SCELTA DEL PROFILO ALARE

Lo studio del profilo alare più indicato alle esigenze di progetto ha ricoperto un ruolo fondamentale. Dopo diverse ricerche e prove si è deciso di utilizzare per l’impianto pale di realizzazione identica alle ali degli aerei (Fig. 3.3.3), utilizzando uno scheletro interno costituito da longheroni e centine che danno un’elevata rigidezza consentendo però di mantenere i pesi piuttosto limitati.

Fig. 3.3.3: Ala bilongherone di un aereoplano

In particolare per il profilo alare, ovvero la sezione della pala, si è optato per un profilo biconvesso simmetrico, infatti il rotore deve funzionare continuamente nell’arco di una rivoluzione completa, con un angolo di attacco che da positivo diventa negativo; la simmetria garantisce un ugual comportamento del profilo in una posizione θ e in quella corrispondente nella metà opposta (2θ – θ), si sceglie perciò un’ala bilongherone, che oltre la simmetria è caratterizzata anche da una buona rigidezza e resistenza.

Nello specifico si è deciso di adottare un profilo NACA 0018 che è quello, rispetto agli altri profili NACA, caratterizzato da un maggior spessore centrale che quindi garantisce maggior rigidità.

Per la realizzazione del profilo è stata utilizzata un’applicazione che, una volta inserita la sigla del profilo che si vuole ottenere secondo la nomenclatura descritta in precedenza, calcola automaticamente le coordinate dei punti attraverso le equazioni del dorso e del ventre del profilo.

Per migliorare o diminuire l’accuratezza del profilo ottenuto si può agire sui punti per cui deve passare la curva, come si può notare dalla figura 3.3.4, si è optato per una quantità di 200 punti, che è un buon compromesso tra precisione e velocità di calcolo.

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Fig.3.3.4: Applicazione per il calcolo del profilo alare NACA: dati di input

Si riportano nelle figura 3.3.5 e 3.3.6 i dati in uscita che vengono forniti dall’ applicazione: la prima è una tabella di coordinate dei punti per cui passa il profilo NACA scelto, la seconda ne è la sua rappresentazione schematica.

Fig.3.3.5: Dati in uscita dell’applicazione: tabella con le coordinate del profilo

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La rappresentazione del profilo che viene fornita però non è direttamente sfruttabile nel software 3 D “Solid Works 2011” perché è una semplice immagine, per poter ottenere una curva parametrica occorre invece convertire la tabella di figura 3.3.5 in un file di testo di tipo .txt, che a sua volta deve essere inserito nel software 3D, e utilizzando la funzione “inserisci curva” è possibile tracciare il profilo passante per i punti determinati. Ottenuta così la sezione esterna del profilo e quindi della pala si è provveduto poi a progettare tutta la struttura interna.

Ogni pala è stata realizzata mediante l’unione, con una cerniera in corrispondenza del bordo di attacco, di due mezzi profili per far si di consentire il funzionamento del sistema di avviamento che verrà descritto nel paragrafo successivo. Si è ottenuto per la pala uno sviluppo longitudinale di 2.5 m (Fig.3.3.7, Fig.3.3.8) (facendo quattro livelli si ottiene un’altezza complessiva della macchina assemblata di circa dieci metri come ipotizzato nei paragrafi precedenti) e una corda di 1m. Ogni profilo all’interno è formato da due longheroni a doppia anima (Fig. 3.3.9), sulle anime vengono rivettate le centine di spessore 1,5mm. Ogni profilo presenta 9 centine montate in modo equidistanziato l’una dall’altra di 246 mm in modo che, considerando i due spessori relativi alle pareti di chiusura laterali di profili, si ottengono 10 spazi interni uguali. Nello stesso modo in cui sono realizzate le centine per uso aereonautico anche in questo caso sono state realizzate in modo che lasciassero ampi spazi vuoti all’interno della sezione, per far sì di non inficiare sul peso complessivo della pala.

Tutti i principali componenti sono stati collegati fra loro tramite rivettatura, un metodo rapido, efficace ed economico.

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Fig. 3.3.7: Profilo alare della pala eolica

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Fig. 3.3.9: Sezione della pala: sono ben visibili i due longheroni portanti ad anima doppia, le centine suddivise in tre sezioni collegate attraverso rivetti ai longheroni.

La soluzione che si vuole adottare, ovvero l’assenza del palo di sostegno centrale per il rotore, fa si che siano le pale stesse a diventare componenti strutturali e portanti dell’intera struttura, per tale ragione il mezzo profilo relativo alla parte esterna della pala è stato realizzato con un’anima interna costituita da un tubo in allumino (Fig. 3.3.10, Fig. 3.3.11) che la attraversa completamente per far sì che gran parte del carico venga scaricato su di essa e non sulla struttura della pala . Tale tubo presenta un diametro interno di 50 mm e un diametro esterno di 75 mm, nel seguito ne verrà enunciato il dimensionamento.

I perni utilizzati per sostenere le pale e per orientarle nel loro movimento di apertura, sono collegati alle pale mediante una filettatura interna all’anima dei mezzi profili, ogni perno presenta due superfici spianate per consentirne l’avvitamento mediante una semplice chiava inglese. Risultano però diversi a seconda del profilo alare considerato, infatti saranno lunghi e di diametro limitato quelli corrispondenti ai profili (peso circa 1,6 kg cadauno) collegati ai sistemi di apertura, in quanto devono essere facilmente agganciabili e non devono sopportare carichi strutturali; corti e tozzi (peso circa 1,2 kg cadauno) quelli relativi ai profili che invece sostengono la struttura ( Fig. 3.3.10)

I perni che a loro volta sono collegati con i cuscinetti relativi al sistema di apertura, sono realizzati in acciaio inossidabile per non ossidarsi durante la vita utile dell’aerogeneratore (sono sottoposti agli agenti atmosferici) ma soprattutto per sopportare meglio il peso della struttura e la forza centrifuga che si scarica su di essi durante il funzionamento dell’aerogeneratore.

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Fig.3.3.9: Vista in trasparenza della pala in cui ne sono ben visibili le strutture interne ed in particolare l’anima tubolare della semipala di destra.

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Per accoppiare i due profili viene utilizzata una cerniera lunga 2,5 m che è stata alloggiata nella parte interna dei due semi profili palari per non avere interazioni fluidodinamiche con la vena fluida che deve investire il rotore. E’ realizzata in acciaio inossidabile, pesa 22 kg per ogni pala assemblata e viene anch’essa collegata tramite rivettatura.

I profili per quanto detto presentano due masse diverse, quello con l’anima pesa 54,8 kg, mentre quello senza 39 kg. Una coppia di profili assemblati, considerando anche il peso dei componenti ausiliari in acciaio come i perni e le cerniere viene a pesare nel complesso circa 124 kg, i pesi analizzati sono fondamentali perché sono alla base del successivo dimensionamento del sistema di avviamento.