Bomba de viento

Una bomba eólica es un dispositivo accionado por el viento que se utiliza para bombear agua .

Las bombas de viento se utilizaron para bombear agua desde al menos el siglo IX en lo que hoy es Afganistán , Irán y Pakistán . ^{[ 1 ]} El uso de bombas de viento se generalizó en todo el mundo musulmán y luego se extendió a China e India . ^{[ 2 ]} Posteriormente, las bombas de viento se utilizaron ampliamente en Europa, particularmente en los Países Bajos y la zona de East Anglia en Gran Bretaña , desde finales de la Edad Media en adelante, para drenar tierras con fines agrícolas o de construcción.

El trabajo de Simon Stevin en el estado de las aguas consistió en mejoras a las compuertas y aliviaderos para controlar las inundaciones . Ya se utilizaban bombas de viento para bombear el agua, pero en Van de Molens ( Sobre los molinos ), sugirió mejoras, incluyendo la idea de que las ruedas debían girar lentamente y un mejor sistema para el engranaje de los dientes . Estas mejoras aumentaron la eficiencia de las bombas de viento utilizadas para extraer agua de los pólderes en un factor de tres. Recibió una patente por su innovación en 1586. ^{[ 3 ]}

En la región de Murcia , España , se utilizaban molinos de viento de ocho a diez aspas para elevar agua con fines de riego. ^{[ 4 ]} El impulso del rotor del molino se conducía a través de la torre y salía por la pared para hacer girar una gran rueda conocida como noria . La noria sostenía una cadena de cangilones que colgaba dentro del pozo. Los cangilones se fabricaban tradicionalmente de madera o arcilla. Estos molinos de viento se mantuvieron en uso hasta la década de 1950, y muchas de las torres aún se conservan.

Los primeros inmigrantes al Nuevo Mundo trajeron consigo la tecnología de las bombas de viento de Europa. ^{[ 5 ]} En las granjas estadounidenses, particularmente en las Grandes Llanuras , las bombas de viento se usaban para bombear agua de los pozos agrícolas para el ganado. En California y algunos otros estados, la bomba de viento era parte de un sistema doméstico de agua autónomo, que incluía un pozo excavado a mano y una torre de agua de secuoya que sostenía un tanque de secuoya y estaba revestida con tablones de secuoya ( casa del tanque ). La bomba de viento agrícola autorregulable fue inventada por Daniel Halladay en 1854. ^{[ 5 ] [ 6 ]} Con el tiempo, las palas y torres de acero reemplazaron la construcción de madera, y en su apogeo en 1930, se estimaba que había 600 000 unidades en uso, con una capacidad equivalente a 150 megavatios. ^{[ 7 ]} Las bombas de viento más grandes y ligeras en Australia hacen girar directamente la bomba con el rotor de la bomba de viento. Un engranaje adicional entre los rotores pequeños, diseñado para zonas de fuertes vientos, y la manivela de la bomba evita que las varillas de la bomba se desplacen hacia abajo más rápido de lo que lo hacen por gravedad. De lo contrario, un bombeo demasiado rápido provocaría que las varillas se doblaran, causando fugas en el sello de la caja de empaquetadura y el desgaste de la pared de la tubería de impulsión (Reino Unido) o de la tubería de bajada (EE. UU.), con la consiguiente pérdida total del caudal.

La bomba eólica de múltiples aspas o turbina eólica sobre una torre de celosía de madera o acero se convirtió, durante muchos años, en un elemento característico del paisaje en las zonas rurales de Estados Unidos. ^{[ 8 ]} Estas turbinas, fabricadas por diversos fabricantes, contaban con numerosas aspas para que giraran lentamente con un par considerable en vientos moderados y se autorregularan en vientos fuertes. Una caja de engranajes y un cigüeñal en la parte superior de la torre convertían el movimiento giratorio en movimientos alternativos que se transmitían hacia abajo mediante una varilla hasta el cilindro de la bomba. Hoy en día, el aumento de los costes energéticos y la mejora de la tecnología de bombeo están incrementando el interés por el uso de esta tecnología, que en su día estuvo en declive.

Los Países Bajos son famosos por sus molinos de viento. La mayoría de estas estructuras emblemáticas se ubican en los bordes de los pólderes y suelen denominarse molinos de viento, aunque su función es drenar el terreno. Son especialmente importantes dado que gran parte del país se encuentra por debajo del nivel del mar .

Muchas de estas bombas de viento también se construyeron en The Broads y The Fens de East Anglia para el drenaje de tierras, pero la mayoría de ellas han sido reemplazadas desde entonces por bombas diésel o eléctricas. ^{[ 9 ]} Muchas de las estructuras originales aún se encuentran en estado ruinoso, aunque algunas han sido restauradas.

Las bombas eólicas se utilizan ampliamente en el sur de África , Australia y en granjas y ranchos de las llanuras centrales y el suroeste de Estados Unidos. En Sudáfrica y Namibia, miles de bombas eólicas siguen en funcionamiento. Se utilizan principalmente para proporcionar agua para consumo humano y para el consumo de grandes rebaños de ovejas.

Kenia también se ha beneficiado del desarrollo africano de tecnologías de bombas eólicas. A finales de la década de 1970, la ONG británica Intermediate Technology Development Group brindó apoyo de ingeniería a la empresa keniana Bobs Harries Engineering Ltd para el desarrollo de las bombas eólicas Kijito. Bobs Harries Engineering Ltd sigue fabricando las bombas eólicas Kijito, y más de 300 de ellas están en funcionamiento en toda África Oriental .

En muchas partes del mundo, se utiliza una bomba de cuerda junto con turbinas eólicas. Esta bomba, de fácil construcción, funciona tirando de una cuerda anudada a través de una tubería (generalmente de PVC), lo que hace que el agua suba por la tubería. Este tipo de bomba se ha popularizado en Nicaragua y otros lugares.

Para construir una bomba eólica, el rotor de palas debe ser compatible con la bomba. En el caso de las bombas eólicas no eléctricas, los rotores de alta solidez se utilizan mejor con bombas de desplazamiento positivo (de pistón), ya que las bombas de pistón de simple efecto necesitan aproximadamente tres veces más par para arrancar que para mantenerlas en funcionamiento. Por otro lado, los rotores de baja solidez se utilizan mejor con bombas centrífugas , bombas de escalera de agua y bombas de cadena y arandela, donde el par necesario para el arranque es menor que el necesario para funcionar a la velocidad de diseño. Los rotores de baja solidez se utilizan mejor si se pretende accionar un generador eléctrico, que a su vez puede accionar la bomba. ^{[ 10 ]}

Las bombas de viento de múltiples aspas se pueden encontrar en todo el mundo y se fabrican en Estados Unidos, Argentina, China, Nueva Zelanda, Sudáfrica y Australia. Comúnmente conocidas en EE. UU. y Canadá como "velas" porque se comportan de manera muy similar a una veleta tradicional, moviéndose con la dirección del viento (pero también midiendo la velocidad del viento). La marca Butler agregó mejoras a la tecnología de las bombas de viento en 1897, 1898 y 1905 ^{[ 11 ]} Una bomba de viento de 16  pies (4,8  m) de diámetro puede elevar hasta 1600 galones estadounidenses (aproximadamente 6,4 toneladas métricas) de agua por hora a una elevación de 100  pies con un  viento de 15 a 20 mph (24–32  km/h). ^{[ 12 ]} Sin embargo, necesitan un viento fuerte para arrancar, por lo que hacen girar la manivela de la bomba de pistón. Las bombas de viento requieren poco mantenimiento, generalmente solo un cambio anual de aceite de la caja de engranajes. ^{[ 13 ]} Se estima que todavía hay 60 000 bombas eólicas en uso en los Estados Unidos. Son particularmente atractivas para su uso en sitios remotos donde no hay energía eléctrica disponible y el mantenimiento es difícil de proporcionar. ^{[ 14 ]} Una bomba eólica común de múltiples palas bombea de manera útil con aproximadamente 4 % a 8 % de la energía eólica anual que pasa por el área que barre. ^{[ 15 ] [ 16 ]} Esta menor conversión se debe a la mala correspondencia de carga entre los rotores eólicos y las bombas de pistón de carrera fija.

Si bien las bombas eólicas de múltiples aspas se basan en tecnología probada y son ampliamente utilizadas, presentan los problemas fundamentales mencionados anteriormente y necesitan un mecanismo práctico de carrera variable.

• Un registro fotográfico detallado de la restauración de una bomba de viento Stewarts & Lloyds de 8 pies en Sudáfrica.
• Historia del molino de viento para bombear agua en Estados Unidos.
• Cómo funcionan los molinos de viento para bombear agua.