mrmany79 ha chiesto in Matematica e scienzeIngegneria · 1 decennio fa

Perchè le nuove pale eoliche hanno una forma così strana?

Le pale dei moderni generatir eolici hanno una forma che si discosta molto da un semplice rettangolo. Soprattutto mi colpisce il fatto che siano più larghe al centro e affusolate sulle punte. Non sarebbe meglio il contrario?

6 risposte

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  • 1 decennio fa
    Migliore risposta

    Il fatto dell'essere affusolate sulle punte è per limitare la resistenza di vortice perchè una generica ala(anche le pale di eliche, elicotteri, turbine eoliche) quando funzionano necessariamente hanno su una "faccia" una pressione maggiore che sull'altra, ma all'estremità l'ala tende ovviamente a passare dalla zona di alta pressione a quella di bassa non incontrando alcun ostacolo....questo causa un vortice....e è desiderabile che questo vortice sia il più attenuato possibile....l'ala rettangolare genera un vortice maggiore di quelle rastremate(cioè con corda minore all'estremità), che a loro volta ne genera uno maggiore di quelle a pianta ellittica....una elica con una rastremazione inversa(cioè con corda maggiore all'estremità sarebbe la cosa peggiore possibile).

    Negli anni '50 a qualcuno venne l'idea di fare un aereo con l'ala a rastemazione inversa(una versione di F-84) perchè pensava che più lontano dal flusso disturbato dalla fusoliera avrebbe funzionato meglio, ma si resero rapidamente conto che non era stata affatto una buona idea

    Per quanto riguarda lo svergolamento invece è dovuto al fatto che le pale girano e quindi per il loro calettamento è necessario tenere conto sia della velocità del vento sia della velocità tangenziale della pala...il risultato è che l'angolo del vento sentito dalla pala cambia con la distanza dal mozzo...ma questa cosa è comune a tutte le eliche(di aereo, turbine eoliche e anche se un po' meno evidente anche nelle pale di elicottero)

  • 1 decennio fa

    Una pala da 100 metri di diametro che ruoti ad 1 giro al secondo raggiunge una velocità sull' estremo della pala pari a 314 m/sec, circa 1130 km/h, quasi supersonica.

    Il secondo problema e' che la potenza del vento e' proporzionale alla quarta potenza della velocità: ad ogni raddoppio di velocità quindi la pressione esercitata dal vento e' 16 volte superiore.

    La soluzione a questi due problemi e' una pala ad assetto variabile, ma resta il problema della flessione dalla torsione esercitata dal carico del vento sulla superficie della pala.

    Una forma rettangolare avrebbe il momento torcente massimo alla metà della pala mentre una forma triangolare o meglio ancora a filo d'erba concentra il momento torcente sull' attacco della pala;

    Le forme sono quindi studiate in galleria del vento per avere il migliore rendimento a basse velocità per non generare bang supersonici e per non far spaccare il tutto in caso di forti venti o raffiche, la forma ottimale trovata e' quella che vedi

  • 1 decennio fa

    Per lo stesso motivo per cui i fratelli Wright fecero un aereo con le ali rettangolari mentre ora si usano profili variabili rastremati e svergolati

    L'aerodinamica è una materia difficile, tanti supercalcolatori sono stati sviluppati appositamente per risolvere problemi di questo tipo.

    Non ricordo con precisione ma mi pare che il problema di un corpo immerso in un fluido in moto, senza approssimazioni, sia formato da un sistema di tredici equazioni differenziali non lineari.

    Mano a mano che si sviluppa la potenza di calcolo si trovano forme aerodinamiche diciamo "più ardite" che però hanno una rendita migliore.

    In effetti è probabile che le punte affusolate servano per diminuire il più possibile la resistenza

  • Anonimo
    1 decennio fa

    Giustamente come ti hanno già detto, si ha a che fare con le leggi della aerodinamica o per meglio dire la fluidodinamica in quanto anche l'aria può essere considerata un fluido...

    Il profilo delle pale eoliche è un profilo alare ch epermette la penetrazione del fluido e permette di convertire la massima pressione esercitabile dal vento in energia cinetica e quindi, una volta convertita, in energia elettrica.

    Ora, partendo dal presupposto che in un fluido l'oggetto che vi ci s'immerge meglio (dando minori problemi di turbolenze e "vortici" per la rottura del moto fluido) è una sfera, si comprende del perchè la parte "frontale" è arrotondata.

    Il resto del profilo segue regole di costruzione che fanno riferimento ai triangoli di velocità (stesso principio per cui si dimensionano i profili delle turbine idrauliche o a vapore) e che devono sottostare a "regole" costruttive che comprendono anche la variabilità del vento. Solitamente, prima di costruire gli impianti, vengono svolti studi sulla fattoria del vento (si chiama così il posto dove si mettono più generatori eolici) per vedere quali sono i venti predominanti e carpirne tutti i "segreti" direzione, range di variabilità, costanza nell'intensità, velocità media, ecc. ecc.

    Questo per fare la progettazione del profilo che sfrutti al meglio il vento in quella zona.

    Nei generatori a singola pala, inoltre, si ha un contrappeso collocato a una estremità della pala che serve a bilanciare il momento d'inerzia generato dalla rotazione della pala.

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  • 1 decennio fa

    Oltre alle giuste considerazioni sulla "bizzarria" dell'aereodinamica, bisogna considerare che, spostandosi dalla punta verso il centro, aumenta la sollecitazione meccanica agente sulla pala. Inoltre, a differenza di un elica (per esempio quella di un aereo), credo che la forma della pala di un generatore eolico sia ottimizzata per un flusso d'aria a velocità variabile, com'è appunto quella del vento; anche questo, forse, contribuisce alla sua "stranezza".

  • Anonimo
    1 decennio fa

    x sfruttare tutta la forza del vento senza nessuna resistenza o perdita

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