Le energie rinnovabili raggiungono un nuovo record, scopriamo il funzionamento delle turbine eoliche

L’eolico e il solare stanno diventando sempre più usati, vediamo come le turbine sfruttano al meglio l’energia del vento

Turbina eolica, fonte: Wikimedia Commons

Nel primo semestre del 2020 le fonti eolica e solare hanno prodotto il 10% dell’energia elettrica totale prodotta sulla Terra. Nonostante questi numeri non bastino ancora a rispettare gli accordi di Parigi, hanno permesso di ritardare l’arrivo dell’Earth Overshoot Day.

Classificazione dei più generali tipi di turbina eolica

Le turbine eoliche sono macchine in grado di trasformare una parte dell’energia cinetica del vento in energia elettrica. Queste turbine possono essere classificate in due macrocategorie: turbine con asse di rotazione orizzontale, che quindi necessitano di poter essere rivolte a piacimento nella direzione del vento, e turbine con asse di rotazione verticale, che sono meno ingombranti ma che sono sottoposte a forti sforzi meccanici. Inoltre delle seconde ne sono usate principalmente due tipi: quelle sviluppate dal francese Darrieus, che hanno buona efficienza ma sono meno resistenti, e quelle inventate dal finlandese Savonius, che sacrifcano parte dell’efficienza per una maggiore resistenza alle forti raffiche di vento. Nel seguito tratteremo delle turbine ad asse orizzontale moderne a tre pale.

Da sinistra a destra: turbina di Savonius, Turbina ad asse orizzontale e turbina di Darrieus, fonte: Wikimedia Commons

Le pale delle turbine e il loro funzionamento

Le pale delle turbine hanno un profilo che assomiglia molto a quello dell’ala di un aereo di linea. Esse sono infatti costituite in modo tale da generare portanza con vento diretto parallelamente all’asse di rotazione. Inoltre sono costruite ‘svergoate’, ovvero presentano una torsione verso la punta che, in caso di forti e quindi pericolose raffiche, rende minore la forza lontano dall’asse, favorendo la parte di pala più vicina a questo. Il motivo per cui questo accade è che la pala va in stallo sulla punta in caso di velocità elevata del flusso d’aria. Questo significa che il flusso continua a spingere sul ventre della pala sia sulla punta che verso l’asse di rotazione, mentre invece non aderisce più alla superficie superiore di essa solo sulla punta dove quindi la spinta risulta minore.

La trasmissione del moto e la trasformazione in elettricità

All’interno della testa della turbina un insieme di ingranaggi permette di moltiplicare il numero di rotazioni del rotore principale. In questo modo l’alternatore riceve la giusta velocità per poter immettere la giusta frequenza di corrente. Lo stesso sistema di ingranaggi permette inoltre di frenare la turbina se questa raggiunge velocità esagerate. L’alternatore funziona sfruttando la legge di Faraday-Neumann-Lenz, secondo cui su una spira immersa in un campo magnetico è presente una forza elettromotrice, che genera una corrente elettrica, pari all’opposto della variazione del flusso di campo magnetico attraverso la superficie racchiusa dalla spira nel tempo. Un alternatore è infatti generalmente composto da due parti, una in moto e una in quiete, rispettivamente rotore e statore. Nel rotore è presente un campo magnetico di intensità costante, mentre nello statore si trova un determinato numero di spire sule quali viene quindi generata la corrente.

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