Il vento

Il vento è il movimento di una massa d'aria atmosferica da un'area con alta pressione (anticiclonica) a un'area con bassa pressione (ciclonica). In genere con tale termine si fa riferimento alle correnti aeree di tipo orizzontale, mentre per quelle verticali si usa generalmente il termine correnti convettive che si originano invece per instabilità atmosferica verticale. Il vento è causato dalle differenze di pressione atmosferica che spingono l'aria da zone di alta pressione a zone di bassa pressione per effetto della forza di gradiente. Il flusso d'aria non corre in maniera diretta da un punto all'altro, cioè con la stessa direzione della forza di gradiente, ma subisce una deviazione dovuta alla forza di Coriolis (o effetto di Coriolis) che tende a spostarlo verso destra nell'emisfero settentrionale e verso sinistra nell'emisfero meridionale. A causa di questo effetto, che non è presente all'equatore, il vento soffia parallelamente alle isobare (vento geostrofico). Tuttavia alle basse quote (meno di 600 m) è necessario tenere conto che l'attrito con la superficie terrestre può modificare la direzione del vento di circa 10° sopra il mare e 15–30° sopra la terra, rendendo il percorso dall'alta pressione alla bassa pressione più diretto e la penetrazione del vento nelle aree di bassa pressione più profonda. I venti definiti da un equilibrio di forze fisiche vengono usati nella scomposizione e analisi dei profili del vento. Sono utili per semplificare l'equazione del moto atmosferico e per ricavare dati qualitativi sulla distribuzione orizzontale e verticale dei venti.

Globalmente le due forze maggiori della circolazione atmosferica sono il differenziale di riscaldamento tra equatore e poli (la differenza nell'assorbimento dell'energia solare che genera la forza di buoyancy) e la rotazione del pianeta. Al di fuori dei tropici e dell'attrito causato dalla superficie terrestre, i venti su larga scala tendono ad avvicinarsi al bilancio geostrofico. Una nuova, controversa teoria suggerisce che il gradiente atmosferico sia causato dalla condensazione dell'acqua indotta dalle foreste che incentivano l'assorbimento dell'umidità dall'aria dei litorali. Il vento termico è la differenza nel vento geostrofico tra due livelli dell'atmosfera. Esiste solo in un'atmosfera con gradienti di temperatura orizzontali. Il vento ageostrofico è la differenza tra vento reale e geostrofico, che è correlato alla creazione dei cicloni. Il vento di gradiente è simile al vento geostrofico ma include anche la forza centrifuga (o accelerazione centripeta).

Energia eolica

Impianto eolico disposto in ambiente marinoEnergia eolica è l'energia cinetica prodotta dall'aria in movimento. Il totale di energia eolica che fluisce attraverso una superficie immaginaria A durante il tempo t è

E= ½ mv2 = ½ (Avtp)v2 = ½ Atvp3

dove:

  • ρ è la densità dell'aria,
  • v è la velocità del vento;
  • Avt è il volume di aria che passa attraverso A (che è considerato perpendicolare alla direzione del vento);
  • Avtρ è la massa m che passa per l'unità di tempo.

Notare che ½ ρv2 è l'energia cinetica dell'aria in movimento per unità di volume. La potenza è l'energia per unità di tempo, per l'energia eolica incidente su A (ad esempio uguale all'area del rotore di una turbina eolica) è:

P = E/t = ½ Apv3

L'energia eolica in una corrente d'aria aperta è proporzionale alla terza potenza della velocità del vento: la potenza disponibile aumenta di otto volte se la velocità del vento raddoppia. Turbine eoliche per la produzione di energia elettrica devono quindi essere particolarmente efficienti a una maggiore velocità del vento.