La tesi di Andrea Bedogni…

…finalmente on-line e disponibile per il download nella sezione “Documenti e materiale“.

Ripercorre i passi salienti della realizzazione del VentolONE 1.0 (quello piccolo e primo prototipo dell’avventura) nell’ambito del progetto Best Ray, con riferimenti sia teorici che più prettamente tecnici e legati alla realizzazione della turbina.

E anche il primo contributo open-source del VentolONE team alla ricerca scientifica!

Per chiarezza e precisione legale, rimarchiamo che rilasciamo tutto il contenuto secondo i Creative Commons “attribution non-commercial share alike (by-nc-sa),

giusto per tutelarci un minimo, in attesa di capirci qualcosa in più e permetterci una maggior liberalità!

A seguire alcune fotografie dell’evento!

il momento tanto atteso: il video del VentolONE sulla Panda!

foto di gruppo con il neo-dottore!

immancabile, la foto con il relatore prof. Gianluca Ruggieri

(cui va il plauso per averci creduto!)

E infine, carramba che sorpresa, in barba a qualunque privacy pubblico la mail che Andrea ci ha mandato il giorno successivo: per me insegnante prima ancora che co-relatore la gratificazione che emerge dalle parole in essa contenute è impagabile! Grazie Andrea!

“Buongiorno sono Andrea Bedogni e ora vi RINGRAZIO!
Bene.. e chi l’avrebbe mai detto che col VentolOne mi sarei laureato???
Grazie davvero tantissimo, le ovazioni da stadio erano anche per voi! Davvero una figata, mi avete insegnato molto e poi invidia generale per avere correlatore e suo assistente così fuori dagli schemi preimpostati universitari!
Penso che abbiamo fatto scuola col nostro modo di lavorare.
E davvero grazie per il sostegno e per avermi sempre accolto con fratellanza; poi la cosa più bella è stato sicuramente il vostro ascolto.
Mi spiego: non è banale per uno studente venire ascoltato!!!!
Grazie mille di tutto!
io parto mercoledì.. biglietto e burocrazia tutto ok!
A presto!            Andrea” – 09/10/2009

GROSSE novità in arrivo…

…per ora godetevi questa prima fotografia del VentolONe 2.0 !
A seguire i dettagli, gli sviluppi, la partenza di Andrea per il Tanzania, il video della discussione della sua tesi di laurea, la sua tesi disponibile in download nella sezione “Documenti e materiale”.
A brevissimo!

VentolONE 2.0 e … lauree

Ci stiamo lavorando, eccome!
…ma richiede tempo, visto che le dimensioni sono decisamente cresciute:

  • altezza complessiva circa 2,7m
  • diametro massimo 1,7m con diametro variabile a piacimento nel range 1,0-1,7 m
  • altezza delle pale 1,75m
  • corda 0,25m
  • numero di pale 3 oppure 6

L’obiettivo dell’incremento delle dimensioni sta tutto nella possibilità di ottenere una coppia maggiore, condizione necessaria ma non sufficiente per superare la Dead Band, e garantirci la possibilità di realizzare con materiali poveri le pale (una pala al di sotto di 20 cm di corda è di difficile costruzione in materiali che non siano vetroresina e polimeri…).
La scelta di poter optare per 3 o 6 pale nasce invece dalla curiosità di misurare le prestazioni in presenza di  più pale –> solidità più elevata, anche se siamo consapevoli che la soluzione che risulterà vincente sarà probabilmente quella con 3 pale.
Come si vede anche dalle foto che seguono abbiamo migliorato non poco l’aspetto tecnologico, attraverso l’utilizzo di materiale acquistato e semi-lavorato, quali i tubi che sorreggono la struttura, i profili (per i quali ringraziamo infinitamente i fratelli Nasi di Piasco (CN), che ce li ha tagliati gratis!), i cuscinetti di supporto: ringraziamo anche e sentitamente l’Unisubria per i fondi che ci ha messo a disposizione.
Domani il nostro tesista, Andrea (il brutto ceffo barbuto della foto) si laurea!
poi ci lascerà per un paio di mesi per un “tour  anemometrico” in Tanzania! Non nascondiamo la nostra invidia…
Per intanto però durante la discussione della tesi il VentolONE 1.0, il fratello primogenito minore, farà bella mostra di sè in Aula Magna in quel di Varese!

Ipotesi di lavoro

L’incremento delle dimensioni (di fatto si va a raddoppiare tutto, e a ridurre la corda) conduce a ripensare la struttura. Segue l’ipotesi odierna di Walter, da studiare e valutare, con alcuni pregi evidenti, su tutti la modularità:

Segnaliamo intanto che questo disegno è stato realizzato con Google Sketchup, e che nel medio periodo prevediamo una migrazione verso questa piattaforma che esiste anche in versione free, quindi con un possibilità di fruizione della “comunicazione” decisamente più vicina ai nostri desideri!

“Sentinella, a che punto è la notte?”

I lavori e gli studi procedono! La temperatura esterna indurrebbe a pensare a spiagge, mare, montagna…insomma vacanze! Invece imperterriti e tenaci proseguiamo le nostre indagini…consci che manca una settimana alle meritate vacanze 😉 !
L’analisi della problematica relativa alla “Dead Band” ci ha condotti inevitabilmente ad affrontare, ancora una volta, la questione del profilo ottimale. Kirke nella sua tesi di cui abbiamo già detto afferma il generale miglioramento di prestazioni, intese come capacità di self-start della turbina, nel caso si scelgano profili alari curvi. Probabilmente a seguito di dati sperimentali limitati (trovare valori di portanza e resistenza per molti valori diversi del numero di Reynolds non è uno scherzo!) analizza il solo caso del profilo Selig 1210.
Immaginiamo pure che la potenza di calcolo dei calcolatori, ridotta nel 1998 (data della tesi) rispetto ad oggi (era appena uscito Win98!) impedisse lo sviluppo di software di calcolo quali XFoil per la determinazione numerica dei coefficienti CL e CD (portanza e resistenza), e che quindi si sia dovuto accontentare.
Per fortuna oggi possiamo fare affidamento su una serie di applicativi quali javaFoil, interfaccia web per XFoil, attraverso il quale ricavare i dati mancanti.L’utilizzo di questo specifico risiede nella sua versatilità e nella possibilità, tra le altre cose, di fissare il valore dell’Aspect Ratio (rapporto di aspetto: lunghezza della pala / corda del profilo) a valori finiti o infiniti; inoltre i risultati ottenuti concordano con buon margine con i valori tabulati e già citati.
Il profilo Selig1210 è citato come “profilo laminare naturale“. Una breve indagine ha condotto a ritenere sensata sia l’indicazione fornita da Kirke, sia la possibilità di trovare profili ancora migliori a partire da quello indicato.
Abbiamo ottenuto pertanto la figura che segue, ponendo a confronto profili molto diversi tra di loro, compreso quello utilizzato per il VentolONE 1.0 (MVA-227):

Dalla figura emerge in maniera inequivocabile la vantaggiosità del profilo Eppler420, che tuttavia non ci pare rientrare nella categoria dei profili laminari, pur non discostandosi molto, rispetto ad altri profili analizzati.
La scelta di analizzare i coefficienti nel range di angoli [-70°,+70°] consente di valutare gli effetti sul profilo anche per velocità di rotazione minime, cioè in fase di avvio.
La differenza sostanziale nel comportamento di Eppler420 rispetto ad MVA-227 ci pare essere nel range [-10°,0], nel quale il primo presenta un andamento meno negativo.
Una analisi a più ampio raggio, nel range [-180°,+180°] ha condotto alla possibilità di determinare il possibile andamento del coefficiente di sforzo tangenziale CT, “cugino stretto” della coppia, come riportato nella sottostante figura:

In tutta onestà non ci sentiamo ancora di giurare sulla correttezza dei risultati ottenuti.
Ammettendo che lo siano, con Eppler420 saremmo a cavallo…

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.