Trasformare l'energia eolica è un modo per ottenere elettricità a basso costo. Ci sono molti modelli di turbine eoliche. Alcuni di essi sono progettati per la massima efficienza, altri sono senza pretese nell'uso. Il secondo gruppo comprende il rotore Savonius, creato circa 100 anni fa, è ancora utilizzato con successo per risolvere vari problemi tecnici.
Storia della creazione
Sigurd Johannes Savonius (1884 - 1931) - inventore finlandese, divenne famoso per il suo lavoro in fisica relativo allo studio dell'energia eolica. Durante la sua vita ha ricevuto numerosi brevetti che vengono utilizzati non solo per creare turbine eoliche, ma anche nella cantieristica navale, nonché nei sistemi di ventilazione di moderne carrozze ferroviarie e autobus.
Un altro inventore dalla Germania - Anton Flettner (1888 - 1861) all'inizio del secolo scorso escogitò un' alternativa alla classica vela, creando il cosiddetto rotore Flettner. L'essenza dell'invenzioneera ridotto a quanto segue: un cilindro rotante, spinto dal vento, riceveva una forza diretta in direzione orizzontale, superiore a 50 volte la forza del flusso d'aria. Grazie a questa scoperta furono costruite diverse navi che sfruttano la forza del vento per muoversi. A differenza delle barche a vela convenzionali, queste navi non erano completamente indipendenti dal punto di vista energetico. I motori erano necessari per far girare il rotore.
Riflettendo sulla vela di Flettner, Savonius giunse alla conclusione che l'energia eolica poteva essere usata anche per farla girare. Nel 1926 sviluppò e brevettò il progetto di un cilindro aperto con all'interno lame dirette opposte.
Un po' di fisica
Prima, un po' di teoria. Tutti hanno notato che quando si va in bicicletta, l'aria crea una notevole resistenza al movimento. E maggiore è la velocità, maggiore è questo valore. Il secondo fattore che influenza la resistenza è l'area della sezione trasversale del corpo interessata dal flusso d'aria. Ma c'è una terza quantità, che è legata alla geometria del corpo. Questo è esattamente ciò che i progettisti di carrozzerie stanno cercando di ridurre quando si tratta di aerodinamica.
Ad esempio, possiamo dire che tre piastre con la stessa area della sezione trasversale, ma di forma diversa: concava, dritta e convessa, avranno un coefficiente di resistenza aerodinamica molto diverso. Per una forma convessa sarà 0,34, per una dritta - 1,1, per una concava - 1,33 Era la forma concava che era stata presa per le pale del rotore di Savonius. È riconosciuto come l'ospite più efficaceenergia eolica.
Il principio di funzionamento del rotore Savonius
A differenza della vela di Flettner, Savonius propose di dividere il cilindro in due metà e di spostarle l'una rispetto all' altra per ottenere le lame e lo spazio tra di loro. L'essenza dell'idea di Savonius era che il flusso d'aria che colpiva una pala non andava solo di lato, ma, passando attraverso lo spazio assiale, veniva reindirizzato alla seconda pala, il che aumentava significativamente l'effetto del vento.
Questo principio di funzionamento permette al rotore Savonius di lavorare anche con vento leggero.
Ci sono diverse opzioni di profilo:
- Le lame sono fissate sull'asse in modo tale che non ci sia spazio d'aria tra di loro. Questa è la versione più semplice delle numerose descrizioni del rotore Savonius.
- La base di una lama è inserita nella base dell' altra. Lungo la linea dell'asse rimane un divario significativo. Questa opzione consente al vento da una metà del rotore di spostarsi all' altra. Profilo più efficiente.
- Come la seconda opzione, solo l'area delle lame viene aumentata aggiungendo una piastra dritta all'interno.
Ambito di applicazione
Negli anni '60 del secolo scorso, i rotori Savonius venivano utilizzati nei sistemi di ventilazione ferroviaria. Sono stati installati sui tetti dei carri. Durante il movimento, il rotore ha iniziato a girare e pompare aria dalla strada nella stanza. Sistemi simili sono stati installati anche sugli autobus.
Oggi, l'applicazione principale del rotore è inturbine eoliche ad asse verticale. Esistono numerosi design simili che combinano due fattori:
- asse di rotazione verticale;
- senza pretese nella direzione del flusso del vento.
Oltre alle turbine eoliche verticali, ci sono dispositivi ad asse orizzontale. Si distinguono per un grande ritorno con la stessa forza del vento. Strutturalmente, assomigliano alle pale delle eliche degli aerei, posizionate su un asse orizzontale e dotate di una coda guida per l'allineamento con il vento.
Vantaggi della turbina eolica Savonius
Nonostante il fatto che i rotori assiali verticali delle turbine eoliche perdano in efficienza rispetto ai rotori assiali orizzontali, presentano comunque una serie di innegabili vantaggi:
- Lavora in qualsiasi zona climatica. Grazie alla loro piccola area trasversale, non temono i venti degli uragani.
- Non sono necessari dispositivi aggiuntivi per il loro lancio. A causa della forma concava delle pale, il lancio avviene a valori minimi di vento - 0,3 m/s. Il generatore raggiunge valori ottimali ad una velocità del flusso d'aria di 5 m/s.
- Grazie al basso livello di rumore fino a 20 dB, il mulino a vento può essere installato in prossimità dell'alloggiamento, il che è importante per la generazione di elettricità a bassa potenza e la perdita di corrente nei cavi.
- Non richiede una direzione del vento specifica. Cominciano a funzionare dal flusso d'aria che va con qualsiasi angolazione.
- Il design semplice riduce i costi di manutenzione.
- Non pericoloso per gli uccelli che percepiscono la struttura nel suo insieme e non cercano di volare attraverso le lame.
Gli svantaggi delle turbine eoliche verticali includono un'efficienza relativamente bassa, costi più elevati per i materiali da costruzione, grandi dimensioni richieste per ottenere la potenza richiesta.
Come realizzare una turbina eolica con le tue mani
Realizzare un dispositivo che fornisca completamente elettricità a una casa di campagna sembra improbabile. Tuttavia, realizzare un piccolo mulino a vento per generare elettricità gratuita che garantisca il funzionamento di dispositivi a bassa potenza (pompa di irrigazione, illuminazione stradale davanti alla casa, apertura di cancelli automatici) è alla portata di qualsiasi artigiano. Per questo avrai bisogno di:
- 3 lastre di alluminio con un lato di 33 cm di spessore, circa 1 mm di spessore;
- tubo di scarico 15 cm di diametro e 60 cm di lunghezza;
- Pipa ad acqua da 4 cm;
- generatore elettrico (è possibile utilizzare l'auto);
- raccordi (angoli in acciaio, viti autofilettanti, dadi, bulloni).
Istruzioni di cucina
Per realizzare un semplice rotore Savonius hai bisogno di:
- Ritaglia 3 dischi con un diametro di 33 cm da fogli di alluminio.
- Tagliare un tubo dell'acqua con un diametro di 15 cm lungo l'asse per creare 2 spazi vuoti per le lame. Quindi tagliare ogni pezzo al centro. In questo modo otterrai 4 lame identiche, lunghe 30 cm.
- Fai un foro al centro dei dischi attraverso il quale puoi inserire un tubo dell'acqua da 4 cm.
- Collega tutti e tre i dischi con un tubo e tra di loroinserire le lame. Due tra due dischi. Le lame devono essere orientate in modo che l'angolo tra i loro assi sia di 90 gradi. Ciò consentirà anche a un leggero vento di far girare il generatore.
- Utilizzare angoli e viti autofilettanti per fissare le lame sui cerchi in alluminio.
- Premere l'albero del generatore nella parte inferiore del tubo, che è l'asse.
Il generatore eolico è pronto. Resta solo da scegliere un sito di installazione sufficientemente aperto alle correnti d'aria. Se non c'è abbastanza vento, puoi costruire un albero alto, in cima al quale posizionare il generatore.
Turbine eoliche verticali prefabbricate
Con lo sviluppo dell'energia alternativa, c'è una domanda crescente di prodotti di alimentazione autonoma. Attualmente sul mercato ci sono turbine eoliche di fabbricazione russa, il cui prezzo parte da 60 mila rubli.
Queste unità possono essere utilizzate nel settore privato, soddisfacendo il fabbisogno elettrico da 250 W a 250 kW.
