazzata da macchine più efficaci.
Ultimamente si è assistito a un risveglio di interesse per l'energia eolica, dati i molti problemi, economici e politici, sorti riguardo lo sfruttamento delle tradizionali fonti di energia, in particolare il petrolio, e considerata l'ostilità dell'opinione pubblica verso l'installazione di centrali nucleari.
Pertanto un grande numero di Paesi sta sperimentando nuove macchine eoliche, che dovrebbero rimpiazzare le tradizionali centrali elettriche. Nello stesso tempo vengono venduti piccoli generatori di elettricità, alimentati dal vento.
Dal punto di vista ambientale, inserite nel paesaggio, le moderne macchine eoliche non sono affatto attraenti, con le loro grandi pale rotanti. Tuttavia i sostenitori della loro utilizzazione sono convinti che potrebbero liberare l'uomo dalla dipendenza dalla energia generata, fino a oggi, in grandi impianti centralizzati. 


Una fonte di energia, usata per la prima volta 1.100 anni fa, torna a suscitare interesse come mezzo per azionare i moderni generatori elettrici

VII secolo d.C. - NASCITA DEL MULINO A VENTO

La ruota a vento (il termine greco originale è anemourion), che anticipò il mulino, era già nota nell'antichità greco-romana. Nel I secolo a.C., il matematico e fisico greco Erone di Alessandria descrisse un organo pneumatico, in cui una sorta di soffieria a pistoni era azionata da una ruota a vento. Soltanto nel VII secolo d.C., nelle regioni dell'Islam, le ruote a vento furono applicate ai mulini per cereali e furono sfruttate anche per azionare pompe impiegate nel sollevamento dell'acqua di irrigazione di giardini. 
Una macchina del genere fu descritta dal geografo arabo Al-Mos'ùdi, nel 947 d.C.
I primitivi mulini erano costituiti da un asse verticale, portante da 6 a 12 pale, montate orizzontalmente nella sua parte superiore. In questo modo potevano essere azionate due ruote da macina, poste nella parte inferiore del mulino. Le pale potevano anche essere regolate mediante apposite serrande, in modo da controllare la loro velocità di rotazione sotto l'azione di forti venti.


1180 - PALE VERTICALI IN EUROPA

Sin da quando il mulino a vento fu introdotto in Europa - la prima notizia si può leggere in un atto legale stilato in Francia nel 1180 - le pale furono montate verticalmente rispetto all'asse orizzontale. Ciò tendeva il mulino più potente, ma comportava un problema. Occorreva munire i mulini a vento di una serie di meccanismi, in modo che le pale fossero puntate in direzione dei venti. 
Nelle regioni mediterranee, dove i venti soffiano costantemente lungo le coste, le pale venivano bloccate in quelle direzioni. Ma questo espediente si rivelò insufficiente nelle regioni dell'Europa settentrionale, con venti più variabili.
Nel XII secolo, si trovò il modo per ovviare al problema. Furono costruiti mulini a montanti, in cui l'intera struttura, dalle pale agli alberi, dagli ingranaggi alle macine, veniva montata sulla cima di un robusto palo, rinforzato con travi angolati. Dalla parte posteriore della costruzione, una lunga asta (timone) veniva fatta pendere obliquamente, fino a toccare terra.
Usandola a mo' di leva, il mugnaio poteva far ruotare la struttura, in modo che le pale fossero orientate nella direzione del vento. In principio questa rotazione veniva effettuata manualmente. Più tardi, l'introduzione di ingranaggi e argani, attaccati ai montanti fissati nel terreno, rese più agevole questa incombenza.
I primi mulini erano edificati con gli alberi delle ruote perfettamente orizzontali, come negli esempi delle regioni mediterranee. Ma ben presto ci si accorse che i cuscinetti, posti immediatamente dietro le pale, si consumavano in questo modo troppo rapidamente.
Questo inconveniente venne risolto, angolando leggermente all'insù le estremità dell'albero, cui erano fissate le pale. In questo modo lo sforzo veniva scaricato sui più robusti cuscinetti, posti sul retro dell'albero. Da allora in poi tutti i mulini a vento ebbero le pale angolate, discoste dalla verticale.


1420 - IL MULINO A TORRE 

MULINO A TORRE - Questi mulini risalenti al XVII secolo, in Spagna, sono dotati di pale piegate verso l'esterno, in modo da scaricare il peso sul robusto cuscinetto posto dietro I'albero. La lunga asta, inclinata obliquamente fino a terra, viene normalmente impiegata per ruotare la sommità del mulino, finchè le pale non si siano orientate contro vento.


Il mulino a torre fu sviluppato al principio del XV secolo. La sua prima illustrazione si trova in un libro francese di preghiere del 1420. In un mulino a torre ruota soltanto la parte superiore, cioè la ricopertura cui sono attaccate le pale. Non essendo più bilanciati in cima a un palo, come i vecchi mulini a montante, ma poggiando su una struttura robusta e stabile, i mulini a torre poterono essere costruiti più alti, e questo consenti di sfruttare meglio l'energia eolica. L'angolazione delle pale, affinché girassero nelle correnti del vento, era ancora effettuata a mano, anche se con minore dispendio di energia, visto che bisognava ruotare soltanto la ricopertura del mulino.
Nel 1745 fu compiuto un importante perfezionamento con l'introduzione del "mulinello a ventaglio" inventato dall'inglese Edmund Lee.
Era costituito da un volano montato alla estremità del timone, che attraverso un sistema di ingranaggi trasmetteva il movimento, impressogli da un mulinello a ventole azionato dal vento, a una coppia di ruote collegate al tetto girevole. Quando cambiava il vento, il mulinello sotto l'azione del vento metteva in moto il volano. Questo faceva girare le ruote, che mettevano in rotazione il tetto finché questo non si metteva "al vento". Tale sistema, con gli ovvi
perfezionamenti, è usato ancora oggi.


1772 -  Pale a molla per controllare la velocità

Le pale dei mulini a vento erano di due tipi.
Quelle del primo tipo erano fatte con la stessa tela impiegata nelle velature delle navi, ed erano montate su telai. Se il vento era troppo forte, potevano essete "mollate" proprio come le vele. 
Le pale del secondo tipo consistevano di griglie di legno, i cui angoli potevano essete corretti. 
Un'infinità di meccanismi fu inventata per facilitate l'operazione di aggiustamento delle pale. 
Nel 1772, Andrew Meikle, un costruttore di mulini londinese, realizzò la "pala a molla", che funzionava automaticamente.
Era fornita di una saracinesca, simile a una veneziana, collegata a una sbarra e mantenuta chiusa dall'azione di una molla. Se soffiavano venti robusti, riuscivano a superare la resistenza opposta dalla molla, tenendo aperte le saracinesche, attraverso le quali si scaricava in parte l'energia eolica.
Nel 1789, l'inglese Stephen Hooper inventò un sistema per arrotolare le pale di tela su rulli, come avviene nelle comuni tapparelle. In questo modo le pale potevano essere stese o accorciate, senza interrompere il funzionamento dell'intero mulino. 
E nel 1807, un ingegnere inglese, William Cubitt inventò la sua "pala brevettata", in cui le saracinesche di legno erano controllate mediante dei pesi, sospesi a una catena. Correggendo il peso, il mugnaio era in grado di controllare l'estensione delle saracinesche, adattandola alla forza di qualsiasi vento. 
In conclusione, tutti questi marchingegni contribuirono a rendere il mugnaio più padrone della sua preziosa macchina, di cui poteva ora controllare a piacimento la velocità.


XIX secolo - Nuovi progetti per nuove funzioni

Con l'invenzione del motore a vapore, nel XVIII secolo, l'importanza dei mulini a vento cominciò lentamente a diminuire. Ma nella seconda metà del XIX secolo a queste macchine fu trovata una nuova funzione, quella di servire come pompe d'acqua. E ne furono venduti migliaia di esemplari ai coloni che si stabilivano nelle regioni americane dell'Ovest, e alle compagnie ferroviarie.
I mulini che servivano a pompare acqua erano piuttosto diversi da quelli tradizionali. Erano costruiti interamente in metallo e le loro ruote erano montate sulla cima di incastellature di acciaio. Erano collegate attraverso una serie di ingranaggi e camme alle pompe situate a livello del suolo. Con un vento di 30 km/h, una ruota di 3,5 metri di diametro poteva pompare 100 litri d'acqua in un'ora, all'altezza di 8 metri.
Negli anni Trenta le pompe elettriche cominciarono a rimpiazzare quelle a vento, il conseguenza dell'espansione della rete elettrica anche nelle regioni rurali. A quel tempo più di 6 milioni di pompe eoliche erano in funzione negli Stati Uniti, e molte altre in diverse parti del mondo. Attualmente il loro numero si è invece enormemente ridotto.


1930 - IL MULINO A VENTO GENERA ELETTRICITA'

Grandpa's Knob

La generazione di elettricità diventò una nuova funzione dei mulini a vento. 
Nel 1920, Marcellus Jacobs, figlio di un allevatore del Montana, negli Stati Uniti, cominciò a dedicarsi al progetto di un generatore a vento. Usò un'elica a tre pale, simile a quella di un aeroplano, capace di girare più velocemente dei normali mulini a vento e delle pompe eoliche, dato che a un generatore d'elettricità occorre una velocità di rotazione superiore. 
Tra il 1930 e la metà degli anni Cinquanta, migliaia di generatori a vento furono venduti dalla Società Jacobs e da molte altre società negli Stati Uniti. Producevano una piccola quantità di energia elettrica, ma sufficiente ad alimentate un'abitazione.
Negli anni Quaranta, un giovane ingegnere americano, Palmer Putnam, organizzò la costruzione del primo grande generatore a vento.
Fu eretto su una cima delle Green Mountains, nel Vermont, chiamata Grandpa's Knob, alta 600 metri, grazie alla collaborazione della S. Morgan Smith Co. Conosciuto come turbina eolica Smith-Putnam, questo generatore fu progettato per fornire la potenza di 1.250 kilowatt alla rete elettrica ausiliaria del Vermont centrale.
Consisteva di una torre, alta 33 metri, alla cui sommità era montata un'elica a due pale. Cominciò a operare sperimentalmente nell'ottobre 1941 ma, dopo numerosi guasti, cessò definitivamente di funzionare, a causa della rottura di una pala, nel marzo 1945.


1970-1980 - La crisi energetica e il nuovo interesse per il mulino a vento


Generatori a turbina eolica


La realizzazione della turbina Smith-Putnam rappresentò un'impresa isolata, in un periodo in cui pochi erano interessati allo sfruttamento dell'energia eolica. Ma negli anni Settanta la continua lievitazione del costo dell'energia elettrica prodotta tradizionalmente, in conseguenza della crescita dei prezzi del petrolio e del carbone, portò a un rinnovato interesse per le macchine eoliche. Se ne costruirono diverse e di grandi dimensioni. 
La più grande è una turbina da 2 MW, realizzata grazie ai fondi del ministero americano dell'energia presso la cittadina di Boone, nel North Carolina, negli Stati Uniti. Questa turbina, nota come Mod-1, ha un'elica a due pale, lunghe 60 metri, ed è stata progettata per funzionare con venti di velocità compresi tra i 20 e i 50 km/h.
Su scala più ridotta, sono stati sviluppati anche generatori a vento. Due dei tanti modelli in commercio sfruttano i principi stabiliti dallo scienziato francese G.J.M. Darrieus, negli anni Venti. Come i primitivi mulini persiani, i prototipi Darrieus impiegavano un asse verticale.
Sulla sommità era fissata centralmente una sbarra, che portava a ciascuna estremità una pala verticale a sezione trasversale, come l'ala di un aeroplano. Il vantaggio di una simile progettazione è rappresentato dal fatto che la direzione del vento non ha alcuna influenza sul corretto funzionamento della macchina. Invece lo svantaggio consiste nel fatto che la maggior parte dei mulini Darrieus necessitano di una spinta iniziale, senza la quale non possono avviarsi. La spinta è di conseguenza fornita da un motore elettrico.
Nel Canada, sulle Isole Magdalen nel Golfo di S. Lorenzo, è stato costruito un enorme generatore del tipo Darrieus. Le sue "pale" sono strisce flessibili, fissate mediante giunti alle estremità superiore e inferiore di un albero.
Sotto l'azione del vento roteano rapidamente su sé stesse e si tendono, assomigliando a due corde per saltare.
Il prof. Peter Musgrove dell'Università di Reading, in Inghilterra, ha inventato una variazione del modello Darrieus. Sulla sommità dell'asse verticale della sua macchina eolica è fissata centralmente un'asta orizzontale. Alle due estremità sono incernierate le pale verticali, che possono piegarsi all'infuori quando la velocità del vento aumenta. In questo modo il mulino a vento si autoregola, cioè quando le pale si piegano, esercitano una forza di rotazione minore e cosi fanno decrescere automaticamente la velocità del mulino. Anche con raffiche violente, la macchina Musgrove non può sfuggire al controllo né rischia di spezzarsi.























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