Che cos'è una turbina ad elica?
Una turbina a elica appartiene a un gruppo di macchine che convertono l'energia del flusso di fluido o gas in movimento rotatorio. Come indica questa descrizione, queste macchine rientrano in due categorie fondamentali: turbine a elica eolica o ad acqua. La forza di rotazione che queste macchine producono è più comunemente usata per generare energia elettrica e, in misura minore, fornire lavoro meccanico. Esempi comuni di varianti di lavoro meccanico della turbina a elica sono i mulini a vento e alcuni tipi di mulini ad acqua. A causa della natura abbondante, rinnovabile ed economica della fonte di energia della turbina a elica, è uno dei metodi di produzione di energia più convenienti ed ecologici mai concepiti.
Una turbina a elica applica la tradizionale teoria delle eliche al contrario per sfruttare l'energia cinetica latente nei flussi di gas e fluidi. Le eliche sono costituite da un albero centrale con almeno due pale o pale contrapposte a forma di profilo aerodinamico attaccate ad esso. Questi sono generalmente attivati da una fonte di energia esterna per produrre spinta spingendo o spostando aria o liquido sulle pale. In una turbina a elica, questo principio è invertito; un flusso o aria o liquido sposta le pale provocandone la rotazione.
Le turbine eoliche sono ampiamente utilizzate in tutto il mondo per sfruttare l'energia eolica per generare elettricità, gestire mulini o pompare acqua. Le turbine ad elica azionate dal vento possono avere un asse orizzontale o verticale. La variante più facilmente riconosciuta è la turbina ad asse orizzontale che include mulini a vento tradizionali e generatori eolici con eliche di tipo aeronautico. Altrettanto efficaci sono i modelli di assi verticali di nuova generazione che presentano palette piane o curve che guidano un albero verticale. Questi includono la paletta curva Savonius, la paletta piatta Giromill e il caratteristico Darrieus "frullino per le uova".
Le turbine orizzontali più vecchie richiedono che la testa della turbina sia mantenuta sempre trasformata nel vento. Nel caso di esempi più piccoli, un semplice timone in stile banderuola gira la testa della turbina girevole. Le turbine più grandi utilizzano un sistema di sensori del vento e servomotori per mantenere l'elica trasformata in vento. La maggior parte dei progetti di turbine a elica azionati dal vento fanno uso di un cambio per guidare il generatore o la manovella della pompa alla velocità corretta.
Le turbine ad elica azionate ad acqua sono comunemente associate a grandi impianti di generazione idroelettrica sebbene vi siano diverse applicazioni industriali e agricole più piccole. Queste turbine funzionano allo stesso modo dei fratelli eolici, sebbene il loro design di base differisca sostanzialmente. Queste macchine sono generalmente molto più grandi e presentano design delle pale che sono in genere più brevi rispetto alle varianti azionate dal vento. La più comune di queste più grandi turbine ad acqua è la turbina Kaplan. Le turbine Kaplan sono unità di reazione a bassa prevalenza, ad alto flusso, utilizzate nella maggior parte delle grandi installazioni idroelettriche.
La variante Kaplan è caratterizzata da pale regolabili in altezza che portano a livelli di efficienza generalmente superiori al 90 percento in una vasta gamma di livelli di acqua e condizioni di flusso. Gran parte dell'efficienza è raggiunta da un percorso di flusso dell'acqua progettato con cura che provoca la decelerazione del fluido di uscita. Questa decelerazione porta ad un trasferimento della massima quantità di energia cinetica al meccanismo dell'elica. Le turbine Kaplan possono produrre potenze di almeno 100 megawatt (100.000.000 di watt).
La turbina a elica attinge a fonti di energia rinnovabili e gratuite o estremamente economiche rispetto alle opzioni di combustibili fossili. I progressi nelle tecnologie utilizzate in questi dispositivi estendono continuamente i confini della loro efficienza e capacità e potrebbero rivelarsi una valida sostituzione per il carburante convenzionale nel prossimo futuro. Anche la tecnologia delle turbine a elica sta diventando sempre più accessibile, il che migliora ulteriormente il suo ruolo nel regno di uno scenario di approvvigionamento energetico più pulito, più ecologico.