Pannelli e topologia

Inviato da PaoloQuadrini il Mer, 10/03/2010 - 18:52

 Ritorno con degli sviluppi architettonici dopo una parentesi fluidodinamica (non ancora terminata).

 

Riprendendo in considerazione la topologia stessa della superficie del faro, ho cominciato ad approfondire alcuni aspetti lasciati in sospeso durante lo sviluppo ingegneristico: la conformazione della griglia di suddivisione della superficie dove apporre i pannelli e la geometria degli stessi.

 

Sono partito da un primo modello di dettaglio in cui ho dato una prima bozza al modulo tipo del pannello, ossia a una cella della griglia che di base ho stabilito a maglia quadrata.
 
Ho immaginato un pacchetto di chiusura composto da un pannello esterno, un'intercapedine di circa 60/80cm per permettere all’aria di passare attraverso le fessure tra i pannelli e far girare le turbine giustamente apposte tra i medesimi, la struttura, un’altra intercapedine con passerella per le ispezioni e infine il pannello interno.
 
Partiamo dalla struttura:

 

Come si può ben vedere è uno stralcio di griglia strutturale dal quale è possibile studiare meglio un singolo pannello.

Dai quattro nodi strutturali sporgono perpendicolarmente al piano di superficie due staffe per ogni giunto, l’una opposta all’altra, che servono per sorreggere il pannello interno da un lato e quello esterno dall’altro.

La pedana per l’ispezione e per la manutenzione:

La parte dove passa la pedana è quella più interna.

 

Quindi il pannello interno:

Questo pannello ha la particolarità di diminuire molto l’attrito viscoso con l’aria. Riferimento:

 

Il pannello esterno a doppia curvatura:

Con l'obbiettivo di far passare il vento attraverso il sistema di pannelli esterni, la prima cosa che ho pensato è stata quella di prendere il punto mediano del lato inferiore del pannello e sollevarlo, dall'altra parte invece, di abbassare quello opposto. In questo modo si genera un pannello a doppia curvatura che insieme a quello attiguo forma un vuoto all’interno del quale installare la turbina. In seguito vedremo che questa soluzione della superficie a doppia curvatura ha suscitato nuovi ragionamenti e nuove sfide.

 

Infine la turbina:

 

Questa soluzione è stata studiata per permettere al vento di attraversare le turbine senza però andare a togliere superficie al pannello per il fotovoltaico. Pertanto i pannelli esposti a sud saranno tutti dotati di un sistema fotovoltaico ottimizzato attraverso software specifici, come ho mostrato nei post precedenti con Solar Radiations.

 

 

 

Arrivati a questo punto, con Stefano abbiamo constatato che avere “n” pannelli tutti a doppia curvatura e tutti diversi uno dall’altro, poteva essere un difetto di progetto non indifferente dal punto di vista di fattibilità. Quindi ho cominciato a ridefinire la forma del pannello cercando di farlo diventare una superficie sviluppabile, ossia una superficie a curvatura semplice che può essere ricavata da un pannello piano appositamente tagliato e piegato (come ad esempio un cilindro o un cono e non la sfera).
 

 

Dopo alcuni esperimenti sono giunto al seguente risultato:

 

Le aperture sono rimaste le stesse, ma è cambiata la topologia del pannello: praticamente è come se fossero due porzioni di cono una attaccata all’altra e una l’inverso dell’altra. Pertanto sarà possibile svilupparle in un semplice “foglio” la cui geometria piana potrà essere mandata a una macchina a controllo numerico per il taglio.
 

 

Sviluppo la superficie anche con Rhino:

A questo punto una volta generati da computer tutti i pannelli ognuno diverso dall’altro, sarà possibile estrarre tutti i pannelli su un laminato da tagliare senza alcuno sforzo di calcolo.

 

Il risultato architettonico resterà sempre lo stesso, anzi... con questa nuova soluzione si risolvono alcuni problemi di stabilità strutturale, come la deformazione della griglia quadrata. Infatti introducendo questi nuovi pannelli che hanno una forte componente triangolare, cioè che in un certo senso tagliano in due il pannello lungo la sua diagonale, sarà possibile inserire nella struttura un irrigidimento diagonale.

 

Quindi, estendendo il tutto al progetto otteniamo:

 

 

Per quanto riguarda la topologia della superficie, cioè l’ottimizzazione della suddivisione in quadrilateri e triangoli della stessa, per ottenere dei pannelli per lo più simili tra loro, ho chiesto supporto al professor Todesco.
 
Ovviamente non esiste una suddivisione automatica ed evidente della superficie per evitare che i pannelli alla base siano decisamente più larghi di quelli sulla sommità. Applicando una griglia UV su una superficie loft di questo tipo, cioè una sorta di cilindro ritorto e rastremato verso l’alto, il risultato è un numero di righe e di colonne scelte da me: ciò non mi dà però la possibilità di controllare che il numero di colonne possa variare lungo l’altezza. Mi spiego, se nella parte bassa il “cilindro” è molto largo e io stabilisco di dividere la sua circonferenza in 10 parti ad esempio, quando arrivo in alto e la circonferenza (decisamente più piccola) viene a sua volta suddivisa nelle stesse 10 parti, ottengo dei “segmenti” molto diversi tra base e sommità, quindi una griglia molto sproporzionata. Io invece ho bisogno di “segmenti” sempre uguali, o quantomeno molto simili per non avere tutte turbine diverse (cosa improponibile).

 

 

La soluzione… o meglio la possibile soluzione è quella di scrivere uno Script in grado di generare una griglia completamente controllata, i punti della quale siano scelti in base alle necessità.
 
Quindi ci saranno dei casi in cui da una riga all’altra lo scarto sarà di qualche punto, cioè in una riga avremo ad esempio 10 nodi e in quella adiacente 8: per passare da una riga all’altra è quindi necessario utilizzare due raccordi di forma triangolare, mentre gli altri resteranno quadrilateri come prima.
 
Per comprendere un po' meglio forse la seguente immagine può aiutare.

 

Questa è la volta a ventaglio di Gloucester in cui vediamo che invece di avere solo una serie di nervature che partono dalla colonna e si raccordano all’altra volta, quando la distanza tra una nervatura e l’altra diventa eccessiva si raddoppia e quindi attraverso un raccordo partono il doppio delle nervature.

Su questo argomento tornerò con un nuovo post più approfondito.

 

Commenti

admin

Mer, 10/03/2010 - 22:41

caro Paolo

bellissimo post, e molto interessante la ricerca
geometrica, con il contributo, più che prezioso
del prof. Todesco.

Dal punto di vista fluidodinamico, una considerazione:
ma siamo sicuri che le turbine orientate verso l'alto
funzionano?  tieni conto che l'alternativa potrebbe
essere triangolare nell'altro senso e metterle perpendicolari.

Oltretutto, non ci saranno sempre giusto?
Sarebbe bello metterle solo dove c'è maggiore portata,
e lasciare vuoto il resto? Magari poi incrementarle col tempo?

Conto di vederti venerdi alla presentazione del libro!
a presto,

Stefano

 

PaoloQuadrini

Gio, 11/03/2010 - 12:30

 Ho corretto il post... c'erano un po' d'errori (l'ho scritto di getto)!!!

 

Per quanto riguarda le turbine, secondo i miei calcoli l'orientamento è giusto: la forma a spirale della superficie dovrebbe convogliare il vento a salire elicoidalmente e quindi colpire direttamente le aperture tra i pannelli. (ovviamente il tutto è discutibile)!

Si può anche pensare a un incremento progressivo del numero di turbine. Ma semplicemente per un discorso economico, perché sempre per il principio di cui sopra ogni apertura ha una buona portata di vento, a parità di condizioni.

 

Ci vediamo venerdì sicuramente! Poi verso le 20 dovrò andare via, ma ci sarò!!!

StefanoConverso

Gio, 11/03/2010 - 14:33

Ciao Paolo,

ci vediamo domani allora. Servirà anche un cameraman.
Ti candidi?

I calcoli che citi, ti consiglio, per il sito e la tesi,
di esplicitarli. E di non andare troppo sul complesso.
Mi atterrei a dei comportamenti noti e consolidati.
Come e dove sono messe turbine analoghe?

Seguirei i consigli giusti e saggi di Teresi, al quale
manderei un aggiornamento.

un saluto e a domani!

Stefano