A sinistra, un vecchio mulino a vento si staglia contro il cielo azzurro di Consuegra, Spagna, mentre le turbine eoliche, A destra, generare elettricità presso il parco eolico di San Gorgonio Pass vicino a Palm Springs, California. Mulino a vento:Pixabay; turbina eolica:Robert Alexander/Getty Images Mentre il vento soffia, così anche le pale dei mulini a vento e delle turbine eoliche. Queste enormi macchine a palette sono in circolazione da oltre 1, 000 anni, con i primi mulini a vento che apparvero in Persia intorno all'800 E.V.
Questi primi mulini a vento venivano usati esattamente per quello che implica il loro nome:erano mulini gestiti dal vento. Il vento farebbe girare le pale, o lame, del mulino a vento, ruotando un albero centrale, che poi farebbe girare un mulino, generalmente di grandi dimensioni, pietre piatte, per produrre farina e altri prodotti cerealicoli. Questi mulini a vento servivano anche a un altro scopo vitale:pompare acqua nelle città e nelle case. Piuttosto che girare un mulino, la rotazione del mulino a vento potrebbe essere utilizzata per azionare una pompa.
Mentre i mulini a vento esistono da secoli, le turbine eoliche esistono solo dal 1888 circa, quando la prima turbina eolica conosciuta creata per la produzione di elettricità negli Stati Uniti fu costruita dall'inventore Charles Brush per creare elettricità per la sua villa in Ohio. Le turbine eoliche sono utilizzate per generare elettricità dalla rotazione delle pale, piuttosto che convertire semplicemente quell'energia rotante in più lavoro meccanico, come girare un mulino o pompare acqua.
"Una turbina eolica negli Stati Uniti è alta circa 280 piedi (85 metri), considerando che il vecchio mulino a vento in genere non superava gli 80 piedi (24 metri), "dice James Herzing, ingegnere e premiato conduttore del podcast Unprofessional Engineering, in un'intervista via e-mail. "La dimensione delle vele o delle pale è un'altra grande differenza. I mulini a vento sono tradizionalmente misurati in base al diametro della ruota, e non è raro vedere un mulino a vento di 8 piedi (2 metri), dove 8 piedi sono misurati attraverso le lame. Turbine eoliche, d'altra parte, può avere una singola lama ben più di 100 piedi (30 metri)."
Mentre i mulini a vento sono alcune delle macchine più antiche e vitali per la civiltà e generalmente sono usati per pompare acqua o macinare il grano, hanno alcune altre differenze funzionali rispetto alla tecnologia delle turbine eoliche molto più recente.
Le pale di un mulino a vento sono vicine al suolo e quindi devono sfruttare le correnti d'aria vicino al suolo per ruotare. Poiché le correnti del vento sono generalmente meno vicine alla superficie terrestre di quanto non lo siano nelle atmosfere più elevate, i mulini a vento devono avere pale più grandi per catturare più vento possibile.
Mentre i mulini a vento esistono dall'800 d.C. circa, si sono davvero diffusi in popolarità a metà del 1800. Innescato dalla Rivoluzione Industriale nei decenni successivi al 1850, più di 6 milioni di mulini a vento meccanici sono stati installati solo negli Stati Uniti per alimentare pompe e fabbriche e soddisfare altre esigenze energetiche.
Un mulino a vento chiamato "La cicogna" è ancora funzionante presso lo stabilimento di lavorazione del cacao e del cioccolato di Duyvis sul fiume Zaan, Olanda. Prisma di Dukas/Universal Images Group/Getty Images Questa popolarità è stata guidata dalla semplicità dei mulini a vento come generatori di energia meccanica. Semplicemente mettendo un mulino a vento con molte pale in alto, potresti ottenere rapidamente l'accesso a una fonte di energia meccanica gratuita. Attraverso la rotazione delle lame, che l'energia rotazionale potrebbe essere utilizzata per azionare le macchine tramite ingranaggi o utilizzata per spingere e tirare l'acqua dal terreno con semplici pompe ad asta di aspirazione dell'acqua.
Mentre i mulini a vento venivano resi popolari in tutta l'industria moderna, si stava sviluppando e perfezionando anche un'altra invenzione:il generatore.
Invece di poter usare un mulino a vento solo quando soffiava il vento, un generatore consentirebbe di immagazzinare energia rotazionale convertendola in elettricità. Così, lo sviluppo delle turbine eoliche è stato il passo successivo nel perfezionamento dei dispositivi di sfruttamento dell'energia eolica.
Per catturare correnti d'aria più forti, una turbina eolica raggiunge centinaia di piedi più in alto nel cielo di un mulino a vento. Utilizza gli stessi principi funzionali di un mulino a vento, trasformando il vento in energia rotazionale, ma ciò che fa dopo è diverso. Le turbine eoliche hanno generatori al loro interno, solitamente collegato direttamente a un'asta rotante. Facendo girare il generatore, viene prodotta una corrente elettrica che può essere utilizzata per caricare le batterie, immettersi nella rete, o eseguire direttamente dispositivi elettronici. Il modo migliore per capire come funziona è considerare un motore, ma al contrario. Un motore elettrico utilizza l'elettricità per creare movimento, mentre una turbina eolica utilizza il movimento per produrre elettricità.
Più specificamente, le pale di una turbina eolica catturano l'energia cinetica – energia creata dal movimento – del vento e la trasformano in energia rotazionale. Questa energia rotazionale viene quindi alimentata attraverso una serie di ingranaggi per aumentare la velocità di un generatore.
I lavoratori stanno all'interno di una gigantesca pala di una turbina eolica durante la costruzione vicino a Mountainair, Nuovo Messico. Fotografia di costruzione/Avalon/Getty Images Queste turbine generalmente iniziano a produrre energia a velocità del vento da 5 a 10 miglia all'ora (da 8 a 16 chilometri all'ora) e si spengono ad alte velocità vicino a 60 mph (96 km/h) in modo che non funzionino male o si danneggino, secondo l'American Wind Energy Association.
Mentre le turbine eoliche producono elettricità, non sono tecnicamente efficienti come i mulini a vento. Le turbine eoliche hanno un'efficienza massima del 59 percento, qualcosa noto come limite di Betz. Ciò è dovuto all'incapacità di sfruttare tutta l'energia del vento e alle inefficienze nella conversione dell'energia rotazionale in energia meccanica.
Nonostante le loro inefficienze, le turbine eoliche sono il modo per sfruttare il vento e creare elettricità del futuro. James afferma di "vedere le turbine eoliche come parte integrante della riduzione, ed eventualmente, eliminando la nostra dipendenza dai combustibili di carbonio. Un tipico progetto eolico ripaga la propria impronta di carbonio entro sei mesi, fornendo decenni di energia a emissioni zero. Infatti, alcuni paesi come la Scozia hanno già investito abbastanza nell'energia eolica da poter produrre energia sufficiente per alimentare due scozzesi!"
Nel 2018, il vento ha generato circa il 5% dell'elettricità globale, rendendola la seconda fonte rinnovabile più grande, dietro l'energia idroelettrica. Dal primo utilizzo del mulino a vento come spina dorsale meccanica della prima civiltà persiana e cinese, alle enormi turbine eoliche di oggi, la tecnologia sottostante è qui per restare.
Ora è interessanteLe turbine eoliche hanno solo tre pale per mantenere costante il loro momento angolare. Con tre lame, quando uno punta verso l'alto, i due che puntano verso il basso con un angolo bilanciano perfettamente le forze. Se le turbine eoliche avessero più di tre pale, sarebbero instabili o troppo pesanti per essere efficienti.
