Discussione: Una minuscola turbina Darrieus

Questa turbina non è nata con l'intento di produrre qualche watt per accendere un led e non è neppure destinata a fungere da soprammobile in salotto.
Lo scopo è viceversa verificare forma e funzionamento di questo tipo di turbina verticale che da tempo mi incuriosisce. Toccare con mano, insomma.
Un modello, sia per le dimensioni che per le tecniche ed i materiali utilizzati, scelto per la oggettiva impossibilità ad installare una macchina in dimensioni reali ed operative.
Realizzabile sul tavolo di cucina con materiali di scarto trovati in cantina e soffitta e con la disponibilità di una attrezzatura limitata.

Descrizione
Darrieus a tre pale diritte
Diametro turbina 500 mm
Altezza pale 450 mm
Profilo pale NACA 0021
Corda 85 mm
Spessore 17 mm
Braccia di sostegno pale profilate come le pale, singole per ognuna di esse
Tiranti sulle estremità delle pale in tondino di bambù diam. 3 mm
Supporto di rotazione ricavato da corpo ventola computer dim 80 x 80
Solidità pale in rapporto area spazzata 34%

L'intera turbina è stata ricavata da lastra di polistirolo espanso, profilato con filo caldo e seghetto a lama libera. I diversi pezzi sono incollati con colla vinilica.
Tutta la struttura, pale, braccia, mozzo è rivestita di tela leggera di cotone e rayon, incollata al polistirolo con colla vinilica e quindi verniciata con acrilica all'acqua, previa stuccatura dei difetti.
Alcuni pezzi, realizzati in legno compensato connettono tramite viti la turbina al supporto/ventola, utilizzato al solo scopo di disporre di cuscinetti scorrevoli ed in attesa di realizzarne uno più idoneo.

Prove operative
In attesa di ricevere l'anemometro ordinato e montare il contagiri (tachimetro bici), il modello è stato testato a sentimento usando un ventilatore tripala di 30 cm di diametro e 45 Watt di potenza.
La turbina non si avvia alla prima velocità del ventilatore, ma solo alla seconda, alla quale prende velocità rapidamente e senza incertezze.
Le difficoltà di avviamento alla velocità minima sono forse dovute a:
-Lo scarso spazio sul retro della turbina con creazione di vortici e flussi di ritorno, poiché la prova è stata fatta in una stanza piuttosto piccola.
-La dimensione ridotta del disco del ventilatore, con un conseguente flusso non uniforme sulla turbina.
-La eccessiva “solidità” delle pale della turbina. In determinate posizioni, le pale poste in posizione anteriore mettono in ombra quelle che stanno dietro.

Il suono della turbina è inavvertibile anche al massimo numero di giri ed ampiamente sopraffatto dal rumore del ventilatore.

Valutazioni ed errori
L'errore più evidente è stata la scelta del materiale di cui è costruita l'intera turbina, il polistirolo espanso. Scelta dettata dalla disponibilità dell'archetto a filo caldo risalente ad antiche esperienze di modellista.
Purtroppo, il polistirolo in lastre di formato adatto è reperibile solo come coibente per l'edilizia, del tipo a bassa densità (20 kg/m3) e non la qualità a densità 35-40 kg/m3 , più resistente e compatta. Dopo il taglio dei profili ho subito rilevata la cattiva finitura superficiale, dovuta alla grana grossolana del materiale e la infima resistenza meccanica.
Ho voluto egualmente proseguire nella costruzione, rivestendo il polistirolo con tela di cotone e rayon (una vecchia tecnica risalente agli albori del modellismo). La applicazione ha migliorato decisamente la resistenza ma si è accentuata la ruvidità e le imperfezioni della superficie, perchè colle e vernici utilizzate, a differenza dei prodotti a solvente non tendono la tela.

Un seguito eventuale
Un progetto futuro potrei realizzarlo con i seguenti criteri.
-Mantenimento delle attuali dimensioni e forma (circa).
-Profilo delle pale più sottile, tipo NACA 0019 oppure 0021 ma con corda ridotta a 70-75 mm.
-Profilo delle braccia/raggi più spesso tipo Naca 0024 o 0025.
-Costruzione interamente in legno, con pale fissate alle braccia tramite viti.
-Tiranti di metallo (Al) filettati alle estremità e fissati con dadi.
La idea è quella di consentire la sostituzione delle pale con altre di diverso profilo, corda, incidenza, allo scopo di valutare con facilità una configurazione ottimale.
-Realizzazione di un adeguato supporto stabile, su cuscinetti a sfere, al quale sia possibile fissare un piccolo generatore, a magneti permanenti in CA, o dinamo in continua, a seconda della disponibilità ed al solo scopo di quantificare le caratteristiche delle diverse soluzioni.
La prossima estate.
Forse...

Ciao

Complimenti Wilmorel, è bellissima.
Ora manca il generatore, e so che non hai bisogno di nessun consiglio.
Sono curioso di vedere le prossime evoluzioni.
Non fermarti......

molto ben fatta
non hai a disposizione dei video?

Originariamente inviata da tommy_sp

molto ben fatta
non hai a disposizione dei video?

Si, ma in attesa di perfezionare il tutto ed eventualmente mettere su you tube qualcosa di più serio, vi passo questo filmato in formato wmv camuffato da zip.

Originariamente inviata da triac60

...e so che non hai bisogno di nessun consiglio.
Sono curioso di vedere le prossime evoluzioni.
Non fermarti......

Penso invece che critiche costruttive e consigli siano benvenuti.
Grazie

Ciao,
sarebbe possibile mettere su un tutorial su come realizzare questo modello , magari usando materiali compositi (fibra di vetro, carbonio) ?

Ciao Gabdab
la tua idea di un tutorial è buona, ma io ho portato a compimento questa soluzione polistirolo-tela-vernice più per cocciutaggine che per convinzione. Inoltre non conosco a sufficienza la tecnica in vetroresina, della quale ho realizzato solo una cosuccia parecchio tempo fa (ho ancora i barattoli di resina e catalizzatore avanzati e certamente inutilizzabili in soffitta).
Se, come spero e tempo permettendo realizzerò una versione in legno e ferro, terrò traccia del lavoro e lo documenterò.

ok Wilmorel, grazie e buon lavoro.

Interessante, perchè non provi a verificare il rendimento di alcuni profili?
Ho intenzione di sostituire il profilo da me adottato 0021 con uno naca 0009 meno spunto alla partenza ma credo maggiore velocità.

Un saluto

Originariamente inviata da caporali66

Interessante, perchè non provi a verificare il rendimento di alcuni profili?
Ho intenzione di sostituire il profilo da me adottato 0021 con uno naca 0009 meno spunto alla partenza ma credo maggiore velocità.

Un saluto

Ho fatto alcune prove ed i risultati non mi soddisfano.
Non ho ancora ricevuto l'anemometro e le prove sono state condotte a sentimento, ma da alcuni indizi penso che Il TSR non superi il valore di 1,5, sicuramente dovuto alla eccessiva solidità.
Con le tre velocità disponibili del piccolo ventilatore domestico ho ottenuto rispettivamente 80, 100, 120 giri/min'.
Quando disporrò dell'anemometro farò le prove con un doppio ventilatore ed in un contesto un poco più spazioso onde ridurre vortici parassiti.
Ciao

Il nuovo modello di turbina è previsto per potere eseguire una facile sostituzione delle pale.
Sto raccogliendo il materiale per la futura costruzione.

PS
Nell'allegato, c'è un breve filmato wmv camuffato zip in cui si vede la partenza da fermo e il progressivo incremento di velocità fino a circa 100 g/m'

Dopo avere ricevuto l'anemometro ordinato, ho condotto le prove previste.
Ho dovuto ricredermi, perchè a sentimento avevo valutato la velocità del vento generato dal piccolo ventilatore fra 2 e 3 m/sec, mentre le misurazioni hanno fornito valori dimezzati e cioè compresi fra 1 e 1,7 m/sec.
Le valutazioni del modello devono perciò essere riviste.
Considerata la elevata solidità, i valori riscontrati forniscono un TSR di circa 2, cioè quasi nella norma.
Perciò, insieme al nuovo modello in costruzione, farò altre prove anche con la vecchia turbinetta montata su un supporto più solido.
Riferirò.

Ciao ,
hai per caso preso in considerazione l'uso di materiali usati negli ultraleggeri come il ripstop nylon per le ali (su una struttura di legno magari)?

Originariamente inviata da gabdab

Ciao ,
hai per caso preso in considerazione l'uso di materiali usati negli ultraleggeri come il ripstop nylon per le ali (su una struttura di legno magari)?

Per questi modelli, date le ridotte dimensioni e le sollecitazioni limitate, continuerò ad utilizzare materiali facili ed economici, legno e polistirolo ad alta densità (se riuscirò a trovarlo).
Per una ipotetica turbina futura, ho pensato di utilizzare un sandwich di legno e fibra di vetro.
Una soluzione molto semplice e poco impegnativa.
Intendo realizzare le pale, invece che in pezzo unico, in due metà, separate dalla linea di corda, con frapposta una rete in fibra di vetro e quindi il tutto incollato e tenuto in posizione con morsetti.
Chiaramente l'apporto della fibra, eccezionale in trazione, non è lo stesso ottenibile con la fibra all'esterno in funzione di rivestimento, tuttavia, con poca fatica si può ottenere un sostanziale miglioramento delle caratteristiche meccaniche.

Sembra un ottimo progetto, anche il video non è male, lo potresti mettere su youtube .
Per il sandwitch a quel punto potresti usare fibra di vetro e una schiuma poliuretanica ( o che è) come usano per la pale HAWT ( come nel pdf di Hugg Piggot):
http://ewb-uk.org/system/files/WT_Bl...ture_Guide.pdf

Poi ti chiedo se hai pensato ad usare gli acquiloni tipo kitegen, magari a più bassa quota rispetto a loro ?
Te lo ho chiesto perchè anch'io avrei valutato una VAWT tipo Darrieus , poi però mi chiedo se non costerebbe meno in materiali e se non sarebbe più sicuro in caso di rotture un sistema che utilizzi appunto acquiloni.
Tanto poi in entrambe i casi ci vuole la qualifica dell'impianto da parte dell'enel (gsl quel che è ..) e non sono sicuro che qualifichino impianti autocostruiti .

Originariamente inviata da gabdab

Poi ti chiedo se hai pensato ad usare gli acquiloni tipo kitegen, magari a più bassa quota rispetto a loro ?
Te lo ho chiesto perchè anch'io avrei valutato una VAWT tipo Darrieus , poi però mi chiedo se non costerebbe meno in materiali e se non sarebbe più sicuro in caso di rotture un sistema che utilizzi appunto acquiloni.

Anzitutto ti ringrazio per il link alla pubblicazione di Piggot, della quale avevo una vecchia edizione più scarna.

Se azzardassi ad alzare una Kitegen nel cielo cittadino dal mio appartamento, lo abbatterebbero quelli dell'antiaerea con i calibro 88, e i caramba massaggerebbero il mio sedere con le mitragliette a sale.
Puoi ben capire il motivo per il quale, insieme alla insopprimibile curiosità, mi limito ai modelli da appartamento. (per il momento)

No problem per la pubblicazione.
Mi sono accorto di aver erroneamente chiamato 'acquiloni' gli 'aquiloni'
Beh non credo che un aquilone di 10 mq dia fastidio più di tanto a un 30 metri da terra...
Il problema degli esperimenti in casa , e ne so qualcosa da pittore dilettante , barzellettiere dialettale, musicista dilettante.. è il disordine 'totale' e lo sporco sottostante
Comunque continua così , non è facile ottenere un risultato come il tuo .

Originariamente inviata da gabdab

Comunque continua così , non è facile ottenere un risultato come il tuo .

già, ne so qualcosa...
cmq seguo con interesse gli sviluppi, dato che, come sai, anch'io sono alle prese con un darrieus!!