Turbine eoliche: quando la forza meccanica è amica dell’ambiente

Le turbine eoliche sono macchine, di natura elettromeccanica, capaci di trasformare l’energia ricevuta dal vento, in energia elettrica alternata.
Il contributo dell’energia da trasformare è data dalla somma di:

1. Energia cinetica;
2. Energia cinetica relativa alla velocità angolare (con contributo del momento d’inerzia).

Tipologie di turbine e funzionamento

Ad asse verticale:
Questa macchina eolica è caratterizzata da una molto limitata quantità di parti mobili nella sua struttura, il che le conferisce un’alta resistenza alle forti raffiche di vento e la possibilità di sfruttare qualsiasi direzione del vento senza doversi orientare di continuo.
Essendo relativamente versatile, viene impiegata sia negli usi domestici sia nelle produzioni massive; infatti riescono a produrre anche dei MW.

Degne di una descrizione più esaustiva e discorsiva la richiedono le turbine eoliche ad asse orizzontale poichè sono costruttivamente più complesse, infatti sono composte da principalmente tre elementi:

• Torre in acciaio;
• Navicella;
• Rotore in alluminio.

La torre

Elemento portante della turbina, deve avere altezze  maggiori di 180 metri.
Queste dimensioni riguardano macchine per esclusiva installazione off-shore.
Le macchine on-shore più grandi hanno diametri di rotore di 70-100 metri e altezze di torre di 110 metri.
Queste altezze sono scelte in funzione del fatto che la velocità del vento è proporzionale all’altezza: quanto più il si va in alto, tanto più aumenta la velocità del vento.
Per macchine così grandi, viene richiesto un basamento in solido calcestruzzo armato dal diametro di circa 20 metri.

La navicella

E’ la parte meccanicamente più interessante e completa. Al suo interno risiedono:

• Alternatore: macchina elettrica deputata proprio alla trasformazione di un momento meccanico in corrente alternata.

  

• Sistema di trasmissione: per incrementare il rendimento e la produzione di energia.
  Composto da una corona dentata direttamente collegata al rotore, che ingrana sul pignone calettato sull’albero motore dell’alternatore.
• Motore elettrico: utilizzato per sincronizzare ed orientare la posizione della navicella nella direzione del vento più favorevole.

  

  Il motore elettrico tuttavia non è sempre necessario, specialmente nelle piccole turbine, poichè esse si orientano automaticamente attraverso un timone.
  Solo nelle macchine più avanzate sono installate pale a passo variabile, in modo da poter adeguare la loro inclinazione in base alla velocità del vento per migliorare il rendimento meccanico.

Il rotore

E’ effettivamente la parte motrice poichè è a diretto contatto con il flusso del vento.
Il rotore è semplicemente composto da una geometria semi ovoidale su cui sono montate delle pale.
In funzione del numero di pale le turbine eoliche hanno impieghi e caratteristiche costruttive differenti:

• Pala singola: Genericamente munita di contrappeso risulta essere una configurazione scomoda perchè possono generarsi sollecitazioni meccaniche negative.
• Due pale: L’angolo formato equivale a 180° ed è impiegata nelle piccole installazioni
• Tre pale: L’angolo formato tra una pala e l’altra è di 120° per mantenere equilibrato il centro di massa ed hanno la particolarità di essere più efficienti delle altre e più silenziose.

Trasferimento di energia

Una volta che il moto del vento riesce ad azionare il rotore, esso mette in moto un rapporto meccanico amplificatore.
L’energia meccanica è trasformata in energia elettrica alternata grazie al trasformatore, il quale possiede dei cavi  (situati nella torre) che saranno convergenti a dei trasformatori elettrici.
I trasformatori a loro volta attueranno una conversione della quantità di carica e della differenza di potenziale che sarà successivamente smistata per le centrali e le varie reti elettriche.