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MULINI AD ELICA
La pala dell'elica, come un'ala sottile
offre una resistenza minima all'avanzamento, non crea turbolenze pericolose, 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 richiede però una
tecnologia più raffinata, maggior cura nella progettazione e costruzione poiché
le forze agenti su ogni parte sono elevate e aumentano considerevolmente
all'aumentare della forza del vento. Il generatore ad elica, nel suo complesso,
è una macchina che può essere estremamente pericolosa: piccoli errori o
leggerezze nella sua costruzione possono creare condizioni tali da distruggere
in modo esplosivo tutto il complesso, torre compresa. Durante il funzionamento
si cerca di mantenere il numero di giri il più basso possibile e, soprattutto,
costante. Per questa ragione vengono utilizzati particolari meccanismi che
variano l'angolo di calettamento delle pale al variare della velocità del vento
o freni vario tipo. L'elica inoltre, per poter avere un rendimento costante ed
elevato, deve sempre potersi orientare nel 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).L'elica
ha un profilo aerodinamico facilmente ricavabile da libri e pubblicazioni molto
diffuse; in pratica per applicazioni modeste vengono impiegati profili standard.
ROTORE SAVONIUS
Il rotore Savonius (o rotore S) deve il suo nome al finlandese S. J. Savonius
che lo brevettò nel 1929. Nella sua forma più semplice le sue pale ad S non sono
altro che due semicilindri incernierati ad un asse verticale, anche se in genere
tre coppi e di pale di questo tipo vengono sovrapposte sfalsate tra loro di 60
gradi per una migliore resa.Il rotore S ha il vantaggio di non dover seguire il
flusso del vento: vi sarà sempre una parte attiva del rotore, indipendentemente
dalla direzione del vento. D'altra parte non tutta la superficie è attiva;
infatti mentre una metà si muove nel il flusso eolico, l'altra metà si muove
contro di esso, con conseguente riduzione del rendimento del sistema. Vi è anche
un limite di tipo aerodinamico che impedisce di migliorare oltre un certo limite
l'efficienza del rotore Savonius.Ulteriore limitazione, comune a tutti i rotori
ad asse verticale, tranne quelli ibridi, è quella dovuta al fatto che la
velocità di rotazione non potrà mai essere superiore a quella del vento. La
bassa velocità di rotazione non lo rende dunque adatto ad essere utilizzato come
generatore di elettricità.
MULINO CRETESE
Il mulino cretese è 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.
MULINO A VENTO MULTIPALA
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 e la sua superficie ed inclinazione non possono essere
variate al variare 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; 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.