martedì 4 aprile 2017

Analisi preliminare profilo pala

In questo precedente post abbiamo parlato delle forze che entrano in gioco e come esse sono distribuite su una singola sezione di pala del nostro generatore eolico, adesso priviamo a fare alcune considerazioni che riguardano l'insieme delle infinite sezioni che compongono la pala e come esse si comportano rispetto al vento reale.


Partiamo col dire che nel profilare la pala è necessario tenere in considerazione che ogni sezione di essa non si muove con la stessa velocità tangenziale:
Vt = ω * r  
dove Vt è la velocità tangenziale della sezione della pala posta ad una distanza r dall'asse principale.
La velocità tangenziale è quindi direttamente proporzionale alla velocità angolare e alla distanza dall'asse principale.

Nei grafici seguenti vediamo come varia l'angolo d'incidenza al variare dell'angolo α  per le diverse sezioni tra vento reale e velocità angolare data dalla seguente formula .

i =  α/2 – arctan [ (v' sen α) / ( v + v' cos α) ]  ( α/2 meno l'angolo tra vento apparente e il vettore vento reale)
Si nota come con una velocità tangenziale bassa rispetto a quella del vento reale l'angolo di incidenza tende ad essere lineare con l'angolo α . In tale caso la portanza è rilevante solo per intorni piccoli vicini ad  α = 0°. Ricordiamo che il picco della portanza si ha intorno a 15° d'incidenza (  α = 30 ) per poi scendere velocemente sopra tale angolo.
 In tale caso la resistenza è la componente che incide principalmente sul moto sulla maggior parte della traiettoria percorsa dalla sezione della pala.



Man mano che la velocità tangenziale si avvicina a quella reale del vento la curva tende ad assottigliarsi ad  α = 0° , mantenendo quindi un angolo d'incidenza molto basso , tranne che nell'avvicinamento ad  α = 180° dove la pala è  perpendicolare alla direzione del vento reale.



Nell'ultimo grafico vediamo come l'angolo d'incidenza si assottiglia e rimane compresso su valori piccoli di i per velocità tangenziali prossime a quella del vento reale.

Abbiamo detto che la velocità tangenziale è proporzionale alla distanza dall'asse principale della singola sezione presa in considerazione. 
I grafici possono quindi essere considerati relativi a differenti sezioni della pala  e cioè rispetticamente a una sezione con r = 0,3 R , r = 0,8 R   e  r = 0,98 R  (con R = lunghezza pala) ponendo la velocità tangenziale massima ( v' = v con r = R)  è uguale a quella del vento.
Nel caso in cui la velocità tangenziale sia superiore a quella del vento si ha una incidenza negativa che tende a generare ad un effetto frenante, da parte della forza portante, a partire dalle sezioni più esterne della pala.
E' perciò necessaria una profilazione che tenga conto del fatto che le sezioni più vicine all'asse principale sono soggette più alla forza resistiva che alla portanza.
Rimandiamo ad un altro post l'analisi di possibili profili alari che le singole sezioni della pala potrebbero assumere.