DTI SUPSI. Corso: Produrre energia con il vento - DACD SUPSI. Maurizio Barbato ; Davide Montorfano - DTI SUPSI

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1 DTI / ICIMSI / PRODURRE ENERGIA CON IL VENTO PROGETTO DTI SUPSI 1 Progetto Generatore Eolico DTI SUPSI Corso: Produrre energia con il vento - DACD SUPSI Maurizio Barbato ; Davide Montorfano - DTI SUPSI 9 maggio 2011

2 DTI / ICIMSI / PRODURRE ENERGIA CON IL VENTO PROGETTO DTI SUPSI 2 Obbiettivi del progetto iniziale Il progetto Generatore Eolico nasce nel 2007 come progetto di diploma bachelor * con lo scopo di studiare un prototipo di micro generatore eolico da produrre a basso costo e con bassa complessità strutturale. Principali obbiettivi del progetto accademico Apprendere la tecnologia dei micro generatori eolici ; Studiare la forma ideale per un generatore solido e costruttivamente semplice ; Riciclare materiali di scarto industriale da usare come componenti per il micro generatore ; Fornire un progetto esecutivo per un prototipo sperimentale. * Progetto sostenuto dall ingegnere Alessandro Jermini.

3 DTI / ICIMSI / PRODURRE ENERGIA CON IL VENTO PROGETTO DTI SUPSI 3 Evoluzione del progetto Generatore Eolico dal 2008 ad oggi A seguito del progetto di diploma, il DTI SUPSI ha deciso di stanziare un budget che permettesse l approfondimento dello studio e la realizzazione di un prototipo a carattere didattico e sperimentale. Fasi di avanzamento Verifica ed ottimizzazione del modello Savonius proposto dal progetto di diploma ; Ricerca di una zona idonea ad accogliere l impianto sperimentale ; Ricerca di sponsor per la copertura completa delle spese ; Realizzazione della girante, della struttura di sostegno e dei lavori di muratura ; Strumentazione del prototipo per il rilevamento delle prestazioni meccaniche ed elettriche ; Messa in servizio del generatore e raccolta dei dati sperimentali ; Svolgimento di progetti accademici i inerenti al prototipo ti del micro generatore eolico.

4 DTI / ICIMSI / PRODURRE ENERGIA CON IL VENTO PROGETTO DTI SUPSI 4 Caratteristiche geometriche della girante Un approfondita ricerca nella letteratura ha permesso di definire gli ingombri ed i rapporti geometrici principali necessari per ottenere una girante ad asse verticale di tipo Savonius con prestazioni fluidodinamiche soddisfacenti. Specifiche generali della girante Girante a doppia cassa sfasata di 90º ; Pale a geometria semplice con sezione a semicerchio puro ; Numero di pale per cassa : 2 Rapporto diametro girante / altezza girante : 0.5 Rapporto diametro pala / diametro girante : 0.7

5 DTI / ICIMSI / PRODURRE ENERGIA CON IL VENTO PROGETTO DTI SUPSI 5 Dimensionamento analitico Coppia fornita dalla girante bloccata Nota: c m determinati sperimentalmente.

6 DTI / ICIMSI / PRODURRE ENERGIA CON IL VENTO PROGETTO DTI SUPSI 6 Dimensionamento analitico Coppia fornita dalla girante in rotazione Nota: Tip Speed Ratio = 0.8.

7 DTI / ICIMSI / PRODURRE ENERGIA CON IL VENTO PROGETTO DTI SUPSI 7 Scelta dell alternatore Alternatore a magneti permanenti DC 540 Impiego di un moltiplicatore 4X a cinghia dentata.

8 DTI / ICIMSI / PRODURRE ENERGIA CON IL VENTO PROGETTO DTI SUPSI 8 Ottimizzazione fluidodinamica con simulazioni CFD Attraverso simulazioni fluidodinamiche CFD ad due dimensioni è stato possibile analizzare il comportamento della girante al variare di alcuni parametri geometrici. Ciò ha permesso di visualizzare le pressioni che si sviluppano attorno alle pale, le velocità dei flussi, i ricircoli d aria attorno alla girante e di determinare i coefficienti di trascinamento medi. Dominio computazionale Modello CAD 2D della girante. Dominio computazionale.

9 DTI / ICIMSI / PRODURRE ENERGIA CON IL VENTO PROGETTO DTI SUPSI 9 Ottimizzazione fluidodinamica con simulazioni CFD Generazione delle griglie di calcolo Una volta definito il dominio computazionale, si passa a costruire una griglia di celle che occupa lo spazio del dominio. In ciascuna di queste celle vengono in seguito risolte le equazioni del campo fluidodinamico.

10 DTI / ICIMSI / PRODURRE ENERGIA CON IL VENTO PROGETTO DTI SUPSI 10 Ottimizzazione fluidodinamica con simulazioni CFD Analisi dei risultati e ottimizzazione dei coefficienti di trascinamento Velocità dell aria attorno alla girante se esposta ad un vento di 26 m/s. Velocità e direzione dell aria, rappresentata con dei vettori, esponendo la girante ad un vento di 26 m/s.

11 DTI / ICIMSI / PRODURRE ENERGIA CON IL VENTO PROGETTO DTI SUPSI 11 Ottimizzazione fluidodinamica con simulazioni CFD Analisi dei risultati e ottimizzazione dei coefficienti di trascinamento e a Distribuzione della pressione attorno alla girante se esposta ad un vento di 26 m/s. Definizione di parametri quali e ed a.

12 DTI / ICIMSI / PRODURRE ENERGIA CON IL VENTO PROGETTO DTI SUPSI 12 Dimensionamento strutturale Modello CAD del generatore eolico DTI SUPSI. Deformata a carico massimo (vento = 26 m/s) e sollecitazioni secondo Von Mises (MPa).

13 DTI / ICIMSI / PRODURRE ENERGIA CON IL VENTO PROGETTO DTI SUPSI 13 Strumentazione del prototipo sperimentale Misuratore di coppia DR-3000 Datalogger DI-710 Coppia massima : 20 N m Velocità angolare massima : RPM Classe di accuratezza : 0.1 Voltometro digitale a 14 bit Rilevamento di tensione e intensità di corrente Caratteristiche di monitoraggio: Hz Conoscendo coppia e velocità angolare, si determina la potenza meccanica fornita dalla turbina. Conoscendo tensione e intensità di corrente, si determina la potenza elettrica fornita dall alternatore. lt t

14 DTI / ICIMSI / PRODURRE ENERGIA CON IL VENTO PROGETTO DTI SUPSI 14 Realizzazione e messa in servizio Aerodromo di Lodrino (TI)

15 DTI / ICIMSI / PRODURRE ENERGIA CON IL VENTO PROGETTO DTI SUPSI 15 Realizzazione e messa in servizio Aerodromo di Lodrino (TI)

16 DTI / ICIMSI / PRODURRE ENERGIA CON IL VENTO PROGETTO DTI SUPSI 16 Realizzazione e messa in servizio Aerodromo di Lodrino (TI)

17 DTI / ICIMSI / PRODURRE ENERGIA CON IL VENTO PROGETTO DTI SUPSI 17 Realizzazione e messa in servizi Aerodromo di Lodrino (TI)

18 DTI / ICIMSI / PRODURRE ENERGIA CON IL VENTO PROGETTO DTI SUPSI 18 Opportunità didattiche e proseguimento dei lavori Oltre a permettere il rilevamento delle prestazioni del prototipo, l impianto di Lodrino rappresenta per il DTI SUPSI una zona di laboratorio e banco di prova sperimentale per prove e misurazioni fluidodinamiche ed offre nel contempo la possibilità di svolgere attività didattiche con gli studenti del dipartimento. Attività didattiche attualmente previste sul micro generatore eolico DTI SUPSI Studio e sviluppo di un ondulatore ad hoc per la messa in rete dell energia prodotta ; Sviluppo di un software dedicato per la registrazione automatica dei dati e il monitoraggio via web dello stato dell impianto ; Ottimizzazione e incremento delle prestazioni fluidodinamiche e di conversione dell energia del prototipo attuale.

19 DTI / ICIMSI / PRODURRE ENERGIA CON IL VENTO PROGETTO DTI SUPSI 19 Team SUPSI del progetto Generatore Eolico Ing. Daniele Crivelli Ing. Davide Montorfano Ing. Giovanni Furia Ing. Maurizio Barbato Ing. Matteo Dotta

20 DTI / ICIMSI / PRODURRE ENERGIA CON IL VENTO PROGETTO DTI SUPSI 20 Sponsor Il progetto Generatore Eolico è stato finanziato interamene dal Dipartimento Tecnologie Innovative della SUPSI, ma ha giovato di alcuni contributi di sponsoring da parte di enti e aziende esterni all Università. SI RINGRAZIANO

21 DTI / ICIMSI / PRODURRE ENERGIA CON IL VENTO PROGETTO DTI SUPSI 21 Grazie per l attenzione davide.montorfano@supsi.ch maurizio.barbato@supsi.ch Istituto CIM per la Sostenibilità nell Innovazione Dipartimento Tecnologie Innovative SUPSI Via Cantonale Galleria Manno