ESTUDIO GRÁFICO Y TÉCNICO DE MOLINOS DE VIENTO EN ESPAÑA

 

José Ignacio Rojas-Sola y Juan Manuel Amezcua-Ogáyar

 

José Ignacio Rojas-Sola. Ingeniero Industrial, Universidad de Sevilla, España. Doctor Ingeniero Industrial, Universidad Nacional de Educación a Distancia, España. Profesor, Universidad de Jaén, España. Dirección: Edificio A-3, Campus de las Lagunillas s/n, 23071-Jaén, España. e-mail: jirojas@ujaen.es

Juan Manuel Amezcua-Ogáyar. Ingeniero Industrial, Universidad de Sevilla, España. Doctor Ingeniero Industrial, Universidad de Jaén, España. Profesor, Universidad de Jaén, España. e-mail: jamezcua@ujaen.es

 

Resumen

Hasta finales del siglo XX, la tecnología más comúnmente utilizada para obtener harina fue el molino de viento. En este trabajo se estudia, desde el punto de vista de la ingeniería, el molino de viento mediterráneo y se lo compara con el molino de viento en La Mancha. Para ello, se ha reconstruido un molino de viento situado en el Campo de Níjar, Almería, España, con técnicas de dibujo asistido por computadora (CAD) y se le ha dotado de animación para comprender su funcionamiento, apoyado en los croquis y fotografías realizados. Al mismo tiempo, se pretende rendir un homenaje a Don Quijote de la Mancha, obra maestra de la literatura en español, pues este año 2005 se lleva a cabo el IV Centenario de la citada obra, donde presenta un paisaje plagado de molinos de viento.

Summary

The windmill represented the most widely used technology for extracting wheat flour until the twentieth century. The ‘mediterranean’ windmill is studied from the point of view of engineering and compared with the ‘La Mancha’ windmill. A windmill from Campo de Níjar, Almería, Spain, has been reconstructed from sketches, photographs and measurements, and modelled using computer aided design (CAD) techniques. Computer animation has also been employed to establish the windmill operation. At the same time, it is intended to pay tribute to Don Quixote in the fourth centenary of the masterpiece in Spanish literature, which presents a Spanish landscape drawn by windmills.

Resumo

Até finais do século XX, a tecnologia mais comumente utilizada para obter farinha foi o moinho de vento. Neste trabalho se estuda, sob o ponto de vista da engenharia, o moinho de vento mediterrâneo e se compara com o moinho de vento em «La Mancha». Para isto, apoiado nos croquis e fotografias realizados, se reconstruiu um moinho de vento situado no Campo de Níjar, Almería, Espanha, com técnicas de desenho assistido por computador (CAD) sendo dotado de animação para compreender seu funcionamento. Ao mesmo tempo, se pretende render uma homenagem a «Don Quixote de La Mancha», obra mestra da literatura em espanhol, pois este ano de 2005 se realiza o IV Centenário da citada obra, onde apresenta uma paisagem repleta de moinhos de vento.

PALABRAS CLAVE / Animación por Computador / Arqueología Industrial / Dibujo Asistido por Computador / Don Quijote / Molinos de Viento /

Recibido: 21/02/2005. Aceptado: 05/05/2005.

 

La presente es una contribución hecha desde la disciplina de la arqueología industrial al sector de la harina de trigo. Siguiendo la línea de la recuperación del patrimonio industrial, se ha realizado un estudio histórico-tecnológico de un molino de viento mediterráneo, el más común en la geografía española, para descubrir la cultura material y la memoria del trabajo. Está basado en la reconstrucción tridimensional y modelado de un molino de viento situado en el Campo de Níjar, Almería, Andalucía, desarrollándose posteriormente una animación por computadora. A partir del modelo generado se han obtenido parámetros de funcionamiento y se lleva a cabo la comparación técnica con el molino de viento en La Mancha.

Aunque la identificación del molino de viento con el paisaje español corresponde universalmente al paisaje manchego, en muchas otras regiones han existido dichas máquinas. Caro-Baroja (1952) describió la distribución geográfica de los molinos de viento en España, y Sánchez-Molledo (1987) propuso un nuevo mapa de distribución geográfico, limitado a España, en el que corrige y aumenta la dispersión de los mismos por todo el territorio. En 1997 se elaboró un mapa actualizado de los molinos de viento en España, si bien la mayoría de las nuevas aportaciones resultan de referencias históricas (Fernández-Lavandera y Fernández-Rodríguez, 1998). Más recientemente, Rojas-Sola y Amezcua-Ogáyar (2005) han revisado la tipología y distribución de los molinos de viento en España.

Debido a la abundancia del molino de torre de techumbre giratoria en el área mediterránea, Caro Baroja (1996) le denomina ‘molino mediterráneo’, aunque en 1936 ya existía elaborada una subclasificación de esta última tipología, utilizando como criterio la forma de las aspas. Es posible distinguir hasta tres tipos de molinos de viento mediterráneos (Krüger, 1950):

i. Molino de velas triangulares, denominados panémoros, con eje atravesado por cuatro o más pares de varas. Responden a esta tipología los molinos encontrados en Portugal, Madeira, Azores, algunos de Canarias, Andalucía, Campo de Cartagena, algunos de las Islas Baleares y Grecia.

ii. Con un eje que sostiene cuatro aspas rectangulares compuestas cada una por una vara central, dos vergas laterales, paralelas a aquélla, y poseen ocho o incluso más travesaños. Según Krüger es propio de Canarias y del Sur de Francia.

iii. También con un eje que sostiene cuatro aspas rectangulares, pero con cuatro o seis vergas laterales y quince o más travesaños (Baleares, La Mancha y Sicilia). Los molinos manchegos sí presentan las cuatro aspas que señala Krüger, pero en las Baleares es común hallar este tipo de molino con seis velas, con un mayor número de travesaños y un gran eje al que se sujetan mediante cables, tal como sucede en el primer tipo, la parte extrema de las varas que arman las velas (Krüger, 1931).

El molino de viento andaluz responde mayoritariamente a la tipología A de molino mediterráneo de Krüger. Genéricamente, la torre de este molino es cilíndrica, aunque hay algunas ligeramente troncocónicas. Sus muros son muy gruesos, construidos en mampostería de piedra o arcilla, de hasta 7 u 8m de altura y alguno menos de diámetro. El rotor suele tener cuatro u ocho velas latinas (triangulares), dispuestas sobre dos planos ligeramente desplazados.

Numerosas monografías tratan sobre los molinos de viento (Eldridge, 1980; Cádiz-Deleito, 1992; Hills, 1996), pero no se ha encontrado información acerca de detalles tecnológicos de dicha tipología de molino de viento mediterráneo. Por otro lado, en diferentes publicaciones se comenta muy por encima dicha tipología (Seijó-Alonso, 1977; Romero-Galiana, 1995; Aranda-Mercader, 2000; Reyes-Mesa, 2001). Por ello, el estudio realizado es de interés para conocer la tipología más común en toda España, salvando la del molino de ‘La Mancha’.

El molino de viento elegido para desarrollar el estudio, es el llamado del ‘Collado’, en el Campo de Níjar, Almería, España. Su tipología fue la más extendida y se ha escogido dado el razonable estado de conservación de su maquinaria entre todos los de su región, aunque hace varias décadas que cayeron en desuso. En la Figura 1 se aprecia el mal estado de conservación del molino, que ya no tiene velas.

Un método práctico para estudiar desde el punto de vista gráfico dicho molino es reconstruirlo mediante técnicas de dibujo asistido por computadora (Amezcua-Ogáyar y Rojas-Sola, 2001). Es la forma de poder ver cómo era realmente y estudiarlo desde el punto de vista de la ingeniería. Además, una vez construido fielmente el modelo se realizó una animación por computadora para comprender su funcionamiento y observar detalles que de otra manera se escaparían.

Se llevó a cabo un trabajo de campo que ocupó alrededor de dos meses con toma de fotografías, dibujo de croquis y acotación de todos los elementos de las máquinas. Sólo en base a dicho trabajo es posible realizar una reconstrucción gráfica fiel y completar un trabajo de arqueología industrial en el que participan otras áreas como la etnografía, la antropología y la historia. Dada la importancia de los registros orales, se utilizó información específica del citado molino de viento (Nunis, 1963).

Técnicas Gráficas

Las técnicas de dibujo asistido por computadora (CAD) se remontan a comienzos de los años 60, cuando Ian Sutherland desarrolló en el Massachusetts Institute of Technology, a partir de hardware, el primer sistema de CAD. Hoy existen numerosos programas muy potentes de CAD, como el muy extendido AutoCADTM. Permiten dibujar y modelar perfectamente cualquier objeto con una precisión mayor que la del ojo humano y además permiten obtener, sobre el modelo tridimensional construido, una gran cantidad de información desde el punto de vista de la ingeniería. Por ello, estas técnicas han suplantado a las tradicionales técnicas de dibujo. Mediante Auto-CADTM es posible construir tridimensionalmente el modelo del molino de viento a partir de los croquis obtenidos in situ. Resulta esencial tomar las dimensiones lo más exactamente posible, pues a partir de dichos croquis se realiza el modelaje del molino de viento, para que se ajuste lo más posible a la realidad.

Existen también programas de animación por ordenador, como el 3DStudioTM, que a partir del modelo tridimensional obtenido por CAD, pueden animar aspectos del funcionamiento. En realidad, una animación por ordenador no es sino la concatenación de imágenes estáticas que, al igual que los dibujos animados, transmiten la sensación de movimiento si se visualizan con rapidez (25 imágenes/seg).

En arqueología industrial la animación por ordenador se convierte en una poderosa herramienta para el estudio del funcionamiento de antiguas máquinas en desuso. Dadas las enormes dimensiones de los molinos de viento, sería sumamente trabajoso, si posible, ponerlo en movimiento, por lo que la animación es la única forma de ver cómo funcionaban realmente y comprender el enorme trabajo que desarrollaban. Para que la animación sea lo más realista posible, es necesario proporcionar al modelo generado en AutoCAD, unas cámaras, luces y texturas. Por ello, es preciso que las fotografías utilizadas sean lo mejor posibles para proporcionar las texturas de los materiales mediante escaneado y mapeado posterior en el modelo.

En la Figura 2 se muestra una perspectiva isométrica del modelo generado con AutoCAD, y en la Figura 3, dos escenas (frames) de la animación por computadora.

El Trabajo en el Molino de Viento

El objetivo fundamental de este estudio es obtener los datos de producción y funcionamiento del molino de viento mediterráneo y compararlo con el molino de viento manchego, para destacar ventajas e inconvenientes de una morfología frente a otra. En la Figura 4 se presenta un molino de viento de La Mancha, notándose la diferencia en la construcción de la torre y en la presencia de velas en lugar de aspas.

Entre las preocupaciones de los molineros se encontraba la rentabilidad del molino. Algunos eran propietarios, si bien era común que el molino estuviese arrendado en régimen de explotación. Lo mejor para una buena rentabilidad del molino era gozar de unos buenos días de viento parejo, continuo y sin grandes ráfagas, para evitar su operatividad intermitente. Según Ramón Gil, uno de los últimos molineros de la zona, en los molinos de viento del Campo de Níjar, en un buen día de viento de levante parejo, que permitiera unas 50 revoluciones por minuto (rpm) en la volandera, podían molerse, entre el día y la noche, de 20 a 25 fanegas de trigo, siendo cada fanega de trigo equivalente a 45kg. Cuanto más viento y más fuerte soplara mejor, pues supondría más horas de trabajo y mayor tasa de producción en la molienda. Sin embargo, lo normal era moler en torno a la mitad, unas 12 fanegas en días de brisa algo más moderada, con velocidades de la piedra volandera entre 40 y 45rpm.

A fin de cuantificar el trabajo necesario para moler 1kg de trigo, se asumió que en un buen día con viento parejo podían molerse en torno a 1000kg de cereal, algo más de 22 fanegas. La potencia desarrollada por el molino con vientos de 7m/s (más de 13 nudos) ascendía a unos 6300w. Por otro lado, la faena se lograba en las 24h del día, por lo que el trabajo invertido por kg de cereal molido era de 0,15Kwh, con una tasa de producción de 41,7kg/h. Para un día normal de molienda, se molían unas 12 fanegas de trigo, unos 540kg diarios, siendo la potencia desarrollada por el molino, con vientos de unos 11 nudos, de unos 3220w, por lo que el trabajo invertido por kg molido se mantiene, con una tasa de producción de 21,45kg/h. Para vientos de unos 13,60 nudos se obtiene una relación de 3,07kg/hnudo, y para un viento de unos 11 nudos una relación de 1,95 kg/hnudo, lo que evidencia que el incremento en la tasa de producción horaria no es lineal con la velocidad del viento, al no serlo tampoco la potencia desarrollada por el molino.

Otra innovación tecnológica propia del molino de viento del Campo de Níjar fue la incorporación de un regulador centrífugo, denominado maquinillo, cuya función principal era la de alivio automático, es decir, liberar al molinero de la constante regulación manual del mecanismo del alivio ante cambios inesperados en la velocidad del viento. El regulador centrífugo consiste en un paralelogramo deformable que, al girar según una de sus diagonales, hace que sus masas inerciales colocadas en los extremos de los brazos o prolongaciones de los lados se eleven por la acción de la fuerza centrífuga, desplazando el vértice inferior en sentido vertical por el mismo eje de giro en función de la velocidad o número de revoluciones del paralelogramo.

Este tipo de regulador centrífugo es similar al conocido regulador de Watt que, a finales del siglo XVIII fue aplicado por este ingeniero escocés a las máquinas de vapor. La aplicación del regulador centrífugo a las máquinas de vapor por parte de Watt (sobre el año 1788) estuvo inspirada en la aplicación del regulador centrífugo a los molinos de viento (Pagola, 1975).

La aplicación del regulador centrífugo a los molinos de viento fue una invención de Thomas Mead en 1787. Mead intentó atajar la problemática que presentaban los molinos de viento harineros ingleses, que consistía en que cuando el grano de trigo era molido, la calidad de la harina producida era muy variable, y dependía fuertemente de dos factores: de la distancia entre las dos piedras del moledero (la volandera y la solera) y de la velocidad de rotación de la volandera. El invento se basaba en un regulador que aseguraba que la presión ejercida entre las piedras del molino fuera proporcional a la velocidad de rotación. El invento de Mead es particularmente interesante desde el punto de vista de la regulación automática, puesto que el regulador utilizado tiene como sensor de velocidad un péndulo rotativo, auténtico precursor de los reguladores centrífugos.

Cuando el molino arranca, el regulador también se pone en marcha y a medida que el viento va aumentando de velocidad se inicia la elevación de las masas inerciales de forma progresiva por el efecto de la fuerza centrífuga. Cuando la velocidad del molino se estabiliza, el molinero ajusta la separación de las piedras en función del grano a moler y de la finura de la harina deseada.

Una vez ajustadas las condiciones de la molienda, la ocupación del molinero podría ser tan sólo mantener la tolva con grano hasta acabar con el último saco o hasta la finalización de la jornada, siempre y cuando se mantuvieran aproximadamente constantes la velocidad y dirección del viento. Normalmente, las condiciones del viento son variables a lo largo del día y obligaban al molinero, cuando los molinos carecían de elementos de regulación automática, a mantenerse vigilante durante la molienda. Estas irregularidades no se podían eliminar con el regulador centrífugo, pero sin duda se atenuaban.

Comparación con el Molino de Viento en La Mancha

Son numerosas las monografías que se han escrito acerca de los molinos manchegos (Fernández-Layos, 1988; Sánchez-Molledo, 1995; Sánchez-Ruiz, 1995; Camuñas-Rosell, 2000; Escribano-Sánchez, 2000; Jiménez-Ballesta, 2001). Estos molinos, los más ampliamente conocidos y estudiados, responden al tipo de molino mediterráneo C de Krüger y fueron introducidos a mediados del siglo XV (Rojas-Sola y Amezcua-Ogáyar, 2005). El molino manchego está formado, al igual que los de origen andaluz, por una torre de mampostería de piedras y adobe. Sobre la torre, rigurosamente cilíndrica, se sitúa una techumbre cónica, en cuyo interior se aloja toda la maquinaria, ejes y engranajes de transmisión. Sin embargo, el rotor se compone de cuatro palas fabricadas con un entramado de madera, recubierto de lienzo (Sánchez-Molledo, 1995).

La tipología de los molinos de viento manchegos, con la característica de albergar tres estancias con fines diferentes, ha sido revisada por Rojas-Sola y Amezcua-Ogáyar (2005). La razón de la construcción en tres plantas, estriba en que para la producción de harina se apoya en la acción de la gravedad; es decir, en la tercera planta se produce la trituración, en la segunda el cernido para producir la harina y en la primera se ensaca.

De la bibliografía existente es posible obtener datos de funcionamiento que permitan realizar comparaciones. Así, los molinos manchegos utilizaban el borriquillo para girar la cubierta cónica, a diferencia de los molinos mediterráneos que la giraban por medio del hombre. Las aspas giraban con velocidades entre 4 y 7m/s, pues si sobrepasaban dichos valores los lienzos debían ser recogidos. A la velocidad de 7m/s las aspas daban 12rpm moviendo, por cada vuelta del aspa, unas 8 veces la piedra volandera, y desarrollando una potencia equivalente a unos 20CV, aproximadamente 14720w.

Para poder realizar una comparación con el molino de viento mediterráneo, cabe considerar que se podían moler en torno a las 22 fanegas, es decir, unos 1000kg. La potencia desarrollada por el molino mediterráneo para dicha cantidad era de 6300w aproximadamente, lográndose la faena en las 24h del día, por lo que la relación de trabajo invertido por cada kg de cereal molido era de 0,15Kwh. Sin embargo, en el molino manchego, esa relación pasa a ser 0,35. Para la misma velocidad del viento, el molino manchego desarrollaba mayor potencia y podía, por tanto, moler mayor cantidad en el mismo tiempo.

Prospección y Evaluación Eólica en el Campo de Níjar

Es necesario evaluar el potencial eólico del Campo de Níjar. Hoy día, para realizar una prospección se escoge un punto y se calcula su potencial energético a través de complejos anemómetros. Ante la carencia de ese sofisticado equipo, y como una aproximación, se utilizan las publicaciones del Servicio de Meteorología, que publica resúmenes energéticos por comunidades autónomas en el Mapa Eólico Nacional (Bermejo-Baró, 1994).

En la provincia de Almería hay dos observatorios, uno sinóptico en el aeropuerto y otro automático en el faro de Mesa Roldán, en la localidad de Carboneras. Este último fue escogido para su análisis, pues está muy cercano a la localidad de Aguamarga, donde existen dos molinos de viento, y resulta más representativo de la comarca natural del Campo de Níjar que el situado en el aeropuerto. Además el equipo instalado es automático, por lo que la fiabilidad de los datos es mayor. Los resultados obtenidos, referidos al año 1993, y los acumulados corregidos con mediciones históricas anteriores según una distribución de Weibull, se reflejan en la Tabla I.

La potencia eólica del viento (P), susceptible de aprovecharse, viene dada por

donde r: densidad del aire (kg/m³), S: área del rotor (m²), y V: velocidad del viento sin disturbar (m/s).

La columna ‘Potencia específica del viento’ indica la potencia media por unidad de superficie (w/m²), y está calculada según

donde K: factor de potencia.

A partir de esta formulación y de los datos obtenidos de la Tabla I, es posible calcular la potencia eólica del viento, susceptible de ser aprovechada, en la zona de Carboneras, y extrapolarla a todo el Campo de Níjar. Así, se obtiene

La realización de una prospección y evaluación eólica en cualquier localización, ha de dar lugar a conclusiones acerca de la idoneidad o no de la misma para la ubicación de fuentes eólicas y para el aprovechamiento de la energía del viento. Según las mismas, y respecto a la prospección y evaluación eólica obtenida en el Campo de Níjar, la ubicación de la comarca tendría una buena calificación, ya que la velocidad media anual de 9,7 nudos equivale a unos 5m/s, y la potencia media por superficie es de 185w/m².

Cálculos de Potencia y Par en el Molino de Viento del Collado

La teoría global del motor eólico de eje horizontal, como es el caso de nuestro molino de viento, fue establecida por Betz (1966), basándose en la teoría de cantidad de movimiento. La cantidad máxima teórica de energía para una máquina eólica con un aeromotor ideal de eje horizontal llega a ser el 59,3% de la cantidad total de energía aportada por el viento y es conocida como Límite de Betz. En la realidad, la potencia de los motores de viento más perfeccionados no supera el 60 o 70% de ese valor (Rauh y Seelert, 1984). Aplicando el factor de Betz a la fórmula derivada de la potencia disponible del viento, la potencia máxima teórica extraíble del viento (W) es

donde r depende de la altitud y temperatura sobre el nivel del mar, que para España es alrededor de 1,20kg/m³.

Para el estudio particular de cada tipo de máquina eólica, es imprescindible recurrir a estudios experimentales. Para ello, se construyen maquetas que se prueban en el túnel aerodinámico. Estas maquetas son semejantes geométricamente al prototipo que se pretende estudiar (Le Gouriérès, 1983). En la práctica, se representan las curvas de variación de las cantidades CF (coeficiente de fuerza axial F), CM (coeficiente de momento M del rotor con radio R) y CP (coeficiente de potencia W)

en función de la velocidad característica l0

donde U0: velocidad periférica (m/s).

La utilidad de estas tres gráficas radica en que las curvas características trazadas para la maqueta son válidas para el prototipo y para cualquier máquina geométricamente semejante.

De los tres coeficientes, se deducen estas otras ecuaciones

donde N: velocidad del rotor (rpm) y R: radio del rotor (m).

Para una máquina de características geométricas determinadas y para una velocidad de viento también fijada, a cada valor de l0 corresponde un valor de CF, CM y Cp, y por tanto un valor de F, M, W y N. Por tanto, se pueden representar las características mecánicas de empuje axial, par (momento) y potencia para los distintos valores de V, en función de la velocidad N de rotación.

Al calcular la potencia y par motor del molino de viento del Collado, se contó con comentarios y testimonios de dos molineros de la zona, Francisco Ortiz y Ramón Gil, quienes facilitaron datos acerca de los vientos de la zona y las velocidades estimadas de giro de la piedra volandera y del rotor de velas. En los datos revelados por ellos nos basaremos de aquí en adelante, debido a la imposibilidad de realizar una experimentación con ningún molino de la zona, ya que todos están derruidos. 

Las pruebas realizadas en el laboratorio Eiffel sobre modelos reducidos de eólicas lentas (Le Gouriérès, 1983) han demostrado que el funcionamiento de las mismas era óptimo, desde el punto de vista de máximo desarrollo de la potencia, para velocidades características l₀ de valores próximos a 1 (Figura 5); estas condiciones corresponden a una velocidad de rotación óptima cuyo valor en rpm es igual a

y a un valor de Cp cercano a 0,3; es decir, a una captación efectiva de energía aproximadamente igual al 50% del Límite de Betz. La potencia máxima capaz de obtenerse en una eólica lenta, como la presente tipología de molino de viento, se puede calcular en función del radio R del rotor, tomando el valor máximo de Cp=0,3 obtenido de la Figura 5, con la Ec. 7'':

Ahora bien, lo anterior es para una eólica lenta de máximo rendimiento, en que la velocidad característica, parámetro adimensional, es l₀=1, pero cabe preguntar si el valor de l₀ del molino de viento del Collado está efectivamente en torno a la unidad. Aquí entran en juego los datos aportados por los molineros. Según ellos, la velocidad de régimen de un molino de viento almeriense era tal que la piedra volandera adquiría una velocidad de rotación de unas 50rpm. Ello, en un régimen de viento de brisa moderada, con vientos entre 13 y 14 nudos, lo que significa vientos en torno a los 7m/s.

Con estos datos se puede abordar el cálculo de la potencia y el par del ingenio a ese régimen de vientos. Así, y debido a la relación de engranaje de 1:5, la velocidad de régimen del rotor sería de 10rpm. En ese caso, la velocidad característica del molino del Collado vendría dada por:

donde R= 6m en el molino del Collado, N= 10rpm y siendo V= 7m/s. El término 60 en el denominador convierte las rpm a revoluciones por segundo.

Al obtener que l₀<1, siendo l₀=1 la óptima en el sentido de que arroja la mejor cifra para el coeficiente de potencia en el caso de eólicas lentas, el presente molino de viento tendrá un menor rendimiento y no es posible calcular la potencia por la Ec 9.

A ese régimen de viento de 7m/s, aproximadamente 13,5 nudos, es posible calcular la potencia desarrollada por el molino de viento del Collado. De la Figura 5 se obtiene directamente el coeficiente de potencia para una velocidad característica de 0,8976:

y sustituyendo este valor de Cp en la Ec. 9 se obtiene

Realizando la conversión a CV, es decir, dividiendo por 736w/CV, se obtiene una potencia utilizable de 8,53CV. En la Figura 6 se grafica la evolución del coeficiente del momento CM en función del valor de la velocidad característica, para eólicas lentas. Para el molino de viento del Collado, con l₀= 0,8976 se obtiene directamente CM= 0,36 y es posible calcular el par motor generado por el rotor y aplicado en el eje principal del molino del Collado, para una velocidad de régimen de 7m/s. Sustituyendo en la Ec. 7' se obtiene

Los valores de potencia y par han sido calculados para un viento constante de 7m/s que, según los molineros, venía a garantizar una velocidad de régimen de 50rpm en la piedra volandera. No obstante, según Ramón Gil, los valores de las velocidades entre los que se movían los molinos almerienses, siempre refiriéndose a la velocidad de la piedra volandera, estaba entre 40 y 60rpm. A partir de esa velocidad había que replegar las velas.

Como se conoce el parámetro l₀ se calculará el régimen de vientos correspondientes a tal intervalo de funcionamiento, así como las cifras de potencia y par en ambos casos.

Caso a) N= 8 rpm

Cuando la piedra volandera giraba a 40rpm, el rotor lo hacía a 8rpm, y dado que l₀= 0,8976, la velocidad del viento incidente es

que corresponde a un viento de casi 11 nudos, lo que es una brisa moderada. Como los coeficientes de potencia y par no han variado, al no variar l₀, se puede calcular la potencia y el momento para un régimen constante de viento de 5,60m/s. De la Ec. 9 se obtiene

y realizando la conversión a CV, dividiendo por 736w/CV, se obtiene una potencia utilizable de 4,37CV. Utilizando la Ec. 7' se calcula el par

Caso b) N= 12 rpm

Cuando la piedra volandera giraba a 60rpm, el rotor lo hacía a 12rpm, y dado que l₀= 0,8976, la velocidad del viento incidente es

que corresponde a un viento de más de 17 nudos, lo que es una brisa fresca, algo fuerte. Como los coeficientes de potencia y par no han variado, al no variar l₀, se calcula la potencia y el momento para un régimen constante de viento de 8,40m/s. De nuevo, con la Ec. 9 se obtiene la potencia aprovechada

y realizando la conversión a CV, dividiendo por 736W/CV, se obtiene una potencia utilizable de 14,75CV. Utilizando la Ec. 7' se calcula el par

En la Tabla II se resumen los resultados de potencia y par obtenidos para el molino del Collado en el margen de utilización indicado por los colaboradores molineros.

Análisis de la Vela Latina

Una de las particularidades ya comentadas del molino de viento almeriense, al igual que otros como el cartagenero o el andaluz, es la utilización de velas triangulares en lugar de aspas como en los molinos de La Mancha. Al actuar el viento sobre una superficie curva genera una fuerza que tiende a dirigirse hacia arriba y contra el viento. La ventaja del arqueado llega a ser más notoria cuando el viento incide sobre la superficie desde abajo o cuando el plano es movido contra el viento en una posición inclinada. En esta posición, la superficie curva desarrolla el doble de fuerza que una plana, como ocurre con las aspas de los molinos de La Mancha (Curry, 1979).

La vela del molino de viento del Campo de Níjar es una superficie curva con todas las ventajas a las que hace referencia el postulado anterior (Figura 7). Además, el viento incide sobre la vela del molino desde abajo, estando la misma inclinada entre 10 y 15º, pues lo está el eje, y encarada directamente al viento. La vela supone entonces ventajas frente a un rotor de aspas, cuyas superficies son planas, aunque se dotaba a las mismas de cierta inclinación respecto al plano de giro.

 

Otra observación puede extraerse del hecho que un barco en movimiento genera una determinada cantidad de viento, que junto al atmosférico supone un viento resultante denominado viento aparente, cuya dirección es tal que incide sobre la vela en ángulo agudo y con mayor fuerza que el viento real. Ello nos hace pensar en las ventajas de una vela en el rotor, capaz de embolsar aire, frente a un aspa que, si bien genera viento al moverse, al tratarse de una superficie rígida no puede embolsarlo y, por ende, aprovechar el viento generado por el rotor. Los palos del molino, al girar, se comportan como una embarcación en movimiento generando vientos (Figura 8).

Pero las ventajas del rotor de velas frente al rotor de aspas no se sustentan solamente en principios de aerodinámica. Ante fuertes vientos, calificados como duros, en torno a los dieciocho nudos en adelante, el molino de velas es capaz de moler debido a su facilidad para regular la arboladura, desplegando más o menos velas, en número y en superficie, así como actuando para capturar más o menos viento, todo ello en función de la velocidad del viento incidente, pudiendo llegar incluso a suprimir las velas, y sin necesidad de recurrir a escaleras y tener que trepar por el aspa, con los riesgos de accidente que ello podía conllevar. La facilidad para la colocación y retirada de las velas otorgan al molino de viento con rotor de velas la posibilidad de moler adaptándose tanto a brisas como a vientos duros.

Conclusiones

- El velamen del molino de viento almeriense, en cuanto a su número y disposición de velas, es diferente del manchego, que se caracteriza por sus aspas. La incorporación de las ocho velas latinas en el molino mediterráneo posibilita una mejor capacidad de regulación frente a los vientos que en el molino manchego. Las velas no planas, como las de los molinos almerienses, gozan de propiedades de autorregulación a la variación de los vientos como consecuencia de su elasticidad.

- La potencia desarrollada por el molino almeriense dependía de la superficie efectiva de velas desplegada al viento. La facilidad de regulación del molino de viento almeriense frente a los distintos grados de viento se consigue al desplegar más o menos velas, siempre en número par, o bien al disminuir la superficie de las mismas a base de enrollar vela en los palos. Esta capacidad de regulación frente a vientos fuertes resultaba mucho más difícil en un molino dotado de aspas, como el manchego, por la menor superficie de velas que presentaba y por la dificultad que suponía variar la superficie presentada al viento. Dado que la potencia desarrollada por el molino es proporcional al cuadrado de la superficie efectiva desplegada al viento, eliminar cuatro velas y dejar el rotor con otras cuatro totalmente desplegadas, supone, para una misma velocidad incidente, disminuir la potencia al veinticinco por ciento.

- La utilización de un regulador centrífugo como mecanismo de alivio automático es algo que, en el ámbito español, caracteriza a los molinos almerienses, separando las piedras solera y volandera.

- En el molino almeriense, rara vez se dejaba girar la piedra volandera por encima de 60rpm, lo que se conseguía, para todo el velamen desplegado, con vientos de unos 17 nudos. Cuando el temporal de viento provocaba ráfagas de mayor velocidad recurriría a la disminución de la superficie de velamen. Sin embargo, en el molino manchego la piedra volandera podía girar alrededor de las 96rpm, es decir, el trabajo invertido por cada kg de cereal molido era de 0,35Kwh, mayor que en el molino almeriense donde era de 0,15Kwh, lo que aumentaba la capacidad de molturación para el mismo período de tiempo.

AGRADECIMIENTOS

Los autores expresan su gratitud a Ramón Gil y Francisco Ortiz, últimos molineros de la zona, por contribuir desinteresadamente con sus memorias a nuestra investigación.

REFERENCIAS

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