Energie stroomschema + minimaal verbruik + Levensduur energie depo

energie stroom schema.

De berekening van de energie stromen volgen hier onder.

In dit hoofdstuk wordt de elektrische buffer beschreven. De elektrische buffer is een accu van 9,6 volt DC. En levert 4000 ma/H. De energie die de accu een uur lang kan leveren is U x I x 3600 = J. Door de gegevens in te vullen, 9,6 x 4 x 3600 = 138240 J

Alles wat in deze aanstaande hoofdstukken is te lezen is terug te vinden in het energie-stroom schema. 

Rendement van de voortstuwing.  ( thrust)

In dit hoofdstuk worden twee gegevens berekend. De energie die de thrust motor opneemt en verliest e.d. En de voorstuwingskracht die thrust motor levert.  Eerst wordt het opgenomen energie berekent van de motor. De motor werkt op een spanning van 9.6 Volt DC en verbruikt dan 10 A DC. Om het opgenomen energie te bereken van deze motor, wordt er deze formule gebruikt. U x I X 3600 = J. Als hier de gegevens ingevuld, 9.6 x 10 x 3600=345600. Uit de datasheet van deze motor blijkt dat deze motor een efficiëntie heeft van 70 %. De energie die deze motor dan afgeeft is 345600 maal 0,7. Dat is 241920 J. Dat komt overeen met een elektrisch vermogen van ongeveer  67.2 Watt.

De overige 30 % is verlies. Deze verliezen zijn vooral warmte verliezen. De totale energie die verloren gaat aan warmte e.d. is te berekenen door 345600 maal 0,3 te doen. Dat komt overeen met een energie verlies van 103680 J. Door een eerdere pressure cooker, die geven is aan de begin van dit project geldt het afgegeven vermogen is het opgenomen vermogen voor de F thrust. Hieronder wordt beschreven hoe de F thrust bepaald gaat worden.

Als de hovercraft voortbeweegt met een snelheid C_v m/s, dit is dan de voortbewegingssnelheid. Dan kan er gezegd worden dat de motorinlaat wordt aangestroomd door lucht met een snelheid –C_v. Deze snelheid wordt ook wel V_i genoemd. De lucht verlaat de ventilator met een snelheid V_j. Door toegevoerde mechanische arbeid aan de propeller, neemt tijdens het doorstromen van de lucht door de motor, de kinetische energie toe en wel met = 0,5 x m(1) x (Vj^2-Vi^2).

Hierin is m1 de doorstromende massa lucht per seconde. Als de massastroom beschouwd wordt, dan geldt volgens de Wet van Newton:

F= m(1) x sa= m1 x (vj^2-Vi^2).

Als de hovercraft voortstuwend met een vliegsnelheid van V_i m/s, dan is het ontwikkelde stuwvermogen gelijk aan: Pstuw = Fstuw x Vi= m1 x (vj-vi)xVi

http://www.scribd.com/doc/37850627/3/Propeller-voortstuwing

Voor de thrust motor geldt ook een hoge stroom. De propeller zorgt er voor dat de motor zwaar wordt belast. Hoe groter de propeller hoe meer debiet lucht er verplaatst wordt. Maar de stroom schiet daarbij omhoog. Dit heeft gevolgen voor de levensduur van de accu. Hoe kleiner de propeller hoe minder debiet lucht er verplaatst wordt. Maar de stroom is daarbij vele minder. Hierdoor gaat de levensduur van de accu langer mee.

Het rendement van de lift motor.

 Voor dat de hovercraft voor uit kan bewegen moet eerst het subsysteem van de hovercraft opgestart worden. Hier op laat ik dan de volgende berekening en beredenering oplos. 9,6 x 4 x 3600 = 138240 J. Het rendement van de motor is 75 %, dus het afgegeven vermogen van de motor is 138240 x 0,7= 96768 J. dat komt overeen met een elektrisch vermogen van 26,8 Watt. Het verlies van de motor is vooral warmte. Dit verlies is 25 % van het opgenomen vermogen.

Er is gekozen voor een spanning van 9.6 volt, want op dit niveau kan de lift motor zijn eigen gewicht tillen en ook nog een 3 kilo extra gewicht. Als er een spanning van 12 volt wordt gegeven dan kan de hovercraft meer gewicht tillen, maar dan gaat de stroom ook omhoog. De verkort weer de levensduur van de accu. Maar zo is er wel altijd de mogelijkheid om een stapje terug te doen, of een andere weg in te slaan.

 Het rendement van de stuur servo.

De servo levert een kracht van 16 N/cm. De kracht voortstuwt kracht van de propeller is groter of gelijk aan de wrijving van de hovercraft. Empirische is bepaald over de servo sterk genoeg is om de thrust motor te kunnen draaien als deze motor op volle vermogen draait met de propeller op de as. Op de Blog is een filmpje te zien waar dit bewezen wordt. Hier op is te zien dat servo sterk genoeg is om de stuw kracht van de propeller te kunnen draaien.

Het energie verbruik van deze servo is U x I x 3600 = J. Dus nu worden weer al de gegevens ingevuld 5 x 0,18 x 3600 = 3240 J  Het rendement van de Servo motor is 80 %. Dus kan er 3240 x 0,8 is 2592 J. Het verlies van de servo motor kan zitten in de tandwielen, maar ook vooral in het warmte verlies. Die wordt berekent door 3240 x 0,2. Hier komt uit 648 J.

Er wordt gebruik gemaakt van drie flappen om te sturen. Zo wordt er zo'n groot rendement aan lucht opgevangen. Waardoor de hovercraft scherp stuurt.

Het energie verbruik van de regelaar (Arduino).

De besturing van de FoodDrone verloopt via de Arduino kit. De energie die sub-sub-systemen opnemen zijn opgedeeld in de volgende namen.

1)    Opstart LED. (verbruikt 12,96 J en verliest 23,04 J)

2)    Power On LED. (Verbruikt 12,96 J en verliest 23,04 J)

3)    Spanning off LED. (Verbruikt 12,96 J en verliest 23,04 J)

4)    Servo Herladen. (Verbruikt 2754 J en verliest 486 J)

5)    Transistor. (Verbruikt 7,56 J en verliest 46,44 J)

6)    Sensor.

Er is aangenomen dat de Arduino Kit 9.6 Volt DC en 500 mA opneemt van de energie bron. Om dit om te rekenen naar  Watts per uur, wordt de formule U x I x 3600 = J. Joule staat voor de energie die de Arduino kit opneemt. In de Arduino kit zit een omvormer. Deze omvormer maakt van 9.6 Volt DC, een spanning van 5 volt DC. Om hiervoor het aantal Joule te berekenen, wordt weer dezelfde formule ingevoerd. Dus U x I X 3600 = J , 5 x 0,5 x 3600= 9000 J. Om dan het verlies te bepalen van de Arduino kit, wordt weer deze formule gebruikt

 U x I x 3600 = J. Maar dan invullen met de volgende gegevens, 2,2 x 0,5 x 3600 = 3960 J. Dus de Arduino kit neemt bij maximale belasting van 500 mA ongeveer 179280 J op. En de Arduino kit kan bij een maximale belasting 9000 J leveren.

nr.	onderdeel	neemt op	verbruikt	verliest
1	Opstart LED.	36	12,95 J	23,04 J
2	Power On LED.	36	12,95 J	23,04 J
3	Spanning off LED.	36	12,95 J	23,04 J
4	Servo Herladen.	3240	2754 J	486 J
5	Transistor.	54	7,56 J	46,44 J
6	Sensor.	360
Totaal		3762,00

Als de Arduino door al deze onder onderdelen continu belast wordt dan, wordt er in totaal 3762 J onttrokken. De Arduino kan een energie leveren van 9000 J. Dus de Arduino kit kan de vraag naar deze energie leveren.

 Het energie verbruik van de magneet klep.

 De magneet klep zorgt voor de vrijlating van de druk om te schieten. De kracht van de druk wordt berekend in het volgende hoofdstuk. De energie die nodig is om de klep open te sturen is U x I x 3600 = J. Door de gegevens in te vullen komt er het volgende uit. 9,6 x 0,08 x 3600 = 2764, 8. Het rendement van de klep is 70 %. De elektrische aansturing bestaat uit een spoel. Door de koperverliezen heeft de klep een groot verlies. Om het afgegeven energie te bepalen moet de 2764,8 maal 0,7 dan komt er de volgende waar de uit 1934,8 J. Het energie verlies van deze magneet klep kan bepaald worden door 2764,8 maal 0,3 te doen. Daar komt dan de volgende waarde uit 829.4J.

Levensduur accu continue gebruik.

Als al de opgenomen energie en in een tabel worden gezet dan kan er bepaald worden hoeveel energie er in totaal wordt opgenomen door de alle systemen te samen. Hieronder in deze tabel worden alle systemen nog eens uitgezet.

nr.	onderdeel	opgenomen energie
1	Lift	138240 J
2	Thrust	345600 J
3	sturen	4665,5 J
4	besturing	12960 J
5	magneet klep	2764,8 J
Totaal		504230.3

De energie die in totaal verbruikt wordt is 504230., J. De energie die elektrische buffer levert is in totaal U x I x 3600=J. De Formule wordt weer ingevuld 9.6 x 4 x 3600 = 138240 J.  Om nu de tijd te berekenen dat de accu spanning kan leveren wordt eerst de totale stroom berekend. Dit wordt gedaan door deze twee formules met elkaar te mengen. W = J/s en U x I = W.

U x I = J/s.   Verder omzetten komt er de volgende formule uit I= J/(Uxs). Nu de gegevens invullen. I= 504230/(9.6x3600) = 14,59 A. Nu de totale stroom bekend is kan de tijd berekend worden. de stroom die de accu kan leveren over een uur is 4 A. De stroom die nodig is, is 14,59 A. Door de 4 A, door de 14,59 A te delen komt er een tijdseenheid uit. Door dit maal 60 doen wordt de tijd berekend in minuten.

Door nu de formule in te vullen (4/14,59)x60 = 16 minuten.

De energie buffer kan energie leveren voor 16 minuten lang varen. Daarna is de accu geheel leeg.

Let op deze berekening is gebaseerd op 100 % verbruik van de (sub) systemen.