ISF - Napoli - Progetto Microeolico

ISF – Napoli , sta cercando di realizzare delle micro turbine eoliche costruite con materiali a basso costo e possibilmente riciclati, in modo da garantire approvvigionamento energetico in comunità svantaggiate ed essere eventualmente di supporto per tutte quelle ONG che lavorano in zone non servite dalla rete elettrica.L'Agenzia Internazionale dell'Energia prevede l'aumento dei consumi energetici del 50% nei prossimi 20 anni. Tale aumento sarà determinato per la maggior parte dai paesi in via di sviluppo, dove la crescita

turbina installata da Hugh Piggott in africa

demografica è più veloce, ma dove ancora oggi centinaia di milioni di famiglie non hanno elettricità. Sta in queste cifre la complessità della sfida energetica,una sfida globale che richiede risposte strategiche soprattutto a livello locale , non soltanto per garantire lo sviluppo di economie emergenti, ma anche per salvaguardare l'equilibrio dell'intero pianeta. E' in questo contesto che deve essere vista la possibilità di uno sfruttamento più ampio possibile dell'energia eolica, non solo con la costruzione di wind farms collegate alla rete ma anche mediante la realizzazione di impianti eolici di piccola taglia. I benefici connessi al microeolico, infatti, sono molteplici: limitato impatto sull'ambiente, convenienza economica, bassi costi di manutenzione, tecnologia semplice, matura ed affidabile, capace di decentrare la produzione elettrica e renderla alla portata di tutti. Gli impianti eolici di piccola taglia associati ad altre fonti rinnovabili, rappresentano infine una soluzione vincente per l'alimentazione elettrica in molti paesi in via di sviluppo ed inoltre per tutte le comunità isolate, in alternativa all'estensione della rete elettrica , o per le reti locali delle isole minori. L'esigenza di una maggiore attenzione per i problemi ambientali delle generazioni future, oltre a scaturire da considerazioni di ordine morale, nasce da osservazioni scientifiche che sempre più mettono in risalto i grandi danni che il rilascio di gas serra, dovuti all'utilizzo di fonti fossili di energia, comporta per l'umanità. Cercare quindi di ridurre le emissioni inquinanti, oltre che a rappresentare un dovere etico, rappresenta, a medio e lungo termine,una scelta oculata anche da un punto di vista economico. Una possibilità innovativa nel campo del micro-eolico è rappresentata dall'auto produzione di turbine con materiali a basso costo. Sfruttando tali materiali è possibile costruire,avendo le necessarie competenze e buona volontà,turbine che abbiano prestazioni accettabili a costi molto competitivi. I vantaggi di tale tecnologia sono particolarmente evidenti nei paesi in via di sviluppo che non hanno la possibilità di importare costose macchine dai paesi industrializzati,ma che per contro hanno disponibilità di manodopera da impegnare nell'assemblaggio dei componenti necessari. Infatti,uno degli obiettivi di questo progetto è quello di trasferire sulle turbine auto-prodotte le conoscenze acquisite dall'analisi e lo studio di quelle realizzate in scala industriale. Per favorire la diffusione di questi impianti decentralizzati per la produzione di energia nei paesi in via di sviluppo, è fondamentale il trasferimento di quel know-how acquisito in tale studio alle popolazioni locali,organizzando corsi di formazione in loco,che le rendano capaci di costruire un impianto di questo tipo con i materiali che hanno a disposizione,nonché di acquisire le conoscenze necessarie alla gestione e manutenzione dell'impianto stesso.

Immagine gentilmente concessa da Hugh Piggott www.scoraigwind.com

Il progetto ver. 1.1

Ricerca di mercato

Abstract tesi:Realizzazione di una micro turbina eolica realizzata con materiali a basso costo

Sviluppo del Progetto:
In collaborazione con il D.I.E.L.(Dipartimento di ingegneria elettrica) ISf ha realizzato un lavoro di tesi per la progettazione e la realizzazione di un microturbina colica realizzata con materiali a basso costo.

Prima Applicazione del Progetto

In collaborazione con l'Architetto Fabrizio Carola e la'ssociazione N:EA si sono raccolti i dati vento di un villagio situato nei pressi della città di Sevarè nella regione di Mopti,nello stato del Mali situato in Africa Occidentale. In tale luogo infatti la N:EA sta costruendo un piccolo villaggio in cui sarà anche realizzata una scuola e un infermeria; tali strutture , potranno essere alimentate tramite l'installazione di questa tipologia di turbine.Tutti i dati utilizzati durante la fase di progettazione sono stati reperiti in loco e la finalità del progetto sarà proprio quella di installare il primo prototipo nel villaggio della N:EA.Il lavoro è stato suddiviso in varie fasi progettuali , e in ogni fase è stata analizzata una parte differente dell'aerogeneratore.

Collocazione geografica città di Sevarè e immagnie del villaggio della N:EA

Con questo progetto si è cercato di rispondere a due domande fondamentali nell'affrontare questo progetto:
-E'possibile auto costruire una turbina eolica di piccola taglia?
-E' possibile tale autocostruzione utilizzando materiali a basso costo?
Avvalendosi dell'esperienza di autocostruzione del Ing. Massimo Bellucci si è iniziato lo studio di fattibilità di una piccola turbina eolica, realizzata con materiali a basso costo:
-Le dimensioni della pala sono state determinate attraverso lo studio dei dati vento dell'aeroporto di Gao.Di seguito la varie fasi seguite nella progettazione corrispondenti ai vari capitoli:

Il Rotore
-composto da tre pale di 1,2 m l'una, è realizzato dalla sagomazione di un tubo in PVC(tipo PN6) di spessore 6mm.L'utilizzo di tubi PVC oltre a essere conveniente da un punto di vista economico, è vantaggioso per le sue caratteristiche strutturali e per la sua facilità di lavorazione.
Il taglio del tubo è effettuato in seguito a risultati teorici ottenuti tramite Matlab e un programma di simulazione fluidodinamica XFOIL; si è cercata di simulare tramite l'uso del computer l'interazione fra questo tipo di pale e il vento, in modo da ottenere la forma più aerodinamicamente funzionale. Per i codici MATLAB ci siamo avvalsi del esperienza della RØISE University of DENMARK che aveva già realizzato studi su pale realizzate con questa tecnica.
Si è inseguito utilizzato il software SolidWorks per la realizzazione CAD del modello della pala,che è stato poi analizzato tramite il Software Cosmos Works pel a simulazione FEM dei carichi agenti sulla pala
Il rotore sarà accoppiato a un generatore a questo punto si sono valutate due soluzioni:

Il Generatore
1)E'stato acquistato un generatore a magneti permanenti da 300w realizzato appositamente per l'accoppiamento con turbine eoliche e si sono studiate le prestazioni della turbina cosi realizzata.
Vantaggi: possibilità di accoppiamento diretto con il rotore
Svantaggi: Tale generatore deve essere ordinato e acquistato da una ditta estera.
Il generatore è stato testato su un banco prova in modo da determinarne le caratteristiche e permettere quindi la determinazione della curva di potenza del Aerogeneratore.
2)In un'ottica di riproducibilità si è cercato di realizzare un generatore a flusso radiale modificando un alternatore di macchina o di camion; i problemi che però si presentano in questo tipo di generatore sono fondamentalmente due
Il rotore interno all'alternatore è costituito da elettromagneti che hanno quindi bisogno di essere eccitati elettronicamente, ciò comporta l'impossibilità di caricare una batteria già scarica. Possibile soluzione è stata trovata tramite la sostituzione dell'elettromagnete con un magnete permanente (Neodimio-Ferro-Boro) con alto grado di magnetizzazione;la sostituzione dell'elettromagnete con un magnete a terre rare ad alto grado di magnetizzazione dovrebbe abbassare il numero di giri necessari per caricare un set di batterie,infatti tale alternatore non modificato inizia a caricare introno ai 2000RPM.
Vantaggi: Costo contenuto, buone caratteristiche meccaniche,grande reperibilità; la corrente che esce da un alternatore di macchina non necessità di essere "raddrizzata" (trasformata da alternata a continua.)
Svantaggi:Risulta molto difficoltoso sostituire l'elettromagnete ;in fase di smontaggio si rischia spesso di deformare i cuscinetti che permettono al rotore di girare agevolmente.
Questa parte di lavoro risulta non ancora completata a causa dei grossi problemi che si sono riscontrati nella fase riassemblaggio del alternatore modificato,tale lavoro verrà comunque portato avanti.
L'energia prodotta sarà accumulata in un set di Batterie di macchina o di camion, che servono per dare corrente a un impianto a 12v o 24v.

Il Timone
Il timone è stato progettato con un sistema di messa regolazione chiamato Furling system che permette al rotore di disporsi parallelamente alla direzione del vento per far si che il generatore possa lavorare ,una volta raggiunta la potenza nominale,a un numero di giri costanteTale sistema funge anche come dispositivo di sicurezza,evitando infatti che le pale siano soggette a carichi troppo elevati e che il generatore funzioni a un numero giri superiore a quello consentito. Il sistema è completamente meccanico e sfrutta il bilancio fra due momenti ,un agente sul rotore e uno sul timone.

Di seguito è riportata la curva dipotenza teorica che si è ottenuta dalla turbina

Conclusioni
I codici di calcolo realizzati permetteranno la progettazione completa di una microturbina a partire dalla conoscenza dei soli dati vento. La curva di potenza ottenuta lascia ben sperare sulle produzioni energetiche che dovrebbero essere raggiunte dall'aerogeneratore. Anche se tutti i risultati sono attualmente solo teorici,l'aerogeneratore risulta aerodinamicamente efficiente,strutturalmente solido e la curva di potenza rispetta le specifiche di progetto.
Si è equidi riusciti a centrare l'obiettivo del lavoro di tesi,quello cioè di realizzare una turbina eolica a basso costo;la pratica ha mostrato che con una spesa di 280€ è possibile realizzare un aerogeneratore completo con 4 giorni di lavoro.
Se gli studi sul alternatore modificato saranno positivi il costo totale dell'aerogeneratore dovrebbe abbassarsi ulteriormente(170€).Il prototipo realizzato a partire da i risultati ottenuti durante questa tesi sarà il punto di partenza per le sperimentazioni future,esso sarà testato in galleria del vento per studiarne l'effettivo comportamento aerodinamico e per verificare il corretto funzionamento del sistema di controllo.

Il prototipo finalmente realizzato (la piccola Dorothy)

per informazioni, collaborazioni e tesi contattare
Palma Alessio mail: Indirizzo e-mail protetto dal bots spam , deve abilitare Javascript per vederlo tel:3804762402

Per donazioni:

Banca Popolare Etica - Padova
ABI 05018
CAB 12100
N.C/C 115295
intestato a Ingegneria Senza Frontiere - Napoli
Causale Versamento DONAZIONE PROGETTO MICROEOLICO

Scritto da Alessio Palma
in collaborazione con: D.I.E.L. (Dipartimento Di Ingegenria Elettrica) Il progetto Microeolico nasce nel 2005 ispirandosi all'idea del gurù dell'auto costruzione di turbine eoliche autocostruite Hugh Piggott.Da quel momento iniziano una serie di studi ed esperienze;attroverso un percorso di autoformazione all'interno dell'associazione sia sulle parti teoriche che sulla teroia vera e propia attraverso una piccola officina nella sede di Ingegneria Senza Forntiere. Il progetto: ISF – Napoli , sta cercando di realizzare delle micro turbine eoliche costruite con materiali a basso costo e possibilmente riciclati, in modo da garantire approvvigionamento energetico in comunità svantaggiate ed essere eventualmente di supporto per tutte quelle ONG che lavorano in zone non servite dalla rete elettrica.L'Agenzia Internazionale dell'Energia prevede l'aumento dei consumi energetici del 50% nei prossimi 20 anni. Tale aumento sarà determinato per la maggior parte dai paesi in via di sviluppo, dove la crescita turbina installata da Hugh Piggott in africa demografica è più veloce, ma dove ancora oggi centinaia di milioni di famiglie non hanno elettricità. Sta in queste cifre la complessità della sfida energetica,una sfida globale che richiede risposte strategiche soprattutto a livello locale , non soltanto per garantire lo sviluppo di economie emergenti, ma anche per salvaguardare l'equilibrio dell'intero pianeta. E' in questo contesto che deve essere vista la possibilità di uno sfruttamento più ampio possibile dell'energia eolica, non solo con la costruzione di wind farms collegate alla rete ma anche mediante la realizzazione di impianti eolici di piccola taglia. I benefici connessi al microeolico, infatti, sono molteplici: limitato impatto sull'ambiente, convenienza economica, bassi costi di manutenzione, tecnologia semplice, matura ed affidabile, capace di decentrare la produzione elettrica e renderla alla portata di tutti. Gli impianti eolici di piccola taglia associati ad altre fonti rinnovabili, rappresentano infine una soluzione vincente per l'alimentazione elettrica in molti paesi in via di sviluppo ed inoltre per tutte le comunità isolate, in alternativa all'estensione della rete elettrica , o per le reti locali delle isole minori. L'esigenza di una maggiore attenzione per i problemi ambientali delle generazioni future, oltre a scaturire da considerazioni di ordine morale, nasce da osservazioni scientifiche che sempre più mettono in risalto i grandi danni che il rilascio di gas serra, dovuti all'utilizzo di fonti fossili di energia, comporta per l'umanità. Cercare quindi di ridurre le emissioni inquinanti, oltre che a rappresentare un dovere etico, rappresenta, a medio e lungo termine,una scelta oculata anche da un punto di vista economico. Una possibilità innovativa nel campo del micro-eolico è rappresentata dall'auto produzione di turbine con materiali a basso costo. Sfruttando tali materiali è possibile costruire,avendo le necessarie competenze e buona volontà,turbine che abbiano prestazioni accettabili a costi molto competitivi. I vantaggi di tale tecnologia sono particolarmente evidenti nei paesi in via di sviluppo che non hanno la possibilità di importare costose macchine dai paesi industrializzati,ma che per contro hanno disponibilità di manodopera da impegnare nell'assemblaggio dei componenti necessari. Infatti,uno degli obiettivi di questo progetto è quello di trasferire sulle turbine auto-prodotte le conoscenze acquisite dall'analisi e lo studio di quelle realizzate in scala industriale. Per favorire la diffusione di questi impianti decentralizzati per la produzione di energia nei paesi in via di sviluppo, è fondamentale il trasferimento di quel know-how acquisito in tale studio alle popolazioni locali,organizzando corsi di formazione in loco,che le rendano capaci di costruire un impianto di questo tipo con i materiali che hanno a disposizione,nonché di acquisire le conoscenze necessarie alla gestione e manutenzione dell'impianto stesso. Immagine gentilmente concessa da Hugh Piggott www.scoraigwind.com Il progetto ver. 1.1 Ricerca di mercato Abstract tesi:Realizzazione di una micro turbina eolica realizzata con materiali a basso costo Sviluppo del Progetto: In collaborazione con il D.I.E.L.(Dipartimento di ingegneria elettrica) ISf ha realizzato un lavoro di tesi per la progettazione e la realizzazione di un microturbina colica realizzata con materiali a basso costo. Prima Applicazione del Progetto In collaborazione con l'Architetto Fabrizio Carola e la'ssociazione N:EA si sono raccolti i dati vento di un villagio situato nei pressi della città di Sevarè nella regione di Mopti,nello stato del Mali situato in Africa Occidentale. In tale luogo infatti la N:EA sta costruendo un piccolo villaggio in cui sarà anche realizzata una scuola e un infermeria; tali strutture , potranno essere alimentate tramite l'installazione di questa tipologia di turbine.Tutti i dati utilizzati durante la fase di progettazione sono stati reperiti in loco e la finalità del progetto sarà proprio quella di installare il primo prototipo nel villaggio della N:EA.Il lavoro è stato suddiviso in varie fasi progettuali , e in ogni fase è stata analizzata una parte differente dell'aerogeneratore. Collocazione geografica città di Sevarè e immagnie del villaggio della N:EA Con questo progetto si è cercato di rispondere a due domande fondamentali nell'affrontare questo progetto: -E'possibile auto costruire una turbina eolica di piccola taglia? -E' possibile tale autocostruzione utilizzando materiali a basso costo? Avvalendosi dell'esperienza di autocostruzione del Ing. Massimo Bellucci si è iniziato lo studio di fattibilità di una piccola turbina eolica, realizzata con materiali a basso costo: -Le dimensioni della pala sono state determinate attraverso lo studio dei dati vento dell'aeroporto di Gao.Di seguito la varie fasi seguite nella progettazione corrispondenti ai vari capitoli: Il Rotore -composto da tre pale di 1,2 m l'una, è realizzato dalla sagomazione di un tubo in PVC(tipo PN6) di spessore 6mm.L'utilizzo di tubi PVC oltre a essere conveniente da un punto di vista economico, è vantaggioso per le sue caratteristiche strutturali e per la sua facilità di lavorazione. Il taglio del tubo è effettuato in seguito a risultati teorici ottenuti tramite Matlab e un programma di simulazione fluidodinamica XFOIL; si è cercata di simulare tramite l'uso del computer l'interazione fra questo tipo di pale e il vento, in modo da ottenere la forma più aerodinamicamente funzionale. Per i codici MATLAB ci siamo avvalsi del esperienza della RØISE University of DENMARK che aveva già realizzato studi su pale realizzate con questa tecnica. Si è inseguito utilizzato il software SolidWorks per la realizzazione CAD del modello della pala,che è stato poi analizzato tramite il Software Cosmos Works pel a simulazione FEM dei carichi agenti sulla pala Il rotore sarà accoppiato a un generatore a questo punto si sono valutate due soluzioni: Il Generatore 1)E'stato acquistato un generatore a magneti permanenti da 300w realizzato appositamente per l'accoppiamento con turbine eoliche e si sono studiate le prestazioni della turbina cosi realizzata. Vantaggi: possibilità di accoppiamento diretto con il rotore Svantaggi: Tale generatore deve essere ordinato e acquistato da una ditta estera. Il generatore è stato testato su un banco prova in modo da determinarne le caratteristiche e permettere quindi la determinazione della curva di potenza del Aerogeneratore. 2)In un'ottica di riproducibilità si è cercato di realizzare un generatore a flusso radiale modificando un alternatore di macchina o di camion; i problemi che però si presentano in questo tipo di generatore sono fondamentalmente due Il rotore interno all'alternatore è costituito da elettromagneti che hanno quindi bisogno di essere eccitati elettronicamente, ciò comporta l'impossibilità di caricare una batteria già scarica. Possibile soluzione è stata trovata tramite la sostituzione dell'elettromagnete con un magnete permanente (Neodimio-Ferro-Boro) con alto grado di magnetizzazione;la sostituzione dell'elettromagnete con un magnete a terre rare ad alto grado di magnetizzazione dovrebbe abbassare il numero di giri necessari per caricare un set di batterie,infatti tale alternatore non modificato inizia a caricare introno ai 2000RPM. Vantaggi: Costo contenuto, buone caratteristiche meccaniche,grande reperibilità; la corrente che esce da un alternatore di macchina non necessità di essere "raddrizzata" (trasformata da alternata a continua.) Svantaggi:Risulta molto difficoltoso sostituire l'elettromagnete ;in fase di smontaggio si rischia spesso di deformare i cuscinetti che permettono al rotore di girare agevolmente. Questa parte di lavoro risulta non ancora completata a causa dei grossi problemi che si sono riscontrati nella fase riassemblaggio del alternatore modificato,tale lavoro verrà comunque portato avanti. L'energia prodotta sarà accumulata in un set di Batterie di macchina o di camion, che servono per dare corrente a un impianto a 12v o 24v. Il Timone Il timone è stato progettato con un sistema di messa regolazione chiamato Furling system che permette al rotore di disporsi parallelamente alla direzione del vento per far si che il generatore possa lavorare ,una volta raggiunta la potenza nominale,a un numero di giri costanteTale sistema funge anche come dispositivo di sicurezza,evitando infatti che le pale siano soggette a carichi troppo elevati e che il generatore funzioni a un numero giri superiore a quello consentito. Il sistema è completamente meccanico e sfrutta il bilancio fra due momenti ,un agente sul rotore e uno sul timone. Di seguito è riportata la curva dipotenza teorica che si è ottenuta dalla turbina Conclusioni I codici di calcolo realizzati permetteranno la progettazione completa di una microturbina a partire dalla conoscenza dei soli dati vento. La curva di potenza ottenuta lascia ben sperare sulle produzioni energetiche che dovrebbero essere raggiunte dall'aerogeneratore. Anche se tutti i risultati sono attualmente solo teorici,l'aerogeneratore risulta aerodinamicamente efficiente,strutturalmente solido e la curva di potenza rispetta le specifiche di progetto. Si è equidi riusciti a centrare l'obiettivo del lavoro di tesi,quello cioè di realizzare una turbina eolica a basso costo;la pratica ha mostrato che con una spesa di 280€ è possibile realizzare un aerogeneratore completo con 4 giorni di lavoro. Se gli studi sul alternatore modificato saranno positivi il costo totale dell'aerogeneratore dovrebbe abbassarsi ulteriormente(170€).Il prototipo realizzato a partire da i risultati ottenuti durante questa tesi sarà il punto di partenza per le sperimentazioni future,esso sarà testato in galleria del vento per studiarne l'effettivo comportamento aerodinamico e per verificare il corretto funzionamento del sistema di controllo. Il prototipo finalmente realizzato (la piccola Dorothy) per informazioni, collaborazioni e tesi contattare Palma Alessio mail: Indirizzo e-mail protetto dal bots spam , deve abilitare Javascript per vederlo tel:3804762402 Per donazioni: Banca Popolare Etica - Padova ABI 05018 CAB 12100 N.C/C 115295 intestato a Ingegneria Senza Frontiere - Napoli Causale Versamento DONAZIONE PROGETTO MICROEOLICO Quest'opera è pubblicata sotto una Licenza Creative Commons.
Ultimo aggiornamento ( giovedì 14 gennaio 2010 )