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Creato da paoloalbert il 20/12/2009

CHIMICA sperimentale

Esperienze in home-lab: considerazioni di chimica sperimentale e altro

 

 

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Ma perchè tre pale? (Terza e ultima puntata)

Post n°86 pubblicato il 08 Marzo 2011 da paoloalbert
Foto di paoloalbert

Per quella serie di considerazioni aerodinamiche viste, per le quali le pale nella rotazione attorno all'asse del rotore sono alternativamente una forza motrice e un freno, la soluzione migliore (se non ci fossero problemi di bilanciamento) si otterrebbe con un sistema monopala, che avrebbe la maggior velocità di rotazione e quindi maggior rendimento meccanico al sistema di ingranaggi per l'alternatore collegato all'asse.
Questo perchè un'elica, a parità di potenza assorbita, gira tanto più velocemente quanto meno numerose sono le pale.
La velocità di rotazione di un sistema eolico è quindi inversamente proporzionale al numero delle pale: una sola pala (bilanciata!) = velocità alta; tante pale = velocità bassa.
(Ricordare i film western: le palette sono tante e fanno un bell'effetto ottico, ma il rotore gira lento!).

Fondamentale per questi lavori è la legge di Betz che mette in relazione la potenza ottenibile al rotore con i parametri del vento e della superficie descritta dall'elica:

P = 0,5 d S v (v12 - v22)
dove d è la densità dell'aria, S la superficie descritta dal rotore, v la velocità del vento libero a quella quota, v1 e v2 rispettivamente le velocità davanti e dietro al rotore.

Salta immediatamente all'occhio che nella formula non appare il numero delle pale, ma l'area da esse sottesa nella rotazione e che l'energia è proporzionale al cubo della velocità!

Una conseguenza fondamentale e dimostrabile (non qui!) della legge di Betz è che la potenza massima estraibile dal vento è il 59% dell'energia cinetica del vento stesso (è facilmente intuibile che se TUTTA l'energia fosse estratta, il vento dovrebbe "fermarsi" tra le pale... I moderni rotori ne estraggono al massimo circa il 50%.

La rotazione delle pale sul loro asse viene usata per angolarle in modo che presentino un differente angolo di attacco al vento e mantengano costante il loro numero di giri indipendentemente dalla forza vento; quando esso supera i limiti di progettazione le pale vengono messe in bandiera e il sistema si ferma.
E' interessante anche considerare gli sforzi che deve sopportare il sistema per bruschi cambiamenti nella direzione del vento per regolare l'imbardata: si pensi al lavoro richiesto per variare l'asse di rotazione verticale di questo enorme giroscopio...

Il fatto che le pale siano sottili (cioè che abbiano un forte allungamento), è per migliorare il rendimento aerodinamico delle stesse, in quanto in questa configurazione si riducono le resistenze indotte, come nel principio delle ali degli alianti, che hanno allungamenti spaventosamente più elevati rispetto a quelli di un aereo a motore.
Tutto il discorso spiega bene anche il perchè (ragionando all'inverso) le eliche degli aerei non abbiano trenta pale, "per avvitarsi meglio nell'aria", come qualcuno potrebbe credere..., ma in genere solo tre anch'esse!!!
Mi viene in mente anche il caso delle eliche dei moderni sommergibili atomici, che per essere silenziosissimi devono avere una rotazione dell'elica la più lenta possibile: ecco spiegato perchè le loro eliche hanno (queste sì) tante pale!

Da tutte queste lunghissime considerazioni (un discorso a puntate così lungo di sicuro non lo faccio più... ma dovevo prima di tutto essere convinto io stesso!), si deduce che il sistema a tre pale è la soluzione più usata perchè è quella col maggior rendimento fluidodinamico/economico:
                                                C.V.D.!

Spero che anche Guglielmo si sia convinto: io tutto quello che avevo da dire l'ho detto.

 
 
 
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