Che cos’è un mulino a vento?

Un mulino a vento è una struttura utilizzata per sfruttare la potenza del vento per scopi come macinare il grano, pompare acqua e generare elettricità.

La potenza del vento è stata sfruttata per la prima volta dai marinai, che sono stati in grado di capire sollevare e sfruttare la potenza dei venti attraverso le vele. Questa conoscenza ha portato allo sviluppo del primo mulino a vento a vela ad asse verticale utilizzato dagli antichi persiani e cinesi per macinare il grano e pompare acqua.,

Consistevano in palette chiamate vele o lame che, quando richiesto a girare dal vento, convertivano l’energia del vento in energia rotazionale che poteva essere utilizzata.

I primi mulini a vento europei con sistemi ad asse orizzontale sono stati la base per l’attuale tecnologia delle turbine eoliche utilizzata per la produzione di energia.

Questo articolo sta andando a discutere la storia dei mulini a vento e come hanno avanzato ai disegni moderni, così come come funzionano.,

Storia antica dei mulini a vento

Non ci sono prove concrete su chi sia stato esattamente il primo a inventare il mulino a vento, se fosse il cinese o persiani è in discussione. Indipendentemente da ciò, entrambe le culture hanno iniziato a utilizzare questa tecnologia nello stesso periodo per gli stessi scopi.

Alcuni credono che la tecnologia dei mulini a vento sia stata portata nel Nord Europa a seguito delle crociate, tuttavia il loro design ad asse orizzontale piuttosto che il sistema ad asse verticale, rende altrettanto probabile che gli europei abbiano scoperto il loro mulino a vento in modo indipendente. Le prime illustrazioni esistenti del 1270 d. C., mostra blu-stampe del tipo post mill di mulino a vento.

Il mulino postale era composto da un mulino a quattro pale montato su un palo centrale, che utilizzava ingranaggi a ingranaggi in legno per nascondere il movimento dell’albero orizzontale al movimento verticale che trasformava una pietra da macinare. Secondo la Storia illustrata dello sviluppo del vento, l’ingranaggio a ingranaggi in legno fu usato da Vitruvio, un ingegnere di età augustea, per sviluppare la prima ruota idraulica ad asse orizzontale.,

Si ritiene che il progetto del mulino a torre sia nato intorno alla fine del 1300, con la prima illustrazione conosciuta di un mulino della Normandia tra il 1430 e il 1440. Il mulino a torre era realizzato con pareti inclinate, un cappuccio che poteva essere ruotato, un albero del vento orizzontale e vele verticali.

Il mulino smock, sviluppato dagli olandesi nel 1526 sulla base del mulino a torre, è una torre conica verticale con quattro o sei lati sormontati da un cappuccio che ruota per portare le vele al vento. Il grembiule è stato chiamato dalla sua somiglianza con i grembiuli indossati dagli agricoltori al momento.,

Nel corso dei successivi 500 anni i mulini a vento hanno acquisito molte applicazioni diverse oltre al semplice pompaggio dell’acqua e alla macinazione del grano, tra cui irrigazione, pompaggio di drenaggio, segatura di legname e lavorazione di tabacco, spezie, cacao, vernici e coloranti.

I moderni progressi

I mulini meccanici per il pompaggio dell’acqua furono sviluppati per la prima volta negli Stati Uniti nel 1854. Questi mulini originariamente consistevano di quattro lame di legno, con lame in acciaio che iniziarono ad esistere nel 1870.

Più di sei milioni di mulini a vento meccanici sono stati installati negli Stati Uniti tra il 1850 e il 1970., Le loro applicazioni principali erano per l’irrigazione delle scorte e l’acqua per le case coloniche. Mulini a vento molto grandi sono stati utilizzati per pompare acqua per treni a vapore.

Il primo mulino a vento per generare elettricità fu inventato nel 1888 da un ingegnere dell’Ohio di nome Charles Brush. Il mulino a vento poteva generare fino a 12 kilowatt di elettricità ed era un mulino postale di sessanta piedi con un rotore di 56 piedi.

Nella società odierna i mulini a vento utilizzati per generare elettricità sono indicati come turbine eoliche.,

Il mercato delle turbine eoliche si è evoluto dalla gamma da 1 a 25 kilowatt per le pratiche domestiche e agricole, alle macchine a scala intermedia nella gamma da 50 a 600 kilowatt per applicazioni di parchi eolici interconnessi tra gli anni 1973 e 1986.

In questo periodo di tempo, più di 20 diversi disegni dove progettato e testato, la maggior parte dimostrando di essere irrealizzabile e inefficiente.

Le turbine eoliche si sono evolute dai sistemi a quattro pale creati per la prima volta negli Stati Uniti, ai sistemi a due pale e infine ai sistemi a tre pale comunemente visti oggi nei parchi eolici.,

Come funzionano i mulini a vento

I primi mulini a vento documentati erano sistemi ad asse verticale, con vele verticali fatte di canne o legno che venivano attaccate da montanti orizzontali a un albero verticale con una pietra per scopi di macinazione. Il primo mulino a vento ad apparire in Europa fu il post mill con un sistema ad asse orizzontale, con un mulino a quattro pale attaccato a un palo centrale.

Il mulino di Mostert descrive il mulino come un edificio bilanciato e imperniato su un palo centrale verticale mantenuto in posizione verticale da traverse e barre angolate, le cui estremità portavano quattro pilastri verticali in pietra o mattoni.,

Il mulino consisteva in un wallower, una grande ruota freno situata sullo stesso albero delle vele, che trasferiva la potenza a un ingranaggio più piccolo. Il wallower condivideva l’albero verticale con la grande ruota dentata, da cui un dado di pietra guidava la mola.

Il mulino a torre era un avanzamento del mulino postale con più piani per conservare il grano, rimuovere la pula, macinare il grano e gli alloggi per il windsmith e la sua famiglia.

La caratteristica più importante del mulino a torre era un tappo (tetto) che poteva ruotare in risposta al cambiamento dei modelli del vento., A differenza del mulino postale dove si doveva spostare l’intera struttura per orientare il mulino, solo il tappo doveva essere spostato nel mulino a torre.

Sia la torre che i mulini post sono stati originariamente progettati per essere orientati manualmente nel vento spingendo una leva situata sul retro del mulino. Nel 1745, Edmund Lee inventò la coda del ventilatore del mulino a vento, che era montata sul retro del mulino ad angolo retto rispetto alle vele ruotando automaticamente il cappuccio per portare le vele nel vento.,

I mulini Smock sono simili ai mulini a torre che differiscono principalmente nel loro aspetto, in cui i mulini smock erano ottagonali o esagonali con i loro sei-otto lati, piuttosto che circolari. Smock mills hanno lo stesso disegno tappo rotante come i mulini torre, ma erano in genere molto più grande.

I primi mulini meccanici che apparvero negli Stati Uniti avevano quattro lame di legno che assomigliavano a pale, e la maggior parte erano dotate di “code” che le orientavano nel vento. Tuttavia, alcuni di questi mulini meccanici sono stati progettati per operare sottovento, chiamati mulini meteorologici.,

Alcuni mulini meccanici sfoggiavano il controllo della velocità fornito da pale incernierate che si ripiegavano in caso di vento forte riducendo la spinta, riducendo l’area di cattura del rotore. Quando le lame in acciaio sono state introdotte, hanno richiesto un riduttore per compensare la loro alta velocità, in modo che le pompe reciproche standard fossero alla velocità giusta per il corretto funzionamento del mulino.

I sistemi a turbina a tre pale comunemente visti oggi, funzionano più o meno allo stesso modo dei mulini originali., Vento gira due o tre pale intorno a un rotore che è collegato ad un albero principale che gira un generatore per creare elettricità.

Il rotore, che è le lame e il mozzo combinati, sono montati 100 piedi o più sopra la terra per sfruttare il vento più veloce e meno turbolento. Il rotore è collegato a un sistema di passo che trasforma le pale fuori dal vento per controllare la velocità del rotore.

Quando i venti sono troppo alti o troppo bassi per produrre elettricità, il sistema di beccheggio impedisce al rotore di girare.,

Il sistema pitch è collegato ad un albero a bassa velocità che gira a circa 30-60 rotazioni al minuto. L’albero a bassa velocità è collegato alla scatola ingranaggi che trasforma le basse velocità di rotazione nelle alte velocità di rotazione di 100-1800 rpm richieste dal generatore, che è collegato al cambio, per produrre elettricità.,

Le turbine di oggi sono anche costituite da un sistema frenante che può arrestare meccanicamente, elettricamente o idraulicamente il rotore in caso di emergenza e un controller che avvia la macchina a velocità del vento comprese tra 6 e 16 mph e spegne la macchina quando la velocità del vento è superiore a 55 mph per evitare danni. Un anemometro misura la velocità del vento e trasmette i dati al controller.

L’elettricità viene quindi trasferita lungo la torre e convertita alla stessa tensione della rete energetica locale.,

Conclusione

I mulini a vento hanno fatto molta strada da quando sono stati concepiti, e i moderni progressi nella tecnologia delle turbine stanno dimostrando che l’energia eolica è un sostituto ecologico dei combustibili fossili.

Nel 21 ° secolo stiamo iniziando a vedere molti progressi nel settore dell’energia eolica, tra cui tecnologie senza lama e generatori che non richiedono una scatola ingranaggi. Ma sono ancora nella loro infanzia.,

L’energia eolica è una delle migliori soluzioni al crescente fabbisogno energetico mondiale, perché è pulita e non produce emissioni tossiche per generare l’elettricità, a differenza dei combustibili fossili.

Se avete esperienza con mulini a vento e / o turbine eoliche moderne, si prega di condividere nei commenti.