Per chi si stesse avvicinando alla costruzione di un generatore eolico anche solo per il gusto di veder generare pochi Watt deve considerare molti parametri.
Una volta individuato il generatore elettrico (solitamente è un alternatore automobilistico), bisogna progettare e costruire il piattello su cui si fisseranno le pale, le pale e la parte elettrica sarà costituita essenzialmente dai cavi e da un inverter.
Approccio alla progettazione
Se il generatore eolico che si vuole costruire lo si vuole istallare realmente occorre prima realizzarne uno in scala e poi ottimizzare il lavoro, se l'abitazione dove lo si vuole istallare è ventilata tutto l'anno la produzione potrebbe essere accettabile, per impianti dove l'istallazione deve generare corrente elettrica vi è la necessità di uno studio anemometrico e anemologico di almeno un anno.
Per sfruttare al meglio i venti il mini aerogeneratore deve essere posto in cima ad un edificio e non ci devono essere strutture che impediscano alle pale di ricevere la forza del vento, una volta individuato il posto dove piazzare il generatore eolico si deve trovare il punto dove piantare il palo su cui andrà fissato.
Dovendo istallare una macchina dotata di pale di una certa dimensione ed un certo peso ad una certa altezza è necessario considerare anche l'ipotesi di aggiungere dei tiranti (i tiranti non devono interferire con le pale), se il vento è forte potrebbe anche portarselo via.
Se il vento non deve staccare dal terrazzo il generatore eolico lo stesso dicasi per le pale, essendo soggette alla forza del vento ed alla forza centripeta devono essere realizzate con il giusto materiale ed essere fissate solidamente alla struttura, alcuni mini aerogeneratori eolici sono dotati di un sistema che quando il vento soffia troppo forte si piegano evitando inutili rischi.
L'intensità del vento è funzione delle caratteristiche orografiche del terreno, un suolo rugoso come quello delle città produrrà un vento meno intenso rispetto a quello che spira dal mare, altro discorso è l'altezza dal suolo, più si sale più si trovano venti intensi.
Un aerogeneratore funziona entro dei parametri minimi e massimi, a 2-4 m/s le pale cominciano a generare energia ed hanno un ottimo attorno ai 12 m/s mentre a velocità superiori a 25 m/s devono essere messi in protezione.
Pale dell'aerogeneratore
Per la costruzione di pale eoliche per aerogeneratori fai da te i materiali di cui si dispone sono limitati, spesso si trova qualcosa che faccia al caso nostro in magazzino e spesso è necessario attrezzarsi per costruirle.
Nella teoria la pala eolica deve essere più spessa verso il centro per sopperire alle sollecitazioni mentre va ad assottigliarsi verso il vertice, la forma affusolata del vertice viene studiata per far defluire l'aria alla giusta velocità, se defluisce rapidamente diminuisce la portata d'aria sfruttabile, se esce troppo lentamente crea delle turbolenze, la lunghezza e la geometria della pala eolica sono incognite che molti non sanno risolvere.
Più la superficie è ampia e più fluido verrà catturato per generare forza motrice (per esercitarsi meglio fare riferimento alla formula di Betz), il rovescio della medaglia è che una pala troppo lunga raggiunge limite fisici importanti, le dimensioni costruttive sono dettate da:
- Lunghezza del sostegno su cui si trova l'aerogeneratore
- Bisogna determinare un perimetro di sicurezza
- Flessioni a cui si andrebbe incontro
- Oscillazioni incontrollabili
- Pericolosità di trovarsi nei dintorni
- Rumorosità eccessiva
- Pericolo per la fauna
Una pala eolica deve catturare più aria possibile ma lo deve fare seguendo caratteristiche geometriche predefinite, gli aerogeneratori ad asse orizzontale possiedono pale dal profilo alare che sfruttano la portanza, la struttura risulta incavata in modo da dirigere il fluido e generare più forza motrice possibile.
La portanza è un valore utilizzato per realizzare i profili alare, l'errore che si commette è di pensare che la portanza sia un fenomeno di galleggiamento del velivolo sull'aria tramite la superficie dell'ala, questo è parzialmente vero, la superficie dell'ala è costruita con una bombatura sulla parte superiore, l'aria che viaggia più veloce (nella parte superiore) diminuisce la densità ed il peso è minore quindi l'aria che passa sopra l'ala ha un peso minore e l'aereo viene spinto verso l'alto.
Gli aerogeneratori possiedono solitamente tre pale, aumentare il numero delle pale potrebbe essere controproducente, la loro resistenza potrebbe essere compromessa dovendole costruire più strette, inoltre sarebbero soggette ad una maggiore erosione, producono una rumorosità maggiore e sarebbero meno efficienti alle alte velocità, mentre a basse velocità le turbolenze sarebbero maggiori con un inutile perdite di energia.
Il materiale con cui realizzare una pala eolica dovrebbe essere rigido e resistente e non flettersi quando la forza del vento incide sulla superficie, realizzare una pala di generose dimensioni con materiali resistenti come l'allumino potrebbe andare bene ma per ottenere un migliore rendimento sarebbe opportuno realizzare una pala in materiale composito, abbinare vetroresina con un anima d'alluminio o acciaio renderebbe di più.
Potenza estraibile dal vento
Chiunque progetta un impianto eolico deve ricavare la Potenza estraibile dal vento, la formula per ricavare la Potenza posseduta da una vena fluida è:
P v = ½ ρ A v3 (Watt)
La densità dell'aria ha un valore di 1,225 Kg/m3, il valore A è l'area misurata in m2 mentre v è la velocità in m/s.
La massima potenza ottenibile in teoria è:
Pm = Cp*Pv
Cp assume un valore variabile tra 0,4 e 0,5, per ottenere la potenza in Kwh di una turbina eolica occorre conoscere i valori della velocità del vento ed il diametro delle pale.
Es.
Diametro delle pale di 3 metri con una velocità del vento di 10 m/s si ottiene:
Pm = Cp*1/2* η*ρ*A*v3
Pm = 0,59*0,61 Kg/m3*0.60*(π* 2,25)*103 m/s
Pm = 1.525 KW circa
Con η si intendel'efficenza meccanica ed elettrica della turbina eolica.
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