Come funziona una pala eolica?

Perché le pale sono fatte come ali?

Se guardi una pala da vicino non è una tavola piatta: è sagomata, più spessa davanti e sottile dietro, e leggermente curva. È il profilo di un'ala d'aereo, messo in verticale e fatto girare.

Quando il vento scorre su questo profilo, da un lato si crea una zona di pressione più bassa che tira la pala verso di sé. È la portanza. C'è anche la spinta diretta del vento sulla faccia della pala, la resistenza, ma la portanza è molto più forte. Insieme fanno ruotare il rotore.

È lo stesso principio che spiego in come fa un aereo a volare. La differenza è che l'ala dell'aereo viene spinta verso l'alto, mentre la pala, essendo fissata a un mozzo, viene costretta a girare in tondo.

Che cosa succede dentro la navicella?

In cima alla torre c'è una specie di container, la navicella. Lì dentro arriva l'albero del rotore, che gira piano: in una turbina tipica, circa 18 giri al minuto, uno ogni tre secondi abbondanti.

Il generatore elettrico, però, per produrre corrente alternata vuole girare molto più in fretta. Ci pensa il moltiplicatore di giri, una scatola di ingranaggi come il cambio di una bici al contrario: porta la velocità a circa 1800 giri al minuto, cento volte di più. Alcuni modelli moderni usano generatori speciali, a molti poli, che fanno a meno degli ingranaggi.

Nella navicella ci sono anche un anemometro, che misura il vento in continuazione, e un motore che ruota tutta la testa per tenere il rotore sempre di fronte al vento. C'è anche un freno, per fermare tutto in caso di emergenza.

Perché le pale sembrano lente se vanno così veloci?

Da terra le pale sembrano girare pigre. È un'illusione dovuta alle dimensioni. Facciamo un conto da ingegnere con una pala lunga 50 metri che gira a 15 giri al minuto.

La punta percorre una circonferenza di circa 314 metri a ogni giro. Quindici giri al minuto fanno 4700 metri al minuto, cioè quasi 80 metri al secondo: circa 280 chilometri orari. Il mozzo, al centro, è quasi fermo; la punta va veloce come un treno ad alta velocità.

Per questo le pale sono progettate e svergolate con cura: ogni pezzo della pala incontra il vento a una velocità diversa, e il profilo cambia lungo la lunghezza per lavorare bene dal mozzo alla punta.

Vicino al mozzo la pala è larga, spessa e molto inclinata, perché lì il vento arriva quasi di fronte e serve robustezza. Verso la punta diventa sottile e quasi piatta rispetto al piano di rotazione, perché lì la pala corre così veloce che il vento la investe quasi di lato. Se la guardi da sotto, la pala è leggermente attorcigliata su sé stessa, come un'elica di aereo.

Quanta energia si può prendere dal vento?

La potenza del vento cresce con il cubo della velocità. Se il vento raddoppia, da 5 a 10 metri al secondo, la potenza disponibile non raddoppia: diventa otto volte più grande. Ecco perché i parchi eolici si costruiscono sui crinali e in mare aperto, dove il vento è più forte e costante.

Conta anche la superficie spazzata dalle pale, che cresce con il quadrato della loro lunghezza: pale lunghe il doppio catturano quattro volte il vento. Per questo le turbine sono diventate così grandi.

Esiste però un limite che nessuna turbina può superare. Nel 1919 il fisico tedesco Albert Betz dimostrò che al massimo si può estrarre il 59,3% dell'energia del vento. Se la turbina lo fermasse del tutto, l'aria non uscirebbe più dalle pale e bloccherebbe quella che arriva. Le turbine reali raggiungono in genere il 35-45%.

Perché a volte le pale sono ferme?

Una turbina parte solo quando il vento supera i 4-5 metri al secondo, tra 15 e 18 chilometri orari: sotto, l'energia non basta a vincere gli attriti. Quando il vento diventa troppo forte, oltre i 20-25 metri al secondo, il sistema la ferma per non danneggiarla.

Altre volte è ferma per manutenzione, oppure perché la rete elettrica in quel momento non può ricevere altra energia. Nelle giornate di vento medio, invece, il controllo ruota leggermente le pale sul loro asse per mantenere la velocità giusta.

In Italia nel 2024 l'eolico, con circa 13 gigawatt installati, ha prodotto più del 17% di tutta l'elettricità rinnovabile del Paese, secondo i dati Terna. Gran parte degli impianti si trova al Sud e nelle isole, dove il vento è più regolare. Se ti interessa l'altra grande fonte rinnovabile, leggi come funziona un pannello solare.