DTI / ICIMSI / RODURRE ENERGIA CON IL VENTO - ESERCITAZIONE 1 Esercitazione Dimensionamento di una micro turbina eolica Corso: rodurre energia con il vento - DACD SUSI Maurizio Barbato ; Davide Montorfano - DTI SUSI 9 maggio 011
DTI / ICIMSI / RODURRE ENERGIA CON IL VENTO - ESERCITAZIONE Si stima che una casa di vacanza di montagna abbia un fabbisogno elettrico medio pari a kwh/giorno e ci si propone di soddisfare questa esigenza per mezzo di una o più micro turbine eoliche. Nota: fabbisogno stimato considerando: lampadine a risparmio energetico, frigorifero, TV, ventilazione di un impianto di riscaldamento a legna e cappa aspirante da cucina. Esclusi: forno, fornelli elettrici e impianti di riscaldamento elettrici. Ipotesi semplificative : 15 Vento disponibile ore di vento : t =8h v (m/s) 10 velocità del vento : v = 7 m/s 5 Sono inoltre noti : 10:00 18:00 t (h) p atm. a livello del mare : p at = 1.01 bar quota dell abitazione : h = 1 500 m.s.l.m
DTI / ICIMSI / RODURRE ENERGIA CON IL VENTO - ESERCITAZIONE A) Determinare la potenza massima che potrebbe estrarre una microturbina eolica ideale avente una sezione esposta al vento pari a m. B) Determinare quante turbine di tipo Savonius occorrono per soddisfare il fabbisogno. Dimensioni della girante pari a : D=1m ; H=m C) Determinare il diametro che dovrebbe avere una singola turbina ad asse orizzontale con tre pale per soddisfare il fabbisogno elettrico giornaliero. ore di vento : t =8h
DTI / ICIMSI / RODURRE ENERGIA CON IL VENTO - ESERCITAZIONE 6 A) Determinare la potenza massima che potrebbe estrarre una microturbina eolica ideale avente una sezione esposta al vento pari a m. La potenza messa a disposizione dal 1 flusso d aria che investe la turbina è pari a : flusso Av Dove la densità dell aria può essere determinata con la legge dei gas perfetti come : p V m R T m V p R T e la pressione dell aria a quella quota, attraverso la tabella delle proprietà dell atmosfera standard. ore di vento : t =8h
DTI / ICIMSI / RODURRE ENERGIA CON IL VENTO - ESERCITAZIONE 7 A) Determinare la potenza massima che potrebbe estrarre una microturbina eolica ideale avente una sezione esposta al vento pari a m. ore di vento : t =8h
DTI / ICIMSI / RODURRE ENERGIA CON IL VENTO - ESERCITAZIONE 10 A) Determinare la potenza massima che potrebbe estrarre una microturbina eolica ideale avente una sezione esposta al vento pari a m. Interpolando linearmente i coefficienti, la pressione atmosferica alla quota di 1 500 m.s.l.m risulta essere : 0.887 0.7861 p1 '500 1.01 0.87 bar 8.7 10 dunque la densità dell aria: p R T 8.710 8788 a 1 '500 1.05 kg / e la potenza messa a disposizione dal vento : 1 1 flusso 1 '500 A v 1.05 7 57. W m ore di vento : t =8h
DTI / ICIMSI / RODURRE ENERGIA CON IL VENTO - ESERCITAZIONE 1 A) Determinare la potenza massima che potrebbe estrarre una microturbina eolica ideale avente una sezione esposta al vento pari a m. In fine, per determinare la potenza massima estraibile con una turbina eolica da queste condizioni, si deve considerare il coefficiente di prestazione della girante. La legge di Betz evidenzia ia come nel caso ideale il coefficiente di prestazione sia pari a : c p-max = 0.59 ore di vento : t =8h e di conseguenza : out max c p max flusso 0.5957. 1. 7 W
DTI / ICIMSI / RODURRE ENERGIA CON IL VENTO - ESERCITAZIONE 16 B) Determinare quante turbine di tipo Savonius occorrono per soddisfare il fabbisogno. Dimensionii i della girante pari a:d = 1 m ; H = m. otenza estratta dalla turbina : out c p flusso Coefficiente di prestazione: C p =0. ore di vento : t =8h TSR
DTI / ICIMSI / RODURRE ENERGIA CON IL VENTO - ESERCITAZIONE 0 B) Determinare quante turbine di tipo Savonius occorrono per soddisfare il fabbisogno. Dimensionii i della girante pari a:d = 1 m ; H = m. otenza flusso: 1 1 flusso 1 '500 Av 1.051 7 51. 6 W otenza estratta: out c p flusso 0.51.6 70. W Energia estratta giornalmente: Eout out t 0.0708 0.56 kwh / giorno ore di vento : t =8h Numero di turbine necessarie per soddisfare il fabbisogno giornaliero : Fabbisogno giornaliero N.6 turbine turbine Energia estratta 0.56
DTI / ICIMSI / RODURRE ENERGIA CON IL VENTO - ESERCITAZIONE 1 B) Determinare quante turbine di tipo Savonius occorrono per soddisfare il fabbisogno. Dimensionii i della girante pari a:d = 1 m ; H = m. ore di vento : t =8h Windstream Technologies.
DTI / ICIMSI / RODURRE ENERGIA CON IL VENTO - ESERCITAZIONE C) Determinare il diametro che dovrebbe avere una singola turbina ad asse orizzontale con tre pale per soddisfare il fabbisogno elettrico giornaliero. La potenza che questa turbina deve riuscire ad estrarre dal vento è : Eout kwh Eout out t out 0. 5 kw t 8 h er estrarre tale potenza essa deve essere investita da : out c p flusso flusso c out c p ore di vento : t =8h
DTI / ICIMSI / RODURRE ENERGIA CON IL VENTO - ESERCITAZIONE 5 C) Determinare il diametro che dovrebbe avere una singola turbina ad asse orizzontale con tre pale per soddisfare il fabbisogno elettrico giornaliero. Coefficiente di prestazione: C p =0. ore di vento : t =8h TSR
DTI / ICIMSI / RODURRE ENERGIA CON IL VENTO - ESERCITAZIONE 8 C) Determinare il diametro che dovrebbe avere una singola turbina ad asse orizzontale con tre pale per soddisfare il fabbisogno elettrico giornaliero. er estrarre tale potenza la turbina deve essere dunque investita da : c 0.5 out flusso 0. 595 p 0. kw La superficie investita dal vento dovrà quindi essere : flusso 1 595 flusso 1'500 Av A. 1'500 v 1.057 m ore di vento : t =8h La girante dovrà di conseguenza avere un diametro di : A. A D D. 1 m Nota: sono stati trascurati in questi dimensionamenti i rendimenti dei componenti a valle della girante.