ITDP20120015A1 - Cerchio generatore di forza motrice da energia eolica per i veicoli a trazione - Google Patents

Cerchio generatore di forza motrice da energia eolica per i veicoli a trazione Download PDF

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ITDP20120015A1
ITDP20120015A1 IT000015A ITDP20120015A ITDP20120015A1 IT DP20120015 A1 ITDP20120015 A1 IT DP20120015A1 IT 000015 A IT000015 A IT 000015A IT DP20120015 A ITDP20120015 A IT DP20120015A IT DP20120015 A1 ITDP20120015 A1 IT DP20120015A1
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Roberto Pisacane
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Roberto Pisacane
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Description

DESCRIZIONE DEL’INVENZIONE
avente per titolo: CERCHIO GENERATORE DI FORZA MOTRICE DA ENERGIA EOLICA PER I VEICOLI A TRAZIONE
CAMPO DELLA TECNICA
Questa invenzione si applica alle ruote dei veicoli a trazione per sfruttare il vento e trasformarlo in forza motrice per il veicolo su cui à ̈ montato.
BACKGROUND
Le ruote sono il mezzo più comune utilizzato dai veicoli a trazione: auto, camion, bus, motocicli, biciclette, ecc. Durante la marcia, il veicolo à ̈ esposto al vento di avanzamento, che si oppone alla direzione di marcia, creando una resistenza al moto. L’esistenza di un vento che investe i veicoli durante la marcia, ha dato lo spunto all’inventiva di alcune persone, che hanno pensato di sfruttare il vento come fonte di energia eolica. In particolare sono state proposte delle soluzioni per sfruttare il vento che investe le ruote, trasformandolo in energia eolica per aumentare la trazione del veicolo.
Una ruota che sfrutta il vento per trasformarla in energia eolica e aumentare la trazione dei veicoli à ̈ descritta nel documento W02006026789, il dispositivo proposto à ̈ costituito da uno o più elementi trascinati dal vento, che possono ruotare rispetto ad un asse generalmente perpendicolare rispetto all'asse della ruota, a cui trasmettono la rotazione. Sebbene questa soluzione consente di sfruttare il vento per trasformarlo in energia eolica, utilizza degli elementi ruotanti che, essendo in movimento, possono essere soggetti all’usura. Inoltre parte dell’energia viene dissipata nelle resistenze alla rotazione degli elementi ruotanti e può richiedere che l'albero della ruota debba essere munito di un ingranaggio per avere trasmessa la rotazione dagli elementi ruotanti e quindi la ruota debba essere predisposta appositamente per l’invenzione.
Il dispositivo della presente invenzione propone una soluzione innovativa per sfruttare il vento che investe le ruote per trasformarlo in energia eolica e aumentare la trazione dei veicoli, superando alcuni limiti dell’arte nota, mediante l’utilizzo di un cerchio dotato di uno o più profili alari per sfruttare il vento come fonte di energia eolica senza l’ausilio di mezzi aggiuntivi e di trasmettere dirattamente l’energia eolica alla trazione del veicolo, evitando cosi sia i problemi di usura delle componenti e sia i fenomeni di dissipazione dell’energia; inoltre come apparirà evidente nella descrizione dei modi di attuazione, esso non richiede una predisposizione delle ruote mediante ingranaggi o pezzi aggiuntivi. Oltre ai suddetti vantaggi rispetto all'arte nota, il trovato descritto offre ulteriori vantaggi: aumenta la stabilità del veicolo, può essere montato da chiunque e non necessita di alcun tipo di manutenzione. Gli aspetti innovativi e i vantaggi offerti dal dispositivo in oggetto, saranno chiari nella descrizione dell'invenzione, che deve essere considerata solo esemplificativa e non limitante sia per definire le caratteristiche costitutive del trovato e sia per definire i modi in cui può essere attuata l’invenzione.
DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE
Il trovato à ̈ un cerchio dotato di uno o più sporgenze che hanno la forma caratteristica dei profili alari e utilizza il vento come fonte di energia eolica per trasformarlo in forza motrice. Com’à ̈ noto dalle conoscenze sulle proprietà dei profili alari in moto nei fluidi, il fluido in contatto con una superficie alare à ̈ separato in due parti: una à ̈ obbligata a percorrere il lato lungo (dorso) e un’altra a percorrere il lato corto (ventre) dell’ala. Il vento sul dorso, che à ̈ più lungo del ventre, à ̈ costretto ad un flusso con velocità maggiore, per il principio di conservazione della massa. Per il principio di Bernoulli la pressione sul dorso sarà minore della pressione sul ventre dell'ala, per cui sul dispositivo à ̈ esercitata una forza in direzione del dorso dell'ala. Per evitare il distacco dello strato limite dal dorso e il conseguente fenomeno dello stallo che precede la caduta di pressione sull’ala, à ̈ necessario orientare il profilo alare al vento con un’angolo appropriato (angolo di attacco), che à ̈ l’oggetto della rivendicazione I.
Il trovato deve essere esposto al vento con il dorso del profilo alare rivolto in senso orario, cosicché la depressione sul dorso dell’ala produca una spinta al rotolamento della ruota nella direzione di marcia del veicolo. Questa spinta può essere quantificabile in base alla velocità del vento, all’angolo di attacco, alla superficie alare, allo spessore dell'ala e al numero di profili alari presenti sul cerchio. Le caratteristiche del trovato e i suoi modi di attuazione, saranno più chiari mediante la descrizione dei seguenti disegni.
DESCRIZIONE DEI DISEGNI
Nella figura 1 il trovato 2 à ̈ dotato di quattro profili alari 1 ed à ̈ montato su un veicolo a motore. La figura 2 à ̈ una vista del trovato 2 con i quattro profili alari 1 .
Nella figura 3 sono evidenziate alcune caratteristiche geometriche del profilo alare 1 : la corda (C), che si ottiene congiungendo le estremità del profilo alare, la linea media (lm), che à ̈ costituita da tutti i punti p(x,yc) equidistanti dal ventre 1b e dal dorso 1a, le coordinate x,y del dorso e del ventre, l’angolo φ della tangente alla linea media, lo spessore (S) e la profondità (P) del profilo alare.
Nella figura 4 il trovato 2 à ̈ rappresentato nel piano cartesiano (X,Y ortogonali), la corda (C) del profilo alare 1 interseca nel punto D l'ipotenusa I del triangolo rettangolo con i vertici contrassegnati dalle lettere A, O e B, α à ̈ l’angolo d'attacco compreso tra la corda del profilo alare e l'ipotenusa I del triangolo rettangolo con i cateti paralleli agli assi Y e X.
Nella figura 5 sono rappresentati l’angolo Î ̃ e la distanza / tra l'asse di rotazione della ruota e il vettore della forza F nel centro di depressione del dorso del profilo alare 1 . Il dorso 1a à ̈ rivolto verso l’interno della ruota.
Nella figura 6, i quattro profili alari 1 sono montati sul cerchio mediante il manicotto 11 .
Nella figura 7 Ã ̈ riportata una vista prospettica della ruota di un veicolo a motore con i quattro profili alari 1: mediante il manicotto 11 il profilo alare 1 Ã ̈ avvitato sul cerchio utilizzando i bulloni della ruota.
Nella figura 8 Ã ̈ rappresentato il profilo alare 1 munito del manicotto 11 di lunghezza L e del foro di diametro d per i bulloni della ruota.
Nella figura 9 il profilo alare 1 , montato mediante il manicotto 11 sul cerchio della ruota di un veicolo a trazione à ̈ rappresentato nel piano cartesiano (X,Y ortogonali), la corda (C) del profilo alare 1 interseca nel punto D l’ipotenusa I del triangolo rettangolo con i vertici contrassegnati dalle lettere A, O e B, α à ̈ l'angolo d'attacco compreso tra la corda del profilo alare e l'ipotenusa I del triangolo rettangolo e con i cateti paralleli agli assi Y e X.
Nella figura 10 sono rappresentati l’angolo Î ̃ e la distanza / tra l'asse di rotazione della ruota e il vettore della forza F nel centro di depressione del dorso del profilo alare 1. Il dorso del profilo alare 1a à ̈ rivolto verso l'interno della ruota.
MODI DI ATTUAZIONE DELL'INVENZIONE
I modi di attuazione dell’invenzione descritti di seguito devono essere considerati a titolo esemplificativo e non limitanti per illustrare le caratteristiche del trovato, in che modo può essere attuato e le sue funzionalità.
Nel modo di attuazione preferito, con riferimento alle figura 1 e figura 2 il trovato 2 Ã ̈ un cerchio dotato dei quattro profili alari 1 , che sono ottenuti nella fase di realizzazione del cerchio mediante la tecnica di fusione e stampa dei metalli e delle leghe e non necessita di ulteriori componenti per il montaggio.
Con riferimento alla figura 3, il profilo alare 1 à ̈ realizzato con le seguenti caratteristiche geometriche: la lunghezza della corda (C) à ̈ 20 m cm, la profondità (P) à ̈ di 10 cm, lo spessore (S) à ̈ 10 cm e la superficie à ̈ di 0.02 m<2>, le coordinate cartesiane del dorso e del ventre sono riportate di seguito.
x% Xd/cm Yd/cm Xv/cm Yv/cm
0 0 -0.16 0 -0.16
1.3 0.24 -0.5 0.04 0.14
4.7 0.72 -0.84 0.32 0.38
9.4 1.44 -1.18 0.88 0.58
15.3 2.36 -1.48 1.68 0.68
22.1 3.48 -1.72 2.76 0.7
29.6 4.76 -1.9 4.06 0.64
37.4 6.18 -2 5.58 0.52
45.5 7.7 -2.02 7.3 0.34
53.6 9.28 -1.94 9.14 0.14
61.5 10.9 -1.78 11.02 -0.02
69.1 12.52 -1.56 12.94 -0.16
76.2 14.08 -1.3 14.78 -0.24
82.6 15.58 -1 16.44 -0.26
88.2 16.94 -0.72 17.88 -0.22
92.8 18.12 -0.44 18.98 -0.14
96.4 19.06 -0.22 19.74 -0.06
98.8 19.74 -0.08 20 0
100 20 0 20 0
Come illustrato nella figura 4, il profilo alare 1 Ã ̈ orientato in modo che la corda (C) del profilo
intersechi l'ipotenusa I triangolo AOB formando un angolo α=15°. Così durante la marcia del
veicolo, il vento che investe il cerchio 2 della ruota crea sul dorso del profilo alare 1 una
depressione, per effetto della separazione di flusso dell' . Alla velocità di 100 km/h, le
pressioni sul dorso e sul ventre del profilo alare sono riportate di seguito in funzione della
percentuale della corda del profilo alare:
X/% corda Pventre/kPa Pdorso/kPa
0 97.583 97.583
1.2 99.45 97.911
3.6 101.302 98.613
7.2 101.746 99.133
10.1 101.758 99.505
11.8 101.699 99.789
17.4 101.645 100.021
23.8 101.606 100.222
30.9 101.582 100.401
38.5 101.568 100.563
46.4 101.56 100.711
54.5 101.555 100.846
62.6 101.55 100.968
70.4 101.543 101.077
77.9 101.533 101.172
84.7 101.518 101.255
90.6 101.496 101.324
95.3 101.467 101.383
98.7 101.43 101.43
100 101.43 101.327
La forza massima che può essere convertita in potenza per la trazione del veicolo può essere ricavata dalla formula :
F=0.5*d*V<2>*CI*A
d(densità de ’aria)=1.224 kgm<"3>;
V(velocità del vento)=27.8 ms<'1>;
CI=coefficiente di lift;
A(superficie alare)=0.02m<2>.
Il Coefficiente di lift assume il valore Cl=1 .57 per a=15° e la forza massima che può essere convertita in potenza per la trazione per dispositivo risulta:
F=0.5*1 .224*27. 8<2>*1.57*0.02=1 4.9Newton
Con riferimento alla figura 5, / Ã ̈ la distanza tra il centro di pressione del profilo alare e l'asse di rotazione della ruota e Î ̧ l'angolo compreso tra / e la forza F, nelle suddette condizioni valgono: / =15.0 cm
0=24.6°.
Per cui il momento della forza che può essere convertito in forza motrice vale:
M=F*/*sinÎ ̧=14.9Newton*O. 154m*sin26.2°=1.01 Newton*m
In un altro modo di attuazione dell'invenzione, con riferimento alle figura 6 e figura 7, il trovato à ̈ un cerchio metallico dotato di quattro profili alari 1 montati mediante il manicotto 11 sul cerchio stesso della ruota di un veicolo a motore. Il profilo alare 1 e il manicotto 11 possono essere realizzati in un unico blocco mediante lo stampo del pezzo attraverso la tecnica di fusione e stampa dei metalli e delle leghe.
Con riferimento alla figura 3, il profilo alare 1 à ̈ realizzato con le seguenti caratteristiche geometriche: la lunghezza della corda (C) à ̈ 20 cm, la profondità (P) à ̈ di 10 cm, lo spessore (S) à ̈ 10 cm e la superficie à ̈ di 0.02 m<2>, le coordinate cartesiane del dorso e del ventre sono riportate di seguito:
x% Xd/cm Yd/cm Xv/cm Yv/cm
0 0 -0.16 0 -0.16
1.3 0.24 -0.5 0.04 0.14
4.7 0.72 -0.84 0.32 0.38
9.4 1.44 -1.18 0.88 0.58
15.3 2.36 -1.48 1.68 Γ(λ68
22.1 3.48 -1.72 2.76 0.7
29.6 4.76 -1.9 4.06 0.64
37.4 6.18 -2 5.58 0.52
45.5 7.7 -2.02 7.3 ιλ34
53.6 9.28 -1.94 9.14 0.14
61.5 10.9 -1.78 11.02 -0.02
69.1 12.52 -1.56 12.94 -0.16
76.2 14.08 -1.3 14.78 -0.24
82.6 15.58 -1 Γ16.44 -0.26
88.2 16.94 -0.72 17.88 -0.22
92.8 18.12 -0.44 18.98 -0.14
96.4 19.06 -0.22 19.74 -0.06
98.8 19.74 -0.08 20 0
100 20 0 20 0
Con riferimento alla figura 8, il profilo alare 1 Ã ̈ montato sul cerchio del veicolo a motore
mediante il manicotto 11 , che ha una lunghezza L= 10 cm e un foro d=1 .2 cm.
Come illustrato nella figura 9, la corda (C) del profilo alare 1 deve essere montato sul cerchio
della ruota orientandolo in modo che l’estremità della corda del profilo intersechi l'ipotenusa I del
triangolo AOB nel punto D formando un angolo α=15° tra la corda del profilo e il segmento AD,
che hanno la stessa lunghezza. Così durante la marcia del veicolo, il vento che investe il profilo
alare 1 crea sul dorso del profilo alare una depressione, per effetto della separazione di flusso
dell’aria. Alla velocità di 50 km/h, le pressioni sul dorso e sul ventre del profilo alare sono
riportate di seguito in funzione della percentuale della corda del profilo alare:
X/% corda Pventre/kPa Pdorso/kPa
0 100.099 100.099
1.2 100.67 100.402
3.6 101.299 100.654
7.2 101.413 100.8
10.1 101.413 100.755
11.8 101.414 100.893
17.4 101.4 100.959
23.8 101.387 101.011
30.9 101.378 101.055
38.5 101.373 101.094
46.4 101.369 101.129
54.5 101.366 101.161
62.6 101.364 101.191
70.4 101.362 101.218
77.9 101.36 101.243
84.7 101.356 101.265
90.6 101.351 101.284
95.3 101.345 101.301
98.7 101.337 101.315
100 101.327 101.327
La forza massima che può essere convertita in potenza per la trazione del veicolo può essere
ricavata dalla formula :
F=0.5*d*V<2>*CI*A
d(densità deH’aria)=1 .224 kgm<'3>;
V(velocità del vento)=13.8 ms<'1>;
CI=coefficiente di lift;
A(superficie alare)=0.02m<2>.
II Coefficiente di lift assume il valore Cl=1.57 per a=15° e la forza massima che può essere
convertita in potenza per la trazione per dispositivo risulta:
F=0.5*1 .224*13.8<2>*1 .57*0.02=3.7Newton
Con riferimento alla figura 10, / à ̈ la distanza tra il centro di pressione del profilo alare e l’asse di
rotazione della ruota e Î ̃ l’angolo compreso tra / e la forza F, nelle suddette condizioni valgono:
/ =15.0 cm
0=24.6°.
Per cui il momento della forza che può essere convertito in forza motrice vale:
M=F/*sinÎ ̧=3.7Newton*O. 15m*sin24.6°=0.23Newton*m .

Claims (1)

  1. RIVENDICAZIONI I Una ruota per i veicoli a trazione comprendente un cerchio esterno e un corpo centrale, con una porzione centrale concentrica con l'asse di rotazione (O) della ruota, la ruota comprende uno o più profili alari(1) montati su di essa, con il profilo alare (1) che deve essere montato tra il corpo centrale della ruota e il cerchio esterno della ruota in modo tale che il tato lungo del profilo alare (1a) à ̈ rivolto verso la porzione centrale della ruota e risulti orientata di un angolo (a) tra: (i) La corda (C) che che si estende tra il bordo d’attacco e il bordo di uscita (D) del profilo alare; e (ii) L’ipotenusa (I) del triangolo rettangolo (AOB) con l'angolo retto coincidente con l'asse centrale di rotazione della ruota (O) e avente i cateti paralleli agli assi (X,Y) ortogonali del piano Cartesiano; II Una ruota per veicolo come nella rivenicazione I caratterizzato dal fatto che il profilo alare (1) abbia una lunghezza della corda (C) compresa tra 2.0 cm e √2 *R, con R=raggio del cerchio della ruota a cui à ̈ applicato il dispositivo; III Una ruota per veicolo come nella rivenicazione I caratterizzato dal fatto che il profilo alare (1) abbia il valore minimo yd compreso tra il 10% e ii 45% della lunghezza della corda; IV Un cerchio come nella rivenicazione I caratterizzato dal fatto che il profilo alare (1) abbia uno spessore (S) compreso tra lo 1% e il 20% della lunghezza della corda (C); V Una ruota per veicolo come nella rivendicazione I caratterizzato dal fatto il profilo alare (1) abbia la superficie compresa tra 0.0009m<2>e 0.35m<2>; VI Una ruota per veicolo come nelle rivendicazioni da I a V caratterizzata dal fatto che il lato lungo del profilo alare (1a) deve essere rivolto verso l'interno della ruota; VII Una ruota per veicolo come nella rivendicazione I comprendente uno o più profili alari (1) con le cartteristi che rivendicate da I a VI.
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