In de Technologiekrant # 17-18 van 11-09-09 werd een verslag met foto gepresenteerd van een testrit van een door windkracht aangedreven "auto". Normaliter denkt men op dit onderwerp dat het om een zeil of zo gaat maar deze "auto" werd aangedreven door elektriciteit van een windturbine op de auto! Het werd me op slag duidelijk dat deze auto tegen de wind in zou moeten rijden. Met wind in de rug word de relatieve snelheid steeds minder naarmate de auto versneld en op een rijsnelheid Vr gelijk aan de windsnelheid Vw is de opbrengst van de turbine nul. . . (Vw-Vr)=0. . .je kan dan misschien beter met een zeil gaan rijden omdat (Vw-Vr) >> 0 moet zijn om enige aandrijving te hebben . . .je rijsnelheid wordt beperkt door wind weerstand ook al heb je de wind in de rug. . op Vr=Vw draait de turbine niet EN er is geen stuwkracht van de wind, dus Vr zal altijd lager blijven dan de windsnelheid
In het verhaal in de krant stond geen enkele informatie over de ontwerpdetails van de Spirit of Amsterdam anders dan dat met een windkracht van 4 een snelheid van 8km/h werd bereikt, en dat het ontwerp nog niet optimaal was. . .het zou mogelijk worden om 20 km/h te halen maar er werd niet bij verteld op welke snelheid dat zou zijn. . .uiteraard een geheim want er is een wedstrijd op komst!
Met tegenwind wordt de effectieve snelheid voor de turbine (Vw+Vr). . .dus er wordt meer vermogen opgewekt naarmate men tegen de wind in snelheid vergaard. . .een interessante uitkomst dat voor veel mensen misschien counterintuïtief overkomt: in principe heb je hier een systeem waarmee Vr >Vw zeker in principe mogelijk is.
Het krachtenspel is ongeveer dit:
De opbrengst van de turbine is ongeveer P=1/2*rho*At*0,6* E*(Vw+Vr)3. . .E is omzettingefficiëntie van elektra naar mechanica. . .Ik schat dat op zijn hooguit 70%
Vermogen Pa voor aandrijving =~ 0,8*(Vw+Vr)3
Voor een turbine diameter = 2 m . . .At= 3,14 m2
rho=1,2 kg/m3
Nu is er nog de vraag welke kracht er op de windturbine zelf wordt uitgeoefend als gevolg van de wind. In principe is dat uit te reken vanwege het drukverschil tussen de voorkant en de achterkant van de wieken, dan wel vanuit het energieverlies van de theoretische opbrengst. Ik schat het equivalente weerstandsoppervlak op 20 % van de turbineschijf oppervlak, dus ongeveer 0,6 m2. . een deel van de lucht gaat onverstoord tussen de wieken door, maar de turbine op de auto had ook een nogal dikke ring om de bladen heen.
Het oppervlak van de "auto" schat ik op 0,4 m2, dus een totaal voor
weerstandoppervlak =1 m2
De weerstandformule voor vermogensverlies is
Pd=1/2*rho*Aa*Cd*(Vw+Vr)[sup]3[sup]
Pd=0,6*Cd*(Vw+Vr) en op terminale snelheid Cd is ongeveer 0,4. . laten we aannemen dat op termijn dat een redelijk getal is. De testauto zou dit niet halen vanwege allerlei niet-gestroomlijnde stangen
Pd=0,25*(Vw+Vr)[sup]3[sup]
Hier zie je direct dat er een energieoverschot is op elke snelheid!
Pa =0,8*(Vw+Vr)3 >Pd=0,25*(Vw+Vr)[sup]3[sup]
Het is bekend dat voor turbines de efficiëntie afhankelijk is van windsnelheid maar dat is ook zo voor de windweerstand op de auto. Een theoretische oplossing word zeer moeilijk maar hier is in oogopslag wel duidelijk dat grofweg de windenergieopbrengst ruim 3 keer zo groot is tegen de wind in om de auto voort te stuwen en het zou blijven versnellen tot op een punt dat de turbinesnelheid buiten zijn ontwerpgrenzen komt . .een beetje vergelijkbaar met een ramjet dat ook een ongeveer exponentiele stuwkracht levert naarmate de snelheid oploopt. In elk geval kan je stellen dat er ruim voldoende marge is om de turbine opbrengst te moduleren zodat er een goede snelheidbeheersing mogelijk is en na afremmen er voldoende vermogen is om weer te versnellen. Ik had vanuit een “bierviltje” berekening veel minder windvermogen verwacht. Mogelijk heb ik ook de turbine diameter overschat maar ik zit er niet ver van af als je de maten van andere onderdelen ziet. .uiteraard is het geval met ~4m hoog totaal ongeschikt voor normaal verkeer om naar de supermarkt te gaan rijden J
Het voorbeeld is prachtig om te laten zien dat vanuit een wiskundige aanpak een theoretische oplossing mogelijk is . . .als je de Cd-variatie met snelheid zou kunnen opzetten als een functie van (Vw+Vr) en het zelfde kan doen de turbine efficiëntie dan is er een oplossing voor de maximale snelheid op een evenwichtspunt Pt=Pd . . OF de eindsnelheid wordt bepaald door hoe snel de turbine maximaal mag draaien.
In de praktijk kan je dergelijke zaken alleen bepalen door testen, modificeren, testen etc. en opnieuw beginnen tot je de maximale snelheid bereikt hebt. Voor amateurs is dat niet op te brengen
Het is te veel werk om een antwoord te gaan berekenen. . . de jongens van de Hogeschool Amsterdam en de Delftse Hogeschool hebben er een hele kluif aan om het zaakje te optimaliseren.
Heeft iemand van jullie ooit een dergelijk voertuig gezien of van gehoord? Enige algemene toegevoegde informatie over dergelijke voertuigen zou interessant zijn.
In het verhaal in de krant stond geen enkele informatie over de ontwerpdetails van de Spirit of Amsterdam anders dan dat met een windkracht van 4 een snelheid van 8km/h werd bereikt, en dat het ontwerp nog niet optimaal was. . .het zou mogelijk worden om 20 km/h te halen maar er werd niet bij verteld op welke snelheid dat zou zijn. . .uiteraard een geheim want er is een wedstrijd op komst!
Met tegenwind wordt de effectieve snelheid voor de turbine (Vw+Vr). . .dus er wordt meer vermogen opgewekt naarmate men tegen de wind in snelheid vergaard. . .een interessante uitkomst dat voor veel mensen misschien counterintuïtief overkomt: in principe heb je hier een systeem waarmee Vr >Vw zeker in principe mogelijk is.
Het krachtenspel is ongeveer dit:
De opbrengst van de turbine is ongeveer P=1/2*rho*At*0,6* E*(Vw+Vr)3. . .E is omzettingefficiëntie van elektra naar mechanica. . .Ik schat dat op zijn hooguit 70%
Vermogen Pa voor aandrijving =~ 0,8*(Vw+Vr)3
Voor een turbine diameter = 2 m . . .At= 3,14 m2
rho=1,2 kg/m3
Nu is er nog de vraag welke kracht er op de windturbine zelf wordt uitgeoefend als gevolg van de wind. In principe is dat uit te reken vanwege het drukverschil tussen de voorkant en de achterkant van de wieken, dan wel vanuit het energieverlies van de theoretische opbrengst. Ik schat het equivalente weerstandsoppervlak op 20 % van de turbineschijf oppervlak, dus ongeveer 0,6 m2. . een deel van de lucht gaat onverstoord tussen de wieken door, maar de turbine op de auto had ook een nogal dikke ring om de bladen heen.
Het oppervlak van de "auto" schat ik op 0,4 m2, dus een totaal voor
weerstandoppervlak =1 m2
De weerstandformule voor vermogensverlies is
Pd=1/2*rho*Aa*Cd*(Vw+Vr)[sup]3[sup]
Pd=0,6*Cd*(Vw+Vr) en op terminale snelheid Cd is ongeveer 0,4. . laten we aannemen dat op termijn dat een redelijk getal is. De testauto zou dit niet halen vanwege allerlei niet-gestroomlijnde stangen
Pd=0,25*(Vw+Vr)[sup]3[sup]
Hier zie je direct dat er een energieoverschot is op elke snelheid!
Pa =0,8*(Vw+Vr)3 >Pd=0,25*(Vw+Vr)[sup]3[sup]
Het is bekend dat voor turbines de efficiëntie afhankelijk is van windsnelheid maar dat is ook zo voor de windweerstand op de auto. Een theoretische oplossing word zeer moeilijk maar hier is in oogopslag wel duidelijk dat grofweg de windenergieopbrengst ruim 3 keer zo groot is tegen de wind in om de auto voort te stuwen en het zou blijven versnellen tot op een punt dat de turbinesnelheid buiten zijn ontwerpgrenzen komt . .een beetje vergelijkbaar met een ramjet dat ook een ongeveer exponentiele stuwkracht levert naarmate de snelheid oploopt. In elk geval kan je stellen dat er ruim voldoende marge is om de turbine opbrengst te moduleren zodat er een goede snelheidbeheersing mogelijk is en na afremmen er voldoende vermogen is om weer te versnellen. Ik had vanuit een “bierviltje” berekening veel minder windvermogen verwacht. Mogelijk heb ik ook de turbine diameter overschat maar ik zit er niet ver van af als je de maten van andere onderdelen ziet. .uiteraard is het geval met ~4m hoog totaal ongeschikt voor normaal verkeer om naar de supermarkt te gaan rijden J
Het voorbeeld is prachtig om te laten zien dat vanuit een wiskundige aanpak een theoretische oplossing mogelijk is . . .als je de Cd-variatie met snelheid zou kunnen opzetten als een functie van (Vw+Vr) en het zelfde kan doen de turbine efficiëntie dan is er een oplossing voor de maximale snelheid op een evenwichtspunt Pt=Pd . . OF de eindsnelheid wordt bepaald door hoe snel de turbine maximaal mag draaien.
In de praktijk kan je dergelijke zaken alleen bepalen door testen, modificeren, testen etc. en opnieuw beginnen tot je de maximale snelheid bereikt hebt. Voor amateurs is dat niet op te brengen
Het is te veel werk om een antwoord te gaan berekenen. . . de jongens van de Hogeschool Amsterdam en de Delftse Hogeschool hebben er een hele kluif aan om het zaakje te optimaliseren.
Heeft iemand van jullie ooit een dergelijk voertuig gezien of van gehoord? Enige algemene toegevoegde informatie over dergelijke voertuigen zou interessant zijn.