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Turbina Darrieus

Questo che sto per descrivere è il progetto al quale ho dedicato piu tempo e sul quale mi sono impegnato molto.

però prima di cominciare una breve descrizione delle turbine darrieus è doverosa!

Teoria base

la “Darrieus” è un tipo di turbina ad asse verticale (quindi può prendere il vento da ogni direzione) che lavora a portanza (non come il savonius che lavora invece a resistenza).

per chi non avesse idea di cosa sia la portanza  in parole povere è una forza che si manifesta su un profilo alare in virtù di una differenza di pressione, data dalle differenti velocità che assume il fluido nel “lambire” le superfici del profilo, comunque per maggiori approfondimenti vi suggerisco di andare a cercare su wikipedia.

la cosa importante da dire è che su un profilo alare investito da un flusso di aria si manifestano due forze:

  • la portanza (la cui direzione è perpendicolare alla direzione del flusso relativo, cioè “visto” dal profilo in movimento)
  • la resistenza (la cui direzione è tangente al flusso relativo)

dette queste nozioni di base allego uno schemino molto semplice che mostra il principio di funzionamento del darrieus

nello schemino si considera il vento avente una direzione che va dal basso verso l’alto.

NB il profilo deve avere una certa velocità, come si può vedere dal triangolo delle velocità nella parte bassa dello schema, in modo da avere una direzione del vento relativa (freccia rossa) tale da sviluppare una forza di portanza (freccia verde) che abbia una direzione tale da creare momento torcente.

nello schemino non è segnalata la forza resistente, che, avendo la stessa direzione del vento “relativo”, ostacola senza dubbio l’effetto utile della portanza

perciò dobbiamo creare un profilo che abbia un buona portanza e una bassa resistenza.

per approfondire tutti i concetti che ho sinteticamente esposto poc’anzi vi consiglio di visitare questo sito

http://windturbine-analysis.netfirms.com/index-intro.htm

davvero molto completo ed approfondito.

Realizzazione pale

ci sono sezioni di profilo unificati, profili asimmetrici, convessi, ecc…

io ho scelto un profilo NACA0018,  che è un profilo simmetrico.

il profilo che ho realizzato io ha una corda di 20 cm, ma tornassi indietro le farei piu grosse, con una corda di almeno 25 cm per ottenere un po piu di coppia.

in altri generatori darrieus sono stati usati anche profili asimmetrici, ma ritengo che la scelta di un profilo asimmetrico non porti migliorie (almeno in teoria) perciò ho deciso di risparmiare una complicazione inutile.

ecco una breve descrizione di come ho realizzato le pale:

mi sono preso del multistrato e, dopo averci disegnato sopra i profili, li ho tagliati uno per uno con il mio seghetto alternativo.

due fori in ciascuno di essi, alcune assi di legno diametro 1 cm mi pare (o forse 8 mm, ma non è importante) ed ecco uno degli “scheletri” delle pale, la cui lunghezza è di 1,25 m

fatto questo è arrivato il momento di rivestire le pale.

ho usato una lamiera zincata da 3/10 mm , leggera, malleabile, si piegava con le mani e si tagliava con la forbice da cucina. ottimo compromesso tra lavorabilità, risultato finale (piu che altro per il peso della pala) e prezzo.

quindi dopo aver preso le misure e aver tagliato le strisce di lamiera era arrivato il momento di fissarla allo scheletro.. come?

avrei potuto fare dei buchini ed avvitare. però così facendo avrei avuto delle zone di turbolenza che avrebbero fatto staccare la vena fluida dalla pala, cioè avrei avuto piu “resistenza”.. perciò ho deciso di incollarle!!

ma come fare? semplice! costruendo 7 pposite “presse” con la forma del negativo del profilo scelto.

ecco alcune immagini che chiarificheranno il discorso

ho usato una colla bicomponente mi pare, resistente alle alte temperature.

lasciato asciugare il tutto è stata la volta della realizzazione degli ancoraggi all’alternatore (che era quello precedentemente utilizzato per il savonius ma che poi ho deciso di utilizzare per questa turbina)

Ancoraggi e Savonius di avviamento

qui bisogna armarsi di smerigliatrice, trapano, saldatrice e fare quel che bisogna fare!

come si vede la prima idea era fissare i profili alari nella parte alta e nella parte bassa mediante delle coppie di scatolati a base quadrata, molto leggeri.

questa scelta non mi ha convinto dal primo momento che ho visto essere stato tutto montato.

gli assi di sostegno erano troppo leggeri, gli attacchi all’alternatore miseri, dava proprio l’idea che in caso di vento anche non troppo forte si sarebbe spaccato tutto!!!

e poi gli scatolati a base quadrata avrebbero fatto davvero un sacco di turbolenza, rendendo inutile in parte il noioso lavoro di incollatura della lamiera.

percui alcuni giorni dopo mi sono rimesso a fare gli agganci nuovi, ecco il risultato (dopo la verniciatura finale)

come si vede dalle foto le pale sono stato fissate con un solo braccio centrale, le sollecitazioni dovuti alla forza centrifuga vengono trasmesse dalla parte superiore ed inferiore della pala al corpo centrle mediante dei cavetti in acciaio inossidabile.

in definitiva ho ottenuto una turbina composta da 3 pale alte 1,25 m, con un diametro di 1,6 m, cioè un’area spazzata di circa 2 m^2.  le pale sono state fissate ai bracci a circa 1/4 della corda.

(vi rimando alla pagina “dimensionamenti” per le informazioni relative all’alternatore e alla scelta delle dimensioni della turbina)

comunque come dicevo prima le pale devono ” vedere” un flusso d’aria che abbia una certa direzione affinchè si crei portanza nella direzione utile e si crei quindi una coppia.

per far questo la turbina deve trovarsi a certi regimi di rotazione, questo significa che la turbina, così com è non partirebbe mai neanche con un uragano, ossia la darrieus è una turbina NON autoavviante. ci vuole qualcosa che la porti ad una certa velocità prima che i profili inizino a “spingere”.

è per questo che ho aggiunto il savonius centrale, come si vede nella foto (nella quale è montato SOLO il savonius).

con cosa l’ho ricavato? con un bidone ovviamente! staolta non da petrolio, bensì un barile dell’olio vuoto che mi sono fatto dare da una pizzeria.

Considerazioni finali

purtroppo la turbina giace ferma da piu di un anno, in quanto tra una cosa e l’altra ho avuto poco tempo per fare delle prove, e quelle volte che ho provato a farle, (alle pale eoliche di varese ligure), ho sempre avuto sfortuna (brutto tempo, imprevisti..)

spero di poter fare al piu presto alcuni test e di pubblicare i risultati, nel frattempo un breve video, nel quale si vede la turbina già assemblata

Test

ho aggiunto una pagina nella quale descrivo il primo test ufficiale della turbina Darrieus


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