Le tipologie nei rotori eolici
Partendo dai classici rotori ad asse orizzontale (vecchi mulini a vento) le tipologie sviluppate nel tempo sono state molte, alcune con risultati ottimi rispetto alle altre. In verità i primi mulini sviluppati in Mesopotamia devono essere stati costruiti con asse verticale, unendo su di esso delle bandiere verticali messe a raggiera (una specie di antico Savonius). In un secondo tempo e grazie alla profonda esperienza accumulata nei secoli l’uomo ottimizzò il rotore fino ad arrivare ai mulini Olandesi e Greci e via via alle realizzazioni dei nostri giorni.

La classificazione dei rotori eolici può essere fatta dividendoli in tre principali famiglie:

- Ad asse orizzontale
- Ad asse verticale
- Ibridi

Inoltre i rotori eolici possono essere classificati in:

SISTEMI A RESISTENZA: dove una vela (la pala) si oppone al vento che preme su di essa facendola spostare e quindi generando energia meccanica.

SISTEMI A PORTANZA: dove invece la pala di forma aerodinamica sfrutta il principio della portanza per sfruttare il flusso d’aria (vento) che le permette quindi di muoversi generando così energia meccanica.

Sistema ad asse orizzontale Già intrinseco nel nome, l’asse di questa turbina è orizzontale rispetto al terreno e quindi parallelo alla direzione del vento. In questa tipologia l’elica deve essere sempre direzionata sul flusso d’aria, tramite sistemi meccanici o elettromeccanici (grossi generatori). I metodi utilizzati sono due: con un timone di opportune dimensioni che orienta tutto il complesso (elica controvento o up-wind ), oppure , ponendo l'elica posteriormente al complesso generatore-perno di rotazione e utilizzando la coppia giroscopica del motore stesso per orientare il mulino (elica sottovento o down-wind). Le caratteristiche principali di questa tipologia di rotore eolico sono: - area frontale utilizzata totalmente - alta velocità di rotazione - elevato coefficiente di portanza - elevata potenza ottenibile Grazie all’alta velocità di rotazione garantita da questa tipologia di rotore il sistema completo risulta molto semplice da costruire (assenza di complicati sistemi di moltiplicazione dei giri) e da accoppiare ai generatori elettrici. Tuttavia l’elica richiede una tecnologia raffinata perché deve garantire caratteristiche di leggerezza e robustezza alla forza, in alcuni casi elevata, del vento. Inoltre il generatore ad elica, nel suo complesso, è una macchina che può essere estremamente problematica: piccoli errori o leggerezze nella sua costruzione possono creare condizioni tali da distruggere tutto il complesso, torre compresa. Per questo si tende a mantenere il numero di giri (nei generatori >30kW) piuttosto basso e costante attraverso freni o soluzioni aerodinamiche di vario tipo (es: passo variabile nell’elica).

Sistema ad asse verticale Come nel sistema precedente la caratteristica principale di questo sistema è già intrinseca nel nome. L’asse infatti in questo caso si trova perpendicolare alla direzione del vento e le pale si muovono nella direzione del flusso d’aria. Nella tipologia più semplice: SAVONIUS (- dal nome del finlandese J Savonius che lo inventò nel 1929) il rotore può essere costruito opponendo due mezzi semicilindri incernierati sull’asse del rotore stesso. In questo tipo di rotore non serve un sistema di orientamento delle pale, tuttavia non tutta la superficie è esposta al vento visto che mentre una pala raccoglie il flusso d’aria e viene spinta, l’altra gira in senso contrario opponendosi con la conseguente riduzione del rendimento. Le caratteristiche principali di questa tipologia di rotore eolico sono: - bassa velocità di rotazione - coppia meccanica elevata - modesto rendimento Vi è anche un limite di tipo aerodinamico che impedisce di migliorare oltre un certo livello l'efficienza del rotore Savonius. Sono adatti per utilizzazioni meccaniche come le pompe per l'acqua. In effetti il loro uso è ormai limitato ad ambienti rurali.

Sistemi ibridi Sono gli ultimi nati, e sono stati pensati per riunire le caratteristiche vantaggiose dei due tipi precedenti: l’asse orizzontale e l’asse verticale. Generalmente sono ad asse verticale con eliche o pale derivate dai precedenti. Ne sono un esempio: il rotore Darrieous, la Cycloturbina, il rotore Ropatec, il rotore con ala a delta (nella foto), etc.. Le caratteristiche principali di questa tipologia di rotore eolico sono: - facilità di costruzione - elevate velocità di rotazione - nessun sistema di orientamento - coeff. di potenza vicini al valore teorico Vi è anche un limite di tipo aerodinamico che impedisce di migliorare oltre un certo livello l'efficienza del rotore Savonius. Sono adatti per utilizzazioni meccaniche come le pompe per l'acqua. In effetti il loro uso è ormai limitato ad ambienti rurali.