Energía eólica: Del antiguo molino de viento a la turbina moderna

La energía eólica — el aprovechamiento de la energía cinética del aire en movimiento — es una de las formas más antiguas de energía mecánica utilizada por la civilización humana y una de las tecnologías energéticas de más rápido crecimiento del siglo veintiuno. El viento ha impulsado barcos a través de los océanos desde al menos el año 3400 a.C., molió grano en los molinos de la antigua Persia y la Holanda medieval, bombeó agua desde las llanuras del oeste norteamericano, y ahora genera electricidad para cientos de millones de personas en todo el mundo con turbinas que se elevan a más de doscientos metros sobre el suelo y recorren masas de aire con palas casi tan largas como un campo de fútbol americano.

El desarrollo de la energía eólica moderna como fuente significativa de electricidad ha sido una de las historias tecnológicas y económicas más extraordinarias de las últimas tres décadas. La capacidad eólica global era de aproximadamente diecisiete gigavatios en el año 2000; para 2024 había crecido a aproximadamente mil gigavatios — un aumento de sesenta veces en veinticuatro años — lo que convierte a la energía eólica en la segunda fuente más grande de electricidad renovable del mundo, después de la hidroeléctrica. La tecnología de las turbinas eólicas ha avanzado desde las primeras máquinas danesas de la década de 1970, que producían quizás cincuenta kilovatios con un rotor de treinta metros de diámetro, hasta las modernas turbinas marinas que generan entre quince y veinte megavatios con rotores de más de doscientos metros — máquinas tan grandes que las puntas de sus palas se mueven más rápido que un avión de pasajeros durante su operación normal.

La física de la energía eólica está regida por la relación cúbica entre la velocidad del viento y la potencia: duplicar la velocidad del viento aumenta la potencia disponible por un factor de ocho. Esta relación hace que la ubicación — encontrar lugares con velocidades de viento consistentemente altas — sea el factor más importante en la economía de la energía eólica, y explica el desarrollo de la energía eólica marina como la tecnología de mayor valor capaz de aprovechar los vientos consistentemente fuertes sobre el océano abierto.

El antiguo molino de viento y sus orígenes

El molino de viento — un dispositivo que utiliza la fuerza del viento sobre velas o palas para hacer girar un eje y realizar trabajo mecánico — fue inventado en la región persa de Sistán (en el actual Irán y Afganistán) alrededor del siglo siete d.C., aunque algunos historiadores fechan versiones anteriores antes del año 900 d.C. Estos primeros molinos de viento persas eran diseños de eje vertical con velas unidas a un eje vertical, a diferencia de los molinos de eje horizontal conocidos en el norte de Europa. Los primeros molinos de viento persas utilizaban velas de caña que captaban el viento en un lado del eje vertical mientras que una pared protegía las velas en el otro lado, creando una rotación neta. Se utilizaban principalmente para moler grano y bombear agua para irrigación en las áridas regiones de las provincias de Jorasán y Sistán.

El molino de viento se extendió hacia el oeste a través del mundo islámico y finalmente llegó a Europa. Los primeros molinos de viento europeos documentados aparecen en el siglo doce, con referencias a molinos en Normandía (1180 d.C.) y en Inglaterra y Flandes poco después. El molino de viento europeo era un diseño de eje horizontal — fundamentalmente diferente de los molinos persas de eje vertical — con un eje giratorio que llevaba velas conectadas a piedras de molino u otras maquinarias. El diseño de eje horizontal, que es mecánicamente más eficiente que los diseños de eje vertical en vientos constantes, se convirtió en la tecnología de molino de viento dominante a nivel global y en el ancestro directo de las modernas turbinas eólicas.

El molino de poste, el tipo más antiguo de molino de viento europeo, consistía en toda la estructura del molino montada sobre un gran poste de madera vertical, lo que permitía girar toda la estructura para enfrentarse al viento — algo necesario porque los molinos de eje fijo solo pueden extraer energía del viento que sopla en una dirección. Los molinos de poste se construyeron en toda Inglaterra, Francia, los Países Bajos y Alemania a partir del siglo doce. El molino de capota y el molino de torre, desarrollados en los siglos catorce y quince, reemplazaron al molino de poste para aplicaciones más grandes: en lugar de girar toda la estructura, estos diseños giraban únicamente la caperuza (la parte superior de la torre que porta las velas y el eje principal), lo que permitía la construcción de máquinas mucho más altas y potentes.