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Ridotte vibrazioni del vento per ponti e pale di turbine

A causa dell’aumento di estensione dei ponti sospesi e delle pale di turbine eoliche, questi diventano più vulnerabili in quanto a vibrazioni prodotte dal vento e instabilità. Un progetto finanziato dall’UE ha studiato il modo migliore per affrontare questa sfida.
Ridotte vibrazioni del vento per ponti e pale di turbine
Le pale delle turbine eoliche stanno aumentando di lunghezza sebbene vengano costruite a partire da materiali più leggeri e flessibili, il che rende tali componenti suscettibili a flutter e scuotimento. Il termine flutter si riferisce all’instabilità dovuta a effetti di smorzamento negativi, il che può verificarsi in condizioni di velocità del vento sufficientemente alta, mentre lo scuotimento è causato dalla turbolenza o da altri disturbi come per esempio scie nel campo del vento in arrivo.

Questi fenomeni possono rappresentare una significativa fonte di danno causato da fatica e compromettere la capacità di impiego delle strutture. Il progetto ACTAGREEN (Aeroelasticity control for transportation and green energy) è pertanto nato allo scopo di studiare tecniche comuni per l’analisi e la soppressione delle oscillazioni indotte dal vento, nelle ampie e flessibili costruzioni civili.

L’iniziativa ha unito l’esperienza in ambito di meccanica, aerodinamica e controllo, e ha iniziato dallo studio di limiti e potenzialità delle alette di bordo d’attacco e d’uscita, in quanto alla soppressione dell’instabilità aeroelastica. I risultati hanno dimostrato che, sebbene sia possibile ottenere una stabilizzazione per il sistema in maniera relativamente semplice, questo rimane sensibile alla velocità del vento oltre la velocità di divergenza torsionale.

Tale importante rilevamento imposta un limite qualitativo e un punto di riferimento per le prestazioni di tutti i regolatori che utilizzano alette di estremità di bordo d’attacco e d’uscita. Nel caso di lunghi ponti sospesi è stato possibile migliorare significativamente le prestazioni della struttura inserendo delle alette regolabili nell’impalcato, lungo un terzo della lunghezza totale della campata principale.

I test in galleria del vento sono stati condotti per confermare i risultati numerici e hanno dimostrato che le alette di bordo d’attacco e quelle controllabili si sono rivelate efficaci per stabilizzare il ponte. Inoltre, l’impiego di sistemi passivi, il quale non ha richiesto l’utilizzo di energia, è servito per elaborare un innovativo smorzatore a massa risonante (Flap Mass Damper, FMD), in grado di assorbire energia dalle vibrazioni della struttura.

I ricercatori hanno dimostrato anche che la teoria delle strisce (dall’inglese “strip theory”, secondo la quale le forze aerodinamiche su una determinata sezione dipendono solo dal campo di flusso di tale sezione) può essere applicata a lunghi ponti sospesi, indipendentemente dall’intensità della turbolenza. Questi risultati valgono anche per le ali o le pale del rotore.

Il progetto ACTAGREEN offrirà benefici al campo della progettazione e costruzione di ponti, così come al settore delle turbine eoliche. Inoltre, il progetto offrirà benefici ai cittadini dell’UE, fornendo un accesso alla mobilità più economico e un’energia eolica più conveniente. Inoltre, il lavoro vanta importanti sbocchi applicativi per il controllo fluido-dinamico di altre strutture flessibili che operano all’interno di un campo con flusso flessibile.

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Keywords

Flutter, scuotimento, pale di turbina eolica, ACTAGREEN, aeroelasticità, smorzatore a massa risonante per alette