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Progettazione turbina eolica da 20 Kw

Settore: Impianti eolici

Cliente: Ecolibrì

Referente: Ing. Davide Mavillonio, Ing. Luigi Barile, Ing. Riccardo Castagnoli

Categoria: Dimensionamento, progettazione CAD, analisi strutturale FEM e verifica fluidodinamica CFD

Descrizione


 

Esigenza

Ecolibrì, ramo d’azienda della società A.C.E. srl con sede ad Agrate Brianza attiva sul mercato eolico dal 2015, ha lanciato la sfida progettuale di ampliare la gamma già esistente di turbine eoliche ad asse verticale con funzionamento on-grid con una pala eolica a prestazioni più elevate, pari a 20 kW. Obiettivo della turbina eolica ECOLIBRI’ da 20 Kw è quello di supportare tutte le strutture già connesse ad una rete elettrica con energia rinnovabile.

Quattro le richieste principali che Ecolibrì ha posto allo staff tecnico Asotech coordinato dall’Ing. Davide Mavillonio:

costi-contenuti
funzionamento
impatto
resistenza
Il nuovo generatore eolico doveva avere costi di costruzione contenuti, essere facilmente trasportabile, resistente a venti forti superiori ai 60 m/s ed essere in grado di produrre energia elettrica in modo efficiente. Indispensabile che fosse esente da fenomeni di risonanza difficilmente valutabili e potenzialmente distruttivi e, dunque, che funzionasse in modo silenzioso e sicuro.

Contributo

Per lo sviluppo della turbina eolica a tre pale ad asse verticale con target di potenza 20 kW, Asotech ha adottato un approccio multidisciplinare: ai primi dimensionamenti teorici si sono affiancate analisi fluidodinamiche 2D e 3D e si poi è proceduto con la scelta del profilo alare ottimale, per garantire la più alta efficienza possibile al sistema. Una volta individuato il profilo alare, la progettazione e le analisi strutturali sono state portate avanti in modo da ottenere una struttura leggera, resistente e performante, pronta a fornire energia elettrica da fonti rinnovabili a costi contenuti.

A differenza di quanto fatto per le turbine da 3 kW e da 10 kW sviluppate da Ecolibrì in alluminio, per questa macchina Asotech ha progettato le pale in materiale composito con profilo principale in vetroresina e rinforzo interno in fibra di carbonio. Questa scelta ha consentito di ridurre la massa della parte più esterna della turbina, limitando così di fatto le forze agenti sul sistema, e di aumentare la resistenza strutturale, dal momento che questi materiali hanno tensioni di rottura più alte.

La turbina eolica sviluppata ha rivoluzionato la gestione della parte elettronica e dell’energia. In caso di basso vento, il moto-generatore permette di portare la turbina a velocità superiori ai 50 rpm e di ottenere un autosostentamento già con 2 m/s di vento. Le massime prestazioni essa le ottiene però a 12 m/s, velocità oltre la quale un freno permette di modulare la velocità e di limitarla a 100 rpm.

Per ottimizzare i profili di base, Asotech ha utilizzato il software di simulazione Ansys-Fluent, che ha reso possibile iniziare le analisi preliminari 2D e 3D degli aspetti fluidodinamici complessivi. In questo modo sono state ottenute le curve di rendimento della turbina al variare della velocità del vento.

Successivamente lo staff tecnico Asotech ha risolto le problematiche di progettazione CAD e di verifica strutturale, dato dall’utilizzo dei materiali compositi.

Lo sviluppo della turbina ha coinvolto inoltre il dimensionamento e la verifica del palo di sostegno, che è stato realizzato ottimizzando le geometrie, così da offrire la più alta frequenza di risonanza possibile.

Vantaggi

Grazie alla collaborazione con Asotech, Ecolibrì ha ottenuto una turbina eolica con una struttura leggera, resistente e performante che ha sintetizzato le esigenze espresse di rispettare costi di costruzione e di dimensione ridotti con un target di potenza elevato pari a 20 Kw.

La macchina non impatta sull’ambiente da punto di vista acustico e, grazie al materiale composito con cui sono state realizzate le sue pale, resiste a venti forti superiori ai 60 m/s.

Il cliente ha potuto contare su un team di ingegneri, coordinati da un unico referente, per tutte le fasi di lavoro (progettazione, analisi fluidodinamica CFD e analisi strutturale FEM), evitando così di doversi rivolgere a più aziende o più interlocutori.