watermolen (onderslags)

Els stelde deze vraag op 26 januari 2005 om 10:18.

Quote
Voor ons pfw hebben we een watermolen gebouwd. We hebben een opstelling met daarin een dakgoot, 3 wasmachinepompen die het water rondpompen en veel water. Via de molen, die in de goot staat, kan een gewichtje omhoog getrokken worden. Nu zitten we een beetje vast, want we weten niet goed hoe we de ingaande energie kunnen meten, en dus ook niet het rendement o.i.d. We hebben in ieder geval de volgende variabelen: Gewicht wat omhoog getakeld wordt, De hoeveelheid water die stroomd (we kunnen de spanning wisselen). Eventueel kunnen we ook de helling van de bak veranderen. Kan iemand ons hiermee helpen?????? Dankjewel, Groetjes Dorine & Els

Reacties:

stefan
26 januari 2005 om 11:54
Quote
Beste Dorine & Els, De 'ingaande energie' is de energie die wordt toegevoerd aan de 3 pompen. Als je een vermogensmeter of kWh-meter gebruikt kun je dit meten. De pompen zetten het water in beweging waardoor het water bewegingsenergie of kinetische energie krijgt. Als je de snelheid van het water weet, kun je hiervan een schatting maken. Misschine is de volgende site bruikbaar: http://www.nijstad.com/vragen/natuurkunde/stroming/stroming.html Succes ermee, Stefan
Rene
28 januari 2005 om 17:12
Quote
Wat een geweldige proef! Dat soort dingen deden wij nooit op school. Voor de berekening van het rendement moet je zeker niet de pompenergie gebruiken. Ten eerste hebben die pompen ook maar een beperkt rendement en ten tweede wordt een (flink) deel van het verval niet benut door je watermolen. Maar de rendementsvraag is natuurlijk wel interessant. De eerste vraag is daarbij met welke energie je wilt vergelijken. Bij een bovenslags watermolen, of een turbine bij een stuwmeer is dat eenvoudig: je kent het debiet en de hoogte van het verval en kunt uitgaan van de potentiele energie van het water: mgh. Voor het rendement vergelijk je dat met de opgewekte energie. Een onderslags watermolen gebruikt echter voornamelijk de kinetische energie van het water. Op de plek van de watermolen is namelijk nauwelijks verval. Omdat het water stroomt in een goot, moet het debiet voor de molen gelijk zijn aan het debiet na de molen. Toch wordt er duidelijk (kinetische) energie onttrokken! Na de molen moet het water dus (gemiddeld) trager stromen dan ervoor en dat kan alleen, bij een gelijk debiet, als de stroom daar breder is of dieper. Dat is natuurlijk niet zo, maar het kan ook betrekking hebben op het stromingsprofiel! Dus als de stroming zich voor de watermolen concentreert rond het middengebied, maar zich na de watermolen over de hele breedte van de goot heeft verspreid neemt de kinetische energie af! Vanwege het stromingsprofiel is de kinetische energie is niet eenvoudig te bepalen. Dat dit stromingsprofiel een rol speelt moge duidelijk worden uit het feit dat je niet direct na een watermolen een tweede kunt plaatsen die evenveel energie oplevert. Ter hoogte van die tweede watermolen heeft het stromingsprofiel zich nog niet hersteld waardoor de kinetische energie (veel) lager is dan daarvoor. Dit zou je eventueel kunnen demonstreren! Ook kun je het demonstreren door een schot te plaatsen dat met name de hoofdstroom, het midden van de goot, tegenhoudt, maar aan de randen doorlaat. Door een dergelijk schot wordt het stromingsprofiel volgens mij snel geegaliseerd over de hoogte en breedte van de goot. Vervolgens is het leuk om de afstand tussen dit schot en de molen te varieren en te zien over welke afstand het stromingsprofiel (met veel kinetische energie) zich hersteld. Dit laatste zal wel afhangen van de helling van de goot. Daarnaast kan er sprake zijn van waterophoping, net voor de molen. En als dat zo is, zit er minder kinetische energie in het water net voor de molen dan erna, maar in plaats daarvan meer potentiele energie. Dit is de stuwdruk die je wellicht kunt meten en volgens mij vermenigvuldigen met het debiet. Let op: de website waaraan eerder werd gerefereerd: http://www.nijstad.com/vragen/natuurkunde/stroming/stroming.html bevat volgens mij fouten. Zo wordt beweerd dat de potentiele energie als gevolg van statische druk uitgerekend kan worden met mgh. De energie als gevolg van die statische druk moet echter uitdrukken hoeveel arbeid met water onder die druk kan worden verricht. En dat hangt voornamelijk af van de relatie tussen de druk en de samendrukbaarheid van water en die bijzonder laag. Niet voor niets worden gasflessen getest door ze te vullen met water en vervolgens onder hoge druk te brengen: dit kost vrijwel geen energie en als het misgaat komt er dus ook maar weinig energie vrij, in tegenstelling tot een ontploffende met 200 Atmosfeer gas gevulde gasfles! Kortom, jullie hebben het jezelf tamelijk moeilijk gemaakt. Aan een bovenslags watermolen kun je veel gemakkelijker rekenen en dat maakt het mijns inziens ook begrijpelijker en daarom ook leuker voor scholieren. Ik ben benieuwd!
Els
30 januari 2005 om 22:03
Quote
Beste Stefan en Rene, Heel erg bedankt voor de moeite en de reacties. Vooral die van rene (sorry Stefan) hebben we veel aan gehad. Het verhaal over het stromingsprofiel is interessant hier zullen we zeker meer aan gaan onderzoeken! We zijn nu nog bezig met experimenteren, als we resultaten behalen zullen we dit even vertellen. Groetjes

Plaats een reactie:


Bijlagen:

+ Bijlage toevoegen

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Clara heeft twee├źntwintig appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Clara nu over?

Antwoord: (vul een getal in)