turbina installata da Hugh Piggott in africa

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)