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La motivazione della “Dead Band”

No, non è il nome di una band metallara, e nemmeno il titolo di un documentario stile Voyager…
Semplicemente, analizzando con un po’ di matematica nemmeno troppo impegnativa il nostro beneamato VentolONE stanno emergendo risultati inattesi.
Accennavamo giorni fa alla questione della presenza di una banda morta per la coppia, per valori di λ (tip speed ratio) intorno al valore 1.

Ora, la motivazione di questa banda morta deve pur esistere… e forse l’abbiamo trovata!
Si veda la figura seguente, nella quale abbiamo ricavato l’andamento del valore della velocità relativa vista dalla pala lungo una rivoluzione completa di angolo Θ, per valori crescenti di λ (λ=0 corrisponde evidentemente al rotore fermo).
Si nota come attorno a Θ=180°, corrispondente alla configurazione in cui la pala “sfugge” al vento (il vento vede prima il bordo di uscita), la velocità relativa prima decresca, fino a 0 per λ=1, per poi riprendere a crescere.

Proviamo a giustificare la Dead Band alla luce di questo grafico. Mano a mano che la velocità angolare cresce, da 0 fino a λ=1, attorno a 180° la velocità relativa diventa sempre più piccola, fino ad annullarsi. Conseguentemente il contributo di coppia della pala a 180° progressivamente scende fino a λ=1, per poi riprendere a salire.
Contestualmente va fatto notare che le altre 2 pale vedono però velocità relative sempre maggiori, ma con angoli di attacco tali che i benefici si perdono per strada.

Ci pare una spiegazione plausibile.
Altre indagini…in corso!

Per tutti i nostri lettori

Abbiamo modo di vedere che siamo citati anche su altri siti, in particolare energeticambiente, il che ovviamente solletica non poco quella nostra parte narcisistica… 😉
Bando alle ciance! Stiamo lavorando duramente perchè il nostro VentolONE 1.0 presenta sicuramente alcune magagne, e dalla lettura della tesi citata nell’ultimo post cominciano ad emergere gli errori e le possibili soluzioni:

  • il VentolONE pare non riuscire a superare la velocità angolare di 100 giri/min, corrispondenti a valori di λ compresi tra 0,5 e 1
  • la tesi avanza l’ipotesi che esista, per talune geometrie di VAWT, una “dead band” in cui la coppia diventa negativa, nel range di λ tra 0,75 e 2: i conti tornano!
  • il VentolONE presenta una coppia di spunto molto piccola… ma piccola quanto?
  • la tesi fornisce indicazioni (peraltro presenti anche su altre fonti e siti) per la definizione di un modello matematico attraverso il quale ricavare la coppia media, al variare di λ e u (velocità del vento indisturbato)
  • il VentolONE presenta una solidità pari a σD=0,9, decisamente eccessiva
  • ci stiamo adoperando per definire una nuova geometria con solidità σD pari a 0,3, con pale più lunghe  per incrementare la coppia di spunto e l’aspect ratio AR

Stiamo pertanto lavorando alla definizione di un codice di calcolo per determinare il valore della coppia al variare di λ, u, per una serie di profili candidati: ovviamente renderemo utilizzabile per chiunque il suddetto codice, utilizzabile su piattaforma open-source (Scilab).
In linea di massima, dai primi risultati, ai fini di una coppia di spunto ragionevole paiono plausibili i profili Bruxel33, Sauter4, NACA 4412.
In ogni caso servono dei profili che NON presentino un flesso (una “s” !) sulla “pancia” (intradosso), e quindi quello attuale (MVA-227) non va bene, e che presentino una curvatura della linea media che può condurre anche ad avere un intradosso concavo.
Poco sappiamo dire circa lo spessore, se cioè sia preferibile uno spessore accentuato o meno: è probabile però che uno spessore accentuato faciliti l’avvio e per contro riduca le prestazioni in generale.

Nella figura che segue, tratta dalla più volte citata tesi di Kirke, l’andamento del coefficiente medio di coppia CQ rispetto al variare di λ.

Ancora una cosa: ci scusiamo con tutti i contatti che non hanno ancora ricevuto risposta da noi…ci impegnamo a ri-chiamarli nella prossima settimana. E invitiamo tutti a continuare a seguirci, a commentarci, a farci domande, a metterci dubbi!

Un post veloce veloce…

…ma decisamente interessante!
una tesi di laurea dottorato della Griffith University, trovata un po’ per caso ma disponibile per il download (quindi senza problemi di natura legale, spero 😉 !).
I files sono in PDF, a breve metteremo on-line una versione join unitaria.

E intanto continuiamo a lavorare. Il prof. Ruggieri parte per il Tanzania, destinazione località del progetto, noi si studia come modificare il VentolONE e migliorarne l’efficienza (decisamente bassa, per ora, per qualche “errore” dimensionale nostro…).

A completamento del discorso di ieri…

…riportiamo un grafico che più chiaro non si può!
Assumendo
una velocità del vento pari a 8 m/s;
diametro 2m;
altezza della pala 1m;
solidità 0,4 (molto minore di quella del Ventolone);
rapporto di trasmissione 10:1 (in modo da riuscire ad ottenre comunque il numero minimo di giri richiesto dall’alternatore, pari a 1200 giri/min);
a partire dai dati di windturbine-analysis e dai dati del generatore Marelli che abbiamo utilizzato si ricava questa figura:

In blu la coppia che il generatore eolico può fornire a un determinato numero di giri, in arancio quella richiesta dal generatore elettrico: come si vede la coppia del generatore eolico è sempre minore di quella richiesta, quindi quel generatore elettrico non è adatto all’accoppiamento.
Il nostro Ventolone, in base alle prove fin qui sviluppate, presenta valori di coppia maggiori di quelli in blu, ma sicuramente inferiori alla bisogna, quindi valgono le medesime conclusioni.
Riportiamo anche i dati, per completezza:

Vedremo il da farsi.
Per intanto segnaliamo un commento interessante giuntoci da Massimo Modelli, con relativo link su YouTube.

Curva caratteristica dell’alternatore

Durante le prove in pista dello scorso martedì abbiamo collegato un alternatore di recupero Magneti Marelli AA125R, proveniente da una Fiat Panda.
Il collegamento non aveva finalità di misurazione perchè non avevamo ancora avuto il tempo di valutare e individuare le modalità migliori: diciamo che l’abbiamo messo per simulare al meglio la struttura e una prima ipotesi di trasmissione del moto, consci che un rapporto 15:1 era presumibilmente inattuabile.
Effettivamente durante le prove, una volta collegato alternatore e VentolONE per il tramite del sistema cinghia-pulegge, abbiamo appurato l’estrema difficoltà all’avvio, che avveniva ma portava comunque a velocità di rotazione del VentolONE dell’ordine di 20 giri/min, 300 giri/min sull’alternatore, con vento di 10m/s.
Un po’ delusi, speravamo meglio.
Ora, facendo un po’ di conti, appare evidente il problema:

  • a 10m/s ipotizziamo che il VentolONe estragga 150Watt; potrà fare di meglio, ora siamo in fase sperimentale… A 115 giri/min (picco max a vuoto) significa che sviluppava una coppia teorica all’albero pari a 12,5 Nm (potenza dissipata in parte in turbolenza)
  • con il rapporto 15:1 all’alternatore arrirebbero 1725 giri/min, appena sufficienti ad avviarlo, ma a quella velocità angolare il suddetto richiede circa 4 Nm di coppia, equivalenti all’albero del VentolONE a 60 Nm…IMPOSSIBILE che girasse!

Di fatto, con questo VentolONe così costruito è impossibile accoppiare questo alternatore, anche variando il rapporto di trasmissione: introducendo infatti un rapporto minimo di 11:1, si avrebbero 1200 giri/min all’albero dell’alternatore e 1,13 Nm, a fronte di una richiesta di 2,39 Nm.

Vedremo cosa andare a cambiare, presumibilmente le pale, in termini di lunghezza della corda, oppure aumentando il diametro del VentolONE stesso.

Prima prova su strada: eccola!

In attesa di rielaborare insieme al buon Andrea i dati ottenuti e trarre qualche risultato da proporvi, per intanto godetevi il filmato e il film!

E ora un po’ di goliardia!

Un articolo decisamente interessante

Dai Proceeding 2009 dell’EWEC vi proponiamo un articolo che conferma (indirettamente) la bontà della scelta di un profilo asimmetrico, nonchè fornire alcune indicazioni di calcolo per determinare coppia, potenza, ecc. della turbina eolica: buona lettura!

Aggiornamento del progetto

Nella sezione Cos’è il VentolONE abbiamo aggiornato a giugno 2009 il nostro progetto, con le novità sorte nel corso dell’anno ed evidenziando le fasi avviate e/o concluse.

Effettivamente, rileggendo il progetto nella versione iniziale sembra passato un secolo…!

Ma lo spirito di fondo del progetto stesso resta invariato, anzi rafforzato dalla marea di contatti e di lavoro fatto che lo rendono ogni giorno un po’ meno utopico, o semplicemente un po’ meno idiota!

Generatore elettrico

A ormai pochi giorni dalle “prove su strada” (e chi ci segue sa che non è un eufemismo!) stiamo apportando le ultime e sostanziali modifiche alla nostra macchina.

In particolare, per simulare un carico e contemporaneamente per valutare la potenza estratta abbiamo aggiunto un alternatore da autoveicolo (un Magneti Marelli AA125R 14V 45A) recuperato chissà dove.

L’utilizzo di un alternatore autoveicolistico di recupero può sembrare una scelta al ribasso e a livello hobbystico: invece, al di là degli innegabili vantaggi economici (ricordiamo che per ora il Ventolone è tutto farina delle nostre tasche, anemometro escluso!), nell’ottica di una realizzazione del Ventolone in Paesi in Via di Sviluppo pare la soluzione più semplice e pratica e di effettiva realizzabilità.
La trasmissione è ottenuta attraverso due pulegge, l’una sull’alternatore stesso (diametro 30mm), l’altra solidale al rotore (diametro 230 460mm) che garantiscono un rapporto di trasmissione di circa 7,5 15:1. Ora, se come nelle previsioni a 10m/s di velocità (36 km/h) il Ventolone girerà a 200 giri/min, all’albero dell’alternatore avremo circa 1500 giri/min, cioè l’automobile al minimo, più o meno…

Nella fotografia l’alternatore è collegato alla puleggia grande per il tramite di una cinghia trapezoidale serie A lunga 2275mm, decisamente troppo lunga, e che sostituiremo lunedì (accorciando l’interasse di conseguenza) con una di lunghezza pari a 1575mm.
Diciamo fin da subito che martedì non ci occuperemo ancora del rilievo della potenza estratta. Nell’aeroporto di Calcinate  del Pesce puntiamo a “verificare staticamente e dinamicamente” la struttura, altrimenti detto “assicurarci che non ci distrugga la bagagliera e la Panda stessa” … 😉 !

Ecco la versione 1.1 !

Vi proponiamo le fotografie del VentolONE 1.1 che affronterà le prove in pista la prossima settimana:

Resta ancora un dubbio non da poco: quale generatore accoppiare? Che non ci costi (quasi) niente e che sia in grado di sviluppare fino a 500 Watt, indicativamente?
Attualmente il ballottaggio (siamo in giorno di elezioni 😉 ) è tra l’utilizzo di un generatore da ciclomotore in nostro possesso, che presenta la difficoltà legata al fatto che rotore e statore non sono centrati coassialmente per il tramite della carcassa, oppure, su suggerimento di un docente di Elettrotecnica del Politecnico di Torino, l’utilizzo di un generatore da automobile, che questo problema non ha, ma che dobbiamo ancora trovare e poi accoppiare (si pensa a un sistema a cinghia-puleggia, oppure a catena).

Come si può vedere nel Ventolone Day 2 abbiamo dedicato la maggior parte del tempo alla realizzazione di una base di appoggio stabile e solida e compatibile con le dimensioni della bagagliera della Fiat Panda, sulla quale caricheremo e fisseremo il VentolONE stesso per testarne le potenzialità.
Sappiamo che questa soluzione NON è la soluzione ottimale dal punto di vista della misurazione. Tuttavia i valori che presumiamo siano ottenibili anche in presenza delle inevitabili turbolelenze che la Panda genererà siano ragionevolmente compatibili con le condizioni di turbolenza reali del vento tra le case o lungo un terreno un po’ accidentato.
Inoltre, tra la possibilità di testare il VentolONE tra qualche ANNO in qualche galleria del vento universitaria, con spese ampiamente al di sopra delle possibilità attuali, e la possibilità di avere dati reali da subito, beh, la scelta non è stata difficile! E questa non preclude affatto l’altra!
Dove e quando?
Qui, a Calcinate del Pesce, Varese, e al 99% martedì 16 giugno!

stay tuned!