STUDIO E OTTIMIZZAZIONE DI UN AEROGENERATORE AD ASSE VERTICALE PRIVO DI FONDAZIONI E TRASPORTABILE CON MEZZI STRADALI ORDINARI

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1 ALMA MATER STUDIORUM UNIVERSITA DI BOLOGNA FACOLTA DI INGEGNERIA STUDIO E OTTIMIZZAZIONE DI UN AEROGENERATORE AD ASSE VERTICALE PRIVO DI FONDAZIONI E TRASPORTABILE CON MEZZI STRADALI ORDINARI Tesi di Laurea in Laboratorio CAD Candidato: Stefano Breschi Relatore: Chiar.mo Prof. Ing. Luca Piancastelli Anno accademico 2009/2010 II sessione

2 OBIETTIVI Realizzazione di un aerogeneratore ad asse verticale per la produzione di energia elettrica a basso costo Possibilità di posizionare l aerogeneratore in zone di difficilmente raggiungibili come colline e montagne Esigui costi di installazione e basso impatto ambientale Utilizzo di componenti di ingombro massimo non superiore ai 2m privilegiando la scelta di collegamenti filettati minimizzando saldature e costose lavorazioni. Struttura snella priva di fondazioni

3 LE SPECIFICHE DI PROGETTO L area captante viene ricavata attraverso la teoria di Betz utilizzando una potenza nominale di 10 kw e una velocità del vento di 12 m/s: Resistenza aerodinamica D agente sulla vela: Velocità del vento pari a 20 m/s grado 9/12 sulla scala di Beaufort

4 PRIMA SOLUZIONE Intera struttura in acciaio Fe510 Sistema di quattro vele a forma di triangolo rettangolo di lunghezza 8x6 m Utilizzo di una rotaia per la guida al moto rotatorio collegata con traversine Quattro carrelli disposti sopra la rotaia collegati tramite un elemento centrale Produzione di energia elettrica attraverso l utilizzo di quattro generatori da 3 kw l uno posizionati sotto il carrello

5 DIMENSIONAMENTO COMPONENTI BOMA: lunghezza 6m assemblato tramite 4 elementi filettati lunghi 1.5m ciascuno FERMO: costituito da un unico tubo pieno di 1.8 m di lunghezza e 120 mm di diametro

6 ALBERO: lunghezza 8m assemblato tramite 4 elementi filettati lunghi 2m ciascuno. Dimensionamento a flessione e verifica a carico di punta

7 DIFETTI DELLA PRIMA SOLUZIONE Peso elevato Costo eccessivo Mancanza di stabilità dell intera struttura SOLUZIONE NON TERMINATA

8 SECONDA SOLUZIONE Sistema a vela avente le stesse dimensioni della prima soluzione (8x6) Rotaia munita di traversine per la guida al moto rotatorio Albero e boma in lega di alluminio per ridurre il peso della struttura Utilizzo di cavi e funi per conferire stabilità all albero

9 SCELTA DI ALBERO E BOMA Resistenza e stabilità garantite Diminuzione del peso Riduzione dei costi Densità lineare 2.9 kg/m 3 ALBERO BOMA

10 ALBERO CON CROCETTE

11 ELEMENTI DI COLLEGAMENTO Collegamento boma albero Collegamento albero vela Collegamento boma vela

12 BASE E TRAVI PER ATTACCO FUNI Base che collega albero e travi Trave a doppio T in acciaio Fe42

13 FUNZIONAMENTO FINALE N O 4 S E

14 COSTI E VIAGGI Elementi Costo Parti in acciaio Fe Parti in acciaio Fe Alberi, boma e crocette 8000 Parti in lega di alluminio 6760 Vele in dacron 2400 Generatori 800 Cuscinetti 50 Altre parti 2000 Costo prima soluzione Costo seconda soluzione (-30%) Recupero costi di investimento stimato in meno di 5 anni Numero viaggi per il trasporto dell aerogeneratore

15 CONCLUSIONI Possibilità di realizzare un aerogeneratore ad asse verticale per la produzione di energia elettrica a basso costo che rispetti le precedenti specifiche Raggiunto l obiettivo di evitare l impatto ambientale e impegnativi lavori preliminari grazie all assenza di fondazioni Raggiunto l obiettivo di poter trasportare l aerogeneratore in zone montuose o difficilmente raggiungibili senza ricorrere a mezzi pesanti Contenimento dei costi di installazione e di realizzazione grazie soprattutto all utilizzo di elementi da catalogo Non è stato raggiunto l obiettivo di contenere le dimensioni d ingombro entro i 2 m a causa della scelta di componenti commerciali, che ha però portato a indubbi vantaggi sotto il profilo economico