WindBeam: un approccio alternativo all’energia alternativa

Le fonti energetiche alternative stanno riscuotendo, in questo periodo, il loro meritato successo. Un adeguato parco eolico o la creazione di un sistema a pannelli solari per la produzione di energia non scatenano più quella soggezione che, invece, si aveva nei passati decenni. Ciononostante, ancora oggi, si respira un’aria ancora pesante per il futuro dell’energia sostenibile.
Oggi scopriremo un nuovo modo alternativo per l’energia alternativa. Si chiama WindBeam, ed è un mini generatore eolico in grado di generare energia anche dalla minima variazione di velocità dell’atmosfera, sino ad una sensibilità di appena due miglia orarie (circa 3Km/h).

Come funziona WindBeam?

Il design del generatore eolico WindBeam è davvero semplicistico e prevede una trave sospesa tra due serie di molle alloggiate in una cornice esterna. Il fenomeno di aggancio e sgancio consente di rilevare anche le minime variazioni di pressione quando esposto al flusso d’aria.

L’energia prodotta da tale oscillazione è sfruttata utilizzando un sistema composto da un induttore elettromagnetico che genera corrente alternata che può essere rettificata in corrente continua immagazzinandola in un’apposita batteria. Zephyr Energy Corporation sta attualmente collaborando con Epec Engineered Technology al fine di sviluppare la tecnologia di storage batteria Windbeam.

Il vero vantaggio di questo progetto, rispetto alle turbine eoliche tradizionali, è la totale mancanza di cuscinetti e ingranaggi meccanici, il che corrisponde ad un notevole minor attrito e livello di rumore generato dalla produzione energetica.

Transverse Galloping and Vortex Shedding, un aggiornamento

Per chi se lo fosse perso, il Transverse Galopping rappresenta il progressivo aumento di ampiezza della vibrazione trasversale che si verifica in risposta ad un aumento della velocità del vento. Nel caso del sistema Windbeam, il vento scorre sopra la trave formando un differenziale di pressione mentre la sezione non circolare del fascio produce un angolo tra la direzione del flusso del vento e la forza esercitata sulla trave stessa. Un fenomeno legato allo studio della meccanica dei fluidi.

Questa forza, spinge inizialmente il fascio verso l’alto fino al massimo punto di vincolo del sistema, cioè le molle ed il telaio che forza verso il basso. Lo stesso vento produce quindi un differenziale di pressione opposto che incoraggia il fascio ad effettuare un movimento verso il basso. Un ciclo iterativo che si ripete al passaggio di ogni livello di pressione sul modello di sistema ad auto-eccitamento.WindBeam flusso aria

Vortex Shedding, invece, contribuisce anch’esso ad oscillazioni del fascio, ma in misura minore. Questo fenomeno consiste nella formazione di vortici alternati provenienti da dietro il fascio quando sottoposto al flusso d’aria. Una forza di sollevamento agisce sulla trave allo stesso modo dei vortici con un’intensità direttamente correlata alla forma della sezione trasversale ed alle dimensioni del fascio. Quando i vortici sono abbastanza grandi, si creano zone di bassa pressione nella stessa direzione del fascio.

Quanta potenza genera Windbeam?

WindBeam, prima di giungere al suo attuale stadio è passato attraverso varie fasi elaborative progettuali. Si è passati dai 3W generati attraverso una progettazione da 30″ di lunghezza (circa 76cm) ad un nuovo design che rende non solo silenzioso ma anche pratico il sistema, con dimensioni tali da poter essere implementato in futuro all’interno delle apparecchiature dell’Internet delle Cose, scalando verso il basso il fattore dimensionale di progettazione che, in tal caso, garantisce una potenza di accumulo compresa tra 0 e 6mW su lunghezze di 5 pollici (appena 12.7cm), come potete vedere dalla sottostante tabella.

Windbeam dimensioni

La semplicità del disegno è un fattore ideale per mantenere bassi i costi dei generatori, sebbene la spesa in Watt per ogni applicazione è fortemente variabile a seconda del contesto.
Molti dei componenti risiedono fuori dalla piattaforma: molle, magneti, pulsante, piccole bobine e pezzi formati da plastica. Non è richiesto nessun processo di fabbricazione speciale, rientra tutto nelle normali procedure di fabbricazione.

Applicazioni WindBeam

La scalabilità dei Windbeam rende adatto il dispositivo per una miriade di applicazioni, soprattutto negli impianti di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell’aria (HVAC). L’applicazione principale verso cui ci si orienta, in questo momento, è quella relativa agli impianti intelligenti ed alle tecnologie dell’Internet delle Cose: le aziende, infatti, stanno implementando sensori e attuatori HVAC in modo da ottenere una migliore resa dal flusso d’aria o per incrementare la qualità dell’aria all’interno degli edifici.

L’efficacia di WindBeam si concretizza in quelli che sono i vecchi edifici che, dal punto di vista dell’efficienza, non sono proprio al top. Suddividendo in zone gli edifici per mezzo di ammortizzatori, è possibile catturare l’energia dal flusso d’aria passando per i condotti già esistenti, che saranno così in grado di provvedere alla carica della batteria. Il grafico che segue fornisce un’idea specifica del computo della potenza d’uscita:

Windbeam potenza

Oltre ad alimentare serrande ed attuatori in un sistema HVAC, l’installazione Windbeams all’interno di un edificio può, sia aumentare la sua efficienza recuperando energia che altrimenti andrebbe persa, sia essere usata per fornire alimentazione al sensore della rete. Una sorta di valvola di scarico del flusso d’aria, tanto per intenderci. L’idea sarebbe quella di catturare alcuni mW utili di quell’energia mettendola a disposizione per l’alimentazione dei gestori di flusso o dei sensori, rendendo così più efficiente l’edificio.

Attraverso tale sistema possono essere soddisfatte specifiche esigenze che rientrano nel campo dell’HVAC. Ciò che manca, per il momento, è un progetto definitivo a misura d’utente che consenta di creare WindBeam specificamente orientati all’intervallo di funzionamento richiesto dall’utente, bypassando i vincoli fisici delle strutture. La conoscenza del flusso tipico d’aria, in tal caso, detterà necessariamente le dimensioni del prodotto, anche se questo funziona, dimensioni a parte, in un intervallo ben più ampio di quello previsto nello specifico.

WindBeam

Al di là dell’HVAC, vi sono diverse altre applicazioni utili per essere applicate a Windbeam. La tecnologia è modulare, e consente dunque di impilare insieme più generatori al fine di creare una matrice più ampia.
Da un punto di vista militare, si può considerare il fatto di essere in grado di utilizzare un trasmettitore auto-alimentato posto, ad esempio, sulla cima di una montagna in territorio nemico. Anzi, in realtà, Windbeam ha le sue origini proprio in applicazioni militari.
Il motivo, infatti, per cui questa tecnologia è stato creata è stato in risposta ad una specifica richiesta del Dipartimento della Difesa che, a tale scopo, cercava un’alternativa meno appariscente alla turbina eolica posta all’interno della base operativa. Le turbine eoliche classiche, infatti, sono piuttosto evidenti e generano interferenze con i segnali in campo radio.

In un contesto diverso si potrebbe pensare di implementare i micro-generatori WindBeam in quelle regioni prive di fonti energetiche affidabili che, verosimilmente, potrebbero contare ora su una fonte di energia a basso costo e basso impatto ambientale. Scalando i generatori sino alle dimensioni utili per poter essere inseriti, ad esempio, in una finestra, si provvederà autonomamente alla ricarica di dispositivi mobili o per l’alimentazioni di lampade a basso wattaggio e luci di cortesia. Altre potenziali applicazioni di WindBeam includono:

  • Alimentazione esterna per stazioni meteorologiche
  • Torri Broadcast
  • Energia di emergenza in caso di calamità o catastrofe
  • Luce d’emergenza
  • Fonte di ricarica per le batterie elettroniche dei nostri device

E voi per cosa utilizzereste questa nuova fonte di energia alternativa? Avete qualche idea? Lasciateci pure tutti i vostri commenti e le vostre impressioni in proposito.