Aerogeneratori ad asse orizzontale

Nell'immagine le principali tipologie di rotori ad asse orizzontale. Attualmente sono utilizzati i rotori ad elica sopratutto per grandi sistemi e rotori multipala per sistemi da pochi kW di potenza.

Disegni schematici di altri tipi di rotori ad asse orizzontale: www.ifb.uni-stuttgart.de

La pala dell'elica, come un'ala sottile offre una resistenza minima all'avanzamento, non crea turbolenze pericolose e ha una portanza elevata: tutto ciò si traduce in un alto coefficiente di potenza e in velocità di rotazione molto alte (alcuni rotori hanno eliche con velocità periferiche vicine a quelle del suono).

In conseguenza dell'alta velocità di rotazione tipica di queste macchine è possibile accoppiare dei generatori di elettricità, direttamente o con ingranaggi molto modesti, evitando che la gran parte della potenza estratta sia dissipata in trasmissioni complicate caratterizzate da elevati rapporti di trasmissione.

L'elica, per poter avere un rendimento costante ed elevato, deve sempre potersi disporre al vento. 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).

Cliccando nell' immagine a lato è possibile visualizzare i componenti della gondola di una turbina eolica, in questo caso non c'è il moltiplicatore di giri, si utilizza questa soluzione quando l'aerogeneratore è installato in siti con venti costanti e sostenuti e in genere queste qualità si hanno al largo delle coste.

Le turbine ad elica possono essere configurate nella soluzione sottovento (disegno in basso a dx). Questa soluzione permette una autoregolazione quasi automatica rispetto alla direzione del vento, oppure nella configurazione sopravento. In questo caso serve un sistema di regolazione meccanica o aerodinamica rispetto alla variazione della direzione dei venti.

Turbina tripala

Varianti sottovento o sopravento

Il suo rotore è costituito da un alto numero di pale in lamiera metallica, generalmente 18 o più, disposte a raggiera su un mozzo e ad angolo rispetto al piano di rotazione, come una grande ventola. Il diametro medio è di circa 1.5-3 metri. La rotazione dell'asse viene trasformata in moto alternativo per mezzo di un albero a gomito, oppure rinviata alla base del traliccio tramite una coppia di ingranaggi conici.

Questo tipo di mulini viene utilizzata nella grande maggioranza dei casi per pompare acqua dai pozzi. Il rotore è rigido, la sua superficie ed inclinazione non possono essere variate al mutare della forza del vento. Infatti oltre ad una certa velocità deve essere fermato manualmente oppure piegato in modo da disporre il rotore parallelo alla direzione del vento. Il grande numero di pale comporta una solidity elevata, per cui si ha una coppia molto alta anche a basso numero di giri ed è sufficiente un vento debole per far lavorare il rotore in condizioni ottimali. Le pale sono leggermente incurvate e con angolo di calettamento variabile dal mozzo all'estremità. Per micro-generatori si possono utilizzare un numero inferiore di pale sagomate.

Turbina multipala

Microeolico multipala

E' il tipo più semplice, economico e sicuro. Il rotore è costituito da 8 o più braccia, tra le quali vengono tesi, per mezzo di cavi dei triangoli di stoffa. La superficie di questi ultimi può essere aumentata o ridotta a seconda dell'intensità del vento. I cavi hanno anche la funzione di irrigidire la struttura. Poiché tutta la struttura è elastica e flessibile, possiede una parziale autoregolazione, in quanto la pressione del vento sulle vele le deforma, modificando la loro superficie esposta e ciò viene ottenuto arrotolando la tela sui sostegni.

La torre di sostegno può essere in muratura o con traliccio di legno o metallico. I mulini di questo tipo vengono usati nella maggioranza dei casi per pompare acqua, ma alcuni esemplari autocostruiti sono stati utilizzati per produrre elettricità con un alternatore accoppiato a ingranaggi e rinvii opportuni (difficilmente superano i 50 giri/min). Ciò è dovuto ad una alta solidity (0.6-0.7) e ad un rapporto ottimale u/v tra i più bassi (0.75). Non richiede dunque alte velocità del vento; infatti già con u=3 m/s fornisce una coppia elevata.
 

Rotore cretese

Mulino cretese