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Mulino a vento

dispositivo che converte l'energia eolica in energia meccanica
Nota disambigua.svg Disambiguazione – Se stai cercando la struttura analoga utilizzata per movimentare acqua, vedi Pompa eolica..
Un tipico mulino a vento olandese circondato da tulipani a Sakura, Giappone
Mulini a vento a Campo de Criptana nella Mancia in Spagna
Moulins en Hollande (Mulini in Olanda), di Armand Guillaumin (1904).
Mulino a vento di Opprebais, Belgio

Il mulino a vento è una struttura costruita per sfruttare l'energia del vento (energia eolica) e attraverso l'utilizzo di pale trasformarla in energia meccanica (ovvero energia cinetica) utilizzandola per macinare cereali o altri materiali in ambito agricolo, artigianale o industriale.

Non va confusa con la pompa eolica, che spesso presenta una struttura esterna simile a quella di un mulino a vento ma ha come funzione quella di movimentare l'acqua.

Indice

StoriaModifica

Il mulino a vento ebbe origine in Persia circa 3.000 anni prima di Cristo, anche se secondo altre fonti fu inventato intorno al VII secolo d.C. nella regione del Sistan, oggi in Afghanistan.[1][2] Era sostenuto da strutture innalzate sulla torre di un castello o in cima a una collina; il vano superiore ospitava le macine, quello inferiore alloggiava il rotore. In passato era usato fra l'altro per produrre farina.

 
Un mulino a vento a Trapani

Il mulino dell'ingegnere greco Erone di Alessandria nel primo secolo d.C. è il più antico esempio dell'utilizzo di una ruota azionata dal vento per produrre energia.

Nell'area del Mare Mediterraneo orientale in passato si era diffuso anche un modello di mulino eolico chiamato mulino fenicio, in cui le pale erano posizionate all'interno del corpo della costruzione, di forma cilindrica. Le finestre sul mulino indirizzavano l'aria all'interno muovendo le pale. Questo tipo di mulino era adatto a zone con venti deboli ma costanti. Un esempio di mulino fenicio è situato nel comune di Borgio Verezzi in provincia di Savona.

In Italia antiche turbine a vento a sei pale, conservate o restaurate, sono tuttora in uso nelle saline di Trapani con la funzione di mulino a vento per macinare il sale o di pompa idraulica per pompare acqua di mare da una vasca all'altra.

Mulini a vento orizzontaliModifica

I primi mulini a vento realmente utili avevano pale che ruotavano su un asse verticale. Secondo Ahmad Y. al-Hassan, questo tipo di mulini vennero inventati nella parte orientale della Persia come riportato dal geografo persiano Estakhri nel nono secolo. L'autenticità di un antico aneddoto di un mulino a vento che coinvolge il secondo califfo Umar (634-644 d.C.) è messa in dubbio in quanto sembra essere un documento datato al decimo secolo. Queste strutture orizzontali utilizzavano da sei a dodici pale rivestite in stuoie di canne ed erano usati come mulino a vento per macinare grano o come pompa eolica per estrarre acqua; erano inoltre differenti dai successivi mulini a vento verticali europei. I mulini a vento erano ampiamente utilizzati in Medio Oriente e in Asia centrale; successivamente il loro utilizzo si espanse anche in Cina e in India.

Pochi mulini a vento orizzontali furono costruiti in Europa durante il XVIII e il XIX secolo, ad esempio il mulino Fowler a Battersea a Londra, e il mulino Hooper a Margate nel Kent. Questi primi esempi moderni sembrano non essere stati direttamente influenzati dai mulini a vento orizzontali del medio e lontano oriente, ovvero che siano stato frutto del lavoro degli ingegneri sotto la spinta della rivoluzione industriale.

Mulini a vento verticaliModifica

Data la mancanza di evidenze, esistono dibattiti fra gli storici per determinare se i mulini orizzontali del medio oriente siano stati fondamentali per lo sviluppo dei mulini europei. Nel sud-ovest dell'Europa, i mulini ad asse orizzontale o mulini verticali (chiamati così per il piano di movimento delle pale) si crede siano inizialmente datati tra il dodicesimo e il tredicesimo secolo nel triangolo della Francia settentrionale, Inghilterra meridionale e nelle Fiandre.

I primi esempi di mulini a vento in Europa (assumendo che siano di tipo verticale) sono datati a partire dal 1185 nel villaggio di Weedley nello Yorkshire che era situato di fronte all'estuario Humber. È stato trovato anche qualche antecedente, ma di datazione meno certa, fonte europea del dodicesimo secolo. Questi primi mulini erano usati per macinare il grano.

Mulini a paloModifica

Attualmente i primi esempi di mulini a vento europei sono mulini a palo, così denominati per il largo palo verticale su cui si basa l'intera struttura del mulino. Montando il corpo del mulino in questo modo, il mulino può ruotare in modo da ricevere il vento frontalmente; un requisito fondamentale di qualsiasi mulino a vento per operare economicamente nel nord-ovest dell'Europa, dove la direzione del vento è variabile. Il corpo contiene tutti i meccanismi. I primi mulini a palo erano di tipo sunken, dove il palo era chiuso in una collinetta per supportarlo. Successivamente, fu sviluppato un supporto in legno. Esso era spesso coperto in cima o circondato da una cupola per proteggere il supporto in legno dalle precipitazioni e per creare dello spazio destinato alla funzione di magazzino. Questo tipo di mulino era il più comune in Europa fino al diciannovesimo secolo, quando mulini più potenti come mulini a torre e mulini smock non li sostituirono.

Mulini a torreModifica

 
Mulino a torre con rotore di coda.

Dalla fine del tredicesimo secolo, furono introdotte strutture in muratura sulle quali era possibile far ruotare solo la testa del mulino invece che l'intero corpo. La loro diffusione avvenne durante la domanda di un'economia in espansione di fonti energetiche più stabili, anche se erano più costosi da costruire. In contrasto al mulino a palo, soltanto la testa del mulino doveva ruotare in direzione del vento, quindi la struttura portante poteva essere molto più alta, e di conseguenza le pale potevano essere più lunghe; questo permetteva al mulino di essere utilizzabile anche in condizioni di basso vento. La testa poteva essere ruotata in direzione del vento sia da argani che da ingranaggi al suo interno o da un argano montato all'esterno del mulino sul palo di coda. Un metodo per mantenere automaticamente il mulino sempre in direzione del vento era l'utilizzo di un rotore di coda, il quale era montato perpendicolarmente alle pale sul retro del mulino. Anch'esse erano montate su pali di coda ed erano comuni in Gran Bretagna e in altri paesi anglosassoni dell'impero Britannico, Danimarca, e Germania, ma rari in altre zone. Intorno ad alcune parti del mar Mediterraneo venivano costruiti mulini a vento fissi perché la direzione del vento non variava spesso.

MeccanismoModifica

PaleModifica

Le pale comuni consistono in una struttura reticolare sulla quale è ancorata la tela. Il mugnaio può regolare la superficie sulla quale si estendono le vele in base alla potenza richiesta. Nei mulini a vento medievali la copertura delle pale era passata fra le maglie della struttura della vela. Dopo il medioevo i mulini vennero costruiti con una struttura reticolare sopra la quale era distribuita la tela, mentre in climi più freddi la tela era rimpiazzata da lamine di legno, le quali erano più facili da gestire in condizioni di gelo. La vela a fiocco è comunemente utilizzata nei paesi mediterranei e consiste in un semplice triangolo di tessuto avvolto intorno ad un'asta.

In tutti i casi, un mulino necessita di poter essere fermato per aggiustare le pale. Invenzioni dalla Gran Bretagna nel diciottesimo e diciannovesimo secolo portarono a pale che si regolano autonomamente rispetto all'intensità del vento senza l'intervento del mugnaio, nelle pale brevettate e inventate da William Cubitt nel 1807. In queste pale il rivestimento in tela è rimpiazzato da un meccanismo di serrande connesse fra loro.

In Francia, Pierre-Théophile Berton inventò un sistema che consiste di lamine di legno longitudinali connesse da un meccanismo che consentiva al mugnaio di aprirle mentre il mulino ruotava. Nel ventesimo secolo, la maggior conoscenza dell'aerodinamica dallo sviluppo dell'aeroplano condusse a ulteriori miglioramenti in efficienza da parte dell'ingegnere tedesco Bilau e diversi mugnai olandesi.

La maggior parte dei mulini a vento hanno quattro eliche. Mulini con eliche multiple (cinque, sei o otto eliche) sono stati costruiti in Gran Bretagna (specialmente nella regione del Lincolnshire e Yorkshire e nei dintorni), Germania, e meno comunemente in altri luoghi. Precedenti mulini a vento con vele multiple sono situati in Spagna, Portogallo, Grecia, parte della Romania, Bulgaria e Russia. Un mulino con un maggior numero di pale ha il vantaggio di poter funzionare anche se una vela è danneggiata, rimuovendo la vela opposta in modo da bilanciare il mulino.

Nei Paesi Bassi la posizione stazionaria delle pale di un mulino, come se esso non stesse funzionando, è stata usata per inviare segnalazioni: una leggera inclinazione delle vele davanti al mulino indica gioia, mentre un'inclinazione delle pale del mulino verso di esso indica un lutto. Seguendo questa consuetudine, i mulini a vento nei Paesi Bassi vennero posizionati in segno di lutto in onore delle vittime olandesi del disastro aereo del volo 17 Malaysia Airlines nel 2014.

MeccanicaModifica

 
Interno di un mulino a vento con ingranaggi, alberi e macina.

Gli ingranaggi all'interno di un mulino a vento convogliano la potenza ricavata dal moto rotatorio delle pale in un dispositivo meccanico. Le pale sono posizionate orizzontalmente su un'asta di sostegno. L'asta può essere totalmente fatta legno o legno con un'asta di ferro all'estremità (dove sono montate le vele) o interamente fatta di ferro. Il freno a disco è montato sull'asta che sostiene le pale fra il supporto frontale e posteriore. Ha il freno attorno alla parte esterna della ruota e denti sul lato di essa che guidano l'ingranaggio orizzontale chiamato "wallower" sulla cima dell'albero montante verticale, guida uno o più denti di pietra, i quali azionano ogni macina. I mulini a palo qualche volta hanno un rotore di testa o di coda che aziona direttamente i denti di pietra, invece dell'utilizzo dello sperone. Ruote dentate supplementari azionano un sacco di sollevamento o altri macchinari.

Diffusione e declinoModifica

 
Mulino a Orbetello

Si stima che il numero massimo di mulini che sfruttano il vento in Europa si sia aggirato attorno a 200 000 durante la loro massima diffusione; questo numero è di gran lunga inferiore al numero di mulini ad acqua che erano 500 000. I mulini a vento erano utilizzati in regioni dove la presenza d'acqua non era sufficiente, dove i corsi d'acqua gelavano durante l'inverno e su terreni che non presentavano pendenza per cui la velocità dell'acqua era troppo bassa per generare la potenza necessaria. Con l'avvento della rivoluzione industriale, l'importanza del mulino a vento e ad acqua come fonte primaria di energia venne meno e furono in alcuni casi rimpiazzati da motori a vapore (nei mulini a vapore) e motori a combustione interna, anche se i mulini a vento sono stati costruiti in grandi quantità fino al diciannovesimo secolo. Più recentemente, i mulini a vento sono stati preservati per il loro valore storico; in alcuni casi sono mantenuti statici perché gli antichi ingranaggi potrebbero essere troppo fragili e rompersi se messi in movimento, e in altri casi sono ancora perfettamente funzionanti.

Dei 10 000 mulini in uso nei Paesi Bassi nel 1850, circa 1 000 sono ancora in piedi. La maggior parte di questi sono mantenuti da volontari e qualcuno è ancora in uso per scopi commerciali. Il distretto Zaan è stato identificato come la prima area industrializzata al mondo con circa 600 mulini a vento operativi dalla fine del diciottesimo secolo.

La costruzione di mulini si diffuse nella Colonia del Capo nel diciassettesimo secolo. I primi mulini non sopravvissero alle tempeste della Penisola del Capo, quindi nel 1717, Heeren XVI inviò carpentieri, muratori e materiali per la costruzione di un mulino più resistente. Il mulino, completato nel 1718, divenne conosciuto come Oude Molen ed era collocato fra la stazione Pineland e Black River. Molto tempo dopo la sua demolizione, il suo nome continua ad essere ricordato grazie all'istituto tecnico a Pinelands. Dal 1863, a Città del Capo si potevano contare 11 mulini distribuiti fra Paarden Eiland fino a Mowbray.

NoteModifica

  1. ^ (EN) Erich Hau, Wind Turbines: Fundamentals, Technologies, Application, Economics, 3ª ed., Springer, 2013 [2000], p. 2, ISBN 978-3-642-27150-2.
  2. ^ "Ingegneria meccanica nel Vicino oriente medievale", di Donald R.Hill, pubbl. su "Le Scienze (Scientific American)", num.275, luglio 1991, pag.92-98

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