Aiuto eolico

[luca90]

Salve a tutti ragazzi vorrei delle informazioni.. sto facendo la tesina su impianti eolici ora dovrei fare un esempi e quà nasce il problema vorrei fare un esempio i un impianto qualcuno mi pò aiuare..
vorrei sapere come si calcola la lunghezza delle pale ? potenza prodotta giornaliera ? sapendo il vento ed la potenza che mi occore.... aiutatemi

grazie tutti in anticipo luca90

[luca90]

aiuto devo fare un esempio dovrei alimentare una piccola casa in montagna isolata dalla rete elettrica per poter far funzionare una potenza massima di 150 W ( DOREI FARE SPECE UN PROGETTINO ) che luncghezza devono avere le pale che tipo di generatore devo mettere che batteria devo avere ( calcolo con le rispettive formule) sapendo che ho un vento costante di 5m/s con venti di picco a 8m/s aiutatemi grazie.....

[transistor86]

non ho capito una cosa: ma devi costruirlo il generatore eolico e vuoi soltato sapere come si calcola tutto ciò solo per la tesina?

[Wilmorel]

Caro ragazzo, un ben strana richiesta questa tua tesina.
Mi chiedo come farai a discuterla...


Ad ogni buon conto, per il calcolo delle pale occorre partire da potenze elettriche, rendimenti, tipologia della turbina eolica, ed innanzitutto ventosità.

Fornisci due valori di velocità del vento, 5 m/sec ed un massimo di 8 m/sec.
Inoltre richiedi una potenza di 150 W.
Non mi è chiaro se la potenza deve essere erogata a 5 od 8 m/sec, ma presumo la prima ipotesi, perchè in caso contrario, la potenza utilizzabile sarebbe veramente scarsa.

La formula basilare è:
P= 0.64*cp*A*V^3
dove:
0.64 numero fisso dipendente dalle unità di misura, densità dell'aria, ecc.
Cp= coefficiente di potenza variabile secondo il tipo di turbina (0.35 circa se una tripala ad asse orizzontale)
A= area spazzata dalla turbina (pigreco*R^2)
V= velocità del vento

Se la potenza elettrica disponibile deve essere 150 W, occorrerà dividerla per il rendimento per avere la potenza meccanica necessaria sull'asse.
Ipotizziamo il rendimento elettrico dell'alternatore pari a 0.7
Pa=150/0.7 = 214 W di potenza meccanica necessaria sull'asse turbina.

Il nostro valore in incognito è A, perciò dalla prima formula ricaviamo:

A=214/(0.64*0.35*5^3) = 7.65 mq di area spazzata dalle pale.

La arcinota formula R=RadQ(A/pigreco) fornisce il raggio, cioè la lunghezza di ogni singola pala.
R=RadQ(7.65/3.14) =1.56 m

A queste condizioni, con un TSR di circa 4 (rapporto vento/ vel. periferica) avrai una velocità periferica di:
Vp=V*TSR=5*4= 20 m/sec

Cioè una velocità di rotazione di:
Vr=Vp*60/2*R*3.14=20*60/(2*1.56*3.14) =122 giri/min.

Se la potenza è riferita a V=8 m/sec, ripeti la procedura sostituendo i valori.

[luca90]

non ho capito una cosa: ma devi costruirlo il generatore eolico e vuoi soltato sapere come si calcola tutto ciò solo per la tesina?

no voglio solo un esempioda calcolo...

[luca90]

Caro ragazzo, un ben strana richiesta questa tua tesina.
Mi chiedo come farai a discuterla...


Ad ogni buon conto, per il calcolo delle pale occorre partire da potenze elettriche, rendimenti, tipologia della turbina eolica, ed innanzitutto ventosità.

Fornisci due valori di velocità del vento, 5 m/sec ed un massimo di 8 m/sec.
Inoltre richiedi una potenza di 150 W.
Non mi è chiaro se la potenza deve essere erogata a 5 od 8 m/sec, ma presumo la prima ipotesi, perchè in caso contrario, la potenza utilizzabile sarebbe veramente scarsa.

La formula basilare è:
P= 0.64*cp*A*V^3
dove:
0.64 numero fisso dipendente dalle unità di misura, densità dell'aria, ecc.
Cp= coefficiente di potenza variabile secondo il tipo di turbina (0.35 circa se una tripala ad asse orizzontale)
A= area spazzata dalla turbina (pigreco*R^2)
V= velocità del vento

Se la potenza elettrica disponibile deve essere 150 W, occorrerà dividerla per il rendimento per avere la potenza meccanica necessaria sull'asse.
Ipotizziamo il rendimento elettrico dell'alternatore pari a 0.7
Pa=150/0.7 = 214 W di potenza meccanica necessaria sull'asse turbina.

Il nostro valore in incognito è A, perciò dalla prima formula ricaviamo:

A=214/(0.64*0.35*5^3) = 7.65 mq di area spazzata dalle pale.

La arcinota formula R=RadQ(A/pigreco) fornisce il raggio, cioè la lunghezza di ogni singola pala.
R=RadQ(7.65/3.14) =1.56 m

A queste condizioni, con un TSR di circa 4 (rapporto vento/ vel. periferica) avrai una velocità periferica di:
Vp=V*TSR=5*4= 20 m/sec

Cioè una velocità di rotazione di:
Vr=Vp*60/2*R*3.14=20*60/(2*1.56*3.14) =122 giri/min.

Se la potenza è riferita a V=8 m/sec, ripeti la procedura sostituendo i valori.

grazie mille per la spiegazione non mi è chiaro una cosa cosa intendi TSR?
poi sarebbe un impianto possibile da costruire e che darebbe i suoi frutti ?

[Wilmorel]

TSR è una sigla o acronimo che in italiano significa Rapporto fra la velocità periferica della turbina e la velocità del vento (era indicato fra parentesi).

Il dimensionamento della turbina è solo un primo passo, e non certamente il più importante.
Ogni progetto nell'eolico che non sia un semplice modellino costruito per curiosità e spesa minima, deve essere preceduto da rilievi anemometrici, cioè rilievi sulle variazioni o quantificazioni della velocità del vento in un periodo di riferimento.
Ogni progetto intrapreso senza questo essenziale passaggio e con dispendio di energie, tempo e risorse economiche rischia seriamente di essere fallimentare.
La turbina deve poi essere scelta sulla base della ventosità. Turbine per una ventosità media di 6 m/sec sono diverse da turbine con ventosità media di 10 m/sec.
Superati positivamente questi passaggi occorre, se si è orientati alla autocostruzione, reperire un buon progetto.
E' impensabile iniziare una costruzione non sperimentale, senza disporre di una sostanziosa esperienza od un buon progetto.
Come minimo bisogna leggere, leggere tanto sull'argomento.
Già in questo forum, in questa sezione ed altre affini, puoi trovare tanti thread interessanti. Punta sui più corposi e quelli dal titolo significativo.
Poi sfoglia il seguente collegamento:

Hugh Piggott - Scoraig Wind Electric

[tommy_sp]

ciao luca90
dal tuo nome (90) e dalla tua richiesta mi sa che c'è di mezzo l'esame di maturità.. ..
cmq sono da'accordo con tutto ciò che ha detto wilmorel, faccio solo una piccola precisazione sul calcolo della potenza: il n° 0.64 ha un'origine, e credo che ti interessi sapere quale:

la potenza come sempre si calcola come la derivata nel tempo dell'energia cinetica, cioè

P= (d/dt)*(m*v^2)/2

poi m che è la massa la puoi scrivere come densità per volume o anche come densità per area frontale per unità di profondità ( rho*A*x)

a questo punto sostituisci nella formula di prima, e siccome l'unica variabile è x, sarà solo questa che verrà derivata. tutto il resto è costante, ottieni

P=(1/2)*rho*A*(v^2)*(dx/dt)

dove dx/dt altro non è che la velocità del vento v, è per questo che poi ottieni la formula finale

p=(1/2)*rho*A*(v^3)

rho dell'aria è circa 1.25 kg/m^3 (ecco da dove arriva 0.64) inoltre dovrai aggiungere il rendimento globale della turbina, in quanto questa è la potenza del vento ad una certa velocità, che non è assolutamente quella che poi riuscirai ad ottenere all'albero.

ti consiglio se vuoi procedere in questa direzione di proporre anche il limite di betz, abbastanza semplicee molto interessante del perchè a livello fisico il rendimento non potrà mai e poi mai superare il 59 %

[luca90]

ringrazio Wilmorel e tommy_sp ma ora mi è sorto un altro problema forse a voi elementare
dopo che mi avete risolto il primo problema quello dei calcoli ( ringrazio ancora ) sapendo che ho una potenza di 150 w che vorrei ce questa potenza si utilizzi per accendere delle lampadine vorrei sapere se devo utilizare un inverter ( quale modello e che funzioni deve avere ) poi se dovrei utilizzare una batteria ( di che portata deve avere per aver un buon funzionamento) e per ultimo dovrei creare lo schemma del impianto

[luca90]

vorrei sapere da parte da Wilmorel se i calcoli che mi ha fatto sono da mono pala, bi-pala,tri-pala quale delle tre soluzioni mi consigliate e in tal caso cosa cambia tra di loro sempre sapendo che ho un vento di 5m/s e che mi occore una potenza di 150w grazi mille

[luca90]

vorrei sapere da parte da Wilmorel se i calcoli che mi ha fatto sono da mono pala, bi-pala,tri-pala quale delle tre soluzioni mi consigliate e in tal caso cosa cambia tra di loro sempre sapendo che ho un vento di 5m/s e che mi occore una potenza di 150w grazi mille

[Wilmorel]

I calcoli sono simili, per le tre versioni, ma differiscono per il TSR, Maggiore per il monopala ed inferiore per il tripala.
Quelli fatti sono per il tripala.
Si da per scontato che le pale siano tre o più.

Sarebbe importante sapere realmente su quale ventosità media puoi contare, velocità e durata...
Per una velocità così bassa, potrebbero essere interessanti 4 o 5 pale.
Nel forum ci sono alcuni esempi.

[luca90]

I calcoli sono simili, per le tre versioni, ma differiscono per il TSR, Maggiore per il monopala ed inferiore per il tripala.
Quelli fatti sono per il tripala.
Si da per scontato che le pale siano tre o più.

Sarebbe importante sapere realmente su quale ventosità media puoi contare, velocità e durata...
Per una velocità così bassa, potrebbero essere interessanti 4 o 5 pale.
Nel forum ci sono alcuni esempi.

ringrazio Wilmorel e tommy_sp ma ora mi è sorto un altro problema forse a voi elementare
dopo che mi avete risolto il primo problema quello dei calcoli ( ringrazio ancora ) sapendo che ho una potenza di 150 w che vorrei ce questa potenza si utilizzi per accendere delle lampadine vorrei sapere se devo utilizare un inverter ( quale modello e che funzioni deve avere ) poi se dovrei utilizzare una batteria ( di che portata deve avere per aver un buon funzionamento) e per ultimo dovrei creare lo schemma del impianto

[Wilmorel]

L'inverter lo utilizzi se devi immettere energia in rete o se pur essendo in isola i tuoi apparecchi funzionano a 220 V AC.
Se come presumo sei in isola, il passaggio intermedio, consiste nel caricare una od un pacco di batterie, attraverso un regolatore di carica.
In questo forum trovi uno schema a firma Andy ( http://www.energeticambiente.it/fai-...#post118956958 post 58) e su e-bay trovi caricabatterie commerciali non dedicati, che a mio parere possono non funzionare correttamente.
Quando sarai giunto a caricare la/le batterie, si porrà la questione di come utilizzare la energia, se a bassa tensione CC o 220 CA.

[luca90]

L'inverter lo utilizzi se devi immettere energia in rete o se pur essendo in isola i tuoi apparecchi funzionano a 220 V AC.
Se come presumo sei in isola, il passaggio intermedio, consiste nel caricare una od un pacco di batterie, attraverso un regolatore di carica.
In questo forum trovi uno schema a firma Andy ( http://www.energeticambiente.it/fai-...#post118956958 post 58) e su e-bay trovi caricabatterie commerciali non dedicati, che a mio parere possono non funzionare correttamente.
Quando sarai giunto a caricare la/le batterie, si porrà la questione di come utilizzare la energia, se a bassa tensione CC o 220 CA.

ma andrebbe bene cosi l'impanto ne ho trovato uno su internet praticamente l'aerogeneratore è collegato a un regolatore ti carica ( cosa si intende) poi si collega alla bateria dalla batteria ho i 12 v cc ( io il mio impianto produce 150w di potenza (come potrebbero essere utilizata andrebbero le lampadine ? o che altro tipo di carico ) se invece voglio i 220v dalla batteria collego inverte e da li uso i 220 v ca ( sapendo ce ho una potenza di 150 w cosa potrei collegare esempio di carico ? )
la corrente prodotta dal mio impianto che vete fatto in precedenza l'avrei disponibile quando il mio impiato funziona cioè produce invece quando è fermo cioè non c'è vento utilizzo quella della batteria.... per quanto tempo potrei utilizare quella che mi viene fornita dalla batteria ?
grazie mille per i chiarimenti....

[Wilmorel]

Premesso che la energia erogabile da una batteria dipende da quanta ne è stata immagazzinata. Rimanendo a dati di targa, puoi ipotizzare di avere una intensità di di corrente pari ad 1/20 della capacità nominale per una scarica totale non superiore a 70% della nominale.
Es.
Una batteria da 40 Ah potrà erogare 40*1/20= 2 A, ma non potrrà farlo per la totalità della capacità, bensì per circa 70%, cioè 40*70/100= 28 Ah
Cioè 28/2=14 ore
Erogherà una corrente massima di 2 A per 14 ore, se completamente carica all'inizio...

[luca90]

Premesso che la energia erogabile da una batteria dipende da quanta ne è stata immagazzinata. Rimanendo a dati di targa, puoi ipotizzare di avere una intensità di di corrente pari ad 1/20 della capacità nominale per una scarica totale non superiore a 70% della nominale.
Es.
Una batteria da 40 Ah potrà erogare 40*1/20= 2 A, ma non potrrà farlo per la totalità della capacità, bensì per circa 70%, cioè 40*70/100= 28 Ah
Cioè 28/2=14 ore
Erogherà una corrente massima di 2 A per 14 ore, se completamente carica all'inizio...

grazie ma nn riesco a capire
come faccio a alimentare l'inverter o un carico avendo 2A che mi escono dalla batteria e quanti volt avrei sempreusando i dati forniti al inizio... grazie ma nn riesco a capire

[Wilmorel]

Se parliamo di una batteria, avrai i consueti 12 V, che moltiplicati per 2 A fanno 24 W in corrente continua.
Se devi alimentare un carico in corrente alternata a 220 V, dovrai collegare la batteria ad un inverter commerciale 12 CC / 220 CA.
Ne esistono, in vendita nei market fai da te e su e-bay di tutte le potenze (piccole) e di una vasta gamma di prezzi.
50, 100, 150, 200, 400, Watt ecc. per prezzi che vanno dai 10 euro a 250 e più.

In uscita in alternata potrai anche avere una potenza superiore a quella nominale, ma che se utilizzata sistematicamente potrebbe dannaggiare la batteria, che mal sopporta scariche a correnti elevate.
E' ovvio che il collo di bottiglia è costituito dalle caratteristiche dell'inverter.
Non lesinare nella potenza, specialmente se alimenti carichi induttivi.

[luca90]

Se parliamo di una batteria, avrai i consueti 12 V, che moltiplicati per 2 A fanno 24 W in corrente continua.
Se devi alimentare un carico in corrente alternata a 220 V, dovrai collegare la batteria ad un inverter commerciale 12 CC / 220 CA.
Ne esistono, in vendita nei market fai da te e su e-bay di tutte le potenze (piccole) e di una vasta gamma di prezzi.
50, 100, 150, 200, 400, Watt ecc. per prezzi che vanno dai 10 euro a 250 e più.

In uscita in alternata potrai anche avere una potenza superiore a quella nominale, ma che se utilizzata sistematicamente potrebbe dannaggiare la batteria, che mal sopporta scariche a correnti elevate.
E' ovvio che il collo di bottiglia è costituito dalle caratteristiche dell'inverter.
Non lesinare nella potenza, specialmente se alimenti carichi induttivi.

vediamo se ho capito bene dalla batteria ho 12v 2a e 24wcon questa dati cosa potrei alimentare ?
invece alimentando l'inverter posso avere una 220v e una potenza a mia scelta in base hai dati del inverter anche 400W anche se con l'impianto eolico ne produco solo 150 w?
mi scuso per le mie domandi banali ma non sono pratico e dato che è la mia tesina vorrei avere le idee chiare..

[Wilmorel]

Con la batteria che abbiamo detto potrai avere 24 W in continua 12 V ,da utilizzare per le 14 ore che abbiamo detto.
Te ne potrai servire per accendere una lampada auto da 20-25 W.
Potrai volendo accendere una lampada auto da 50 W, ma solo per 7 ore e con rischio per la batteria, se questa procedura non corretta viene utilizzata sistematicamente.

Se utilizzi l'inverter, disponi delle medesime potenze e delle stesse condizioni, meno qualcosa che l'inverter dissipa. (diciamo che questo tipo di inverter economici possono avere un rendimento dell' 80%)
Queste condizioni le avrai in corrente alternata a 220 V e perciò potrai accendere una lampada da 20 W o da 40 W o un piccolo ventilatore da 40 W, tutti a 220 V.
Le potenze, salvo le perdite per rendimento non cambiano. Cambiano correnti e tensioni.

"Da una rapa non puoi cavare sangue"

[luca90]

Con la batteria che abbiamo detto potrai avere 24 W in continua 12 V ,da utilizzare per le 14 ore che abbiamo detto.
Te ne potrai servire per accendere una lampada auto da 20-25 W.
Potrai volendo accendere una lampada auto da 50 W, ma solo per 7 ore e con rischio per la batteria, se questa procedura non corretta viene utilizzata sistematicamente.

Se utilizzi l'inverter, disponi delle medesime potenze e delle stesse condizioni, meno qualcosa che l'inverter dissipa. (diciamo che questo tipo di inverter economici possono avere un rendimento dell' 80%)
Queste condizioni le avrai in corrente alternata a 220 V e perciò potrai accendere una lampada da 20 W o da 40 W o un piccolo ventilatore da 40 W, tutti a 220 V.
Le potenze, salvo le perdite per rendimento non cambiano. Cambiano correnti e tensioni.

"Da una rapa non puoi cavare sangue"

ipotiziamo di avere un vento di 5 m/s costatnte per 10 ore e vorrei alimentare 4 lampade da 40 w
40*4=160w pero vorrei che le lampade durasseno 8 ore
160W*8=1280 W giornalieri
poi utilizando le formule di prima
1280/ rendimento trovola potenza meccanica che mi occore sul asse della turbina
1280/0.7=1828.5
trovo l'area delle pale
A=1828.5/(0.9*0.35*5^3)=65mq
ora trovo il raggiola lunghezza della pala
R=radQ(65/3.14)=4.5 fino quà è giusto il mio esempio ??
parte due ora mando al inveter una potenza di 1280w che tipo di inverter devo avere ? quanto deve essere lapotenza della batteria ?
grazie mille scusate riguardatemi anche i calcoli e ditemi se è possibile vorrei usare questo esempio e metterlo nella tesina è urgente grazie mille ancora

[Wilmorel]

Allora, Luca
nella esposizione che hai fatto ci sono alcuni errori che ti evidenzio.

ipotiziamo di avere un vento di 5 m/s costatnte per 10 ore e vorrei alimentare 4 lampade da 40 w
40*4=160w pero vorrei che le lampade durasseno 8 ore
160W*8=1280 W giornalieri

Nel prodotto fra potenza per il tempo ottieni la ENERGIA necessaria per le tue 4 lampade da 40 W per 8 ore.
Hai cioè 160*8= 1280 Wh (Wattora). Attento perchè per una distrazione del genere possono facilmente segare.
Se i concetti di potenza ed energia non ti sono più che chiari, cerca in questo forum con il motore di ricerca, oppure su Wikipedia.

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Il dimensionamento della turbina non la dovrai fare partendo dalla energia da accumulare, ma con la potenza istantanea risultante dalla divisione della energia necessaria per il numero di ore di vento medio e costante. Energia necessaria/ ore funzionamento turbina a vento medio e costante = potenza elettrica turbina, 1280/10=128 W . La potenza meccanica sarà: Potenza elettrica/rendimento turbina= 128/0.7=183 W .

-------------------------

trovo l'area delle pale
A=1828.5/(0.9*0.35*5^3)=65mq

Il coefficiente onnicomprensivo che include densità dell'aria e unità di misura, non è 0.9 ma 0.64.
Ecco il calcolo con i nuovi dati:
A= 183/(0.64*0.35*5^3) = 6.54 mq
da cui il raggio della turbina:
r= radQ(A/pigreco) = radQ(6.54/3.14) = 1.44 m

----------------------------

parte due ora mando al inveter una potenza di 1280w che tipo di inverter devo avere ? quanto deve essere lapotenza della batteria ?

L'inverter non va dimensionato sulla base della energia accumulata, (potenza=errore) ma della massima potenza richiesta dal carico, che nel tuo esempio è pari a 4 lampade da 40 W e cioè 160 W. Dovrai prudenzialmente prevedere un inverter che tenga conto del rendimento proprio cioè 160/0.8= 200 W .
Se per qualsiasi motivo il carico dovesse essere induttivo, cioè motori, ventilatori, frigoriferi, pompe ecc. e non semplicemente resistivo, cioè lampadine, stufette, ecc. occorre considerare una potenza superiore di almeno il 50% per tenere conto dei maggiori carichi allo spunto (in pratica 300 W).

-------------

Chiaramente, la batteria dell'esempio precedente non è sufficiente per accumulare la energia prodotta dalla turbina di 2.9 m di diametro con vento di 5 m/sec per 10 ore costanti.
Se l'inserzione del carico, come si presume è temporalmente sfalsato rispetto alla produzione di energia della turbina, occorre accumulare tutta la energia prodotta (immaginiamo che il vento ci sia solo di giorno e la energia venga consumata solo di notte...)

Il dimensionamento della batteria oltre alla potenza richiesta dal carico dovrà tenere conto del rendimento dell'inverter, dovrà cioè essere più capiente di quanto serve per accendere le 4 lampade per 8 ore per tenere conto di quanto perde l'inverter.
Sarà: 1280/0.8= 1600 Wh di energia da accumulare tenuto conto dei rendimenti.

Energia da accumulare/ ore di utilizzo carico = Potenza erogata istantaneamente dalla batteria = 1600/8= 200 W (che corrisponde poi alla potenza richiesta dalle 4 lampade + perdite inverter)

Corrente erogata = Potenza/Tensione batteria = 200/12= 16.7 A
Sulle 8 ore di funzionamento delle lampade avremo un flusso di corrente di 16.7*8= 133.3 Ah che è la capacità minima ipotetica della batteria.
Purtroppo la batteria non puo essere completamente scaricata, ma solo al 70%, percio avremo:
Capacità minima batteria = capacità ipotetica/percentuale di scarica = 133.3/0.7= 190.4 Ah
Questa capacità è però valida se sottoponiamo la batteria a cicli di scarica con corrente pari ad 1/8 della sua capacità, cosa che ne accorcia drasticamente la vita utile.
Per ovviare all'inconveniente, occorre prevedere una capacità tale che la corrente erogata in A corrisponda ad 1/20 della capacità nominale della batteria.
Cioè i 16.7 A che abbiamo calcolato vengano erogati sono equivalenti ad 1/20 della capacità nominale della nostra batteria.
Si ha cioè: 16.7*20 =334 Ah che è la capacità nominale assunta prudenzialmente per evitare cicli di scarica e carica pericolosi per la vita della batteria.

PS
Se riesci ad trovare un po di tempo, guardati inoltre in questo forum, nella sezione specifica, qualcuno dei numerosi thread riguardanti le batterie, auto, stazionarie ecc.

Una osservazione non inerente alla tua tesina ma pratica, applicativa.
Per caricare un batteria non basta collegare i morsetti del generatore a quelli della batteria, ma è necessario un regolatore di carica specifico per l'eolico.