Alcuni cenni di teoria sull'innovativo Silo Eolico (Brevetto L. Biagini)

L'energia Eolica viene raccolta da adeguate Macchine Eoliche, che sfruttano l'energia contenuta nel Campo Eolico, in cui la Macchina è immersa.

Allo Stato dell'Arte le Macchine Eoliche attualmente in uso (Wind Energy Collector = WEC) sfruttano direttamente l'energia del Campo Eolico naturale, così come facevano, in maniera più empirica e rozza, i nostri progenitori sin dall'antichità, con i mulini a vento e sul mare, con le vele. La Scienza Aerodinamica ha permesso, nel breve lasso di 100 anni, di sfruttare direttamente l'energia eolica in modo razionale, oltre ad individuare alcune leggi fondamentali su cui si basa il progresso ottenuto nel campo del volo.

Queste leggi hanno individuato e studiato a fondo quattro moti fondamentali: il moto laminare rettilineo, il moto vorticoso, il moto di sorgente (ed il suo contrario: moto di pozzo), ed il moto duetto. Attualmente i WEC sfruttano il moto laminare rettilineo che si manifesta attualmente in un "Campo Eolico" naturale, e precisamente le correnti di aria, caratterizzate da una certa velocità di vento. Questa velocità dà luogo ad un "Campo di Potenza Eolica specifica" illustrata dalla formula ½ Aρv³, dove A è l'area unitaria (1 m²), ρ è la densità dell'aria locale, v è la velocità in m/sec della corrente.

La seguente tabella indica la Potenza Specifica (su 1 m³) del Campo Eolico, al livello del mare, in funzione della velocità del vento (in m/sec):

formula: P/m³ = ½ ρv³

Come si vede la Potenza Specifica del Campo, cresce in maniera quadratica con il fattore di aumento della velocità.

A 4 m/sec      Potenza specifica = 39,2 Watt

A 40 m/sec    con un fattore di aumento = 10 della velocità l'Energia è 1000 volte maggiore

considerando che la Potenza Specifica di cui alla tabella si riferisce all'area di 1 m², si deduce facilmente che i migliori risultati dal punto di vista economico si raggiungono con alte velocità di vento e quindi con minori diametri di Rotore,ciò che comporta economia nella costruzione della Struttura.

Il problema quindi è quello di disporre di un "campo eolico" particolare, di grande Potenza Specifica. La soluzione è derivare da un Campo Eolico naturale con opportuno sistema di correnti, fra loro indipendenti, per ottenere moti aerodinamici sovrapponibili in un sistema chiuso nel quale gli effetti sovrapposti degli stessi costituiscono un nuovo "Campo Eolico" ad alta Potenza Specifica che agisce sul Rotore predisposto.

Ciò è ottenibile con un involucro opportuno che riceve dal campo esterno le diverse correnti, (questa struttura è stata denominata Silo), con forma geometrica circolare e con l'ingresso di una corrente esterna, che entri tangenzialmente nel Silo da una Presa di aria del Campo esterno.

Proporzionando opportunamente l'area della Presa esterna con la superficie di ingresso, si ha, per Bernuilli, una corrente che percorre la periferia del Silo Eolico con moto circolare vorticoso a più alta velocità del Campo Eolico esterno che produce al suo interno un "Filamento Vorticoso" in cui la pressione è più bassa della corrente circostante.

Se il volume interno del "filamento vorticoso" è occupato da una condotta collegata col Campo Eolico esterno, il flusso di aria in questa condotta sarà:

ψ = A x (v + √2(Pa-Pi)/ρ)

dove             

v è la velocità della corrente derivata dal Campo Eolico esterno

√2(Pa-Pi)/ρ è la velocità della corrente aspirata dal Campo esterno, a causa della depressione causata dal vortice

Questo flusso dovuto alla depressione del Filamento è un moto di Sorgente.

Potremo altresì disporre all'interno del Silo, un terzo condotto proveniente dal Campo Esterno, ed isolato dagli altri due descritti (il condotto periferico che dà luogo al vortice, ed il condotto di aspirazione) che da luogo al moto di Sorgente e che conduce una corrente fino al Rotore.

È evidente che le tre correnti non si ostacolano fra loro, anzi le prime due agiscono sinergicamente, e, pur avendosi delle perdite di carico per i cambi di direzione, e per il fattore di convergenza nel condotto finale, si può creare all'interno del Silo Eolico ed in corrispondenza della bocca di ingresso del Rotore, un "Campo Eolico" con potenza  specifica grande a piacere entro i limiti della resistenza dei materiali. Rimanendo nel campo di correnti con numero di Reynolds >1x10⁵ <6x10⁶, e numero di Mach inferiore a 0,3 circa, il fluido di aria si può considerare non vischioso e non comprimibile, agli effetti della legge di Bernuilli e del comportamento nello Strato limite.