Le pale della turbina eolica dovrebbero essere piatte, piegate o curve

Il vento è una risorsa energetica gratuita, fino a quando i governi non impongono una tassa su di esso, ma il vento è anche una fonte di energia molto imprevedibile e inaffidabile in quanto cambia costantemente sia in forza che in direzione. Quindi, per garantire che otteniamo il massimo dall’energia eolica disponibile, è importante che il design della lama della turbina eolica sia di prestazioni ottimali.

Per produrre quantità utili di energia, le turbine eoliche devono generalmente essere grandi e alte, ma per funzionare in modo efficiente devono anche essere ben progettate e progettate, il che le rende anche costose. La maggior parte delle turbine eoliche progettate per la produzione di elettricità sono costituite da un’elica a due o tre pale che ruota attorno ad un asse orizzontale. È ovvio dire che queste eliche come i disegni delle pale delle turbine eoliche convertono l’energia del vento in potenza dell’albero utilizzabile chiamata coppia.

Ciò si ottiene estraendo l’energia dal vento rallentandolo o decelerando il vento come passa sopra le lame. Le forze che rallentano il vento sono uguali e opposte alle forze di sollevamento del tipo di spinta che ruotano le pale.

Proprio come un’ala di un velivolo, le pale delle turbine eoliche funzionano generando portanza grazie alla loro forma curva. Il lato con la maggior parte della curva genera la pressione d’aria bassa mentre l’aria ad alta pressione sotto spinge sull’altro lato del profilo a forma di lama. Il risultato netto è una forza di sollevamento perpendicolare alla direzione di flusso dell’aria sopra la lama delle turbine. Il trucco qui è progettare la lama del rotore in modo tale da creare la giusta quantità di sollevamento e spinta della lama del rotore producendo una decelerazione ottimale dell’aria e quindi una migliore efficienza della lama.

Se le pale dell’elica delle turbine ruotano troppo lentamente, consente a troppo vento di passare indisturbato e quindi non estrae quanta più energia possibile. D’altra parte, se la pala dell’elica ruota troppo rapidamente, appare al vento come un grande disco rotante piatto, che crea una grande quantità di resistenza.

Quindi il rapporto di velocità ottimale della punta, TSR, che è definito come il rapporto tra la velocità della punta del rotore e la velocità del vento, dipende dal profilo della forma della lama del rotore, dal numero di pale della turbina e dal design stesso della lama dell’elica della turbina eolica. Quindi, quale è la migliore forma e design della lama per un design della lama della turbina eolica.

Generalmente, le pale delle turbine eoliche sono modellate per generare la massima potenza dal vento al minimo costo di costruzione. Ma i produttori di pale per turbine eoliche cercano sempre di sviluppare un design della lama più efficiente. Miglioramenti costanti nella progettazione delle pale eoliche ha prodotto nuovi progetti di turbine eoliche che sono più compatti, più silenziosi e sono in grado di generare più energia da meno vento. Si ritiene che curvando leggermente la lama della turbina, siano in grado di catturare dal 5 al 10 percento in più di energia eolica e di operare in modo più efficiente in aree con velocità del vento tipicamente inferiori.

Turbina eolica Lama Design

Così che tipo di forma della lama produrrebbe la maggior quantità di energia per una turbina eolica – Lame piatte sono il più antico disegno della lama e sono stati utilizzati per migliaia di anni su mulini a vento, ma questo piatto ampia forma sta diventando meno comune rispetto ad altri tipi di disegno della lama. Le lame piatte spingono contro il vento e il vento spinge contro le lame.

La rotazione risultante è molto lenta perché le lame che ruotano indietro sulla corsa verso l’alto dopo aver generato energia sono in opposizione alla potenza di uscita. Questo perché le pale agiscono come enormi pale che si muovono nella direzione sbagliata, spingendo contro il vento dando loro il nome di pale del rotore basate sulla resistenza.

Tuttavia, i disegni a lama piatta offrono vantaggi significativi per il fai-da-te rispetto ad altri disegni a lama a vento. Le pale del rotore piatte sono facili ed economiche da tagliare da fogli di compensato o metallo garantendo che le lame abbiano una forma e dimensioni coerenti. Sono anche i più facili da capire che richiedono meno capacità di progettazione e costruzione, ma l’efficienza e la facilità di generazione di energia elettrica sono molto basse.

Le lame curve sono molto simili a un’ala lunga del velivolo (nota anche come profilo) che ha una superficie curva sulla parte superiore. La lama curva ha aria che scorre intorno ad esso con l’aria che si muove sopra la parte superiore curva della lama più velocemente di quanto non faccia sotto il lato piatto della lama, che rende una zona di pressione inferiore sulla parte superiore, e quindi, di conseguenza, è sottoposto a forze di sollevamento aerodinamiche che creano movimento.

Queste forze di sollevamento sono sempre perpendicolari alla superficie superiore della lama curva, il che fa sì che la lama si muova ruotando attorno al mozzo centrale. Più veloce è il vento, maggiore è la portanza prodotta sulla lama, quindi più veloce è la rotazione.

I vantaggi di una lama a rotore curvo rispetto a una lama piatta è che le forze di sollevamento consentono alle punte delle pale di una turbina eolica di muoversi più velocemente di quanto il vento si muova generando più potenza e maggiori efficienze. Di conseguenza, le pale delle turbine eoliche a base di sollevamento stanno diventando più comuni ora. Inoltre, le pale delle turbine eoliche in PVC fatte in casa possono essere tagliate da tubi di drenaggio di dimensioni standard con la forma curva già integrata dando loro la migliore forma della lama.

Lama curva Flusso d’aria e prestazioni

Ma lame curve soffrono anche di resistenza lungo la sua lunghezza che cerca di fermare il movimento della lama. La resistenza è essenzialmente l’attrito dell’aria contro la superficie della lama. La resistenza è perpendicolare al sollevamento ed è nella stessa direzione del flusso d’aria lungo la superficie della lama. Ma possiamo ridurre questa forza di trascinamento piegando o torcendo la lama e anche affusolandola lungo la sua lunghezza producendo il design della lama della turbina eolica più efficiente.

L’angolo tra la direzione del vento in arrivo e il passo della lama rispetto al vento in arrivo è chiamato “angolo di attacco”. Come questo angolo di attacco diventa più grande, più ascensore è creato ma come l’angolo diventa ancora più grande, maggiore di circa 20o, la lama inizierà a diminuire ascensore. Quindi c’è un angolo di inclinazione ideale della lama del rotore che crea la migliore rotazione e le moderne pale del rotore della turbina eolica sono in realtà progettate con una torsione lungo la loro lunghezza da un passo ripido alla radice a un passo molto superficiale alla punta.

Come la velocità di punta di una lama rotante è più veloce di quello che è alla radice o al centro, moderne pale del rotore sono intrecciati lungo la loro lunghezza da 10 a 20o dalla radice alla punta, in modo che l’angolo di incidenza si riduce da dove l’aria è in movimento relativamente lento vicino alla loro radice, per cui si muove molto più velocemente con la punta. Questa torsione della lama massimizza l’angolo di attacco lungo la lunghezza, ottenendo il miglior sollevamento e rotazione.

In conclusione, una lunghezza della lama del rotore delle turbine eoliche determina quanta energia eolica può essere catturata mentre ruotano attorno a un mozzo centrale e le prestazioni aerodinamiche delle pale delle turbine eoliche sono molto diverse tra una lama piatta e una lama curva. Le lame piatte sono economiche e facili da realizzare, ma hanno forze di trascinamento elevate che le rendono lente e inefficienti.

Per aumentare l’efficienza della lama della turbina eolica, le pale del rotore devono avere un profilo aerodinamico per creare sollevamento e rotazione della turbina, ma le lame a profilo curvo sono più difficili da realizzare ma offrono prestazioni migliori e velocità di rotazione più elevate che le rendono ideali per la generazione di energia elettrica.

Ma per ottenere il miglior design per le pale delle turbine eoliche possiamo migliorare ancora di più l’aerodinamica e l’efficienza utilizzando pale del rotore a elica ritorte e coniche. Torcendo la lama cambia l’angolo dei venti lungo la lama con l’effetto combinato di torcere e affusolare la lama lungo la sua lunghezza migliora l’angolo di attacco aumentando la velocità, l’efficienza riducendo la resistenza. Inoltre, le lame affusolate sono più forti e più leggere delle lame diritte mentre lo sforzo di piegamento è ridotto.

Vento turbina lama design è fondamentale al fine di rendere un lavoro turbina eolica secondo le aspettative. Le innovazioni e le nuove tecnologie utilizzate per la progettazione di pale per turbine eoliche non si sono fermate qui, poiché vengono prese in considerazione nuove formule e design per migliorare quotidianamente le loro prestazioni, efficienza e potenza.

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