Mulino a vento

Un mulino a vento cattura il vento con grandi pale e trasmette quell'energia, attraverso ingranaggi di legno e ferro, a una macina che frantuma il grano. Dal XII secolo all'arrivo del vapore fu, insieme alla ruota idraulica, la principale fonte di forza meccanica in Europa.

Che cos’è

Un mulino a vento è una macchina che trasforma il movimento dell’aria in rotazione, e quella rotazione in lavoro utile. Per gran parte della sua storia quel lavoro è stato macinare il grano. I mulini a vento hanno anche prosciugato polder, segato legname, spremuto semi oleosi e triturato pigmenti.

Il mulino disegnato qui è un mulino a torre: una torre fissa di pietra con un cappello che ruota per portare le pale contro il vento. Questo tipo si diffuse in Europa dal tardo Medioevo, perché la muratura regge pale grandi e macchinari pesanti e li tiene al riparo dalle intemperie.

Come funziona

Il mulino a cavalletto ruota tutto intero sul suo palo; nel mulino a torre ruota solo il cappello.

Il vento spinge sulle pale, leggermente svergolate e inclinate. Si comportano come le pale di un’elica: una parte della spinta diventa una coppia che fa girare l’albero delle pale, un grosso albero quasi orizzontale alloggiato nel cappello.

Sull’albero è calettata la ruota del freno, una grande ruota con i denti piantati su una faccia. Ingrana con la lanterna, più piccola, montata sull’albero verticale: il moto passa dall’orizzontale al verticale e acquista velocità. Più in basso, la grande ruota dentata muove un piccolo pignone sull’asse di ogni coppia di macine. Nel mulino di Gedney Dyke, nel Lincolnshire, una ruota del freno di 96 denti muoveva una lanterna di 68, e una grande ruota di 120 denti pignoni di 18: le macine giravano così circa nove volte più veloci delle pale.

La girante poggia sulla nottola, in cima al fuso di ferro che attraversa la macina dormiente.

Il fuso, un asse di ferro, sale attraverso la macina fissa, detta dormiente. In cima porta la nottola, una barra o una croce di ferro che si incastra negli incavi dell’occhio della macina superiore, la girante, e ne sostiene tutto il peso. In alcuni mulini la grande ruota sta sopra le macine e il moto scende da un corto albero di ferro, ma la girante resta appoggiata al fuso. Il grano cade dalla tramoggia nell’occhio. I solchi incisi nelle due pietre lo tagliano e spingono la macinatura verso il bordo, da dove esce come farina. Il mugnaio alza o abbassa il fuso con un sistema di leve, e quella distanza decide quanto fine sarà la farina.

La potenza del vento cresce con il cubo della sua velocità: un vento due volte più forte porta otto volte più energia. Nessun rotore può estrarne più del 59,3%, il limite pubblicato da Albert Betz nel 1920. I mulini tradizionali restano molto al di sotto.

Come costruirlo

Un mulino a vento richiede una comunità organizzata: carpentieri, muratori, un fabbro e un mugnaio capace di rabbigliare le macine. I passaggi qui sotto danno l’ordine dei lavori e le scelte che contano; le misure spettano al costruttore di mulini.

Scegliere il sito. Un’altura aperta, lontana da alberi ed edifici, esposta al vento dominante. Sottovento a un albero o a una casa l’aria resta turbolenta per circa venti volte la sua altezza, quindi gli ostacoli vanno tenuti lontani dal lato da cui soffia il vento.

Innalzare la torre. Una torre rastremata di pietra o mattoni, con muri spessi alla base. In cima porta un anello in piano, di legno o di ferro, su cui il cappello gira su rulli.

Ricavare l’albero e le ruote. L’albero delle pale si squadra da un tronco di quercia e si rinforza con ferro nei punti di usura; dalla fine del Settecento molti furono fusi in ghisa. Le ruote sono di legno duro e i denti sono pezzi separati, spesso di carpino o di melo, che si sostituiscono quando si consumano.

Costruire le pale. Quattro bracci portano ciascuno un graticcio di listelli su cui si stende una tela. A mulino fermo e con le pale incatenate, il mugnaio stende più o meno tela su ogni pala secondo il vento, come un marinaio prende i terzaroli.

Scegliere le macine. La pietra deve essere dura e porosa. La pietra francese di La Ferté-sous-Jouarre era ricercata in tutta Europa. Di solito la macina si componeva di più pezzi uniti con gesso e cerchiati di ferro.

Montare il freno. Una fascia di legno stringe il cerchio della ruota del freno. Deve trattenere le pale con vento forte, quindi va provata prima con una brezza leggera, e un costruttore di mulini deve verificare che, con le catene delle pale, tenga anche in burrasca prima che il mulino lavori.

Sicurezza. Non passare mai nel raggio delle pale, anche quando girano piano, e non toccare una pala prima di aver serrato il freno e incatenato le pale. Tenere d’occhio il tempo: togliere le tele e mettere in sicurezza il mulino prima che arrivi la tempesta, perché in piena burrasca nessuno può lavorare sulle pale. All’interno, tenere mani, capelli e abiti larghi lontano da ingranaggi e alberi in movimento. Un freno surriscaldato può incendiare il cappello, e molti mulini sono bruciati così. La polvere di farina nell’aria è infiammabile: niente fiamme libere all’interno.

Storia ed evoluzione

I primi mulini a vento ben documentati si trovavano nel Sistan, al confine tra gli attuali Iran e Afghanistan. I geografi arabi li descrivono nel X secolo, e forse sono più antichi. Le loro pale girano attorno a un asse verticale, tra muri che incanalano il vento.

Il mulino ad asse orizzontale compare in Europa alla fine del XII secolo. Una delle più antiche attestazioni datate riguarda un mulino a cavalletto a Weedley, nello Yorkshire, registrato nel 1185 in un inventario delle terre dei Templari. Il mulino a torre, in cui gira solo il cappello, si diffuse più tardi e permise mulini molto più grandi.

La ventola fa ruotare il cappello sul suo anello dentato finché le pale tornano contro il vento.

Nel 1745 il fabbro inglese Edmund Lee brevettò la ventola di orientamento, una piccola ruota a palette sul retro del cappello. Quando il vento cambia direzione, la ventola comincia a girare e trascina il cappello finché le pale tornano di fronte al vento. Nel 1772 il costruttore di mulini scozzese Andrew Meikle introdusse le pale a molla, fatte di persiane che si aprono da sole sotto le raffiche.

A metà dell’Ottocento i Paesi Bassi contavano tra nove e diecimila mulini a vento, usati per macinare e soprattutto per prosciugare le terre. La macchina a vapore e poi il motore elettrico li hanno sostituiti; oggi ne restano circa mille. Le turbine eoliche moderne sfruttano la stessa fisica del rotore per azionare generatori.