Sviluppo di una macchina minieolica innovativa ad elevate prestazioni

This work aims at maximizing the performance of small wind turbines for urban installation, tipically characterized by low wind speed. Starting from the comparison between different types of existing machines and by a thorough analysis of aerodynamic phenomena, it was found out that the vertical axis wind turbine H-Darrieus, with an active independent pitch control of the blades, could represent the starting point to achieve the above-mentioned aim. In order to estimate the performance of the turbine and the aerodynamic forces acting on the structure, a numerical model based on Double Multiple Streamtube (DMS) was implemented; by means of optimization algorithms, the variation of the blade pitch, as a function of the rotor angular position that maximize the performance of the machine, was carried out. The choice of lightweight and resistant components was the leading issue of this work: the blade manufacturing represents the most innovative element and it was the results of the combination of different technical and scientific disciplines. The designed and partially manufactured machine reported in this work, can be considered a suitable starting point for a new generation of high performance vertical axis wind turbines.

L'obiettivo del presente lavoro di tesi consiste nella massimizzazione delle prestazioni di macchine minieoliche inserite in un contesto urbano, caratterizzato da basse intensità del vento. Dal confronto tra le diverse tipologie di macchine esistenti, è risultato che la turbina ad asse verticale H-Darrieus meglio si presta allo scopo di questo lavoro. Un'attenta analisi dei fenomeni aerodinamici ha identificato nella movimentazione autonoma delle pale la soluzione più efficace per l'incremento delle prestazioni. E' stato implementato un modello numerico basato sul Double Multiple Streamtube che, unito ad algoritmi di ottimizzazione, ha permesso di ottenere l'andamento del pitch della pala che massimizza l'efficienza della macchina. Questo è reso possibile tramite l'utilizzo di componenti leggeri e resistenti, in particolare la pala rappresenta il componente di maggior innovazione, risultato dell'applicazione di soluzioni realizzative provenienti da diverse discipline tecnico-scientifiche. Il risultato raggiunto è rappresentato da una turbina ad elevato contenuto tecnologico, la quale si presta come punto di partenza per una nuova generazione di macchine minieoliche ad asse verticale ad elevate prestazioni.