I primi dati reali! – Real values from anemometer and sensors!


Eccoci qui! a poche ore dalla partenza pubblichiamo i primi dati veri ricavati dalla turbina!
Ne andiamo particolarmente fieri perchè, in fondo, a parte i prodotti commerciali, poco si trova al riguardo in rete e nel mondo del DIY.
Questi primi dati veri fanno riferimento alla determinazione delle prestazioni della turbina stessa, e puntano a calcolare il valore di CP (coefficiente di potenza), come rapporto tra la potenza effettiva estratta dalla turbina rispetto a quella totale del vento.
Il problema che si poneva, e che si pone sovente in Meccanica e in Controllistica, risiedeva nel fatto che occorre determinare il momento torcente generato dalla turbina stessa. Tuttavia questo momento torcente è nullo, o quasi, se la turbina è “scarica”, com’è peraltro ovvio, e invece ha un valore che va misurato, quando applichiamo un carico…a meno che il carico non sia costante e predeterminato!
Ci siamo mossi in questo senso: avvolgendo una corda pre-tensionata attorno all’albero della turbina, misuriamo la forza che a una estremità della struttura il movimento della turbina genera su un dinamometro.

La corda oltre un certo valore determinato dalla pre-tensione tende infatti a scivolare, con una caratteristica decrescente nell’arco di qualche ora (la corda tende a lisciarsi): di questa decrescita si tiene conto nei calcoli. Pertanto, nota la forza e il punto di applicazione della forza del dinamometro, si ricava la coppia applicata da dinamometro stesso (è bene ricordarlo: il dinamometro applica una forza, la turbina re-agisce con una coppia sull’albero).

Inoltre, sistemato un sensore optoelettronico a forcella recuperato da una stampante in prossimità della’albero cui è stata applicata una opportuna camicia con 4 dentelli, è possibile ricavare la velocità angolare, un po’ come nei mouse ottici: incrociando questo dato con il relativo valore di vento acquisito in contemporanea, è possibile infine risalire sia alla potenza estratta che alla potenza totale del vento.

Il sistema prevede:

  • un anemometro Vortex Inspeed
  • un sensore a forcella
  • una scheda Arduino per la ricezione e analisi dei dati

Insomma, per farla breve, otteniamo i grafici di cui sotto!

Si noti: sullo sfondo la curva di prestazione prevista con analisi fluidodinamica dall’utente sjh7132, in rosso la curva spezzata utilizzata per i calcoli in prima approssimazione, in blu una curva approssimante dei dati reali.

Alcune considerazioni:

  • la turbina subisce comunque sempre un piccolo carico dovuto agli attriti nei cuscinetti, quantificato con misure in 0,3 Nm
  • la misurazione è stata effettuata a monte del sistema di trasmissione, immediatamente a valle della turbina
  • la turbina lavora a portanza in maniera chiara, il TSR (tip speed ratio) senza carico è pari a 1,6 circa
  • si vede come il valore massimo delle prestazioni raggiunga 0,4 (40%), valore di tutto rispetto
  • si vede inoltre come la conformazione delle pale diversa dalla Lenz v2 originale generi meno coppia di spunto o, che è lo stesso, una inclinazione minore della curva tra TSR=0 e TSR=0,6, causando una difficoltà maggiore nel raggiungere il picco di prestazioni sul ramo stabile della curva (a destra del massimo), dal momento che la coppia applicata è grosso modo costante
  • tale coppia di spunto inferiore è da imputare alla pala, più stretta del 30% circa rispetto all’originale Lenz v2
  • per contro il raggiungimento di un picco di prestazioni a valori maggiori di TSR (TSR=0,5 per la Lenz, TSR=0,8 per VentolONE 3.0) genera velocità angolari maggiori, il che risulta decisamente utile nel nostro caso, avendo inserito a valle della turbina un differenziale autoveicolistico che riduce di un fattore 4 la velocità angolare

E ora?
Ora…prepariamo le valigie, che tra poche ore si parte!
E a Zanzibar pensiamo di utilizzare un profilo alare più ampio, ricalcando il NACA 9335, in modo da generare una coppia di spunto maggiore e riuscire a sfruttare meglio anche le giornate poco ventose.

Nothing more to comment than the upper images and photos!
We obtained some real data using some Arduino, one Inspeed Vortex, an opto sensor from an old printer and a simple dinamometer.
Results are good, since this is not a laboratory but only DIY!

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