1. Wstęp
Celem ćwiczenia było zbadanie wpływu kąta nachylenia łopatek wirnika na sprawność silnika wiatrowego.
Silnik wiatrowy zamienia energię kinetyczną wiatru na pracę mechaniczną łopatek wirnika. Rozróżniamy dwa rodzaje tych urządzeń: z wirnikiem łopatkowym oraz z wirnikiem rotacyjnym lub karuzelowym. W doświadczeniu posłużono się silnikiem z wirnikiem łopatkowym. Wirnik położony jest w płaszczyźnie pionowej, natomiast oś obrotu równolegle do kierunku wiatru.
Zaletą uzyskiwania energii w taki sposób jest jej odnawialność. Silniki wiatrowe charakteryzują się również nieskomplikowana konstrukcją. Dla potrzeb domku jednorodzinnego wystarczy zainstalować małą elektrownię wiatrową. Niestety sprawdzaja się one w przypadku niskoenergetycznych budynków, które są dobrze ocieplone i nie wymagja dużej ilości prądu. Do dalszych zalet można zaliczyć brak emisji gazów cieplarnianych oraz powstawania odpadów przy konwersji energii.
Niestety korzystanie z wiatraków uzależnione jest od prędkości wiatru oraz częstotliwości jego występowania. Turbiny mogą pracować przy wartości prędkości 5-24 m/s. Pozyskiwanie energii na dużą skalę wymaga wygospodarowania znacznych przestrzeni. Wiąże się to również z oddziaływaniem na krajobraz i środowisko. Infradźwięki
Wartość sprawności wiatraków mieści się w przedziale 23-47%.
W turbinach w tak zwanej gondoli umieszczane są w niej układy hamujące oraz serwomechanizmy, które pozwalają precyzyjnie zmieniać kąt nachylenia łopat wirnika oraz za tym idzie oś obrotu wirnika. Dzięki temu można zabezpieczyć elektrownię wiatrową przed zbyt silnym wiatrem, który może uszkodzić, a nawet zniszczyć turbinę.

2.Schemat stanowiska

1)Wentylator połączony z kanałem napędza wiatrak łopatkowy.

2)Sonda anemometru mierzy prędkość strugi wiatru w środku kanału i na wylocie z kanału.
3)Wiatrak jest połączony z 4)prądnicą wytwarzającą prąd elektryczny.
5)Za pomocą woltomierza odczytuje się wartość napięcia elektrycznego.

3.Wzory z przykładowymi obliczeniami
a) dla kąta nachylenia łopatek wirnika φ=45° - pomiar prędkości w środku przewodu

-natężenie prądu

$$I_{\varphi} = \frac{U_{\varphi}}{R} = \frac{1,02}{1,2} = 0,85\ A$$

$$P_{p} = \frac{\rho \bullet w^{3} \bullet \pi \bullet r^{2}}{2} = \frac{1,2 \bullet {15,8}^{3} \bullet \pi \bullet ({4,75 \bullet 10^{- 2})}^{2}}{2} \cong 16,77\ W$$

-moc elektryczna

P_elφ = U_φ • I_φ = 1, 02 • 0, 85 = 0, 87 W

$$\eta = \frac{P_{\text{el}}}{P_{p}} \bullet 100\% = \frac{0,87}{16,77} \bullet 100\% = 5,17\%$$

4. Tabela z wynikami

LP.	I, A	Pel, W
	45°	60°
1	1,900	2,600
2	1,650	2,400
3	1,500	2,033
4	1,400	1,700
5	1,280	1,560
6	1,150	1,417
7	1,086	1,243
8	1,050	1,150
9	0,978	1,122
10	0,970	1,030
11	0,850	0,958
12	0,771	0,886
13	0,719	0,825
14	0,639	0,811
15	0,590	0,755
16	0,467	0,537
17	0,298	0,384
18	0,183	0,252
19	0,117	0,140
20	0,078	0,105
21	0,049	0,057
22	0,012	0,012
23	0,008	0,008
24	0,004	0,005

Wyniki dla pomiarów przy kącie nachylenia łopatek wirnika φ=45°

Lp.	Pp	η
	w środku kanału	na wylocie z kanału
1	16,77	2,10
2	16,77	2,80
3	14,64	11,18
4	16,77	10,46
5	16,77	9,34

5.Wykresy
a) Napięcia (U) od natężenia prądu (I)

-dla kąta φ=45°

-dla kąta φ=60°

-dla kąta φ=75°

b) Mocy elektrycznej (P_el) od logarytmu dziesiętnego z rezystancji (logR)

-dla kata φ=40°

-dla kata φ=60°

-dla kata φ=75°

6.Wnioski
Zmierzono wartość prędkości strugi wiatru dla pięciu wartości oporu elektrycznego w przedziale 12-20 A. W środku kanału utrzymywała się ona na poziomie 15, 8 m/s. Na wylocie z kanały średnia wartość wynosiła 11,38 m/s. Zatem średnia moc strugi wiatru w pierwszym przypadku to 16,34 W, a w drugim 7,18 W.
Sprawność silnika wiatrowego dla pomiaru prędkości w środku kanału waha się w okolicach 5 %, Największa wartość wynosi 5,6%. Są to dość niskie wartości sprawności silnika, które świadczą o tym, że duża część energii strugi wiatru jest tracona przy wylocie.