Les pales d’éoliennes devraient-elles être plates, courbées ou incurvées

Le vent est une ressource énergétique gratuite, jusqu’à ce que les gouvernements y imposent une taxe, mais le vent est également une source d’énergie très imprévisible et peu fiable, car il change constamment de force et de direction. Donc, pour nous assurer de tirer le meilleur parti de l’énergie éolienne disponible, il est important que la conception des pales de l’éolienne soit d’une performance optimale.

Pour produire des quantités utiles d’énergie, les éoliennes doivent généralement être grandes et hautes, mais pour fonctionner efficacement, elles doivent également être bien conçues et conçues, ce qui les rend également coûteuses. La plupart des éoliennes conçues pour la production d’électricité sont constituées d’une hélice à deux ou trois pales tournant autour d’un axe horizontal. Il est évident de dire que ces conceptions de pales d’éoliennes de type hélice convertissent l’énergie du vent en une puissance d’arbre utilisable appelée couple.

Ceci est réalisé en extrayant l’énergie du vent en le ralentissant ou en ralentissant le vent lorsqu’il passe au-dessus des pales. Les forces qui ralentissent le vent sont égales et opposées aux forces de levage de type poussée qui font tourner les pales.

Tout comme une aile d’avion, les pales d’éoliennes fonctionnent en générant une portance grâce à leur forme incurvée. Le côté avec le plus de courbe génère une pression d’air basse tandis que l’air sous haute pression pousse de l’autre côté du profil aérodynamique en forme de lame. Le résultat net est une force de levage perpendiculaire à la direction d’écoulement de l’air sur l’aube des turbines. L’astuce ici est de concevoir la pale de rotor de manière à créer la bonne quantité de portance et de poussée de la pale de rotor produisant une décélération optimale de l’air et donc une meilleure efficacité de la pale.

Si les pales de l’hélice des turbines tournent trop lentement, cela laisse trop de vent passer sans être perturbé et n’extrait donc pas autant d’énergie qu’il pourrait potentiellement le faire. En revanche, si la pale de l’hélice tourne trop rapidement, elle apparaît au vent comme un grand disque rotatif plat, ce qui crée une grande traînée.

Ensuite, le rapport de vitesse de pointe optimal, TSR, qui est défini comme le rapport de la vitesse de la pointe du rotor à la vitesse du vent, dépend du profil de la forme de la pale du rotor, du nombre de pales de turbine et de la conception de la pale d’hélice de l’éolienne elle-même. Alors, quelle est la meilleure forme et conception de pale pour une conception de pale d’éolienne.

Généralement, les pales d’éoliennes sont façonnées pour générer la puissance maximale du vent au coût de construction minimal. Mais les fabricants de pales d’éoliennes cherchent toujours à développer une conception de pales plus efficace. L’amélioration constante de la conception des pales éoliennes a produit de nouvelles conceptions d’éoliennes plus compactes, plus silencieuses et capables de générer plus d’énergie à partir de moins de vent. On pense qu’en courbant légèrement la pale de la turbine, ils sont capables de capter 5 à 10% plus d’énergie éolienne et de fonctionner plus efficacement dans les zones où la vitesse du vent est généralement inférieure.

Conception de pales d’éoliennes

Donc, quel type de forme de pales produirait la plus grande quantité d’énergie pour une éolienne – Les pales plates sont la conception de pales la plus ancienne et sont utilisées depuis des milliers d’années sur des moulins à vent, mais cette forme large et plate devient moins courante que d’autres types de conception de pales. Les lames plates poussent contre le vent et le vent pousse contre les lames.

La rotation résultante est très lente car les pales qui tournent de nouveau sur la course ascendante après la génération de puissance sont en opposition avec la puissance de sortie. En effet, les pales agissent comme d’énormes palettes se déplaçant dans la mauvaise direction, poussant contre le vent, ce qui leur donne le nom de pales de rotor à base de traînée.

Cependant, les conceptions de pales plates offrent des avantages significatifs pour le bricoleur par rapport aux autres conceptions de pales éoliennes. Les pales de rotor plat sont faciles et bon marché à couper dans des feuilles de contreplaqué ou de métal, garantissant ainsi que les pales ont une forme et une taille cohérentes. Ils sont également les plus faciles à comprendre nécessitant moins de compétences en conception et en construction, mais l’efficacité et la facilité de production d’énergie électrique sont très faibles.

Les pales incurvées sont très similaires à une aile longue d’avion (également appelée profil aérodynamique) qui a une surface incurvée sur le dessus. La lame incurvée a de l’air qui circule autour d’elle, l’air se déplaçant sur le sommet incurvé de la lame plus rapidement que sous le côté plat de la lame, ce qui réduit la zone de pression sur le dessus et, par conséquent, est soumis à des forces de levage aérodynamiques qui créent un mouvement.

Ces forces de levage sont toujours perpendiculaires à la surface supérieure de la lame incurvée, ce qui provoque le déplacement de la lame en rotation autour du moyeu central. Plus le vent souffle vite, plus la portance est produite sur la lame, donc plus la rotation est rapide.

Les avantages d’une pale de rotor incurvée par rapport à une pale plate sont que les forces de portance permettent aux pointes de pale d’une éolienne de se déplacer plus rapidement que le vent ne se déplace, générant plus de puissance et des rendements plus élevés. En conséquence, les pales d’éoliennes à base de levage sont de plus en plus courantes maintenant. En outre, les pales d’éoliennes en PVC faites maison peuvent être coupées à partir de tuyaux de drainage de taille standard ayant la forme incurvée déjà intégrée, ce qui leur donne la meilleure forme de pale.

Débit d’air et performances de la lame incurvée

Mais les lames incurvées souffrent également d’une traînée sur sa longueur qui tente d’arrêter le mouvement de la lame. La traînée est essentiellement le frottement de l’air contre la surface de la pale. La traînée est perpendiculaire à la portance et est dans la même direction que le flux d’air le long de la surface de la pale. Mais nous pouvons réduire cette force de traînée en pliant ou en tordant la pale et en la rétrécissant sur toute sa longueur, produisant la conception de pale d’éolienne la plus efficace.

L’angle entre la direction du vent venant en sens inverse et le pas de la pale par rapport au vent venant en sens inverse est appelé « angle d’attaque ». Comme cet angle d’attaque devient plus grand, plus de portance est créée, mais comme l’angle devient encore plus grand, supérieur à environ 20o, la lame commencera à diminuer la portance. Il y a donc un angle de pas idéal de la pale du rotor qui crée la meilleure rotation et les pales de rotor d’éolienne modernes sont en fait conçues avec une torsion sur leur longueur, d’un pas raide à leur racine à un pas très peu profond à leur pointe.

Comme la vitesse à la pointe d’une pale rotative est plus rapide qu’à sa racine ou à son centre, les pales de rotor modernes sont tordues sur leur longueur de 10 à 20o de la racine à la pointe, de sorte que l’angle d’attaque diminue à partir de l’endroit où l’air se déplace relativement lentement près de leur racine, à l’endroit où il se déplace beaucoup plus rapidement à la pointe. Cette torsion de la lame maximise l’angle d’attaque sur toute la longueur, obtenant la meilleure portance et rotation.

En conclusion, la longueur d’une pale de rotor d’éolienne détermine la quantité d’énergie éolienne pouvant être capturée lorsqu’elle tourne autour d’un moyeu central et les performances aérodynamiques des pales d’éoliennes sont très différentes entre une pale plate et une pale incurvée. Les lames plates sont bon marché et faciles à fabriquer, mais ont des forces de traînée élevées, ce qui les rend lentes et inefficaces.

Pour augmenter l’efficacité des pales de l’éolienne, les pales du rotor doivent avoir un profil aérodynamique pour créer une portance et faire tourner la turbine, mais les pales de type profil aérodynamique incurvées sont plus difficiles à fabriquer, mais offrent de meilleures performances et des vitesses de rotation plus élevées, ce qui les rend idéales pour la production d’énergie électrique.

Mais pour obtenir la meilleure conception pour les pales d’éoliennes, nous pouvons améliorer encore plus l’aérodynamique et l’efficacité en utilisant des pales de rotor à hélice torsadées et coniques. La torsion de la lame modifie l’angle des vents le long de la lame avec l’effet combiné de la torsion et de l’effilage de la lame sur sa longueur améliore l’angle d’attaque en augmentant la vitesse, l’efficacité tout en réduisant la traînée. En outre, les lames coniques sont plus résistantes et plus légères que les lames droites car les contraintes de flexion sont réduites.

La conception des pales d’éoliennes est cruciale pour qu’une éolienne fonctionne conformément aux attentes. Les innovations et les nouvelles technologies utilisées pour la conception des pales d’éoliennes ne se sont pas arrêtées là, car de nouvelles formules et conceptions sont envisagées pour améliorer quotidiennement leurs performances, leur efficacité et leur puissance de sortie.

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