Cortesía de la European Wind Energy Association

La gente viene explotando el viento desde hace 5000 años, cuando se cree que empezó la navegación a vela. Los molinos, destinados a dar energía mecánica para molienda de granos o bombeo de agua, fueron bastante posteriores, y resultaron aparatos relativamente ineficientes hasta que durante el siglo XVII en la superpotencia naval del momento, Holanda, sucedió una “transferencia de tecnología” de lo naval a lo terrestre, y algún genio anónimo inventó el aspa de molino con perfil de vela o ala, lo que hoy llamamos un “perfil alar”

¿Cuál es la superioridad del perfil alar? ¿Y por qué su origen es naval? Va contra la intuición común, pero cualquier navegante a vela sabe por experiencia que saca más velocidad a su barco de un viento de popa algo cruzado, que de un viento franco de popa. El viento totalmente “empopado” ejerce una mera fuerza de empuje. Pero con un viento de popa ligeramente atravesado (se llama también “viento de largo”), al empuje se suma una segunda fuerza, la sustentación.

Perfil alar de una IVS-4500. Al cortar el viento con el borde de ataque, lo divide en dos filetes. El que circula por la parte superior, o extradós, se acelera y genera baja presión, lo que a su vez genera una fuerza llamada "empuje" que hace girar el aspa.

Con viento de largo y el velamen ligeramente oblicuo respecto de la línea de marcha, orientado con el borde de ataque hacia el viento, (ver figura o animación), la vela empieza a funcionar como un ala. Al avanzar, genera sobre sí misma un segundo “viento artificial” debido al movimiento del barco. Y este viento sopla a velocidades distintas delante y detrás de la comba del velamen.

Cuando un fluído se acelera, cae su presión dinámica y genera un vacío local. Cuando fluye aire alrededor de una vela, corre más veloz delante de la comba del velamen (donde cumple un recorrido más largo), y la diferencia de velocidades entre ambas caras de la vela causará diferencia de presiones. Y como la presión es mayor en la concavidad y menor en la comba, la vela empujará el mástil hacia delante.

Nuevamente: si el barco resulta más veloz con viento de largo, es porque avanza por acción no de una sino de dos fuerzas que se suman: el empuje, creado por el viento, y la sustentación creada por el movimiento de la vela al cortar el aire.

Breve historia de la sustentación.
 
Esa interesante fuerza llamada sustentación no es un invento humano: mucho antes de que existieran los veleros y los molinos, le permitió planear y volar a algunos dinosaurios terópodos, y luego a sus descendientes, los pájaros.

El ala de un pájaro es, por diseño, un vela acostada, con el borde de ataque horizontal. Su perfil muestra una curvatura mayor en la superficie superior que en la inferior. Por eso, cuando el pájaro avanza en una masa de aire quieto, genera un viento relativo que resulta más veloz sobre sus alas que debajo de ellas, y esto provoca un vacío relativo local que “aspira” las alas hacia arriba (ver figura o animación).

Las grandes aves planeadoras de larga distancia, albatros, cigüeñas y cóndores, dependen muchísimo más de la sustentación que de la potencia de aleteo de sus principales músculos de vuelo, los pectorales. Cubren distancias increíbles con muy poco desgaste. En el otro extremo de las estrategias de vuelo, los colibríes vuelan como los insectos, casi a pura musculatura, más por empuje que por sustentación, a costa de una pérdida de calorías feroz, y su alcance se limita a trayectos muy cortos.

Más de un siglo antes de que la sustentación fuera matemáticamente descripta por De Bernouilly, los constructores de molinos holandeses rompieron con milenios de tradición de molinos “de empuje”, que recogen el viento como meras cucharas.

Influídos por su propia tradición de navegantes, los holandeses le dieron a las aspas de madera el perfil curvado de un velamen, y un ligero “pitch” o rotación sobre su eje longitudinal de modo que tomaran el viento un poco de frente, con su borde de ataque, y así generaran sustentación. Eso les daba un “plus” de torque hasta entonces desconocido.

La diferencia entre este tipo de aspa alar y las alas de avión es que éstas están fijas al fuselaje, y por lo tanto lo levantan a dúo. Un aspa, en cambio, al recibir viento de frente, no tiene más remedio que rotar alrededor de su eje (ver figura o animación), en sentido horario u antihorario según las posiciones relativas del eje y la cara convexa, o extradós, del aspa. 

Hoy son parte del paisaje, pero antes, lo construyeron .