Politechnika Wrocławska

Instytut Techniki Cieplnej i Mechaniki Płynów

Zakład Spalania i Detonacji

Laboratorium „Konwersja energii”

Temat: Silnik wiatrowy

Grupa ćwiczeniowa nr ..........

Skład grupy:

Termin zajęć laboratoryjnych: Czw/TP, godz. 7.30-9.00

Rok studiów: 2

Prowadzący: mgr inż. Radomir Gębal

Data wykonania ćwiczenia: 07.03.2013

Data oddania sprawozdania: 16.05.2013

Ocena: ................................

Podpis prowadzącego: ...........................................

Uwagi:

1. Opis i cel ćwiczenia:

Silnik wiatrowy zmienia energię kinetyczną wiatru na pracę mechaniczną łopat wirnika. Dzięki temu energia mechaniczna zamieniana jest na energię elektryczną.

Celem ćwiczenia jest zbadanie wpływu nachylenia łopatek na sprawność silnika wiatrowego.

Wiatr został zastąpiony przez wentylator, który napędza wiatrak łopatkowy. Wiatrak jest połączony z prądnicą wytwarzającą prąd elektryczny. Odczytujemy wartości napięcia elektrycznego na prądnicy zmieniając wartości oporu elektrycznego. Ponad to mierzymy prędkość strugi wiatru.

1. Schemat stanowiska pomiarowego:

Rys.1. Schemat układu pomiarowego-kolektor wiatrowy

1. Protokół pomiarowy

Tab.1. Wartości natężenia prądu w zależności od oporu

R, Ω	, V	, V	, V
1	0,198	0,345	0,593
3	0,485	0,827	1,093
4	0,595	1,006	1,481
5	0,665	1,152	1,811
6	0,73	1,278	2,395
7	0,783	1,371	2,632
8	0,798	1,434	2,189
9	0,858	1,524	2,454
10	0,953	1,692	3,213
12	1,026	1,753	3,361
14	1,102	1,845	3,534
16	1,148	1,436	3,682
18	1,178	2,004	3,799
20	1,226	2,008	3,882
30	1,375	2,183	4,364
40	1,343	2,345	4,627
50	1,477	2,455	4,818
100	1,708	2,881	5,357
200	1,805	3,059	5,607
500	2,018	3,345	5,846
1000	2,23	3,512	6,063
2000	2,269	3,566	6,122
5000	2,307	3,597	6,176
10000	2,347	3,621	6,212

1. Wyniki pomiarów i przykładowe obliczenia

• Obliczamy wartość natężenia prądu:

U- napięcie dla danego kąta nachylenia łopatek wirnika

R – rezystancja opornika

Przykład dla 5-tego pomiaru dla kąta 45^o:

• Obliczamy moc strugi wiatru:

,

gdzie:

w=16,9 m/s - prędkość wiatru

r=4,75cm – promień łopatki wirnika

ρ=1,2kg/m³ – gęstość powietrza

• Obliczamy moc elektryczną:

Przykład dla 5-tego pomiaru dla kąta 45^o:

• Obliczamy sprawność:

Przykład dla 5-tego pomiaru dla kata 45^o:

Wszystkie wyniki umieszczamy w tabeli.

Tab.2. Wyniki pomiarów natężenia, mocy i sprawności

R, Ω	, A	, A	, A	,W	,W	,W
1	0,198	0,345	0,593	0,039	0,119	0,352	0,19	0,58	1,71
3	0,162	0,276	0,364	0,078	0,228	0,398	0,382	1,111	1,94
4	0,149	0,252	0,37	0,089	0,253	0,548	0,431	1,233	2,67
5	0,133	0,23	0,362	0,088	0,265	0,656	0,431	1,294	3,19
6	0,122	0,213	0,399	0,089	0,272	0,956	0,433	1,327	4,66
7	0,112	0,196	0,376	0,088	0,269	0,989	0,427	1,309	4,823
8	0,099	0,179	0,274	0,079	0,257	0,599	0,388	1,253	2,92
9	0,095	0,169	0,273	0,082	0,258	0,669	0,399	1,258	3,261
10	0,095	0,169	0,321	0,091	0,286	1,032	0,443	1,395	5,03
12	0,086	0,146	0,28	0,088	0,256	0,941	0,428	1,248	4,59
14	0,079	0,132	0,252	0,087	0,243	0,892	0,423	1,185	4,34
16	0,072	0,089	0,23	0,082	0,129	0,847	0,401	0,628	4,13
18	0,065	0,111	0,211	0,077	0,223	0,802	0,376	1,087	3,91
20	0,061	0,1004	0,194	0,075	0,202	0,753	0,366	0,983	3,67
30	0,046	0,073	0,145	0,063	0,159	0,635	0,307	0,774	3,09
40	0,034	0,059	0,116	0,045	0,137	0,535	0,219	0,67	2,61
50	0,029	0,049	0,096	0,044	0,121	0,464	0,213	0,587	2,26
100	0,017	0,029	0,054	0,029	0,083	0,287	0,142	0,405	1,39
200	0,009	0,015	0,028	0,016	0,047	0,157	0,079	0,228	0,77
500	0,004	0,007	0,012	0,008	0,022	0,068	0,039	0,109	0,33
1000	0,002	0,004	0,006	0,005	0,012	0,037	0,024	0,06	0,18
2000	0,001	0,0017	0,003	0,003	0,006	0,019	0,013	0,03	0,09
5000	0,0005	0,0007	0,0012	0,001	0,003	0,008	0,005	0,013	0,04
10000	0,0002	0,0004	0,0006	0,0006	0,001	0,004	0,003	0,006	0,02

1. Wykresy

Wykr.1. Wykres zależności napięcia od natężenia.

Wykr.2. Wykres zależności mocy elektrycznej od logarytmu dziesiętnego oporu

1. Wnioski

Dzięki uzyskanym wynikom możemy zaobserwować, że największą moc elektryczną uzyskujemy przy łopatkach nachylonych pod kątem 75 stopni, a najmniejszą dla nachylenia pod kątem 45 stopni. Moc ta rosła wraz ze wzrostem logarytmu z rezystancji dla wszystkich trzech charakterystyk. Największa moc dla każdego kąta nachylenia wynika dla tej samej wartości oporu [logR=1] i zaczyna maleć po osiągnięciu tego punktu.

Z podanych obliczeń wnioskujemy, ze badany wiatrak charakteryzuje się małą sprawnością w porównaniu do innych form konwersji energii.