Archief - All you rocket scientist : vraagje over windmolens

Hey iedereen,

had hier vandaag een discussie en we raakten er niet uit.

Stel nu, je hebt 2 windmolens (turbines), ene draait en genereerd el. en de andere is met vaste (geblokkeerde) schoepen. Beide juist hetzelfde formaat en vorm.

De windkracht op beide molens is dezelfde.

Welke neemt nu het meeste energie af van de wind?


grtz

Bjorn

ik denk diegene die stilstaat. die die al draait heeft maar weinig energie nodig om te blijven draaien, hij volgt de wind als het ware. terwijl die die stilstaat de wind frontaal opvangt.

op het moment dat zo'n windmolen begint te draaien hebt ge door de grote massa in feite ook een soort van motor die wind veroorzaakt.


maar zeker ben ik het niet

'k snap uw vraag/uitleg nie goe, de ene draait, de ander staat stil?
die die draait neemt energie af van de wind en zet die om in mechanische energie (rotatie) de ander doet niks, hindert de wind enkel een beetje vermoedelijk

Hoe sneller de wieken draaien, hoe meer energieproductie (tot +- 60 km/u toch). Ik snap de redenering van de threadstarter niet goed, vrees ik echter, het blijft me een mysterie wat bedoeld wordt met "vaste schoepen".

hey,

coillie

ja maar de kracht op zo'n molen die stilstaat (geblokkeerd) zal toch ook groot zijn, is de weerstand zelf niet groter wanneer hij stilstaat?

Dus is de energie die de stilstaande afneemt van de wind niet groter?

In het begin leek het me ook logisch dat de draaiende meer energie uit de wind haalde maar ik twijfel nu wel.

ByTEsPaWn :

wel, ik bedoel net dezelfde molen maar waarvan de wieken niet draaien, geblokkeerd zijn. Maar de wind op beide molens is dezelfde.

grtz

Best wel een moeilijke vraag, als er geen voor de hand liggend antwoord is dat ik niet onmiddellijk inzie kan het wel moeilijk zijn om exact hierop te antwoorden omdat de fysica van fluida redelijk moeilijk is in zo'n gevallen.
Kijk hier misschien eens, voor mij is het nu te laat om te gaan opzoeken
http://nl.wikipedia.org/wiki/Vloeistofmechanica

all you rocket scientists*

had ook gezien, maar kon de titel blijkbaar nemeer aanpasse

Lord Titan zei:

hey,

coillie

ja maar de kracht op zo'n molen die stilstaat (geblokkeerd) zal toch ook groot zijn, is de weerstand zelf niet groter wanneer hij stilstaat?

Dus is de energie die de stilstaande afneemt van de wind niet groter?

In het begin leek het me ook logisch dat de draaiende meer energie uit de wind haalde maar ik twijfel nu wel.

ByTEsPaWn :

wel, ik bedoel net dezelfde molen maar waarvan de wieken niet draaien, geblokkeerd zijn. Maar de wind op beide molens is dezelfde.

grtz

Klik om te vergroten...

Ieder luchtdeeltje (molecule) heeft een aparte kinetische energie, afhankelijk van de snelheid van dat deeltje. Als zo'n deeltje 'botst' met de wiek, moet je rekening houden met de wet van behoud van impuls (de impuls van een voorwerp is het product van snelheid en massa).

Deze wet zegt dat de totale impuls in een systeem constant blijft. Als duizenden deeltjes zullen botsen tegen zo'n wiek zal die dus bewegen. (De luchtdeeltjes geven "impuls" af aan de wiek). Als je die wiek echter vastmaakt en dus verbindt met de hele mast, zal de wiek niet gaan bewegen en de impuls van de deeltjes blijft gelijk. Aangezien de massa van de luchtdeeltjes natuurlijk ook gelijk blijft, moet de grootte van de snelheid van de deeltjes ook gelijk zijn aan de snelheid vóór de botsing (om m*v constant te houden).

De grootte van de snelheid van de deeltjes blijft dus constant (de richting niet, die is nu omgekeerd, net alsof je een bal kaatst tegen een muur)
Aangezien de kinetische energie van je deeltjes enkel afhangt van de grootte van de snelheid, wil dit zeggen dat de energie die in de lucht blijft constant is.

-Hierbij wordt geen rekening gehouden met wrijving, tengevolge van wrijving zal de totale kinetische energie iets kleiner worden, doordat een deel van de energie omgezet wordt in warmte-energie (zowel wrijving tussen terugkerende deeltjes en deeltjes in de gewone windrichting, als wrijving die ontstaat bij interactie tussen luchtdeeltjes en de wiek zelf) Deze energie wordt dus warmte-energie en blijft dus als het ware in de lucht en wordt niet omgezet in nuttige energie natuurlijk.
-Mijn uitleg over impuls klopt niet volledig, aangezien je met rotaties werkt, is een uitleg met impulsmoment beter aan de orde. (het grootste verschil zijnde dat de afstand van de plaats van botsing tot de rotatie-as eigenlijk ook een rol speelt) Je kunt mijn uitleg wel correct gebruiken als je de situatie herbekijkt bij een zeil van een boot die aan het varen is, en het zeil van dezelfde boot die vastgebonden is. De achterliggende redenering blijft dezelfde.

hoe kan een stilstaande windmolen nu el. genereren?
absurd
als da ging dan hadde al die draaiende windmolens toch geen nut, da zou het veel makkelijker maken.
ofwel begrijp ik zijn vraag verkeerd


http://www.wvic.com/how-gen-works.htm

megamold: het gaat blijkbaar niet om de elektriciteit die er gegenereerd wordt. Maar om de energie die van de wind wordt afgenomen.
Bij de draaiende windmolen wordt die energie van de wind omgezet in elektrische energie en warmte (door wrijving). En bij de geblokeerde schoepen zal die energie van de wind enkel omgezet worden in warmte.
De vraag van Lord Titan is nu welke van die 2 in totaal de meeste energie ontneemt van de wind. Het doet er dus niet toe of je die opgenomen energie kan gebruiken of niet.

En zelf weet ik er ook direct geen antwoord op, maar als ik het antwoord van ByTEsPaWn lees kan dit wel eens kloppen.
Ik denk dat je dit kan testen door in bijvoorbeeld een buis waardoor lucht stroomt en schoepenwiel plaatst en dan de snelheid van de lucht achter het schoepenwiel meet zowel als het schoepenwiel geblokeerd is en als het kan draaien. Bij de situatie waar de snelheid van de lucht het traagst is wordt er de meeste energie opgenomen.
Dus als je eens wat tijd te veel hebt kan je het eens testen

De luchtweerstand is afhankelijk van de snelheid. De kracht die nodig is om de weerstand te overwinnen is P=F*v. Uitgeschreven in de formule voor vermogen wordt dit P=0,5*rho*v³*A*C (bij turbulente luchstroming, wat altijd zo is). Hierin is rho de luchtdichtheid, v de snelheid, A het oppervlakte dat in de wind staat en C een aerodynamische coefficient eigen aan de wiek. Dus hoe sneller de snelheidsdifferentie tussen wind en wiek hoe hoger de weerstand is en hoe meer de molen een tegengestelde kracht moet uitoefenen (snelheid staat zelfs tot de derde macht). De differentiele snelheid is het hoogst bij een stilstaande rotor.

In de praktijk zal het niet zoveel uitmaken. Wieken worden 'uit de wind' gedraaid: het oppervlak dat de wind snijt wordt zo minimaal en de aerodynamische coefficient verminderd. In de praktijk zal een stilstaande molen dus minder weerstand ondervinden (we hebben het hier natuurlijk over elektrische windmolens).

waarschijnlijk zal de roterende meer energie afnemen aangezien die schoepen een tegenwerkende kracht ontwikkelen door tegen emk in de generator etc ...
het is ook wel zo dat de meeste windmolens eerst moeten draaien voor ze blijven draaien. ik wil daarmee zeggen dat je ze eerst moet starten voor ze kunnen functioneren

coillie zei:

waarschijnlijk zal de roterende meer energie afnemen aangezien die schoepen een tegenwerkende kracht ontwikkelen door tegen emk in de generator etc ...
het is ook wel zo dat de meeste windmolens eerst moeten draaien voor ze blijven draaien. ik wil daarmee zeggen dat je ze eerst moet starten voor ze kunnen functioneren

Klik om te vergroten...

De tegen EMK wordt volledig door de generator zelf overwonnen. De generator genereert meer dan het nominaal vermogen, maar een gedeelte ervan wordt gebruikt om de tegen EMK te overwinnen. Hier wordt uiteraard rekening mee gehouden bij het ontwerp van de molen en wieken. Het effect tov de luchtweerstand is echter niet zo groot. Als de molen draait beweegt ie nl 'mee' met de wind. Het is alsof je met je auto tegen een flexibel paaltje rijdt ipv tegen een betonnen paaltje. Het effect dat de verschuivende snelheidsvector geeft (dus schuin en niet meer loodrecht) is groter dan de weerstand die de generator vormt.

Enkel molens met verticale assen moeten gestart worden. Bij horizontale assen is het voldoende om ze met de snuit in de wind te zetten en de wiekhoek aan te passen. Technisch gezien zou je zo'n molen zelfs niet eens kunnen aanlopen omdat je dan wel een zeer grote startmotor zou mogen hebben en er in de gondel geen plaats voor is. De generator zelf kan je niet als motor gebruiken, tenzij bij molens met horizontale assen die een DC motor van laag vermogen gebruiken.

coillie zei:

waarschijnlijk zal de roterende meer energie afnemen aangezien die schoepen een tegenwerkende kracht ontwikkelen door tegen emk in de generator etc ...
het is ook wel zo dat de meeste windmolens eerst moeten draaien voor ze blijven draaien. ik wil daarmee zeggen dat je ze eerst moet starten voor ze kunnen functioneren

Klik om te vergroten...

Dus de weerstand van een draaiende generator zou groter zijn dan die van een niet draaiende generator volgens jou? De weerstand bij de niet draaiende generator is in principe oneindig, dus je legt het verkeerd uit, of je bent gewoon verkeerd

Trouwens, de enigste reden dat een stilstaande windmolen minder makkelijk op gang komt is dezelfde reden waarom op gang komen met je fiets ook veel moeilijker is. Je hebt eerst last van schuivende+rollende wrijving, en éénmaal je rijdt enkel van de rollende wrijving.

Aangezien je spreekt over energie denk ik dat je dit probleem het best kan oplossen met de eerste wet van de thermodynamica. De eerste hoofdwet van de thermodynamica stelt dat de energie in een stelsel constant is, of dat enkel energie-omzettingen gebeuren. Je zou dan rond de windmolen een open adiabatisch stelsel kunnen beschouwen waarin je veronderstelt dat de temperatuur constant blijft. Adiabatisch wil zeggen geen warmteuitwisseling met de omgeving. Open wil zeggen dat er energie in en uitstroomt.
1e wet: E=Q-W, E=0 want T=cte, Q= 0 want adiabatisch, dit geeft:
W=0 , dus het komt erop neer dat de som van de arbeid voor, gelijk moet zijn aan de arbeid na.
Nu zijn er twee gevallen.

Geval schoepen draaien
Energie die instroomt= Energie die uitstroomt
1/2*m*v(1)^2 = Elektrische energie + 1/2*m*v(2)^2

Geval dat schoepen vast staan:
Energie die instroomt= Energie die uitstroomt
1/2*m*v(1)^2 = 1/2*m*v(2)^2

Ziet ge het een beetje voor u? Zonder basiskennis thermodynamica en mechanica zal dit wel nie zo simpel zijn...zou er egl ook beter een tekeningeske bij moeten maken.
In het hypothetische geval dat de T=cte, dus dat er geen wrijving zou zijn, ontneemt
de windmolen in het eerste geval alleen de elektrische energie, in het tweede geval geen energie aan de wind. In real life is er natuurlijk wel wrijving en wordt het heel wat complexer:

Mijn intuitie zou zeggen dat ze ongeveer evenveel energie uit de lucht halen, maar feit is dat in het ene geval een deel wordt gebruikt voor nuttige energie en een kleiner deel zal omgezet worden in warmte. In het geval de schoepen stil staan wordt alle energie omgezet in warmte.

uitleg ByTEsPaWn is ook goed, maar dan met impuls uitgelegd.

Cyc1oon zei:

Dus de weerstand van een draaiende generator zou groter zijn dan die van een niet draaiende generator volgens jou? De weerstand bij de niet draaiende generator is in principe oneindig, dus je legt het verkeerd uit, of je bent gewoon verkeerd

Trouwens, de enigste reden dat een stilstaande windmolen minder makkelijk op gang komt is dezelfde reden waarom op gang komen met je fiets ook veel moeilijker is. Je hebt eerst last van schuivende+rollende wrijving, en éénmaal je rijdt enkel van de rollende wrijving.

Klik om te vergroten...

ik was waarschijnlijk gewoon verkeerd, ik heb danook geen mechanica of fysica gestudeerd
ik vraag me alleen af, waar gaat die energie dan heen?
bij een roterende beweging heb je een tegenwerking door opwekking van elektriciteit en warmte in een generator/alternator (zoals de weerstand van een dynamo bij het fietsen). bij stilstand heb je die niet.

coillie zei:

ik vraag me alleen af, waar gaat die energie dan heen?

Klik om te vergroten...

In warmte. De luchtmoleculen wrijven langs elkaar en langs de wiek, ze botsen met de wiek en krijgen een richtingsverandering, het overschot aan energie gaat verloren in warmte (grotendeels). Natuurlijk is dat moeilijk voor te stellen aangezien het over niet zoveel warmte gaat (relatief tov zo'n oppervlakte en debiet) en de warmte onmiddellijk wordt afgevoerd.