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Titolo: elica di legno

Il caro Paul, in uno dei suoi post ha detto che è relativamente facile 
costruire un elica in legno massello lamellare di faggio,
Il tutto è morto li.
Mi chiedevo quale fosse la tecnica per costruire un'elica bipala (quindi un 
asse) in faggio disponendo di una attrezzatura da modesto fallegname.
Ovvero con una combinata, un pialletto a mano, un flex con disco di 
cartavetro, una rotoorbitale, ed una levigatrice a nastro.
Sono certo che ad occhio qualcosa verrebbe fuori magari prima sgrossando col 
pialletto , e con il discoflex.
Di certo però non sarebbe il massimo dei profili alari.
pp 

 Di certo però non sarebbe il massimo dei profili alari.
Anche il profilo và stabilito prima di iniziare.
Se ti riferisci ad un' elica come rotore di un aerogeneratore, leggi più
sotto se ti può essere utile un mio vecchio post :
Cordialità.
                Paul
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Se è stata determinata la velocità media del vento, e questa risulta
migliore all' incirca di 5 m/sec, si può proseguire il progetto
d' impianto con il calcolo di un rotore ad elica.
Riassumo brevemente i principali dati caratteristici di un' elica :
- diametro
- passo
- forma in pianta della pala
- numero delle pale
- lunghezza di corda
- profilo della pala
Analizziamoli  uno alla volta (così non ci viene il mal di testa), con
l' avvertenza, per i più pigri, di paragonare la singola pala dell' elica
ad un' ala di aeroplano, con la quale ha molte attinenze.
- DIAMETRO: è la cosa più facile a determinarsi, perchè basta
applicare la formula della potenza estraibile dal vento, dopo aver
inserito i dati della velocità media e della potenza che vogliamo ricavare.
Esempio: con un vento di 5 m/sec, e la richiesta di 150 Watt
disponibili al mozzo dell'elica (che sono quelli che faranno girare,
tramite la trasmissione, l' alternatore), il risultato sarà di 2,62 mt.
(Vedere i precedenti post per la formula).
Questo per un' elica bipala. Un' elica tripala a parità di potenza avrà
un diametro minore, ma anche una velocità di rotazione più ridotta.
Sceglieremo perciò l' elica a due pale, per avere rapporti di trasmissione
all' alternatore più bassi.
- PASSO : è l' avanzamento che fà l' elica nella direzione di moto in una
rotazione completa. (Immaginate l' elica come una vite che si impana
in un foro filettato; un giro completo della vite determina un avanzamento
che è proprio il passo della vite stessa). In effetti l' elica gira non in
un materiale solido, come la vite nel metallo, ma in un fluido compressibile
ed espandibile come l' aria, e perciò in realtà avanzerà un po' di meno
del suo valore nominale di passo.
La differenza tra il passo teorico e quello reale si chiama regresso.
Inoltre l' elica, quando ruota ad una certa velocità, ha in tutti i punti la
medesima velocità angolare. Non altrettanto costante è la velocità
periferica di ciascun punto lungo la pala, che aumenta dal mozzo
verso l' estremità.
Incrementando tale velocità, cambia di conseguenza anche il valore della
spinta aerodinamica prodotta nelle varie sezioni della pala, nel senso
che aumenta dalla radice della pala verso l' estemità.
Sino ad un certo punto, però, perchè oltre, a causa dell' inclinazione
costante della pala, il profilo dell' elica andrà in "stallo", cioè si avrà
una brusca caduta della spinta.
Con l' inclinazione costante della pala rispetto al vento, cioè, un solo
punto della pala lavorerebbe in condizioni ottimali, avendo i punti
più vicini al mozzo che producono una spinta inferiore, e quelli
più esterni, vicini all'estremità, che lavorano in condizioni di stallo
e quindi di spinta quasi nulla.
Per questa ragione, l' angolo d' inclinazione del profilo della pala deve
essere diminuito progressivamente dal centro di rotazione all' estremità,
cioè deve essere svergolato. E' questa necessità che dà all' elica quella
sua tipica forma caratteristica, che peraltro si ritrova anche nelle eliche
marine, nelle pale dei ventilatori, nelle turbine ecc.
Diametro, passo, numero dei giri di un' elica sono interconnessi e
determinano le condizioni di lavoro della stessa.
Se prendiamo a riferimento il gruppo elica-motore di un aereo,
ad esempio, si scoprirà facilmente che, in base alle condizioni di volo,
sarà utile poter variare il passo dell' elica : basso per la salita in
quota, più alto per la velocità di crociera, ancora più alto
per la velocità massima.
E' più o meno la funzione che ha il cambio di velocità delle automobili,
con il quale si adatta un certo regime di giri motore alle condizioni
di carico.
Meglio ancora se ci sarà un dispositivo automatico che varierà
automaticamente il passo in funzione di un determinato regime di
rotazione del motore (elica a passo variabile a giri costanti).
Per i rotori eolici, è più o meno la stessa cosa, solo che l' elica, anzichè
essere condotta dal motore, fornisce potenza all' albero.
Ecco perchè i rotori eolici ad elica più sofisticati hanno un dispositivo,
realizzato in vari modi, per variare automaticamente il passo in funzione
della velocità del vento.
Un passo minore consentirà un avviamento con venti più leggeri, e mano
a mano che il vento aumenterà, la crescita del valore di passo consentirà
di "scaricare" sul carico (cioè il generatore di corrente), la massima
potenza possibile. Se per caso il vento dovesse assumere intensità
insostenibili, un ulteriore aumento del passo porrebbe l' elica in
condizione di spinta quasi nulla (elica in bandiera).
Per semplicità meccanica, ci si dovrà accontentare, almeno per la prima
realizzazione, di rotori a passo fisso.
Comunque calcolare il passo per un' elica eolica è abbastanza difficile
da determinare a priori, se non altro per l' incognita della velocità
ottimale del vento, ed in ogni caso è bene poter prevedere
degli aggiustamenti del valore di passo da potersi eseguire con l' elica
già installata.
Per questo, è meglio di tutto fabbricare delle pale singole, da fissare
meccanicamente al mozzo tramite viti e dadi con un sistema che permetta
degli aggiustamenti (ad esempio con fori asolati su flangia e controflangia
accoppiate con viti passanti).
In sede di costruzione, peraltro, si potrà  fissare un certo svergolamento
fisso: ad esempio, dal mozzo all' estremità, si potrà diminuire l'
inclinazione della pala di un valore tra 10 e 15 gradi circa, che sarà
più che sufficiente per la maggioranza delle condizioni di lavoro.
- FORMA IN PIANTA DELLA PALA: come un' ala di aereo, può
avere molte forme,  rettangolare, rettangolare ad estremità raccordata,
trapezioidale, ellittica, con varie curvature a piacimento.
Ognuna ha vantaggi e svantaggi, ma se vogliamo la massima semplicità
adotteremo quella rettangolare, che è più semplice da costruire, oppure
leggermente trapezioidale, cioè con la corda (vedere più avanti) vicino
il mozzo un po' più grande di quella all' estremità della pala.
Questa seconda forma ha il vantaggio, rispetto alla prima, di avere un
rendimento leggermente più elevato, perchè produce meno resistenza
indotta dai vortici di estremità (è lo stesso caso delle ali degli aerei,
che in genere hanno pianta trapezia, sebbene non manchino casi di ali
perfettamente rettangolari, costruite per lo più per semplicità
costruttiva).
- NUMERO DELLE PALE :  per i motivi  già spiegati  in  precedenti post,
 ne adotteremo due; (ricordate ? Minore è il numero delle pale, maggiore
 è la velocità angolare con la quale girerà con un vento dato).
- LUNGHEZZA DI CORDA E PROFILO DELLA PALA : ricordando
che nelle eliche la corda è la larghezza delle singole pale, ed il profilo
è la forma che ha la sezione della pala secondo la direzione normale
all' asse della pala stessa e parallela alla lunghezza di corda (mi seguite
?),
 bisogna dire che questi due parametri sono legati costruttivamente
l' un l' altro.
Una corda piccola (cioè una pala di forma stretta ed allungata), avrà
un piccolo spessore, che sarà più difficile da costruire, anche se più
efficiente.
Ma come si determina la lunghezza di corda ?
Per non annoiare troppo con formule e concetti teorici, che permettono
di determinare, (dato un certo diametro delle pale,  il numero delle stesse,
e la velocità del vento), il valore della superficie delle pale, e quindi di
conseguenza anche quello della corda, (peraltro a disposizione
per i più curiosi), ho già calcolato la lunghezza di corda nel caso
preso ad esempio (cioè velocità del vento di 5 m/sec e diametro 2,62 mt,
 2 pale), la lunghezza di corda, che viene  20 cm, adottando
una forma di profilo piuttosto spessa, che è più adattabile
alle varie condizioni di lavoro, e che ci tornerà utile per costruire
facilmente la pala e poter inserire nella stessa un longherone
di rinforzo al quale fisseremo anche la flangia d' unione al mozzo.
Se si vuole che la forma della pala sia trapezioidale, in maniera da
aumentare leggermente l' efficienza e favorire l' avviamento
del rotore a bassa velocità, basta scegliere il valore di corda
più vicino al mozzo, e con la formula dell' area del trapezio calcolare
di conseguenza quella, leggermente più ridotta, all' estremità.
Per quanto riguarda il disegno del profilo, ci sono pronte apposite
tabelline, conosciute tra l' altro dagli aeromodellisti, che permettono
di disegnarlo in qualunque scala possa servire.
Per i curiosi, ho adottato (o meglio scopiazzato) un profilo NACA 4421,
piano convesso a forte spessore, avente uno spessore relativo del 21 %,
il che fà per la nostra pala, di 20 cm di corda, uno spessore max
della stessa di  40  mm.
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 Paulhass  sei in ferie?
No, perchè ?
Cordialità.
                Paul

 Rispondo da casa di patty.
Sono piero ,stamane ho letto il NG , e non ho visto ancora nessuna risposta
mentre da qua ti ho letto, che abbia perso il post?
La tua completa risposta la leggerò, con calma da casa, nel mentre ho fatto
le prove con il generatore che ho disponibile ed intendo usare, ho postato
alcune foto ed i risultati delle prime prove , spero li  abbia visti.
Purtroppo tutte le soluzioni prospettate mi sembrano inadatte, e forse anche
la presenza costante della batteria non è neanche il massimo-
saluti
pp

 la presenza costante della batteria non è neanche il massimo-
Non ho capito questo discorso...
Cordialità.
              Paul


Vediamo se mi spiego.
Mi è stato consigliato  l'uso di un motore per lavatrice, che una volta 
avviato con la rete, se trascinato fornisce energia.
Non va bene perchè non posso stare li a vedere se c'è vento per eccitarlo.
Mi è stato consigliato l'uso di un alternatore d'auto.
Andrebbe bene se  il tutto non dovesse essere collegato ad una batteria. Che 
succede quando non c'è vento? L'alternatore assorbe e così scarica la 
batteria.
non ha significato, o meglio bisogna vedere il bilancio energetico.
Qualche giorno fa passando da un riavvolgitore di motori mi  ha fatto vedere 
un parallelepipedo di circa 25 cm, mi ha detto, sai cosa è questa ?
Una calamita dei generatori eolici che si trovano a Naro. (Agrigento) 
vedi  
http://gurs.pa.cnr.it/gurs/Gazzette/g04-52/g04-52-p47.htm
Da qui ho pensato che quei generatori sono tipo quelli delle biciclette, 
senza che nessuno intervenga generano energia al primo movimento dell'elica.
La cottente prodotta viene poi raddrizzata ed inviata a dei dc ac converter 
che la immettono in rete.
Sono tutte supposizioni, sto cercando di capire come sono fatti in realtà.
A proposito d' elica, ma non esiste un profilo d'elica generico valido per 
la maggior parte dei venti presenti e che funzionino discretamente in un 
range intermedio che non sia brezza o uragano?
In fondo i generatori che si vedono in giro e che vendono sui 1000, 1500 
euro hanno un'elica valida per tutti i venti no?
Non è che quando compri un generatore ti vengono a chiedere a che velocità 
va il "tuo" vento, anche se molto opportunamente pensano più ai danari 
piuttosto che al rendimento.
Piero. 

 piuttosto che al rendimento.
Guarda che sapere "a che velocità va il tuo vento" è una delle cose più
importanti a sapersi per uno che si accinge a costruire un aerogeneratore.
Altrimenti come fai a progettarla ?
Cordialità.
               Paul


Ok Paul devo assolutamente trovare la velocità del mio vento, mi chiedo cosa 
dovrò fare quando avrò misurato una velocità compresa tra 5 e 50 m/s.
Ho notato però che gli alberi che stanno nel giardinetto che circonda la 
casa sono tutti inclinati verso est, quasi ad indicare che il vento che 
spira e quasi sempre ovest >> est 

 spira e quasi sempre ovest >> est
Ti invio un altro messaggio (sul metodo per il rilevamento della
ventosità del sito), che puoi accodare al primo già inviato.
Spero ti possa chiarire le idee, che è la cosa più importante prima
di accingersi a qualsiasi impresa.
Cordialità.
                 Paul
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Come si notava nel precedente post di pari oggetto, nella formula
della potenza estraibile da una sezione circolare di un flusso d' aria,
la velocità del vento è determinante.
Il vento cioè è il "carburante" del motore eolico.
Và quindi attentamente studiato per poter progettare il motore.
Quasi sempre i venti sono per lo più irregolari per direzione ed
intensità, e perciò devono essere rilevati, messi nero su bianco
ed attentamenti studiati. Non basta neppure fare una media dei
valori misurati, il chè è intuitivamente il minimo che possa venire
in mente. Propongo un esempio, portato agli estremi  ma che rende
molto bene il concetto :
Ipotizziamo un sito nel quale spira in permanenza un vento costante
di 6 m/sec. Ed un secondo nel quale per metà giornata c'è calma
piatta, e nel resto soffia a 12 m/sec.
In entrambi i casi la velocità media del vento è di 6 m/sec, ma
sarebbe un grave errore adottare per entrambi la stessa elica,
che sarebbe perfetta nel primo, ma sovradimensionata nel secondo.
Nella realtà le cose sono ancora più complicate, perchè in ogni
luogo ci sono delle ventosità  specifiche, e per di più non ripetitive
nel tempo.
Lo studio accurato del vento in un sito scelto per l' installazione
di un aerogeneratore è perciò la condizione principale ed
indispensabile prima di mettersi al lavoro, e può determinare il
successo o il fallimento dell' impresa.
Nel campo dell' eolica  non hobbistica, per i grossi aeromotori
industriali, le campagne di rilevamento della ventosità dei luoghi
d' installazione hanno durata anche di anni, e non sempre bastano.
Bisogna poi pensare ai venti eccezzionali, che in Italia non sono
poi rari : avete presente la bora a Trieste, il libeccio a Livorno, il
maestrale in Sardegna, ed altri che ora non mi vengono in mente,
nonchè i venti che accompagnano spesso i temporali estivi ?
La forza di queste correnti d' aria possono essere devastanti,
e se uno è fortunato se la cava con la distruzione dell' alternatore,
ma più spesso si verifica il cedimento del rotore con conseguente
rottura strutturale di tutto il sistema (testa rotante, trasmissione e
torre di sostegno), con pericolo anche grave per cose e persone
nelle vicinanze.
Casi di questo genere sono accaduti anche a fior fiore di impianti,
con potenze di decine o centinaia di Kw, costruiti da Aziende
di tutto rispetto.
Ed in effetti il problema della frenatura dell' elica in condizioni di
eccesso di vento è il grattacapo principale che deve porsi un
autocostruttore, il primo ed il più importante.
Per i grandi impianti il tutto è stato risolto con sistemi aerodinamici,
variando il passo dell' elica all' aumentare della velocità del vento,
o diminuendo l' efficienza dell' elica con l' apertura di "spoiler",
cioè di freni aerodinamici  sulla superficie delle pale.
Tutte cose troppo complicate e difficili per noi.
Per quanto ne sappia io, il sistema più "umano" per risolvere il problema
nel campo delle potenze che possono interessarci è quello di inserire
un sistema di frenatura meccanico e progressivo, basato sull' aumento
della forza centrifuga all' aumento del regime di rotazione.
Avete presente la frizione del Ciao ? Qualcosa del genere, insomma,
ma che funziona al contrario.
Torniamo alla misura della velocità del vento.
Senza addentrarci nel campo dei rilevamenti professionali, fatti con
strumenti registratori, e che permettono di determinare tutti i parametri
di progetto (velocità di regime, di avvio, potenza annua ricavabile,
dimensionamento delle batterie di accumulo, ecc.), accontentiamoci
di rilevare in qualche maniera la velocità ogni qualche ora, per un periodo
che non dovrebbe essere inferiore ad un mese circa, e con un occhio
di riguardo alle particolari condizioni stagionali che ci possono essere
per alcuni posti.
Si potrà con questi dati ricavare un grafico, con in ascisse il tempo ed
in ordinate la velocità, dal quale ricavare sia la velocità media che le
velocità di punta, utili entrambe per i calcoli del rotore.
Buttate un occhio, già che ci siete, anche alla direzione : se è troppo
variabile (caso raro), è una maledizione. L' elica dovrà continuamente
variare l' orientamento  per inseguire la direzione ottimale, dissipando
un sacco di energia.
In tal caso, si dovrebbe passare ad altri tipi di rotore, che non
necessitano di orientamento.
Munitevi perciò di pazienza, anemometro, carta e matita, e fatevi un
bel diagramma, studiando il quale potrete decidere se vale la pena
continuare o mettervi l' anima in pace con i mulini a vento e dedicarvi
a cose più interessanti.
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