Discussione: turbina ad asse verticale rivoluzionaria

Originariamente inviata da Stregatto

Anch'io avevo pensato a uno schema come quello che dai tu (quello della figura di sinistra), poi l'ho abbandonato perchè mi sono reso conto che le pale lavorerebbero solo per 1/4 del giro.
Se guardi la figura vedrai che le pale sono aperte solo nel quarto di giro in alto a destra. Poi girando percorrono il quarto di giro in alto a sinistra in cui sono messe di taglio e non lavorano.
Quando poi percorrono il quarto di giro in basso a sinistra possono succedere due cose:
- o le lasci libere di mettersi di taglio, ma in questo modo lo restarebbero per tutto il giro
- o le vincoli a non superare i 90° di inclinazione
In questo secondo caso le pale percorreranno tutto il mezzo giro in basso piegate di 90°; nel quarto di giro a sinistra faranno resistenza, compensata da una spinta uguale nel quarto di giro a destra.
Solo quando le pale arrivano all'estremo a destra, inclinate di 90° e di taglio al vento, ci pensa il vento a farle mettere di piatto.
Di conseguenza il vento lavora in modo utile solo per un quarto di giro. Troppo poco
E più o meno vale lo stesso discorso per angoli di vincolo diversi da 90°

Ha fatto meglio Antonio nel suo 'rivoluzionario' rotore in cui le pale ruotano attorno a perni orizzontali e il tutto ruota attorno a un asse verticale. Nel suo rotore le pale, sempre vincolate ai 90°, quando sono a destra vengono spinte dal vento in posizione verticale, quando sono a sinistra vengono messe di taglio, per cui lavorano per mezzo giro almeno.

Stregatto: OK vedo che hai compreso perfettamente il sistema, vorrei fare una piccola precisazione, io non sono l'autore della discussione iniziale, anche perchè dalle foto che ho postato si capisce il periodo in cui ho realizzato quell'idea. Provo a chiarire meglio la domanda che ha posto Flu con un esempio: prendi un pannello di polistirene di media grandezza, diciamo 30x40 cm. e tenendolo in mano in posizione verticale, fai un giro su te stesso, dopo di che mettilo di taglio e rifai lo stesso giro. E' inutile che continui tanto hai già capito, ora il fatto che tu devii il flusso d'aria sulla componente negativa del rotore ad asse verticale mascherandone la superficie investita, intanto ti obbliga ad avere un secondo sistema indipendente, che si orienta continuamente per coprire la componente negativa del rotore, e che deve essere guidato, ma ti risolverebbe in parte il problema, inquanto le pale non sottoposte a pressione/ depressione del vento, quindi quelle coperte per 180°, devono a loro volta affrontare la resistenza della massa d'aria che sono obbligate a spostare indirettamente.
Penso. Correggietemi se sbaglio.
Saluti
Antonio

Non sbagli, riconosco di aver sottovalutato la resistenza che comunque ha di per se il pannello nel percorrere i 180° "di ritorno"... un forum serve proprio a questo, no?!. Si può ovviare rendendolo curvo sull'asse verticale (si vedono svariate turbine su youtube fatte così e girare perfettamente pur non avendo la "mascheratura" - YouTube - Savonius colorido 2). Credo comunque che realizzare una maschera auto orientabile che copra metà turbina non sia così difficile, anzi!

Per quanto riguarda invece il sistema a pale mobili permettetemi di insistere. Per come si vede dal disegno, i panneli sono incernierati sull'asse oposto a quello sul quale ruotano, in questo modo sono liberi di orientarsi al vento per tutti i 180° in cui gli vanno contro, sono vincolati al telaio per gli altri 180° in cui il vento fa forza. E sono 180° e non 90° (anche se si può ipotizzare un po' di inerzia dei pannelli stessi). Basti immaginare una porta col suo telaio che ruota sull'asse opposto a quello delle cerniere.
Ecco qua un video di uno che ha realizzato il sistema (credo in legno) per come lo intendo io:
YouTube - Vertical Axis Wind Turbine (VAWT) Type: Pivoted Panel
Non avrei messo quel collegamento orizzontale fra i pannelli perchè del tutto inutile e aumenta gli attriti.

Ma siccome il gioco non consiste nel far girare una turbina ma nel poterne ricavare energia utilizzabile, qui la seconda domanda: come si calcola, anche sommariamente, l'efficienza di un sistema del genere?

Link a video di turbine con convogliatore simile a quello del disegno che ho allegato nel primo post:
YouTube - STAR VAWT model 3.1
YouTube - Vertical Axis Wind Turbine with Casing

Grazie!

Ci ho ripensato e mi è venuto in mente un altro schema che sembra proprio il tuo e che darebbe una spinta per 180° (figura 1)

Supponiamo che le pale possano ruotare di 180° intorno al loro asse verticale, solo dal lato a valle del braccio che le porta.
Quando le pale stanno sul lato sinistro sono messe tutte in bandiera, cioè allineate col vento, senza dare coppia resistente.
Quando una pala è nel punto più in basso (cioè più controvento) è allineata col braccio che la porta, dalla parte verso l'asse principale; questa è la massima escursione della pala in quella direzione.
Con la rotazione (antioraria) del braccio la pala resta allineata col braccio e lo rimane per tutta la parte di rotazione del braccio a destra dell'asse verticale, dando così una coppia in senso antiorario.
Quando la pala arriva nel punto superiore è ancora allineata col vento, ma in posizione controvento. Basta un minimo angolo di rotazione perchè ruoti di 180° portandosi dalla parte opposta, sempre allineata col vento.
Nel mezzo giro di sinistra la pala resterà sempre allineata col vento.
Cioè, nel mezzo giro di sinistra le pale sono allineate col vento in posizione esterna rispetto al loro perno, nel mezzo giro di destra sono allineate col braccio, in posizione interna rispetto al loro perno.
Unico piccolo inconveniente è lo sbattimento delle pale quando arrivano nel punto massimo sottovento e si portano di colpo da tutto in dentro a tutto in fuori.

E' da notare che una coppia limitata alla parte di rotore che si muove col vento si potrebbe realizzare anche chiudendo metà del rotore in un involucro chiuso. (Figura 2)

Questo permetterebbe di evitare la rotazione delle pale ma richiederebbe un orientamento del rotore sempre trasversalmente al vento.


In compenso l'involucro che chiude metà del rotore potrebbe essere sagomato in modo da deviare verso le pale del rotore il vento che colpisce la parte fissa. Questo raddoppierebbe in pratica la superficie utile esposta al vento (figura 3)

Perfetto Stregatto, hai centrato in pieno, questa è la turbina alla quale mi riferisco io. Credo che, malgrado tutto, questa a pannelli mobili sia la migliore turbina ad asse verticale in quanto le pale non oppongono alcuna resistenza al vento nella metà di sinistra (per come hai fatto tu il disegno). Per quanto riguarda il rumore si può ovviare (come ho già detto nei post sopra) usanto coppie di calamite (pannello-battente) orientate con la stessa polarità. Il pannello non dovrebbe sbattere contro il battente perchè impedito dalle calamite, e se proprio l'urto dovesse essere forte verrebbe comunque attutito molto.

Per la seconda soluzione ho fatto un disegno che allego. La copertura di fatto basta per soli 90°. Buona l'idea di convogliare tutta l'aria all'altra metà (tua figura 3) ma significherebbe creare un sistema molto ingombrante.

In questo disegno ho curvato forse troppo i pannelli, anche il "timone" che mantiente orientata la maschera è posizionato casualmente (si deve registrare al momento per come viene), per il resto è come lo immagino io.

Note di Moderazione: eroyka NON quotate interi messaggi! appesantite solo il testo! Grazie

Qualche considerazione, e vi pregherei di correggermi se sbaglio, poichè le correzioni servono a migliorare la nostra conoscienza delle cose. Le turbine ad asse verticali, mediamente vengono collocate a pochi metri di altezza dal suolo, questo significa che sono soggette a una notevole turbolenza, che sono la conseguenza del fatto che il flusso d'aria, pur avendo una direzione iniziale, viene continuamente deviato dalle superfici più o meno verticali/orizzontali, a seconda del paesaggio urbano relativo al posto in cui è collocato l'aerogeneratore, il che significa che ci troviamo di fronte a situazioni in cui avremo degli improvvisi picchi di vento di forte intensità, e relative pause.
I sistemi eolicodinamici esistenti, hanno sviluppato tutte le dinamiche possibili, per migliorare il rendimento rispetto un aerogeneratore ad asse orizzontale, che di solito per sua natura viene montato su di un traliccio bilanciato su un asse verticale, il quale scarica le sollecitazioni sulla diagonale del traliccio.
Ma poichè il tutto è mobile, pregiudica grandezze e accorgimenti progettuali non rapportabili a sistemi di natura domestica.
Concludo: l'idea di sviluppare sistemi eolicodinamici è sicuramente il miglior modo di affascinarsi e compiacersi del lavoro ideativo e creativo alla quale sicuramente ogniuno di noi può aspirare, perchè tutto ciò comporta un'intensa attività intellettiva.
Purtroppo devo ammettere che, lo sviluppo progettuale resta tale, almeno nel mio caso, inquanto complesso.
Realizzare un qualsiasi rotore o turbina che dir si voglia di natura dinamica, come ho già detto nei precedenti post, (non è affatto una passeggiata).
Esso pregiudica un'accurata progettualità nella meccanica, nei materiali, nella sicurezza, e non sò cos'altro.
Per cui se volete realizzare un giocattolo che dimostri il suo principio di funzionamento, va benissimo, anche perchè vi arricchireste delle conoscienze, ma da quì a realizzare una turbina dinamica che produca energia, e che resista a venti che viaggiano alla velocità di 25 metri al secondo e oltre... permettetemi: non è una cosa che si può realizzare in casa,
ne tantomeno nella migliore officina organizzata.
Sono sempre disponibile al confronto per migliorare la nostra conoscenza.
Saluti
Antonio

Sono d'accordo.
Questo vale anche per il tuo giocattolo, vero ?

io ho un'azienda che tratta energie alternative e stiamo organizzandoci per iniziare una produzione di micro eolico ad asse verticale 1,0 1,5 2,5 3,0 4,0 kw cerchiamo progetti

Abbiamo un progetto per un sistema mini- eolico. Se sei interessato contattami per e-mail.

Originariamente inviata da Stregatto

Sono d'accordo.
Questo vale anche per il tuo giocattolo, vero ?

Sopratutto, ma questo non vi deve scoraggiare nell' intraprendere la costruzione di un prototipo che funzioni e che produca energia elettrica, magari istallato in campagna per maggior sicurezza, lontano dai centri urbani. Se leggi a ritroso i post precedenti, troverai un messaggio in cui io stesso sostengo che quel prototipo è un giocattolo puramente osservativo nella sua dinamica.
Ti saluto
Antonio

io ho realizzato uno simile alla fig 1 di stregatto di circa 1m2 ma volevo ricordare 2 cose: 1) quando il rotore gira le pale sono colpite da un vettore vento relativo dato dalla somma del vettore vento e del vettore velocità rotatoria delle pale, 2)quanto il rotore ruota velocemente la pala nn ruota istantaneamente di 180° in quel punto ma potrebbe impiegare anche 90° di rotazione dell'albero verticale che secondo me influisce sul rendimento. nel mio progetto non era presente la rotazione istantanea di 180 in quanto lo facevo lavorare come una barca che naviga in bolina e nn come una barca con vento in poppa come il caso di stregatto, come si sa una barca che naviga in bolina può navigare a velocità maggiore della velocità del vento e con rendimenti maggiori rispetto al vento in poppa. infine nel mio prototipo le pale ruotano solo di 30° invece di 180°. sono anni che ci stò lavorando e cè ancora qualcosa da migliorare mi affiderò a voi. ciao a tutti.

luctos, potresti postare un disegno del tuo progetto? Grazie.

Originariamente inviata da luctos

io ho realizzato uno simile alla fig 1 di stregatto di circa 1m2 ma volevo ricordare 2 cose: 1) quando il rotore gira le pale sono colpite da un vettore vento relativo dato dalla somma del vettore vento e del vettore velocità rotatoria delle pale, 2)quanto il rotore ruota velocemente la pala nn ruota istantaneamente di 180° in quel punto ma potrebbe impiegare anche 90° di rotazione dell'albero verticale che secondo me influisce sul rendimento.

Hai perfettamente ragione. Io non tenevo conto della velocità delle pale dovuta alla rotazione (e ho l'impressione che siano pochi quelli che lo fanno). Visto che esiste bisognerà che riveda tutto.

Forse questo aspetto non conta nello schema proposto da Antonio, dove le pale sono incernierate orizzontalmente.

Ricordo che di un rotore che fungesse come le vele di una barca si era già parlato.
http://www.energeticambiente.it/ad-a...ere-tempo.html
Si trova in www.eolprocess.com . Io avevo solo cercato di capire come si potessero orientare le pale

E' proprio quello il problema stregatto: capire come si orientano le pale e la risposta nn cè nel sito da te indicato. Io avevo provato anni fa con un meccanismo a fare ruotare le pale intorno al loro asse verticale mentre la struttura stessa ruota, tieni anke conto che l'orientamento delle pale deve variare se varia la direzione del vento. poi ho optato per una sruttura + semplice un pò meno efficiente con le pale ke si orientavano automaticamente, però se il vento era troppo forte la turbina raggiungeva una elevatissima velocità con notevole rumorosità. sarebbe interessante sapere come funziona il meccanismo di www.eolprocess.com
ciao

Bè un'idea di come potrebbe funzionare l'avevo data io. http://www.energeticambiente.it/ad-a...ere-tempo.html

Il bello di EOLProcess è che le pale ruotano gradualmente, senza gli sbattimenti degli altri accrocchi che abbiamo escogitato qui, dunque dovrebbe essere un sistema silenzioso e anche robusto.
E un altro vantaggio è che sfrutta un po' anche il vento dal lato contrario per generare un po' di coppia, e questo non lo si trova in nessun altro rotore. Questo significa sfruttare tutta l'area esposta al vento e quindi aumentare l'efficienza del rotore, se calcolata su tutta l'area esposta; o, da un'altra parte, ridurre l'area necessaria per una certa potenza.

Il brutto è la necessità di un sistema di ruotismi per realizzare la rotazione delle pale.
E, al solito, che il rotore va orientato al vento, ma questo è un problema facile da risolvere.

scusate ragazzi ma se non ho capito male le turbine di cui parlate sono come queste? se si sono gia state brevettate da una azienda vicino casa mia
turbine eoliche ad asse verticale
http://www.youtube.com/watch?v=dK4UP08wB4k

Sì anche quella (di destra) della Metalgelli ha tutta l'aria di avere delle pale che girando si orientano gradualmente.
Che è la cosa più difficile da fare e mi piacerebbe capire come ci riescono.
Ho sempre grande rispetto per chi riesce a realizzare qualcosa nel modo più semplice e più ingegnoso.

Originariamente inviata da luctos

volevo ricordare 2 cose: 1) quando il rotore gira le pale sono colpite da un vettore vento relativo dato dalla somma del vettore vento e del vettore velocità rotatoria delle pale,

Riprendo questa osservazione. Ho rivisto lo schema di funzionamento aggiungendo in ogni posizione delle pale di fig. 1 al vettore del vento un secondo vettore con la corrente d'aria generata dal movimento delle pale stesse.
Nel caso in cui la velocità all'estremità delle paòe sia la metà della velocità del vento (TSR=0.5) si ha lo schema seguente:


Come prima le pale sono vincolate nel movimento (il vincolo è descritto con tratti paralleli alle pale). Si nota che esiste una fase utile di 120° nella quale si ha una coppia motrice. Nel resto del giro le pale sono messe di taglio al vento risultante.
In questo caso l'inversione delle pale si ha a un angolo di 30° sulla verticale.
(Era da aspettarsi che facendo ruotare le pale diminuisca la coppia motrice. Al limite, quando il rotore ha una TSR=1, non può dare nessuna coppia)

@zev605

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Un blog per costruire il Ventolone !

Se è a me che scrivi, ti dico che tutto quello che ho in mano è quello che ho scritto qui, che ovviamente non è brevettato. E sinceramente non mi entusiasma del tutto, anche se ha il vantaggio di non dover essere orientato al vento. Personalmente preferisco roba come il Windside (che nonostante quello che scrivono non può essere brevettato)

[QUOTE=Stregatto;118997170]Riprendo questa osservazione. Ho rivisto lo schema di funzionamento aggiungendo in ogni posizione delle pale di fig. 1 al vettore del vento un secondo vettore con la corrente d'aria generata dal movimento delle pale stesse.
QUOTE]
Stregatto, permettimi qualche osservazione, e se vuoi un suggerimento. Il percorso che state seguendo, è una strada già percorsa, e non solo da me (vedi la data sulle mie foto).
Anche se vincoli le pale, e le colleghi tra di loro, il principio è valido in via teorica, quello che state trascurando secondo la mia esperienza, è che quando la turbina comincia a girare, la forza centrifuga manterrà sempre aperte alcune pale, e chiuse le opposte, e più aumenta il vento e più si rafforza il fenomeno, per poi rallentare e ripartire in modo disordinato.
Per realizzare un rotore ad asse verticale con pale mobili incernierate sull'asse verticale, è necessario sviluppare un progetto con ruotismi meccanici, che a loro volta debbano essere controllati da una banderuola, che deve guidare il sincronismo al variare della direzione.
La soluzione che ho adottato nel mio prototipo, non è soggetto a forza centrifuga, sfrutta metà rotazione, mentre l'altra metà si autoannulla, e non ha bisogno di nessuna guida.
Perdonami l'osservazione.
Saluti
Antonio

Ancora una volta hai ragione. Effettivamente avevo trascurato l'effetto centrifugo.
E allora l'unico esempio di VAWT che funzioni, a parte i classic (Savonius, Darrieus, Windside...) e il tuo che effettivamente non presenta questo problema (ma resta quello degli sbattimenti quando le pale passano bruscamente dalla posizione in bandiera a quella di piatto) è quello di vincolare la posizione delle pale come nell'EolProcess e forse nel Metalgelli, che hanno pure il merito di sfruttare la forza del vento contrario ma richiedono un orientamento di tutto il rotore secondo il vento.
Se si accetta il discorso dell'orientamento allora ha senso anche chiudere la metà della girante che va controvento, magari sagomando la schermatura in modo da convogliare il vento verso le pale scoperte (e aumentandone la velocità).
Se si esclude l'orientamento, una innovazione possibile potrebbe essere quella di modificare la forma delle pale di un Savonius in modo che la pala che si muove controvento agisca da convogliatore del vento verso la pala sottovento; cioè invece di pale semicircolari, delle pale asimmetriche, del tipo come questo:

Buongiorno, io sono un velista e diciamo che di messa a segno di vele un pò me ne intendo.
L'andatura di bolina è sicuramente molto interessante , anche perchè consente di raggiungere velocità notevolissime sfruttando quello che noi velisti chiamiamo "vento apparente" e che ovviamente è presente anche nelle turbine verticali.
Usiamo 2 vele per ottimizzare il vento e spostare il + velocemente possibile diverse tonellate di barca in un fluido denso...l'acqua.
Il FIOCCO o GENOA è la vela di prua, la RANDA è la vela triangolare "centrale", l'abbinamento delle due fa si che si crei un "tubo" venturi per aumentare la velocità del vento sul lato "panciuto" della vela e quindi una depressione che fa spostare la barca "contro vento"; in realtà l'angolo minimo è circa 30°.
Quando si VIRA, ovvero si sposta la prua della barca verso la direzione del vento, "scavalcandolo" la RANDA si porta automaticamente dal lato giusto, il FIOCCO se autovirante anche, altrimenti è necessaria una semplice manovra.
La regolazione dell'inclinazione delle 2 vele rispetto al vento determina il rendimento, la velocità e lo sbandamento della barca. Un sistema di regolazione automatico dell'angolo di esposizione al vento delle vele potrebbe essere dato da SCOTTE elastiche opportunamente regolate, mentre la velocità di rotazione potrebbe essere ottenuta TERZAROLANDO entrambe le vele con sistemi di masse inerziali.
E' da prendere in seria considerazione che la turbina possa girare più veloce del vento, così come le barche a vela in certe andature viaggiano più veloci del vento che spira (stupiti ?), quindi la parte di velatura portante (il vento portante è quello che giunge da poppa) così come concepita ed utilizzata ora sia controproducente; secondo me si potrebbe provare a ridurre il suo apporto per capire se esso sia positivo o come credo negativo.

Sono a disposizione per ogni chiarimento.
Buon vento a tutti.
Stefano

Buongiorno a tutti, su questo forum ho letto molte buone idee interessanti e vorrei aggiungere la mia a cui sto pigramente pensando da molto tempo...
Sto sviluppando una pala verticale che in un movimento di rivoluzione intorno all'asse della turbina effettua contestualmente un movimento di rotazione di 180 gradi attorno al prorpio asse. In questo modo la pala è esposta normalmente al vento nel punto in cui il suo vettore di velocità è parallelo (concorde) alla direzione del vento, è invece posta parallelamente al vento quando i due vettori di velocità sono paralleli (discordi). Le altra due posizioni cartesiane vedono la pala posta a 45° rispetto alla direzione del vento, con effetto di portanza favorevole rispetto alla rotazione della turbina.
Immagino che chi è arrivato a leggere fin qui non abbia capito granchè quindi allegherò breve immagine esplicativa...

Ho solo un "piccolo" problema: come calcolo la portanza della pala in tutte le sue posizioni? Sto impazzendo con il software Profili ma con scarsi risultati...

ma è proprio quello che fanno qui: www.eolprocess.com

Ne abbiamo parlato in http://www.energeticambiente.it/ad-a...ere-tempo.html ; vedi il post #10 in particolare se vuoi sapere come realizzare la rotazione delle pale su se stesse (non è detto che si faccia proprio così, ma è un modo possibile)

Originariamente inviata da Stregatto

ma è proprio quello che fanno qui: www.eolprocess.com

Ne abbiamo parlato in http://www.energeticambiente.it/ad-a...ere-tempo.html ; vedi il post #10 in particolare se vuoi sapere come realizzare la rotazione delle pale su se stesse (non è detto che si faccia proprio così, ma è un modo possibile)

Secondo me è proprio il concetto che è in parte sbagliato, mi spiego:
Una parte della turbina lavora con venti portanti, ovvero che spingono una superficie, quindi la velocità massima che si può avere è quella propria del vento, non di più (analizzando solo questa parte) , certamente di meno.
Contemporaneamente un'altra parte della turbina lascia il regime di "andatura" portante per inserirsi in quella di "bolina", a questo punto però la geometria delle pale è assolutamente sbagliata dubito fortemente di un apporto significativo, anzi è probabile che si possa avere un'apporto negativo con la resistenza all'avanzamento superiore alla portanza di bolina.
Se invece la forma fosse ottimizzata per la massima prestazione in bolina tale da far superare alle pale la velocità del vento allora la parte "portante" risulterebbe controproducente, essendo investita da un vento apparente opposto al senso di marcia.

Capisco che per un profano della vela possa sembrare impossibile muoversi mossi dal vento più velocemente del vento stesso, ma questa è la realtà, per esempio nel link sotto potete vedere il record di velocità di un veicolo terrestre mosso dal vento, il vento spirava a 30 mph e il mezzo ha raggiunto 126 mph oltre 4 volte la velocità del vento.
Wind Powered car sets new world record at 126mph
Con catamarani e trimarani con hydrofloil succede lo stesso e li si devono muovere molte tonellate e spingerle a velocità pazzesche.
I moderni e divertenti moth viaggiano costantemente a velocità superiori a quelle del vento che sfruttano.

Concludendo, penso che il concetto "nuovo" su cui focalizzarsi sia proprio sfruttare le "andature" di bolina, ottimizzando la geometria delle pale per far girare la turbina ed abbandonare lo sfruttamento delle andature "portanti".
Ciao

Ottimizzare la geometria delle pale di una turbina eolica, è da sempre oggetto di studio, è necessario però distinguere le forze in gioco tra un moto lineare, e uno rotatorio. Nel moto lineare per esempio, non esiste la forza centrifuga. Una cosa di cui spesso viene trascurata nelle VAWT statiche, è proprio la forza centrifuga, che trasforma la turbina, in un vero e proprio volano, accumulando energia cinetica, per poi restituirla quando la potenza diminuisce.
Saluti
Antonio