[Natuurkundevraagstuk] E-Bike

[Pannenkoekkie]

Ik zoek iemand die mijn stelling onderuit kan/wil schoppen met feiten:
Gisterenavond heb ik even zitten rekenen, ik gebruik namelijk sinds enkele weken een elektrische fiets om iedere dag mee naar het werk te fietsen. Tijdens deze ritjes gebruik ik mijn Garmin Dakota 20 om een ritlog te maken, als ik deze vervolgens upload naar Runkeeper krijg ik vervolgens een inschatting van het aantal verbrandde calorieën.

Op een volle accu heb ik 80,4km gereden en volgens Runkeeper (dus voor correctie met electrische fiets) zou mijn lichaam ongeveer 2500kcal verbruikt hebben (ik lees dit zelf als: er zijn 2500kcal nodig geweest om de beweging te leveren die is uitgevoerd?).

De accu op de fiets heeft een capaciteit van 405Wh. Conversie 1Wh = 0,86042065 Kcal
Dus ik zou zeggen: Om alle beweging te veroorzaken is 2500kcal nodig geweest, daar vanaf haal ik de capaciteit van mijn accu (dus totaal 348Kcal, voor het gemak stellende dat rendement van accu 100% is). Dus op 80,4km zou ik ongeveer 2150Kcal gebruiken.

Zelf vind ik dit aan de hoge kant, maar ik kan maar niet verzinnen waar mijn denkfout zit... Welke Tweaker helpt me uit de droom?

[Gotiniens]

Ten eerste is het algoritme van runkeeper niet perfect.
Ten tweede mis je op je Dakota nogal wat input om het preciezer te berekenen, zoals hartslag en kadans. Daarbij is runkeeper bedoeld voor mensen die zelf fietsen, en niet voor mensen die hulp krijgen.

[Pannenkoekkie]

Je laatste zin precies waar ik in mijn vraagstelling op doel; Kan ik de capaciteit van mijn accu verrekenen met de grove schatting die runkeeper levert. (Ja, ik weet dat die geen rekening houdt met basale zaken als tegenwind, ondergrond e.d, maar heel grof zal er een kern van waarheid inzitten)?

[ Voor 3% gewijzigd door Pannenkoekkie op 23-09-2014 13:11 ]

[GH45T]

Zo'n fiets levert toch een percentage ondersteuning? Moet je niet gewoon dat percentage van de 2500kcal aftellen?

[Pannenkoekkie]

Het is niet zo zeer een percentage; Tot 25km/h word 'ondersteuning' gegeven in 3 smaken: Eco, Normal of Boost. Afhankelijk van de stand is het in meer of mindere mate ondersteund (op Eco merk je dat je écht mee moet trappen op Boost hoef je maar tred te houden om 20km/h te rollen). Als je continue op Eco rijd kan je tot 150km per accu rijden, op Boost rond de 70/80km (ook weer afhankelijk van hoe hard je zelf al meedreunt).

[HBSVDK]

en Runkeeper houdt rekening met je basismetabolisme (Lees: lichaamsenergieverbuik wat niet ten goede komt aan de beweging) wat in die 2-3 uur fietsen gewoon doorgaat. Een fiets heeft geen basismetabolisme...

[Pannenkoekkie]

Laat ik de vraagstelling anders formuleren, dat Runkeeper niet volledig betrouwbaar is wist ik al voor ik postte, maar blijkbaar is het nogal een issue.

Als ik volledig bereken hoeveel energie er benodigd is om van A naar B te fietsen met een bepaald tempo. Heb ik het dan aan het einde van de rit bij het juiste einde als ik de hoeveelheid energie pak om hier vervolgens de capaciteit van de accu af te halen?

[Roozzz]

Zoals al eerder gesteld is de totale hoeveelheid calorieën die berekend wordt een wilde gok, die gegarandeerd nergens op slaat als je een elektrische fiets gebruikt ter ondersteuning. Maar goed laten we voor het gemak aannemen dat het klopt.

Dan kan je alsnog niet zomaar de accucapaciteit mee verrekenen. De hoeveelheid energie die je gebruikt om normaal te fietsen is sterk afhankelijk van de snelheid waarmee je voortbeweegt. Sneller fietsen verbruikt meer energie per tijdseenheid.
Ga jij ondersteuning gebruiken dan is de inspanning voor jou om een bepaalde snelheid te rijden lager, dus zal de hoeveelheid verbruikte energie ook sterk dalen. De hoeveelheid energie die de accu kan leveren is dan ook niet gelijk aan het deel dat jij minder gebruikt.

Je zou kunnen proberen te schatten welk %inspanning de ondersteuning voor jou levert op de gehele route. Dus eigenlijk hoeveel harder je moet werken om het traject net zo snel af te leggen als je de ondersteuning niet gebruikt. Dat percentage kan je in mindering brengen op het totaal, maar zal nog steeds erg indicatief zijn.

Een betere schatting van je daadwerkelijke hoeveelheid verbrandde calorieën kan je krijgen door met een hartslagmeter op de fiets te gaan zitten. Zo kan je je daadwerkelijke inspanning inschatten en daaruit kan de hoeveelheid calorieën beter geschat worden. Nog steeds met de nodige haken en ogen, maar dit geeft een realistischer beeld.

[F_J_K]

Dan nog is de afgelegde afstand d.m.v. 1kcal verbranding door je lichaam onvergelijkbaar met de afstand door 1kcal aan accu-energie te gebruiken om de fiets voort te bewegen.

Naast dat je lichaam ook andere dingen doet (leven etc.), is de efficiency anders.

[Pannenkoekkie]

F_J_K schreef op dinsdag 23 september 2014 @ 14:50:
1kcal verbranding door je lichaam onvergelijkbaar met de afstand door 1kcal aan accu-energie te gebruiken om de fiets voort te bewegen.

Dat is een kwestie van rendement, rendement van een accu zal in dit geval hoger zijn dan die van een menselijk lichaam, maar met onderstaande opmerking zal ik proberen duidelijk te maken wat ik bedoel:

Roozzz schreef op dinsdag 23 september 2014 @ 14:24:

Je zou kunnen proberen te schatten welk %inspanning de ondersteuning voor jou levert op de gehele route. Dus eigenlijk hoeveel harder je moet werken om het traject net zo snel af te leggen als je de ondersteuning niet gebruikt. Dat percentage kan je in mindering brengen op het totaal, maar zal nog steeds erg indicatief zijn.

Mijn gevoel zegt dat deze stelling wel hout snijd, maar als ik terugdenk aan mijn natuurkundelessen:
(Ik grijp even wat cijfers uit de lucht puur ter illustratie)

Ik heb 20 joules per seconde (lees: Watt) kracht nodig om alle weerstanden die mij tegen te houden te compenseren en op 0 uit te komen (red: dus niet te versnellen, noch te vertragen).

Als ik géén ondersteuning heb zal mijn lichaam die 20 joules per seconde zélf op moeten wekken. Nu zet ik een accu aan die mij ondersteunt voor zeg 5 joules per seconde. Mijn lichaam hoeft dan zelf nog maar 15 joules te leveren.

Simpele natuurkunde zegt dan dat (Want ik versnel op een gegeven moment niet meer, en ik vertraag ook niet meer door de combinatie van mezelf + accu). Zet dit tegen de tijd uit en ik kom op:
Totale energie = Energie per seconde * Tijd in secondes.
of
Totale energie = (energie spierkracht + energie accu) * tijd in secondes

Om voor énig moment tijdens mijn tocht te zeggen hoeveel ondersteuning ik heb (in joules per seconde) is bijna niet te zeggen aangezien die waarde varieert, maar om gelijk tempo te fietsen heb ik vanaf een paar meter

Wat ik wel weet is dat mijn accu een totale capaciteit heeft van 405Wh ofwel 405W*3600s = 1458Kjoules (ofwel 348.47Kcal). Aan het begin van mijn rit is mijn accu vol, aan het einde is mijn accu leeg, ik weet dat de totale inspanning zeg 600Kcal gekost heeft. 600Kcal = (Spierkracht + 348.47Kcal)

Ben ik heel vaag of snapt iemand inmiddels waar ik naar toe wil?

[Rannasha]

Pannenkoekkie schreef op dinsdag 23 september 2014 @ 14:55:
Simpele natuurkunde zegt dan dat (Want ik versnel op een gegeven moment niet meer, en ik vertraag ook niet meer door de combinatie van mezelf + accu). Zet dit tegen de tijd uit en ik kom op:
Totale energie = Energie per seconde * Tijd in secondes.
of
Totale energie = (energie spierkracht + energie accu) * tijd in secondes

Deze uitdrukkingen gelden enkel voor de *nuttige* energie. Zowel de motor and het lichaam hebben beiden hun eigen rendement waardoor de totale hoeveelheid verbruikte energie, uit de accu en uit het lichaam, nog steeds niet bekend zijn. En niet te bepalen zijn zonder beide rendementen te kennen.

Wat ik wel weet is dat mijn accu een totale capaciteit heeft van 405Wh ofwel 405W*3600s = 1458Kjoules (ofwel 348.47Kcal). Aan het begin van mijn rit is mijn accu vol, aan het einde is mijn accu leeg, ik weet dat de totale inspanning zeg 600Kcal gekost heeft. 600Kcal = (Spierkracht + 348.47Kcal)

Ben ik heel vaag of snapt iemand inmiddels waar ik naar toe wil?

Hoe weet je dat de totale inspanning 600 KCal gekost heeft? En is dat 600 KCal aan daadwerkelijk nuttige energie of is het 600 KCal gemeten "at the wall" om maar even computer-terminologie te gebruiken.

Je komt er niet omheen dat zonder de rendementen van jouw spieren en de motor te kennen, je geen zinnige informatie kunt halen uit de gegevens die je hebt.

Stel dat je weet hoeveel energie een lichaam gebruikt om afstand X af te leggen (info uit Runkeeper?), noem het E_T. Aangezien het lichaam een rendement heeft, noem het r_L, geldt dat de totale hoeveelheid nuttige energie die nodig is om je fiets over een afstand X te bewegen (met vastliggen snelheids- en wrijvingspatroon) gelijk is aan:
E_N = r_L E_T

Nu weet je dat die energie geleverd wordt door de accu (E_A, rendement r_A) en je lichaam (E_L, rendement r_L). Dus:
r_L E_T = r_A E_A + r_L E_L

En hieruit kun je niet zomaar E_L bepalen zonder de rendementen te kennen. Er zijn simpelweg teveel onbekenden.

[11supplier]

Jij veronderstelt dat je rendament constant is ongeacht hoe hard je gaat. Dat is niet waar. Als jij één uur 25KM p/u fietst verbruik je minder dan als je twee uur 12,5KM p/u gaat.

Analogie met schepen: Wikipedia: Slow steaming

Ik denk trouwens dat Runkeeper gewoon wat optimistischer is om je aan te moedigen die app vaker te gebruiken. Vrijwel niemand zal de resultaten daadwerkelijk controlleren

[ Voor 7% gewijzigd door 11supplier op 25-09-2014 17:24 ]

[rodebest]

Waarschijnlijk omdat als je zelf fiets dat je continue kracht moet leveren om 20km/h te gaan zoals een verbrandingsmotor. En zo op 2500kcal uit zal komen.

Een elektriciteits motor zal zodra je op 20km/h minder energie gebruiken om op dezelfde snelheid te komen en dus minder kcal gebruiken per uur dan je eigen benen.

Kortgezegt. De bewegingsenergie die nodig is om 1m af te leggen bij 20km/h is bij je benen meer dan bij de elektromotor.