Newsgroup: it.hobby.fai-da-te
Titolo: Come si calcolano gli aerogeneratori. (4)

Continuando il discorso sul rotore a vento, vediamo in questa
puntata come fare per tener sempre orientata l' elica al vento,
nonchè come si calcola il profilo delle pale.
Ma interesserà a qualcuno, o il risultato di questa serie
di  messaggi è solo quello di occupare banda passante per nulla ?
--------------------------------------------------------------
Avete presente una fusoliera d' aereo vista di lato ?
Bene. Immaginate questo aereo che venga investito da un
vento laterale, cioè che spinga di lato.
Oltre a farlo scorrere nel letto del vento (cioè a portarlo
sottovento), l' azione di spinta laterale tenderà a far ruotare
l' aereo sul suo asse verticale (detto d' imbardata), cioè
a mutarne la direzione di rotta.
Questo è dovuto al fatto che si genera un momento ruotante
attorno al baricentro (momento inteso come il prodotto della
forza di spinta moltiplicato per la distanza del punto
di applicazione di questa dal baricentro stesso).
La testa ruotante dei generatori eolici non deroga da questa
legge, con l' avvertenza che il punto di rotazione di tutto il
complesso è costituito dall' asse di rotazione della testa sul
palo di sostegno.
In poche parole, se vogliamo che il disco dell' elica rimanga
sempre in posizione normale alla direzione del vento, si dovrà
aggiungere una "coda", la superficie della quale, moltiplicata per
la distanza della stessa dall' asse di rotazione, costituirà il momento
che raddrizzerà il complesso.
Una semplice formula per calcolare la "coda", nel caso che la
testa contenente il gruppo trasmissione-alternatore sia carenata,
è la seguente :
                D x D x l
      S  =    ----------
                     h
in cui
S = superficie del timone di direzione
D = altezza della sezione maestra della carenatura
 l =  lunghezza della carenatura
h = altezza della coda
La formula è empirica, e può essere oggetto di correzione
in campo; cosa peraltro molto facile, perchè il timone può
essere costituito da una semplice lamiera di alluminio o
similare, facile da tagliare e da posizionare in loco.
Esiste un altro sistema per l' orientamento automatico, che
non fà uso di superfici di governo.
E' il cosiddetto rotore sottovento, nel quale l' elica è posta
dietro, -e non davanti-, l' asse di rotazione della testa rotante.
In tal caso, le pale dell' elica devono essere "campanate",
cioè piegate all' indietro (nel senso dello scorrimento del vento),
in maniera che immaginando l' elica in rotazione di lato, non si
vedrebbe una sola linea diametrale, corrispondente all'
apertura dell' elica, ma una specie di cono, avente il vertice
sul fulcro di rotazione delle pale.
Si realizza in questa maniera un sistema di stabilità che è
analogo a quello delle ali degli aerei, che, se fate caso,
guardandole dal davanti hanno le estremità più alte rispetto
al loro punto di fissaggio sulla fusoliera, formando un piccolo
angolo che si chiama "diedro", e che è quello che dà la
stabilità del velivolo sull' asse di rotazione longitudinale.
Il trucco funziona così : se per qualsiasi ragione una semiala
si abbassa, a motivo dell' angolo diedro la superficie
della sua proiezione in pianta aumenterà, e la semiala opposta,
che si alza, diminuirà corrispondentemente la sua superficie;
dalla differenza tra le due semiali nascerà quindi un momento che
tenderà a raddrizzare le ali, ruotando l' aereo sul suo asse
longitudinale e portandolo alle condizioni iniziali.
Prevengo le obiezioni dei pignoli (come Vitt :-)) che potrebbero
contestare che alcuni aerei non hanno diedro, o addirittura lo
hanno negativo. In tal caso, il progettista volutamente
realizza un aereo instabile (come nel caso degli aerei da
acrobazia o dei moderni aerei da combattimento) per
favorire la manovrabilità (che è un parametro antagonista
alla stabilità), affidando ad altri sistemi il controllo di
stabilità (cioè al "manico" del pilota negli aerei acrobatici
o a sistemi di stabilità artificiale assistiti elettronicamente).
L' angolo di campanatura può essere di circa una ventina
di gradi, anche qui da correggere, se necessario, caso per
caso. Da notare che se si campana un' elica, si riduce
leggermente anche di conseguenza il suo diametro.
I piccoli aerogeneratori adottano indifferentemente l' uno
o l' altro dei due sistemi.Per quanto mi riguarda, ritengo
l' uso del timone più classico, e la campanatura dell' elica
un sistema più raffinato.Per i grandi generatori industriali,
il problema non si pone nemmeno, perchè la rotazione
della testa al vento è ottenuta con sistemi elettroidraulici
pilotati da sensori della direzione del vento.
Ora che sappiamo orientare il rotore, torniamo al profilo
delle pale, che è l' ultimo parametro che manca per poter
costruire l' elica.
I profili delle superfici aerodinamiche usate nelle costruzioni
aeronautiche (ali, impennaggi, eliche, carenature) sono
moltissimi, divisi per lo più in famiglie riconducibili ai
seguenti tipi :
-biconvessi (simmetrici e asimmetrici)
-piano convessi
-concavi convessi
Tutti quanti sono disegnabili con due curve, che ovviamente
si incontreranno al punto origine del profilo (bordo d' entrata)
e al punto di chiusura posteriore (bordo d' uscita).
La linea superiore si chiama estradosso e quella inferiore
intradosso.
Tutti sono identificati con una sigla ed accompagnati da
una tabellina numerica che permette la loro costruzione
nella scala che serve.
Avevo detto che per costruire la nostra elica si era scelto
il NACA 4421, e di questo profilo posto le coordinate :
 Ascisse       estradosso        intradosso
      0                  0                     0
    1,25              4,45              -2,42
    2,5                5,84              -3,48
    5,0                7,82              -4,78
    7,5                9,24              -5,62
   10                 10,35             -6,15
   15                 12,04             -6,75
   20                 13,17             -6,98
   25                 13,88             -6,92
   30                 14,27             -6,76
   40                 14,16             -6,16
   50                 13,18             -5,34
   60                 11,60             -4,40
   70                   9,50             -3,35
   80                   6,91             -2,31
   90                   3,85             -1,27
 100                    0,22            -0,22
Riportando i valori su due assi cartesiani e unendo i punti
si ha immediatamente disponibile il profilo per una corda
di 100 mm. Se serve un' altra lunghezza, ad esempio 200 mm,
basta moltiplicare tutti i valori per 2, e così via.
Cordialità.
                 Paul

 di  messaggi è solo quello di occupare banda passante per nulla ?
Ti leggo sempre con attenzione :-)
Indi.

 il NACA 4421, e di questo profilo posto le coordinate :
....
Scusa Paul... perche` proponi un profilo cosi "piatto", un biconvesso
asimmetrico della vecchia serie NACA a 4 cifre?
Non ho la "bibbia" a portata di mano, ma ho sempre pensato che gli
aerogeneratori usassero per le pale profili piu` sottili e MOLTO piu`
concavi...
Mi spieghi?
Ciao
Paolo
--
                            _______
                            TTTTTTT
                            | | | |
                          ===========
Paolo Zini                TTTTTTTTT
CNUCE institute of CNR    | | | | |
Pisa ITALY               ===========
Paolo...@cnuce.cnr.it
  TTTTTTTTT
                         | | | | |
                        ===========
                        TTTTTTTTT
                        | | | | |
                       ===========

 concavi
Hai perfettamente ragione, gli aerogeneratori "sofisticati" hanno profili
molto sottili e più performanti. Ma questo maggior rendimento si paga
con una elevata criticità dell' incidenza, cioè dell' esattezza del valore
di passo. E nel caso di rotori "casalinghi", costruiti e montati con una
inevitabile approssimazione, è preferibile assicurare un certo margine
di errore. Altrimenti potresti avere un' ottimo profilo, con valori di Cp
molto elevati, che lavora ad incidenze che ne annullano i vantaggi, o
addirittura peggiori di un tranquillo biconvesso asimmetrico.
Se confronti le curve polari dei due tipi di profilo, te ne puoi accorgere
facilmente.
Inoltre riprendo la motivazione per questa scelta da altri autori, che
raccomandano un profilo di elevato spessore (per il 4421 vale il 20 %
circa), perchè in tal modo è più facile per un non esperto costruire una
pala d' elica con un longherone a sezione circolare (un tubo, insomma),
centine e rivestimento di forma.
Sistema praticamente impossibile per spessori sottili.
In effetti, pensa a quali problemi và incontro chi dovesse costruire una
elica bipala senza alcuna esperienza, anche assistito a distanza.
Costruendo con una certa facilità due pale singole, con il sistema che
ho detto, ed unendole meccanicamente al mozzo tramite il longherone
flangiato, tutto diventa più semplice, e si ha l' ulteriore possibilità
di variarne il valore di passo "a terra" per gli  inevitabili aggiustamenti.
Cordialità.
               Paul

                  Paul
.......sono un po deluso.
Ci sono tutte le conoscenze tecniche(ho da poco preso anche un libro
"progettazione dei mulini a vento),
pero manca di gran lunga l'aspetto pratico.
Troppo complicato,e siamo ancora lontani, per poi avere un briciolo di
potenza elettrica.
Vabbe rimarrà un sogno,bello fino a quando rimarrà tale.
ciao
pao


Ciao
Paolo

 Vabbe rimarrà un sogno,bello fino a quando rimarrà tale.
Mi dispiace che rinunci.
Se ti consola, eccoti una citazione :
""Piu' lontani si va e meno si apprende e ci si avvicina alla verita'.
Per questo l'uomo saggio non cammina e arriva.""
Cordialità.
              Paul

               Paul
ciao
pao

 esserlo....
.
La citazione non significa quello che hai detto!
Vol dire che il meglio è nemico del bene.
E che, come dicono dalle mie parti ...."è meglio
accontentarsi dell' onesto per non perdere il ....resto".
Ciao.
                Paul