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25 septiembre 2018

Historia de la energía eólica: del origen a la II Guerra Mundial

Medio ambiente | Recursos Naturales
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En varios artículos previos, he descrito las características generales de los vientos que aprovechan las turbinas eólicas, el funcionamiento de estos generadores y las bases científicas de esta fuente energética. En este texto y en uno posterior, haré un breve recorrido histórico por los orígenes de esta fuente de energía.

Un recorrido hasta el siglo XIX

La humanidad ha aprovechado la energía del viento desde que existen registros; de hecho, ya se utilizaba para propulsar barcos a lo largo del río Nilo en 5000 a. C. Hacia el 200 a. C, molinos de viento sencillos servían para bombear agua en China, mientras que en Persia y Medio Oriente ya había molinos de viento de eje vertical con velas tejidas de caña que se usaban para moler grano. En el siglo XI, nuevas formas de usar la energía del viento se extendieron por todo el mundo: los pobladores del Medio Oriente usaba molinos de viento extensivamente para moler el grano empleado en la producción de alimentos y los mercaderes y cruzados que regresaban de aquellas tierras llevaron esta idea a Europa, lo que permitió que los habitantes de los Países Bajos refinaran el molino de viento y lo adaptaran para drenar lagos y pantanos en el delta del río Rin.

En España tenemos una imagen muy familiar de los célebres molinos del Campo de Criptana, que tan famosos haría en el siglo XVII el ingenioso hidalgo Don Quijote de la Mancha. Esos famosos molinos de aspas estaban destinados a bombear agua o moler grano y se utilizaron masivamente hasta bien entrado el siglo XIX,

Molinos del Campo de Criptana, Castilla la Mancha, España. Fuente: Wikimedia

Con el comienzo de la revolución industrial, el uso de estos molinos se redujo significativamente, ya que a partir de ese momento las fuentes principales de energía pasaron a ser las máquinas de vapor alimentadas por carbón y electricidad.

Desde el siglo XIX hasta la Segunda Guerra Mundial

Cuando la emigración desde Europa llevó esta tecnología a Norteamérica a fines del siglo XVIII y principios del XIX, se comenzaron a usar molinos de viento para bombear agua en granjas y ranchos y luego para generar electricidad utilizada en los hogares y la industria. En la segunda mitad del siglo XIX tuvo lugar uno de los más importantes avances en la tecnología del aprovechamiento del viento, con la aparición del popular molino multipala americano, utilizado desde entonces para el bombeo de agua prácticamente en todo el mundo. Sus características se aprovecharían en años posteriores para el diseño de los generadores eólicos actuales.

En 1887, el científico estadounidense Charles F. Brush (1849-1929) construyó lo que hoy se admite que fue la primera turbina eólica para la generación de electricidad. Era un gigante, el más grande del mundo, con un diámetro de rotor de 17 metros y 144 palas de rotor, hechas de madera de cedro. Se  muestra en la imagen siguiente, donde se puede observar la presencia de una persona a la derecha de la turbina. Este generador funcionó durante 20 años y cargó las baterías instaladas en el sótano de su casa. A pesar del tamaño de la turbina, la potencia del generador era de apenas 12 kW, debido a que esta clase de turbinas no son particularmente eficientes. La siguiente figura doble muestra estos primeros antecedentes:

Izquierda: Molino multipala de bombeo de agua en una granja agrícola del estado de Washington, EEUU (Fuente: Shutterstock photos). Derecha: Molino gigante multipala de Brush instalado en Cleveland, Ohio (Fuente: Danish Wind Industry Association)

Fue el científico danés Poul la Cour (1846-1908), que más tarde descubrió que las turbinas eólicas con pocas palas de rotor son más eficientes para la producción de electricidad que las turbinas de palas múltiples, ya que en las primeras se logra una velocidad de rotación mucho mayor que en las del tipo construido por Brush. En 1899, diseño lo que puede calificarse como el primer generador eólico moderno, cuya imagen se muestra a continuación. Como se puede apreciar, su diseño era muy similar al de los célebres molinos de viento que recreaba Cervantes en el Quijote cuatro siglos antes:

Turbina de Poul la Cour. Fuente de la figura: Danish Wind Industry Association

Las bases teóricas del aprovechamiento de la energía del viento para generar electricidad se desarrollaron en Alemania en la segunda década del siglo XX y se deben principalmente a Albert Betz (1885-1968), físico alemán que en 1919 enunció la ley que lleva su nombre, cuyos detalles he descrito detalladamente en este otro artículo.

El desarrollo pionero de la energía eólica en Europa tuvo lugar en Dinamarca, donde cobró gran relevancia durante el primer cuarto del siglo XX, contribuyendo a la construcción de un modelo descentralizado de electrificación del país. En 1908 había 72 generadores eólicos, con potencias comprendidas entre 5 kW y 25 kW.

Izquierda: turbina Grandpa’s Knob, Castleton, Vermont, EEUU (Fuente: Departament of Energy, EEUU)

Por otra parte, al otro lado del Atlántico, durante la década de 1930, los molinos de viento se usaron ampliamente para generar electricidad en muchas regiones agrícolas de los Estados Unidos, donde los sistemas de distribución aún no se habían desarrollado. No fue hasta 1941 cuando se instaló la primera turbina de una potencia superior al MW (1.25 MW, para ser precisos). Diseñada por el científico Palmer Cosslett Putnam (1900-1984) y fabricada por la compañía S. Morgan Smith, se instaló en la localidad de Castleton, Vermont, EEUU, y funcionó por espacio de 1000 horas hasta que un fallo en una de las aspas arruinó su funcionamiento. No se volverían a ver turbinas de esta potencia hasta más de 40 años después. La imagen muestra esta turbina:

Ignacio Mártil.

Catedrático de Electrónica de la Universidad Complutense de Madrid y miembro de la Real Sociedad Española de Física

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