Studio dell'aerodinamica delle turbine eoliche

The thesis aims to provide a general overview of the aerodynamics of wind turbines with a compilative approach. The work collects, organizes, and presents information from the scientific literature, with the goal of clarifying the physical principles that govern the functioning of turbines and describing their main types. After a historical introduction on the development of turbines and their use in renewable energy generation, the fundamental concepts of aerodynamics are illustrated, including Bernoulli's principle, the Navier-Stokes equations, lift, and drag. The discussion continues with the classification of wind turbines based on the orientation of their axis of rotation (horizontal or vertical), highlighting their characteristics, advantages, and limitations. An important in-depth analysis is then dedicated to the qualitative analysis of the aerodynamic phenomena affecting the rotor and how these influence the main physical quantities, including momentum, thrust, generated power, power coefficient, and Betz limit. Finally, some design solutions aimed at increasing the efficiency of wind turbine blades are presented. The thesis concludes with a summary of the content discussed and a reflection on the growing role of wind energy in the global energy context.

La tesi si propone di offrire una panoramica generale sull'aerodinamica delle turbine eoliche con un approccio di tipo compilativo. Il lavoro raccoglie, organizza e presenta informazioni provenienti dalla letteratura scientifica, con l'obbiettivo di chiarire i principi fisici che regolano il funzionamento delle turbine e di descriverne le principali tipologie. Dopo un'introduzione storica sullo sviluppo delle turbine e il loro impiego nella generazione di energia rinnovabile, vengono illustrati i concetti fondamentali dell'aerodinamica, tra cui il principio di Bernoulli, le equazioni di Navier-Stokes, la portanza e la resistenza. La trattazione prosegue con la classificazione delle turbine eoliche in base all'orientazione del loro asse di rotazione (orizzontale o verticale), evidenziandone caratteristiche, vantaggi e limiti. Un'importante analisi approfondita è poi dedicata all'analisi qualitativa dei fenomeni aerodinamici che influenzano il rotore e come questi influenzano le varie grandezze fisiche, tra cui quantità di moto, spinta, potenza generata, coefficiente di potenza e limite di Betz. Infine, vengono presentate alcune soluzioni progettuali destinate ad aumentare l'efficienza delle pale delle turbine eoliche. La tesi si conclude con un riepilogo dei contenuti discussi e una riflessione sul ruolo crescente dell'energia eolica nel contesto energetico globale.