Come Funziona un Rotore Eolico ?

Creare Energia
L'energia eolica, trasforma l'energia cinetica in meccanica e ha vari utilizzi, dal pompaggio di acqua alla produzione di energia elettrica.
Un generatore eolico, o turbina eolica e' formato da un asse orizzontale, il rotore che trasforma l'energia cinetica in energia meccanica, il mozzo in cui vengono fissate le pale, freno motore di sicurezza, il moltiplicatore di giri, generatore che in questo caso trasforma l'energia meccanica in elettrica, trasformatore, navicella che è l'involucro che racchiude il tutto e la torre che sostiene la navicella da terra.
Si ricava l'energia dalla forza del vento in una coppia applicata all'elica e la sua quantità trasferita al rotore dipende dalla velocità del vento e dalla sua densità.

Cosa è la Densità dell'aria ?
L'energia cinetica di un corpo, è proporzionale alla sua massa, quindi, l'energia cinetica posseduta dal vento dipende dalla densità' dell'aria.
Capito ? io nulla ma faccio finta di si, andiamo avanti…
La densità dell'aria è il rapporto tra massa d'aria e volume occupato. Nel Sistema Internazionale, come ogni densità essa si esprime in kg/m³.
Per convenzione, la densità dell'aria è definita come quella misurata per l'aria secca alla temperatura di 15 gradi centigradi e al livello del mare (equivalente alla pressione di 101,325 kPa=1 atm): in base a tale convenzione, essa è pari a circa 1,275 kg/m³. ( Wikipedia )
- La densità' diminuisce con l'aumentare dell'umidità'.
- L'aria è più' densa quando è fredda.
- In altitudine cala la pressione, e quindi la densità'
Grandezza delle eliche
Una turbina da 600kW ha un'elica del diametro di 43-44 metri con un'aerea di 1500 m2, questa determina la quantità' di energia che può' essere ricavata dal vento.

Deviazione del vento
Una questione che sta sul groppone degli studiosi dell'aria è che questa non si potrà' mai raccogliere tutta, ma solo una parte, perché' come vedete sulla figura qui sotto, il vento viene "distorto" dalle eliche.
Questo vuole dire che non potremo mai catturare tutta l'energia del vento (legge di Betz appendice B)
Essendo che per legge fisica, la quantità di aria che entra deve essere uguale a quella che esce, ma incontrando le pale viene per forza rallentata, questa in uscita sarà più' grande di spazio, quindi, più' lenta ma più' grande in ampiezza.

Le pale eoliche e i sistemi di controllo
Le turbine sono progettate per produrre più' energia elettrica possibile al minor costo.
Di norma vengono costruire per dare la maggior resa a una velocità di 15m/s ( 50 km/h )
Teniamo conto che essendo che la velocità massima del vento è molto inferiore di quella media, è inutile costruire rotori che sopportano o usano le alte prestazioni, causerebbero calore, e problematiche varie di poco controllo, e poi nel periodo di media forza sarebbero sovradimensionate.
Per cui in caso di velocità elevata del vento il rotore deve rallentare i giri, e questo lo si può' fare in 2 sistemi.
- Con la rotazione delle eliche, ruotando su se stesse per diminuire l'attrito con l'aria, fino a diventare "dritte" in alcuni casi verso la direzione dell'aria.
- Con un freno motore, posizionato prima del moltiplicatore.
Ma, ho un rotore eolico a 200mt da casa mia, se si rompe ci uccide tutti ?
Tranquilli, questi rotori hanno molti controlli interni, tra cui quello delle vibrazioni, che evitano che continui a lavorare anche quando inizia per puro caso o causa vendi forti che cambiano direzione troppo velocemente, uno di questi è il più' banale ma efficace che esista, questo in figura sotto, se rolla troppo l'asse, la pallina uscirà dall'anello e scatta l'arresto dell'elica e di tutto l'apparato, e dovrà aspettare il tecnico per ripartire.

Poi ci sono sensori termici e di test di funzionamento elettronici che assicurano il lavoro normale e che tutto sia apposto, in caso viene sempre spento per sicurezza.
La navicella
La navicella è la "scatola" che contiene tutto il meccanismo e lo protegge questa è appoggiata su un cuscinetto a sfere, per far si che possa seguire la direzione del vento e sfruttarne sempre le sue potenzialità.

La torre
La torre è quel "tubo" che sostiene la navicella da terra e si possono trovare di varie altezze e misure, sono fissate a terra tramite una base in cemento molto grande.
L'altezza della torre è variabile e dipende anche dalle caratteristiche di ventosità del sito. Se per i micro generatori eolici possono bastare torri di qualche metro, nel caso di aerogeneratori da molti megawatt l'altezza al mozzo può superare anche i 100 metri.
Fonte 1 la piu' tecnica, se siete Nerd dell'aria qui trovate altre 200 tabelle e conteggi scientifici. Fonte 2 Fonte 3