ITBS20110136A1 - Aeromotore eolico ad asse verticale ibrido - Google Patents

Description

Descrizione dell’invenzione avente tìtolo

“aeromotore ad asse verticale ibrido”

Testo della descrizione

Il vento nasce dal gioco combinato ed alternato della“Radiazione cosmica” proveniente dal sole, della “Radiazione terrestre” conseguente ai cicli di riscaldamento-raffreddamento e dalla “Radiazione celeste “ che restituisce il calore dalle nubi; ossia lo spostamento di ingenti masse di aria in diversa pressione tra loro.

L’utilizzo dell’energia del vento mediante vele risale ad oltre 4.000 anni fa da parte degli egizi, in seguito con continui sviluppi tecnici rimase l’unico mezzo di propulsione navale (escluso i rematori) fino al XVIII secolo.

A terra l’impiego del vento per creare energìa meccanica per l’irrigazione dei campi e per azionare le macine dei mulini dei cereali è antichissima, in europa i primi mulini a vento vennero installati in Spagna provenienti dall’ area arabo-persiana circa nel 1600.

Il primo aeromotore eolico per produrre energia elettrica venne realizzato nel 1887 dal francese Due de La Peltrie.

Dai primi impianti di piccole potenze via via si è giunti alle grandi torri eoliche attuali, tripale ad asse orizzontale.

Questi grandi impianti però richiedono alti costi di investimento iniziali e di gestione, e la loro redditività può risultare talvolta critica e penalizzante in confronto ai risultati ottenibili con l’adozione di altre tecnologie.

Tenendo presente le crescenti opposizioni che incontrano le attuali torri eoliche, molto alte e rumorose, per il loro impatto ambientale, nonché per gli stessi aspetti tecnici intrinsechi che si manifestano quando sono soggette a venti con variabilità di direzione molto frequente ed in presenza di rapide oscillazione nell’intensità del vento, è opportuno affrontare le problematiche con soluzioni che presentino un sostenibile impatto ambiennale, un minor costo di investimento e una maggiore versatilità e semplicità gestionale.

D’altra parte è sempre più crescente nel mondo intero l’esigenza di attuare programmi produttivi di energia basati su piccole e medie centrali elettriche distribuite sui territori capaci di sfruttare le fonti energetiche diffuse, decentralizzate e rinnovabili.

Impiegando aeromotori eolici ibridi con asse verticale, auto-awianti a pale multiple con profilo aerodinamico proprio, a calettamento fisso, essi risultano grandemente competitivi con i rotori ad asse orizzontale, in virtù di una più elevata efficienza energetica, dalla bassa manutenzione di esercizio, minori costi di investimento e, per la loro particolare configurazione, non necessitano di orientamento secondo l’asse vento essendo omnidirezionali.

L’aeromotore eolico con asse verticale oggetto del presente trovato rientra nella categoria dei rotori “ibridi” ad alto rendimento, in quanto combina tutti i vantaggi aerodinamici dei rotori veloci ad asse orizzontale, con la semplicità dei rotori ad asse verticale.

L’adozione di più pale, da 5 a 15, preferibilmente da 5 a 10, a calettamento fisso, con scelta del profilo aerodinamico proprio, con orientamento predeterminato, queste producono potenza viaggiando nella direzione del vento e trasversalmente ad esso così ottimizzandosi un equilibrato regime di rotazione ed evitando gli stalli.

Secondo la teoria di Betz la massima potenza estraibile dal flusso per un Rotore eolico a disco semplice è circa il 60% della potenza totale del fluido riferita alla sezione del disco investita dalla corrente.

Sul rotore ibrido con asse verticale il teorema di Betz, come illustrato in forma schematica dalle Fig.l e 2, deve essere applicato sia sulla sezione d’entrata che vede una velocità di flusso Vd sia sulla sezione d’uscita che vede la velocità Vd’ , in quanto va considerata la tridimensionalità di questo particolare rotore.

-potenza estraibile alla sezione d’entrata-

-potenza estraibile alla sezione d’uscita-Essendo Vu = 1/3 Vo, e sostituendo nella B si ottiene:

L’incremento di potenza specifica teorica sarebbe solo di 1/27 rispetto al rotore a disco.

Questo risultato è in netto contrasto con i risultati già ottenuti con sperimentali rotori eolici ad asse verticale che presentano un incremento di potenza specifica dal 10% fino al 50% in più rispetto all’asse orizzontale.

Tale discrepanza è dovuta alle condizioni imposte dalla teoria di Betz che, nel caso del rotore verticale, sono vere solo in parte.

L’ipotesi basilare di questa teoria è che il tubo di corrente che atraversa il disco attuatore non interagisca con la restante porzione di fluido che lo circonda,

Dalle sperimentazioni si è rilevato che questa ipotesi è vera solo per il flusso entrante nella sezione del rotore ibrido con asse verticale. Il flusso uscente dalla prima sezione del rotore verticale interagisce in maniera turbolenta con il fluido circostante, riuscendo così a riprendere energia.

Soprattutto nel caso del rotore eolico ibrido con asse verticale si ha un forte rimescolamento nella porzione superiore ed inferiore del cilindro rotorico, come mostrato nello schema allegato, Fi.2.

Si ha una distribuzione della Vu molto variabile sulla sezione d’uscita del rotore per la media di Vureaie> Vuteonca.

La particolarità del presente aeromotore eolico ibrido, con asse verticale rispetto agli altri sistemi ad assi verticali, sta nell’ innovativo orientamento predeterminato e, dal particolare profilo aerodinamico delle pale dal loro armonico dimensionamento e, speciale collegamento all’asse non chè all’intero insieme dei materiali utilizzati, che riescono così a sfuttare Vu anche nella sezione di uscita.

La fig.3 parte A) illustra in forma schematica la particolare configurazione di assieme dell’aeromotore eolico ibrido del presente trovato, le pale esterne, pos.l, montate sui bracci radiali gli fanno percorrere una traiettoria circolare, e si comportano come un profilo aerodinamico biconvesso-simmetrico con speciale capacità, lungo la traiettoria circolare di volo, di sfruttare il flusso Vu anche nella sezione di uscita.

Le pale interne, pos.2 ftg. 3 parte A), ache esse montate su bracci radiali, opportunamente dimensionate, con lo stesso profilo aerodinamico proprio, sono collegate all’asse del rotore e a distanza opportuna dalle pale esterne e tra queste, in maniera che la traiettoria circolare esterna interna così divisa sfrutti con armonia i flussi ventosi omnidirezionali e lo stesso rimescolamento dell’effetto vortice Cv il quale procedendo dal basso verso l’alto dell’aeromotore incrementa e stabilizza la forza meccanica dello stesso oltre ad evitare lo stallo e promuovere l’auto-avviamento alle più basse velocità del vento (venti “locali”).

L’asse centrale pos.A’ fig.3 parte A), in acciaio speciale, cavo, opportinamente dimensionato in diametro ed altezza a seconda la taglia del rotore, riceve i bracci delle pale esterne e di quelle interne, i quali sono inseriti in flance di supporto circolari, pure in acciaio speciale, con al centro un foro d’innesto sull’asse, e provviste di idonei calettatoli di blocco; il tutto in maniera che l’asse del rotore conservi la sua assoluta integrità.

Dell’aeromotore eolico ibrido con asse verticale del presente trovato sono stati realizzati e sperimentati alcuni prototipi produttivi di potenza 3-6kW 20kW e 60kW sui quali sono stati sperimentati modelli di pale in vetroresina speciale e in alluminio estruso con prove sul campo, esponendo le varie taglie di macchine su traliccetti metallici con diverse altezze dal suolo: 10, 15, 20, 25 metri, e in diversi siti (urbani ed extra urbani) con le varie velocità del vento da l,5-3-6-9-l 1 m\s, fino ai 35-40 m\s.

E’ stato così possibile determinare il proporzionamento delle pale esterne di quelle interne, il loro numero, non che la potenza elettrica degli aeromotori determinandola di circa 550Watt x m2 di area spazzata ad una velocità del vento compreso tra 9-10 m\s.

Nel contempo è stata determinata una linea di corda C. delle pale standard per le loro lunghezze risultate essere tra 4 a 7 volte la linea della corda C. , preferibilmente tra 5 a 7 volte, mentre il rapporto dimensionale tra la linea della corda C. e la maggiore sezione del profilo delle pale è risultata essere tra 1,25\6 e 1,50\6 di C. , preferibilmente tra 1\5 e 1\6 di C., allegata Fig. 4 mentre il diametro del rotore è risultato essere tra 3,5 e 7 volte la linea della corda C. , preferibilmente tra 5 e 7 volte C. .

Dalle prove sperimentali è stato possibile determinare il rapporto tra pale interne e l’asse del rotore risultata essere tra 1,5 e 2 volte la linea di corda C., preferibimente tra 2 a 2,5 volte, mentre per la distanza tra pale interne ed esterne la distanza è risultata essere tra 2,5 a 3 volte la corda C., preferibilmente tra 3 a 4 volte.

E’ stato determinato l’angolo di allaccio dei bracci delle pale alle flance di supporto circolari inserite sull’asse del rotore, risultato essere tra 30° e 75° preferibilmente tra 36° e 72°.

Infine è stata determinata la sporgenza delle pale interne da quelle esterne all’apice del rotore, risultata essere tra 1\6 e 1,5\6 della loro lunghezza, preferibilmente tra 1 ,5\6 e 2\6.

Dalle prove sul campo innanzi dette è risultato che l’aeromotore eolico ibrido del presente trovato ha una capacità generativa di energia superiore a qualsiasi altro rotore ad asse verticale e, per la sua particolare conformazione si inserisce con armonia in qualsiasi ambiente urbano ed extra urbano con impatto ambientale nullo.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI DELL’INNOVAZIONE AVENTE TITOLO “aeromotore eolico ad asse verticale ibrido” RIVENDICAZIONI 1. Si rivendica Γ adozione di pale profilo aerodinamico proprio e il loro proporzionamento in lunghezza determinato in rapporto con la linea di corda compreso tra 4 e 8 volte detta linea, preferibilmente tra 5 a 7 volte.
2. 2. Si rivendica l’adozione di pale la cui maggiore sezione del profilo è determinato in rapporto della linea di corda compreso tra 1,25\6 e 1,50\6, preferibilmente tra 1\5 e 1\6 della corda.
3. 3. Si rivendica l’adozione del diametro dell’ aerogeneratore determinato in rapporto della linea di corda della pala compreso tra 3,5 a 7 volte, preferibilmente tra 5 e 7 volte.
4. 4. Si rivendica l’adozione delle pale interne e pale esterne poste sullo stesso asse dell’ aerogeneratore dal numero dì 5 a 15, preferibilmente da 5 a 10.
5. 5. Si rivendica l’adozione della distanza tra le pale interne e l’asse dell’ aerogeneratore determinata in rapporto con la linea di corda delle pale stesse compreso tra 1,5 a 2 volte, preferibilmente tra 2 a 2,5.
6. 6. Si rivendica l’adozione della distanza tra le pale interne e le pale esterne dell’ aerogeneratore determinata in rapporto della linea di corda delle pale esterne stesse compreso tra 2,5 a 3 volte, preferibilmente tra 3 a 4 volte.
7. 7. SÌ rivendica l’adozione della sporgenza delle pale interne dalle pale esterne determinata in rapporto tra 1\6 e 1,5\6 dell loro lunghezza preferibilmente tra 1,5\6 e 2\6.