Aeropompa Savonius

[fabrileone]

Salve ragazzi per un progetto universitario dovrei realizzare una turbina verticale Savonius accoppiata MECCANICAMENTE con una pompa alternativa a pistone. Non ho però grandi idee per cominciare. Ho fatto la valutazione del sito eolico e un calcolo della potenza per ogni valore di velocità del vento. Il problema è che non so ora che potenza scegliere per la pompa. Please HEL P MEEEE

[livingreen]

Ti piace complicarti la vita, vero? Tutti quelli che fanno le aeropompe usano i rotori orizzontali proprio per la facilità di accoppiamento meccanico con la pompa, e tu vuoi usare il verticale...

Boh.. o usi un rinvio a 90° con un eccentrico o un collo d'oca, oppure un sistema a camma o un piatto inclinato.

Come potenza, sceglierei quella che si adatta alla potenza sviluppata dal rotore alla minima velocità del vento, almeno funziona (quasi) sempre.
Sentiamo anche gli altri, però...

[fabrileone]

Tu dici???

Tu dici che dimensionando per la minima potenza fornita dalla turbina dovrebbe funzionare? e se la potenza della turbina è maggiore di quella della pompa????dove va la differenza di potenza in più?

[atomax]

se la potenza della turbina è maggiore di quella della pompa????

Solleciterai la pompa rischiando di danneggiarla! Una pompa se gira più piano avrà meno portata, quindi... poco vento, poca potenza sviluppata dalla turbina, meno acqua pompata (oltre a minore prevalenza), tanto vento tanta acqua pompata. La pompa andrebbe dimensionata per sopportare la potenza massima sviluppabile dalla tua turbina subito prima della velocità di cut-off. Hai previsto un sistema di sicurezza contro le raffiche?

[livingreen]

poco vento, poca potenza sviluppata dalla turbina, meno acqua pompata (oltre a minore prevalenza)

o forse zero, se non riesce a vincere gli attriti di primo distacco.. e la potenza sviluppata dalla pompa è insufficiente.

e se la potenza della turbina è maggiore di quella della pompa????

Non deve esserlo.
Secondo me, meglio dimensionare il tutto per la minima velocita del vento, ed effettuare il cutoff appena sopra quel livello

Comunque, ricorda che devi avere bassa velocità ed alta coppia.

[atomax]

Secondo me, meglio dimensionare il tutto per la minima velocita del vento, ed effettuare il cutoff appena sopra quel livello

Non è detto. In questo caso bisognerebbe sovraddimensionare la turbina e usare dei freni che dissiperebbero l'eccesso di potenza data da una macchina più grande di maggior costo.

ricorda che devi avere bassa velocità ed alta coppia.

Su questo punto sono totalmente d'accordo, soprattutto perchè la fase più critica (soprattutto con basse velocità del vento) potrebbe essere l'autoavviamento.

[livingreen]

Lo dico in altre parole: per ogni località esiste una distribuzione statistica della velocità del vento, ed esiste quindi una velocità "tipica" per quella zona.
Se dimensiono il sistema per il range di velocità prevalente in quella localita, ho la possibilità di veder funzionare la mia pompa per molti giorni ogni anno.
Se estendo il range verso il basso, posso usare anche venti più deboli (ma che di solito sono molto frequenti durante l'anno.
Se nonfaccio questo dimensionamento, rischio di sfuttare solo le raffiche più forti (e meno frequenti), e vedo la mia windpump funzionare solo per pochi giorni all'anno.

sovraddimensionare la turbina e usare dei freni che dissiperebbero l'eccesso di potenza

in genere usano proprio quel sistema.

[fabrileone]

La mia idea era questa:
uguagliare la potenza P(v) fornita ad una certa velocità v (calcolata come Cp*(0,5)*A*(v^3)) ed uguagliarla alla potenza assorbita dalla pompa che dipende tra l'altro dalla portata e dalle perdite continue e localizzate nonché dal carico totale (e quindi dalla quota di sollevamento più l'ulteriore aggravio per l'abbassamento della falda). Determinata la porta Q, calcolare quanta acqua sto accumulando moltiplicando Q per f(v)*dv*T. Sommando tutti i contributi otterrei il volume di acqua che riesco ad accumulare con il Savonius scelto. Se il volume complessivo è minore di quello voluto devo aumentare la potenza del Savonius aumentando l'area spazzata. Per fare questo, e lasciare inalterate le prestazioni, semplicemente aumetare l'altezza del rotore a parità di raggio.

Il problema è uno: prima di tutto dovrei fissare le dimensioni della condotta perchè altrimenti non ho un dato di partenza.
Secondo è evidente che in questo caso, uguagliando volta per volta la potenza della pompa a quella della turbina, otterrei valori variabili di portata e quindi di velocità nella condotta. Come dimensionare quindi la condotta? per quale velocità? e quale valore di potenza scegliere per la pompa da cercare a catalogo?

Spero di essermi ben spiegato

[fabrileone]

Dimenticavo:
f(v) = probabilità che si verifichi la velocità v-esima
A=area spazzata dal rotore
Cp= coefficiente di potenza del rotore eolico
T= arco di tempo di funzionamento

[Stregatto]

Credo che sia ragionevole dimensionare la pompa per la potenza fornita dal rotore con un vento a bassa velocità, in condizioni di massimo rendimento cioè con una velocità periferica del rotore calclata per il massimo rendimento.
Poniamo ora che la velocità del vento raddoppi. Se raddoppiasse anche quella del rotore fornirebbe una potenza 8 volte maggiore, mentre quella assorbita dalla pompa sarebbe solo il doppio. Allora succede che, non trovando abbastanza freno dalla pompa, il rotore si mette a girare più velocemente (e con lui la pompa), la velocità periferica delle pale si avvicina a quella del vento e il rendimento del rotore cala finchè non si raggiunge l'equilibrio, con una velocità di pompa e rotore e una potenza aumentate di più del doppio, diciamo di 3 volte.
Questo se la pompa lavora con una contropressione costante e una portata proporzionale alla velocità, e se l'accoppiamento pompa/rotore è rigido.

Se invece si riuscisse a modulare il rapporto di trasmissione in modo che il rotore giri sempre a un rapporto fisso con la velocità del vento, si potrebbe sempre ricavare dal vento la massima potenza e avere dalla pompa la massima portata.

[atomax]

Come dimensionare quindi la condotta? per quale velocità? e quale valore di potenza scegliere per la pompa da cercare a catalogo?

Quanti litri di acqua vorresti pompare in media ogni giorno? Qual'è la quota tra il pozzo e il serbatoio a monte?

[fabrileone]

L'unico dato che ho è il consumo annuo 12000 metri cubi...e il dislivello geodetico tra i due "serbatoi" cioè 20 metri. Il problema è però quello che leggi sopra...

[atomax]

Il problema è però quello che leggi sopra...

Io partirei proprio dal consumo annuo...
12 milioni di litri di acqua all'anno, fanno 33000 litri al giorno che equivalgono ad una portata media di circa 0,4 litri al secondo.
La prevalenza minima della tua pompa dovrebbe essere di 20m, ma stiamo sicuri, scegliamola da 25m. Ora possiamo ricavare approssimativamente la potenza assorbita dalla tua pompa:
P= G*m*H*Q* --> P= 9,81*1000[kg/mc]*25[m]*0,4E-3[mc/s] = 98W. Dividiamo questo valore per un rendimento medio della pompa pari al 60% e otteniamo la potenza da fornire alla stessa, pari a 98/0,6= 163W.
Questa è la potenza che deve sviluppare la tua turbina, alla velocità del vento che dovrai decidere tu. Data l'esigua potenza in gioco, è molto valida l'idea di livingreen, cioè quella di dimensionare la turbina per velocità del vento basse. Falla robusta, altrimenti una sola raffica te la porta via a pezzi! Ora tu parli molto della condotta, come se ti interessasse principalmente la velocità dell'acqua al suo interno. Se i tubi non sono esageratamente stretti, avrai perdite di carico esigue. Questo è un ragionamento di massima più o meno valido, non so di preciso che rendimento può avere una pompa alternativa a pistoni e non so se la condotta di aspirazione può superare una certa lunghezza.

[fabrileone]

la condotta conta eccome...perchè è questa che determina le perdite principali che vanno a sommarsi al dislivello geodetico e mi danno quindi il carico totale...mi sembra però che nessuno riesca a spiegarmi se la mia idea che ho esposto sopra è giusta o meno...

[atomax]

la condotta conta eccome...perchè è questa che determina le perdite principali ...

Considera la condotta realizzata con tubo in polietilene da 1'3/4. Con il valore di portata di 0,4l/s, e lunghezza della condotta di 50m, sapresti dirmi quanto valgono tali perdite?

mi sembra però che nessuno riesca a spiegarmi se la mia idea che ho esposto sopra è giusta o meno...

Non ho capito bene quale sia la tua idea... vorresti realizzare una turbina savonius che aumenta automaticamente le sue dimensioni in funzione del vento e della portata richiesta?
Una domanda... L'acqua prelevata dal pozzo viene accumulata in un serbatoio a monte o dev'essere consumata istantaneamente?

[Wilmorel]

Considera la condotta realizzata con tubo in polietilene da 1'3/4. Con il valore di portata di 0,4l/s, e lunghezza della condotta di 50m, sapresti dirmi quanto valgono tali perdite?

Con diametro interno di 43mm (1"1/2), la cadente secondo Colebrook è circa 0.004 mm/m, cioè 200 mm per 50 m.

Calcoli on-line, idraulica

[atomax]

Ciao Wilmorel, bello il sito! Volevo far valutare a fabrileone che le perdite di carico, nel suo caso, non rappresentano un collo di bottiglia per il sistema. Lui avrà una cadente di circa 0,2m se usa un tubo in PVC da 1"1/2 lungo 50m, scegliendo una pompa con 5m di prevalenza in più, avrà un margine di sicurezza più che sufficiente... o sbaglio?

[Wilmorel]

Avevo compreso il tuo intento e sottoscrivo.
Ciao
Will