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Energia Alternativa ed Energia Fai Da Te > Eolico

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Eolico ad asse verticale
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Sanchez-137C
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Inviato il: 02/02/2019 00:31:54

Salve a tutti,
Attenzione:Questo messaggio risulterà molto lungo!
Come già ho espresso in un'altra discussione sarei interessato alla costruzione di un generatore assiale ovviamente per una turbina eolica.
Prima di iniziare vorrei porre alcune domande.

Il mio pensiero iniziale era quello di costruire un generatore con fili di sezione molto ridotta in modo da diminuire la resistenza elettrica, avere un elevato valore di tensione ed un piccolo valore di ampere.Il mio quesito adesso sarebbe:"è possibile ottenere una macchina più efficiente facendo in questo modo? Sopratutto perchè occuperei più spazio utile durante gli avvolgimenti,giusto?
Inoltre se ciò fosse giusto, sarebbe fattibile secondo voi creare un inverter adatto,rimanendo in un budget adeguato?

FINE DOMANDE

Ritornando al progetto,il parametro da cui parto è:
-Vento medio di 2-2.5 m/s
La mia idea è quella di realizzare una turbina ad asse verticale,stampata completamente in 3D(a pezzi), ovviamente con le giuste cautele e fissaggi. In questo campo ho scelta ristretta poiché posso utilizzare solo file che trovo sul web,poiché non ho ancora a disposizione la manualità adatta per progettare delle pale davvero aerodinamiche.
Esempio:

https://ultimaker.com/en/blog/19624-3d-printed-vertical-axis-wind-turbine-vawt-model

Queste sono le restrizioni che ho, ed ovviamente i $ .Se possibile vorrei capire bene le formule che legano larghezza delle pale e "sezione d'impatto" delle stesse con potenza utile.
Per quanto riguarda i magneti vorrei valutare l'acquisto di molti magneti e sfruttare il principio di sovrapposizione degli effetti,di cui si parlò in questo forum tempo fà, e se il movimento dei suddetti diventa troppo ostico valutare di far ruotare le bobine invece dei magneti. Quest'ultima cosa sarebbe secondo voi una buona idea?
Ho provato ad iniziare a bozzare qualcosa con FEMM e per il momento la miglior configurazione trovata è questa,che ne pensate?
http://www.energialternativa.info/public/newforum/ForumEA/T/Femm%201%20mm.JPG
Infine ciò che vorrei fare sarebbe cercare di ottenere quanta più potenza utile da una macchina più compatta possibile. Sò che chiedo tanto,ma sarei molto felice di poter portare a termine questo progetto che covo ormai da anni.



Modificato da Sanchez-137C - 02/02/2019, 00:40:11
 

righetz

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Inviato il: 02/02/2019 18:17:32

Vediamo di capire il nocciolo della questione.
Vuoi realizzare un array bello potente in formato assiale.... ma dall'immagine postata c'è un dettaglio che vorrei farti notare.
La bobina che dovrà essere interposta in mezzo a questo array deve trovarsi nella condizione di essere attraversata dalle linee di flusso magnetico in modo perpendicolare.

Se l'immagine rappresenta due poli affacciati, le linee di flusso devono essere verticali e non orizzontali.

Sembra che i due poli siano affacciati con lo stesso segno N-N al posto di essere N-S



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righetz

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Inviato il: 02/02/2019 18:23:27


CITAZIONE

La mia idea è quella di realizzare una turbina ad asse verticale,stampata completamente in 3D(a pezzi), ovviamente con le giuste cautele e fissaggi. In questo campo ho scelta ristretta poiché posso utilizzare solo file che trovo sul web,poiché non ho ancora a disposizione la manualità adatta per progettare delle pale davvero aerodinamiche.
Esempio:

https://ultimaker.com/en/blog/19624-3d-printed-vertical-axis-wind-turbine-vawt-model


In un'altra discussione scrivevi che frequenti l'università di ingegneria aero-spaziale.
Quindi calcoli e progettazione non sembra essere una grossa difficoltà.
Suggerisco di giocare un pochino con questo programma descritto brevemente in questa discussione : LINK



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Sanchez-137C
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Inviato il: 04/02/2019 18:43:00

CITAZIONE (righetz, 02/02/2019 18:23:27 ) Discussione.php?215530&1#MSG1

Vediamo di capire il nocciolo della questione.
Vuoi realizzare un array bello potente in formato assiale.... ma dall'immagine postata c'è un dettaglio che vorrei farti notare.
La bobina che dovrà essere interposta in mezzo a questo array deve trovarsi nella condizione di essere attraversata dalle linee di flusso magnetico in modo perpendicolare.

Se l'immagine rappresenta due poli affacciati, le linee di flusso devono essere verticali e non orizzontali.

Sembra che i due poli siano affacciati con lo stesso segno N-N al posto di essere N-S


Ciao Righetz,grazie della risposta.
Per quanto riguarda questo aspetto, in realtà pensavo che bastasse il fatto che le linee siano state fatte confluire verso le bobine. Ovviamente nella mia ignoranza pensavo fosse giusto

 

Sanchez-137C
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Inviato il: 04/02/2019 18:46:50

CITAZIONE (righetz, 04/02/2019 18:43:00 ) Discussione.php?215530&1#MSG2


CITAZIONE
La mia idea è quella di realizzare una turbina ad asse verticale,stampata completamente in 3D(a pezzi), ovviamente con le giuste cautele e fissaggi. In questo campo ho scelta ristretta poiché posso utilizzare solo file che trovo sul web,poiché non ho ancora a disposizione la manualità adatta per progettare delle pale davvero aerodinamiche.
Esempio:

https://ultimaker.com/en/blog/19624-3d-printed-vertical-axis-wind-turbine-vawt-model


In un'altra discussione scrivevi che frequenti l'università di ingegneria aero-spaziale.
Quindi calcoli e progettazione non sembra essere una grossa difficoltà.
Suggerisco di giocare un pochino con questo programma descritto brevemente in questa discussione : LINK


Per quanto riguarda i calcoli vorrei, se possibile, una piccola "scaletta" delle formule da usare partendo dalla velocità del vento per arrivare a dimensionare in modo ottimale la turbina.
Ditemi se sono poco chiaro, cercherò di spiegarmi meglio.

 

righetz

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Inviato il: 05/02/2019 22:15:34

Iniziamo con il primo gradino della scaletta, la legge di Betz da wikipedia: LINK

Alla fine il numerino da ricordare 0,593 sta scritto nelle ultime 2 riche al capitolo "Coefficiente di carico"

Il numerino 0,593 sta ad indicare il massimo valore in percentuale della potenza che si può ricavare da un mulino a vento.

Numericamente su 100W che incidono sulle pale solo il 59,3% è convertile in energia. Il sistema generatore/rotore che realizzerai se ipoteticamente avesse il rendimento pari al 100% di quei 100W di prima ne ottieni solo 59,3W puliti.

Un sistema generatore/rotore commerciale di alto livello riesce a convertire al massimo solo il 40-50% di quel 59,3% (Limite di Betz). Forse quelli di ultima generazione avranno livelli di rendimento più alti ma nessuno li dichiara... chissà perchè

Un sistema generatore/rotore "fai da te" a mala pena i migliori dopo anni di esperimenti e prove arrivano al massimo a convertire solo il 18-20% del limite di Betz (59,3%) e come ordine di grandezza stiamo parlando di miracoli Faccine/mf_popeanim.gif



Modificato da righetz - 05/02/2019, 22:18:52


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righetz

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Inviato il: 05/02/2019 22:26:44

Cercando in rete ho trovato della documentazione in inglese sul limite di Betz ed è più completa della spiegazione striminzita di wikipedia.

LINK 1

Nel secondo link sempre in inglese un test effettuato su di una turbina della Bergey XL1 dove ne hanno calcolato il rendimento rispetto al limite di Betz e scrivono che è anche un prodotto di buon livello (forse ho indovinato )

LINK 2



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Inviato il: 06/02/2019 21:34:52

Ciao Righetz,
Ho letto gli articoli e sono stati davvero molto interessanti,ma vorrei capire una cosa. Ho fatto dei calcoli ipotizzando un diametro di 2 metri,(quindi seguendo le formule ottengo una sezione trasversale pari a pi Greco) e praticamente sono arrivato alla conclusione che la potenza massima con un vento di 3m/s è di circa 30 W,sei d'accordo con me?Ho usato la (36)
Questo sarebbe il valore di potenza massima che si riduce ovviamente fino al 20-25 % cioè circa 7 W.
Adesso mi chiedo, è possibile che i valori siano così bassi? Spero di aver sbagliato qualcosa
Volevo inoltre chiederti un'altra informazione. Come faccio a calcolare una sezione trasversale di una turbina ad asse verticale visto che solitamente la lunghezza è diversa dalla larghezza?
Grazie come sempre!

 

righetz

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Inviato il: 11/02/2019 18:08:05

Eccomi qui..


CITAZIONE

guendo le formule ottengo una sezione trasversale pari a pi Greco) e praticamente sono arrivato alla conclusione che la potenza massima con un vento di 3m/s è di circa 30 W,sei d'accordo con me?Ho usato la (36)
Questo sarebbe il valore di potenza massima che si riduce ovviamente fino al 20-25 % cioè circa 7 W.


Dal link 1 la formula n° 36 viene semplificata con la n°39 e purtroppo si si ottengono valori molto bassi.

CITAZIONE
Volevo inoltre chiederti un'altra informazione. Come faccio a calcolare una sezione trasversale di una turbina ad asse verticale visto che solitamente la lunghezza è diversa dalla larghezza?


L'asse verticale ha un vantaggio rispetto all'orizzontale.
L'orizzontale per avere una superficie maggiore sei obbligato ad aumentare il diametro. Con il verticale puoi farlo largo 1 metro e alto 3 metri oppure largo 1,73 metri e alto 1,73 metri.
L'area per il calcolo della potenza è sempre la stessa. L'unica cosa che varierà sarà il numero di giri/coppia per ottenere la stessa potenza. Più stretto = maggiore numero di giri e meno coppia.



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Inviato il: 16/02/2019 01:13:09

Ciao Righetz,
Hai capito perfettamente cosa intendevo e mi hai chiarito le idee. In questi giorni sono stato un po' a studiare e leggere ( quel che potevo) riguardo le turbine e sono arrivato alla conclusione che per piccole velocità dei venti è meglio una turbina Multi-lobo o multi-lame,ancora non ho ben capito come si chiama( foto 1), che arrivano addirittura al 35% di efficienza. Dimmi tu cosa ne pensi anche perché hai più esperienza di me

Ho preso per buona anche quella a rotore elicoidale che non sembra male,anche se la velocità relativa del vento minima è più alta.
Su questo chiedo un tuo parere personale,se posso.
Inoltre ho fatto dei calcoli e mi sono dilettato ad inserire i valori in un grafico,per paragonare le differenze che si ottengono (considerando la potenza massima) tra sezioni trasversali al crescere di 0,5m (Vedere grafico).

Vorrei finire riproponendoti la domanda che feci inizialmente riguardo il concetto di ottenere da una turbina un elevata tensione ed un basso amperaggio in modo da ridurre le perdite del rame.
Ti sono grato per le risposte!
http://www.energialternativa.info/public/newforum/ForumEA/T/IMG_20190216_011218_762_1.jpg

http://www.energialternativa.info/public/newforum/ForumEA/T/IMG_20190216_011221_184.jpg

Sistemati link immagini




Immagine Allegata: IMG_20190215_011230.jpg
 
ForumEA/T/IMG_20190215_011230.jpg



Modificato da righetz - 16/02/2019, 11:20:14
 

righetz

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Inviato il: 16/02/2019 12:45:45

Come prima esperienza io mi orienterei ad una costruzione semplice a volte anche copiando dai grandi produttori.

In circolazione si vedono molte installazioni di generatori verticali della Ropatec tripala o pentapala (multipala) lineare molto simili a questa LINK.

E' un progetto semplice da realizzare per fare esperienza.

Per Quanto riguarda l'alternatore la soluzione migliore è quella dell'alto voltaggio e bassa corrente, si ottengono i migliori risultati nel campo del rendimento.

Tutto questo dipende dalla fonte principale, il vento. Questa valutazione deve essere fatta in loco dell'installazione della turbina.
Se il vento è costante ed in abbondanza non ci sono problemi. Se invece è incostante e assente per molti giorni non conviene economicamente, sarà solo un'esperienza didattica e dilettevole nello sperimentare nuove conoscenze.

La tua zone com'è? ventosa? Hai già fatto dei rilevamenti con un anemometro?



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Sanchez-137C
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Inviato il: 25/02/2019 15:38:16

Ciao Righetz,
il vento dalle mie parti si aggira su una velocità media annua di circa 14 km/h ossia circa 3.8m/s,prendendo per buono questo parametro ero deciso a costruire la turbina. Ho deciso di prendere la strada del "copia-incolla" come hai ben detto tu ,almeno per fare esperienza, poichè in campo di elettromagnetismo ne sò poco e niente.Ho deciso di prendere i file da thingiverse e fare un misto tra due progetti che ho trovato usando questo generatore:LINK
con le pale di questo: LINK

Tu cosa ne pensi?
Poi per la parte del generatore,per ciò che riguarda avvolgimenti e diametro del rame chiederei qui,se non ci sono problemi.
Un saluto Faccine/bye1.gif

Sistemati i link



Modificato da righetz - 25/02/2019, 20:57:11
 

righetz

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Inviato il: 25/02/2019 21:07:41

Con l'eolico ad asse verticale non ho una grande esperienza. Uno dei miei primi esperimenti è stato un fallimento

Se dovessi cimentarmi a realizzare qualche cosa inizierei proprio come la tua scelta. Le pale dritte del secondo link sono più semplici da realizzare e bilanciare.

L'alternatore del primo link come principio di funzionamento è identico a quello realizzato da DanWorth. Il trucco sta nel realizzarlo con le bobine "mooolto lunghe" .

Nel primo link sono state realizzate delle pale ibride, la tipologia costruttiva Darreus non offre una buona coppia di partenza. Difatti per ovviare a questo problema sono state aggiunte delle pale di tipo Savionus al centro.

La realizzazione a pala dritta come nel secondo link, ha una migliore coppia alla partenza. Anche se non sembra il profilo che si trova contro vento aiuta a spingere nella rotazione



Modificato da righetz - 25/02/2019, 21:13:49


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Sanchez-137C
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Inviato il: 04/03/2019 11:59:51

Ciao Righetz,
Volevo chiederti una delucidazione.
Per aumentare la potenza basta aumentare la sezione trasversale,fin qui ci siamo.Ma per aumentare la sezione trasversale devo aumentare,nel mio caso,la lunghezza o la larghezza. Ora volevo sapere ma la larghezza,in riferimento alla realizzazione del file che ti ho indicato precedentemente,l'aumento semplicemente allungando i bracci?

 

Dan Worth

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Inviato il: 04/03/2019 19:57:45

Ciao Sanchez,
Vediamo se ti posso aiutare.
Prendi due pale eoliche ad asse verticale, sostanzialmente fatte allo stesso modo (esempio: Savonius) che hanno la stessa area esposta al vento di 2 mq.
- Una ha un'altezza di 2 metri e un diametro di 1 metro.
- L'altra ha un'altezza di 1 metro e un diametro di 2 metri.
Da un punto di vista teorico alla stessa velocità del vento riusciranno ad estrapolare dal vento la stessa Energia secondo le formule sopra menzionate.

Quella alta 2 metri e con diametro di 1 girerà più velocemente e avrà una coppia minore.

Quella alta 1 metro e con diametro di 2 metri girerà meno velocemente ma avrà una coppia maggiore.

Spero questo ti chiarisca le idee.
Ci sono dei simulatori che a seconda delle dimensioni ti danno numeri di giri ad un determinato vento.

 
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