Una turbina Turgo idroelettrica fai-da-te a basso costo realizzata con cucchiai domestici e ottimizzata per raggiungere una potenza meccanica di 1,5 kW con un'efficienza superiore al 60%.
Grazie a una sovvenzione del Centro per le economie in via di sviluppo della UC Davis Blum, un team guidato da studenti è stato inviato in Ruanda per condurre seminari didattici e studi di fattibilità per sistemi idroelettrici su piccola scala prodotti localmente. Il viaggio prevedeva indagini su siti idroelettrici esistenti e potenziali, laboratori nei villaggi che sfruttavano la progettazione partecipativa e l’ideazione per l’approvvigionamento locale di materiali idroelettrici e i relativi costi, nonché uno stage per due studenti di ingegneria che includeva formazione tecnica e networking aziendale e governativo. Avendo identificato i costi di capitale e l'inefficienza delle turbine come due fattori che ostacolano l'implementazione dei sistemi pico-idro nei villaggi rurali, il team di studenti ha progettato, costruito e testato una turbina pico-idro Turgo a basso costo realizzata con cucchiai. La Turbina Turgo è particolarmente adatta per salti elevati, applicazioni a basso flusso. Qui, questa turbina "a cucchiaio" a basso costo è ottimizzata testando sperimentalmente sei parametri di progettazione: diametro dell'ugello, angolo di ingresso del getto, numero di cucchiai, velocità della turbina, orientamento del cucchiaio e posizione di impatto del getto. La turbina ha raggiunto 1,5 kW di potenza meccanica con un'efficienza del 63%.
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Fonte
Kyle Gaiser, Paul Erickson, Pieter Stroeve, Jean-Pierre Delplanque, Un'indagine sperimentale sui parametri di progettazione per le turbine pico-idro Turgo utilizzando una metodologia di superficie di risposta, Energia rinnovabile, Volume 85, gennaio 2016, Pagine 406-418, DOI: http : //dx.doi.org/10.1016/j.renene.2015.06.049 . Accesso aperto al testo completo
Estratto della ricerca
Milioni di case off-grid in aree remote del mondo hanno accesso a risorse pico-idro (5 kW o meno) che non sono sviluppate a causa dei costi di installazione proibitivi ($/kW). La turbina Turgo, una turbina idroelettrica ad impulso generalmente adatta per applicazioni con salti medio-alti, ha guadagnato rinnovata attenzione nella ricerca grazie alla sua potenziale applicabilità a tali siti. Tuttavia, la letteratura pubblicata sulla turbina Turgo è limitata e indica che la teoria attuale e le conoscenze sperimentali non spiegano adeguatamente gli effetti di alcuni parametri di progettazione, come il diametro dell'ugello, l'angolo di ingresso del getto, il numero di pale e la velocità delle pale sull'efficienza della turbina. In questo studio, questi parametri vengono utilizzati in un esperimento sulla superficie di risposta composita centrale a tre livelli. Una turbina Turgo a basso costo viene costruita e testata con materiali facilmente disponibili e viene sviluppato un modello di regressione del secondo ordine per prevederne l'efficienza in funzione di ciascun parametro di cui sopra e delle loro interazioni. Sono stati studiati anche gli effetti dell'angolo di orientamento delle pale e della posizione di impatto del getto sull'efficienza e si è riscontrato sperimentalmente che hanno un significato relativamente scarso per la turbina. Lo scopo di questo studio è quello di stabilire linee guida di progettazione empirica che consentano a piccoli produttori e privati idroelettrici di progettare turbine Turgo efficienti a basso costo che possono essere ottimizzate per uno specifico sito pico-idro. I risultati sono espressi anche in parametri adimensionali per consentire un potenziale adattamento a sistemi e produttori più grandi. Sono stati studiati anche gli effetti dell'angolo di orientamento delle pale e della posizione di impatto del getto sull'efficienza e si è riscontrato sperimentalmente che hanno un significato relativamente scarso per la turbina. Lo scopo di questo studio è quello di stabilire linee guida di progettazione empirica che consentano a piccoli produttori e privati idroelettrici di progettare turbine Turgo efficienti a basso costo che possono essere ottimizzate per uno specifico sito pico-idro. I risultati sono espressi anche in parametri adimensionali per consentire un potenziale adattamento a sistemi e produttori più grandi. Sono stati studiati anche gli effetti dell'angolo di orientamento delle pale e della posizione di impatto del getto sull'efficienza e si è riscontrato sperimentalmente che hanno un significato relativamente scarso per la turbina. Lo scopo di questo studio è quello di stabilire linee guida di progettazione empirica che consentano a piccoli produttori e privati idroelettrici di progettare turbine Turgo efficienti a basso costo che possono essere ottimizzate per uno specifico sito pico-idro. I risultati sono espressi anche in parametri adimensionali per consentire un potenziale adattamento a sistemi e produttori più grandi.
Punti salienti della carta
- Una turbina Turgo pico-idro è stata costruita con materiali domestici al costo di 30 dollari.
- Determinato sperimentalmente l'effetto dell'angolo del getto, del numero di pale, del diametro dell'ugello e del numero di giri sull'efficienza.
- Le formule empiriche consentono di ottimizzare la progettazione della turbina per qualsiasi prevalenza e flusso e di raggiungere un'efficienza meccanica del 62%.
- I risultati indicano che tutti i parametri hanno effetti e interazioni principali significativi di secondo ordine.
- I parametri ottimali erano: angolo dell'ugello di 35°, rapporto tra diametro dell'ugello e spaziatura delle pale = 0,94 e rapporto di velocità di 0,43.
Parole chiave
Fallo da solo; Pico-idro; Turbina Turgo; Energia idroelettrica; Ottimizzazione
Fotografie
- Turbina Turgo fai-da-te
Turbina Turgo realizzata con cucchiai.
Gli esperimenti hanno determinato il numero ottimale di cucchiai, l'orientamento del cucchiaio, il diametro dell'ugello, l'angolo dell'ugello e la velocità della turbina.
La turbina Turgo fai-da-te ha raggiunto un'efficienza meccanica del 62%.
Comunità ruandese locale che ci ha aiutato a esaminare un potenziale sito idroelettrico.
Turbina pico-idro costruita localmente.
Workshop nel villaggio per raccogliere idee su come procurarsi localmente parti per il sistema pico-idro.
Essere intraprendenti (usando taniche e foglie di banana) per misurare il flusso d'acqua durante l'indagine del sito idroelettrico.
Guarda anche
- http://blumcenter.ucdavis.edu/grants/past-grantees/2011-2012/grantee-profile-picoidro-in-rwanda
- http://web.archive.org/web/20150905081348/http://smallidro.ucdavis.edu/featured-project/78/