Tutoriale de energie alternativă
Ar trebui ca palele turbinelor eoliene să fie plate, îndoite sau curbate
Vântul este o resursă de energie gratuită, până când guvernele pun o taxă pe el, dar vântul este, de asemenea, o sursă de energie foarte imprevizibilă și nesigură, deoarece se schimbă în mod constant atât în forță, cât și în direcție. Pentru a produce cantități utile de energie, turbinele eoliene trebuie, în general, să fie mari și înalte, dar pentru a funcționa eficient trebuie, de asemenea, să fie bine concepute și proiectate, ceea ce le face, de asemenea, costisitoare.
Majoritatea turbinelor eoliene concepute pentru producerea de energie electrică au constat într-o elice cu două sau trei pale care se rotește în jurul unei axe orizontale. Este evident să spunem că aceste modele de palete de turbină eoliană asemănătoare cu cele ale elicei convertesc energia vântului în putere utilizabilă la arbore, numită cuplu. Acest lucru se realizează prin extragerea energiei din vânt prin încetinirea sau decelerația vântului în timp ce acesta trece peste palete. Forțele care decelera vântul sunt egale și opuse forțelor de ridicare de tip împingere care rotesc paletele.
La fel ca o aripă de avion, paletele turbinei eoliene funcționează prin generarea de portanță datorită formei lor curbe. Partea cu cea mai mare curbură generează o presiune scăzută a aerului, în timp ce aerul cu presiune ridicată de dedesubt împinge pe cealaltă parte a profilului aerodinamic în formă de pală. Rezultatul net este o forță de ridicare perpendiculară pe direcția de curgere a aerului peste paleta turbinei. Șmecheria în acest caz este de a proiecta paleta rotorului astfel încât să se creeze cantitatea potrivită de portanță și de împingere a paletei rotorului, producând o decelerație optimă a aerului și, prin urmare, o mai bună eficiență a paletei.
Dacă paletele elicei turbinei se rotesc prea încet, aceasta lasă prea mult vânt să treacă nestingherit și, prin urmare, nu extrage atât de multă energie pe cât ar putea. Pe de altă parte, dacă paleta de elice se rotește prea repede, ea apare în fața vântului ca un disc mare și plat care se rotește, ceea ce creează o cantitate mare de rezistență la înaintare.
În acest caz, raportul optim al vitezei de vârf, TSR, care este definit ca raportul dintre viteza vârfului rotorului și viteza vântului, depinde de profilul formei paletei rotorului, de numărul de palete ale turbinei și de designul propriu-zis al paletei de elice a turbinei eoliene. Așadar, care este cea mai bună formă și cel mai bun design al paletelor pentru paletele turbinelor eoliene.
În general, paletele turbinelor eoliene sunt modelate pentru a genera puterea maximă din vânt la un cost de construcție minim. Dar producătorii de palete pentru turbine eoliene caută mereu să dezvolte un design de pală mai eficient. Îmbunătățirile constante în proiectarea paletelor eoliene au produs noi modele de turbine eoliene care sunt mai compacte, mai silențioase și sunt capabile să genereze mai multă energie din mai puțin vânt. Se crede că, prin curbarea ușoară a paletei turbinei, acestea sunt capabile să capteze cu 5 până la 10 procente mai multă energie eoliană și să funcționeze mai eficient în zonele care au, de obicei, viteze mai mici ale vântului.
Proiectarea paletei turbinei eoliene
Atunci, ce tip de formă a paletei ar produce cea mai mare cantitate de energie pentru o turbină eoliană? – Palele plate sunt cel mai vechi design de pală și au fost folosite de mii de ani la morile de vânt, dar această formă largă și plată este din ce în ce mai puțin comună decât alte tipuri de design de pală. Lamele plate împing vântul împotriva vântului, iar vântul împinge împotriva lamelor.
Rotația rezultată este foarte lentă, deoarece lamele care se rotesc înapoi pe cursa ascendentă după ce au generat energie se află în opoziție cu producția de energie. Acest lucru se datorează faptului că paletele se comportă ca niște palete uriașe care se mișcă în direcția greșită, împingând împotriva vântului, ceea ce le dă numele de palete de rotor bazate pe rezistență.
Cu toate acestea, modelele cu palete plate oferă beneficii semnificative pentru cei care fac DIY’er în comparație cu alte modele de palete eoliene. Palele de rotor plate sunt ușor și ieftin de tăiat dintr-o foaie de placaj sau de metal, asigurându-se că palele au o formă și o dimensiune constantă. Ele sunt, de asemenea, cele mai ușor de înțeles, necesitând mai puține abilități de proiectare și construcție, dar eficiența lor și ușurința de a genera energie electrică este foarte scăzută.
Palele curbate sunt foarte asemănătoare cu o aripă lungă de avion (cunoscută și sub numele de aerofilă) care are o suprafață curbată în partea superioară. Pânza curbată are aer care circulă în jurul ei, aerul mișcându-se peste partea superioară curbată a lamei mai repede decât sub partea plană a lamei, ceea ce face ca zona de presiune de deasupra să fie mai mică și, prin urmare, ca urmare, este supusă unor forțe aerodinamice de ridicare care creează mișcare.
Aceste forțe de ridicare sunt întotdeauna perpendiculare pe suprafața superioară a lamei curbate, ceea ce face ca lama să se miște prin rotație în jurul butucului central. Cu cât vântul suflă mai repede, cu atât mai multă portanță este produsă pe pală, deci cu atât mai rapidă este rotația. Avantajele unei pânze de rotor curbate în comparație cu cele ale unei pânze plate constau în faptul că forțele de portanță permit ca vârfurile pânzei unei turbine eoliene să se deplaseze mai repede decât se mișcă vântul, generând mai multă energie și randamente mai mari. Prin urmare, palele turbinelor eoliene bazate pe portanță sunt din ce în ce mai frecvente în prezent. De asemenea, palele de turbine eoliene din pvc făcute acasă pot fi tăiate din țevi de drenaj de dimensiuni standard care au forma curbată deja încorporată, oferindu-le cea mai bună formă de pală.
Curved Blade Air Flow and Performance
Dar palele curbate suferă, de asemenea, de rezistență de-a lungul lungimii sale, care încearcă să oprească mișcarea palei. Rezistența este, în esență, frecarea aerului împotriva suprafeței palei. Tracțiunea este perpendiculară pe portanță și se află în aceeași direcție cu fluxul de aer de-a lungul suprafeței palei. Dar putem reduce această forță de rezistență prin îndoirea sau răsucirea paletei și, de asemenea, prin îngustarea acesteia de-a lungul lungimii sale, producând cel mai eficient proiect de pală de turbină eoliană.
Unghiul dintre direcția vântului care se apropie și pasul paletei în raport cu vântul care se apropie se numește „unghi de atac”. Pe măsură ce acest unghi de atac devine mai mare, se creează mai multă portanță, dar pe măsură ce unghiul devine și mai mare, mai mare de aproximativ 20o, pala va începe să scadă portanța. Așadar, există un unghi ideal de pas al paletei rotorului care creează cea mai bună rotație, iar palele moderne ale turbinelor eoliene sunt de fapt proiectate cu o răsucire de-a lungul lungimii lor, de la un pas abrupt la rădăcină la un pas foarte mic la vârf.
Pentru că viteza la vârful unei pale rotative este mai mare decât la rădăcină sau în centru, palele moderne ale rotorului sunt răsucite de-a lungul lungimii lor cu 10-20o de la rădăcină la vârf, astfel încât unghiul de atac scade de la un unghi în care aerul se mișcă relativ încet în apropierea rădăcinii lor, la un unghi în care se mișcă mult mai repede la vârf. Această răsucire a paletei maximizează unghiul de atac de-a lungul lungimii, obținând cea mai bună portanță și rotație.
În concluzie, lungimea paletei rotorului unei turbine eoliene determină câtă energie eoliană poate fi captată pe măsură ce se rotește în jurul unui butuc central, iar performanța aerodinamică a paletelor turbinei eoliene este foarte diferită între o pală plată și o pală curbată. Palele plate sunt ieftine și ușor de realizat, dar au forțe de rezistență mari, ceea ce le face lente și ineficiente.
Pentru a crește eficiența paletelor turbinei eoliene, paletele rotorului trebuie să aibă un profil aerodinamic pentru a crea portanță și a roti turbina, dar paletele curbate de tip aerofoil sunt mai greu de realizat, dar oferă performanțe mai bune și viteze de rotație mai mari, ceea ce le face ideale pentru generarea de energie electrică.
Dar pentru a obține cel mai bun design pentru paletele turbinei eoliene putem îmbunătăți și mai mult aerodinamica și eficiența prin utilizarea unor palete de rotor de tip elice răsucite și conice. Răsucirea paletei modifică unghiul vânturilor de-a lungul paletei, cu efectul combinat al răsucirii și conicității paletei de-a lungul lungimii sale, îmbunătățește unghiul de atac crescând viteza, eficiența, reducând în același timp rezistența la înaintare. De asemenea, palele conice sunt mai rezistente și mai ușoare decât cele drepte, deoarece eforturile de încovoiere sunt reduse.
Proiectarea paletelor pentru turbine eoliene este crucială pentru ca o turbină eoliană să funcționeze conform așteptărilor. Inovațiile și noile tehnologii utilizate pentru proiectarea paletelor turbinelor eoliene nu s-au oprit aici, deoarece noi formule și modele sunt luate în considerare pentru a le îmbunătăți zilnic performanța, eficiența și puterea de ieșire.
Pentru a afla mai multe despre „Paletele turbinelor eoliene” și despre modul în care acestea funcționează ca parte a unui sistem de energie eoliană, atunci Faceți clic aici pentru a comanda cartea „Wind Power For Dummies” de pe Amazon astăzi și aflați mai multe despre turbinele eoliene, energia eoliană și generatoarele eoliene pentru a vă genera propria energie gratuită.