Le turbine eoliche ad asse verticale

Le turbine eoliche ad asse verticale, come dice il nome stesso, si differenziano dalle tradizionali soprattutto per la posizione dell'asse del rotone, anche se la classificazione più corretta sarebbe quella sulla base del tipo di forza aerodinamica da esse sfruttata.

Divisione tipologica delle turbine eoliche

(Divisione tipologica delle turbine eoliche)

La distinzione principale differenzia le turbine ad asse orizzontale (tipi Upwind e Downwind) che sono sempre caratterizzate dall'asse di rotazione delle pale posto in orizzontale. Il meccanismo di funzionamento è molto semplice perché queste assecondano la direzione del vento e, grazie al sistema integrato del rotore e del bulbo interno della turbina, ne "catturano" una quota parte. Questa tipologia è quella maggiormente istallata ma presenta notevoli difetti, come le ridotte dimensioni, i rotoni, infatti, non possono superare nelle dimensioni del diametro una misura pari a 100 metri e non possono avere altezze di torre maggiori di 180 metri, sono, inoltre, molto rumorose.

Turbina ad asse orizzontale

(Turbina ad asse orizzontale)


Turbina ad asse orizzontale

Il generatore eolico ad asse verticale è molto più complesso, compreso anche il sistema di funzionamento. Indipendentemente da come è strutturata la turbina, una parte di essa ruoterà in direzione opposta al vento e una a favore, non si asseconda passivamente l'energia eolica ma la si induce. Questo significa, in primo luogo, che la rotazione è molto più veloce e riduce l'attrito grazie alla presenza delle pale vicine.

Nella tipologia ad asse orizzontale questo è uno svantaggio, infatti le seconde hanno bisogno di spazi molto più grandi dove essere istallati, per annullare le reciproche interferenze.

Le macchine dette VAWT (Vertical Axis Wind Turbines), sono caratterizzate da un numero di minore di componenti mobili, il che permette una maggiore resistenza alle spinte meccaniche del vento. La conformazione fisica della struttura, al contrario della prima tipologia, consente alle turbine di orientarsi in qualunque direzione, ruotando di continuo, il che significa che la produzione di energia elettrica si aggira nell'ordine di megawatt. Esse sono sfruttabili sia nell'ambito industriale che in quello civile e una stima dimostra che un'unica turbina può soddisfare il fabbisogno di un migliaio di case.

Le turbine eoliche ad asse verticale presentano diverse forme delle pale, si trovano esempi come le Darrieus (primo concept della tipologia verticale progettato dall'ingegnere aeronautico francese Georges Jean Marie Darreius nel 1931), le Savonius, le Gorlov oppure una tipologia mista Darreius-Savonius e questa nomenclatura si basa sulla diversa geometria dell'asse del rotore e, quindi, sulla forma stessa delle pale.

Darreius_Turbina eolica ad asse rizzontale

Gorlov_Turbina eolica ad asse orizzontale

(Darreius_Turbina eolica ad asse orizzontale)  (Gorlov_Turbina eolica ad asse orizzontale)

Savonius_Turbina eolica ad asse orizzontale Darreius-Savonius_Turbina eolica a asse orizzontale

(Darreius_Turbina eolica a asse orizzontale) (Darreius-Savonius_Turbina eolica a asse orizzontale)

Il motivo per il quale le turbine ad asse verticale producono una maggiore energia sfruttabile elettricamente è, quindi, molto semplice. Per determinare matematicamente questa energia si usano complesse formule appartenenti all'ambito aerodinamico e fanno riferimento all'ipotesi di Betz, dove il principale parametro è costituito dal coefficiente di potenza che determina la cosiddetta "power curve", quella catena di conversione che permette i passaggi dall'energia cinetica del vento, alla meccanica delle turbine, per essere poi trasformata da queste in energia elettrica. Questo parametro dipende essenzialmente dalla geometria delle pale e della turbina e dall'inclinazione delle stesse pale, oltre che dalla velocità del vento. I profili ad asse verticale, infatti, consentono una minore perdita di energia nel passaggio dal meccanica a elettrica, che nelle turbine ad asse orizzontale è di molto superiore, aggirandosi intorno al 60%.

Schema di funzionamento delle turbine eoliche


Aereogeneratori

(Schema di funzionamento delle turbine eoliche) (Aereogeneratori)

Molti studi effettuati sull'argomento dimostrano che la scelta migliore per quanto riguarda l'istallazione di turbine eoliche verticali, quindi, sulla tipologia ad asse verticale. In modo particolare il CalTech (California Institute of Technology) di Pasadena in California si occupa degli studi in questo campo, e, più in generale, di scienze naturali legate all'ingegneria. Il CalTech è un istituto privato ma è anche una delle università maggiormente premiate nell'ambito dela ricerca. Essa fa parte dell'Association of American Universities e collabora con il Jet Propulsion Laboratory della NASA. Rif. immagini: Energy Hunter

AutoreDott.ssa Chiarina Tagliaferri

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