Denkfouten/onwetendheid LED-verlichting & generatoren

Voor een schoolproject moet ik een 3W powerled led 10min laten branden door het mechanisch opwekken en bufferen van energie. Dmv bijv een gespannen veer, vallend gewicht, vliegwiel etc icm een dynamo. Onze opleiding is wel technisch onderbouwd, maar totaal niet elektrisch. Dus vandaar dat ik hier aanklop...

PROBLEEM 1:

Volgens de leraar is de benodigde potentiële energie van een vallend gewicht (zonder rendementsverlies) Epot=1,8kJ= massa*9,81*hoogte.
Neem h=2. Dan is m=1800J/(9,81x2m)=91,7kg! Erg veel dus.

Nu verteld een voorlichter dat de led 3W per uur opneemt, en voor 10min dus 3w/6=0,5W nodig is.
Dan is m=0,5/(9,81x2m)=0,025kg, wat weer erg weinig is.
Ook vraag ik me dan af waar je het tijdsaspect laat, dat volgt uit W=J/s

PROBLEEM 2: Het vinden van een generator.

Na lang wikken en wegen hebben we gekozen om toch maar gewoon een vliegwiel handmatig aan te zwengelen om daar de benodigde energie mee op te wekken. Het vliegwiel 10min laten draaien zal toch niet lukken, dus willen we in korte tijd zo veel mogelijk energie genereren, en die opslaan in een condensator. Het hele project mist draagvlak binnen de klas, maar we moeten nu echt met dit systeem verder, dus aub geen andere mechanische oplossing verzinnen. Tenzij ze geniaal zijn natuurlijk.

- Waar moet ik nou op letten bij het vinden van een elektromotor die ik gebruik als dynamo? Op de spanning, de stroom, of alleen het vermogen? (Dat het toerental zo laag mogelijk moet zijn spreekt voor zich.)
Want ik lees regelmatig dat je voor een ledje niet in Watts maar Amperes moet denken.
-Op welke manier moet ik dan efficient het aantal V/A/W reduceren tot dat wat de led nodig heeft?
-Welke effect heeft de condensator hier op?
-Een bedrijf bood me deze motor aan:

Led 3 Watt = verbruik per uur 10min = 0.5Watt

Motor 290W 3600/min 160V

Bij gebruik als generator ( geschat ) 3600/min 120V afgegeven vermogen is afhankelijk van de belasting / stroomsterkte mag max 200W / 1,6Amp gedurende 20min

Spanning linear met toerental bv 24V = 720/min stroom mag 1,6 Amp gedurende 20 min.

Hij is te duur eigenlijk, maar is hij wel gunstig? Want ik produceer er een hoog voltage mee.

Enige uitleg is dus wel gewenst...thanks alvast

3W = 3 * 60 * 60 = 10800 Joule per uur
Voor 10 minuten heb je dus 1800J nodig.

Dit alles is dus aangenomen dat je de energie zonder verliezen in de LED krijgt. Het lastige is, dat die LED een bepaalde stroom wil hebben, en daarbij hoort een bepaalde spanning. Je zult de stroom moeten regelen. Dit kan op meerdere manieren; met weerstanden, met schakelende elektronica, of simpelweg door een krap bemeten generator te gebruiken. Dit laatste is de methode die (helaas) vaak in goedkope consumentenproducten gebruikt wordt.

Dat lijkt me een erg lompe motor, eigenlijk. Als je de energie in een condensator op wilt slaan, heb je waarschijnlijk een hele forse condensator nodig. Het lijkt me gemakkelijker om een mechanisch proces te gebruiken wat je 10 minuten vol kunt houden.

Je zou eens uit kunnen rekenen hoeveel kinetische energie er in een wiel met een bepaalde massa, radius en hoeksnelheid zit.

Sorry, maar ik zal het maar vrij bot zeggen: Dit is een vrij kansloos project.

Je wil de energie opslaan in condensatoren, dat gaat je niet lukken, tenzij je budget erg ruim is. Daarnaast wil je dat opslaan met een enorm piekvermogen doen, wat vrij onhandig is, want de oplaad-electronica wordt daardoor lastiger.
En dit moet allemaal gedaan worden door mensen die amper iets van elektro afweten. (en waarschijnlijk ook moeite hebben met mechanica, anders ga je gewoon lekker voor een opgewonden veer)

Het is overigens best mogelijk om een vliegwiel voor 10 minuten te laten draaien. Dat is gewoon een kwestie van goede lagers. Als ik het voorwiel van me fiets een beetje vaart geeft, dan draait ie een kwartier later nog.
Het is alleen wel lastig om een generator te maken die licht genoeg loopt voor dit doel.

[Bericht gewijzigd door (Z)weetvoetje op (13%)]

er staat nergens hoe je e.e.a. op gang moet brengen:

er zijn in het verleden ook bussen geweest met grote vliegwielen: die zaten op de motor /aandrijving en zodra ze afremden liepen die wielen vrij: bij het wegrijden hielpen ze weer mee via een koppeling systeem.

als je zo'n vliegwiel van zo'n 20 kg in gang kunt brengen op 2000 RPM...... is een behoorlijke berg energie dan hoor....
Let wel op hoe je e.e.a. doet.... ik zou zelf voor een fiets constructie gaan en daarmee dan via overbrengingen het geheel in gang zetten (fiets met versnellingen dus) kun je een rollenbankje voor maken hoef je de fiets niet te slopen. (zou nl geen oude slecht barrel nemen, maar een fiets die goed zit en waar je goed op kunt trappen. Desnoods kun je op 1 rollenbankje meerdere fietsen kwijt; dat zou weleens nodig kunnen zijn!!!)

Op 8 oktober 2008 10:36:12 schreef (Z)weetvoetje:
Sorry, maar ik zal het maar vrij bot zeggen: Dit is een vrij kansloos project.

Daar zijn alle studenten inmiddels ook achter. Dus draagvlak is er ook bij ons niet meer. Maar we moeten 't toch uitvoeren. Afhaken levert een half jaar studievertraging op.

Wat betreft het benodigd vermogen heeft de leraar dus gelijk.

Welke stroom-/ampereregeling is 't eenvoudigst?
Of hangt dat sterk af van de te gebruiken generator?
We moeten ook zelf de generator uitzoeken. Ledje zouden we krijgen maar hebben we na 5 weken nog niet. Daardoor verloopt 't project dus ook nog eens traag, we kunnen ons moeilijk ergens op focussen.

Veel knijkatten/shakelights adverteren ook met bijv 0,5min shaken=20min licht. Het verschil tussen die led's en een 3W Led is dus ontzettend groot begrijp ik?

Behalve het licht lopen, is er het probleem dat je continue energie onttrekt aan het wiel, waardoor het ook vertraagt.

[bij nader inzien mag je de berekening eerst zelf uitvoeren voordat ik em hier post]

neem een wiel met r=350mm, m=2kg (alle massa aan de buitenkant), met een snelheid van 10m/s aan het oppervlak.

Hoeveel kinetische energie zit er dan in dit wiel? Als dit te weinig blijkt te zijn, wat kun je hier aan doen?

EDIT: klein detail, die 3W LED brandt ook wel met minder dan 3W hoor, als de leraar niet gespecificeerd heeft dat je echt 3W moet leveren, kun je daar misschien je voordeel mee doen.

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op (18%)]

Bij die dingen is 30s opladen goed voor 30s licht, en 20min. een beetje vaag glimmen van het LEDje. Ik weet niet precies hoe die werken. Waarschijnlijk met een klein accu'tje. Er zijn momenteel nog geen elco's te vinden die dat goed doen.

Als generator zat ik eerder te denken aan het monteren van vele magneetjes naast elkaar in het wiel, en daar dan langzaam een spoel steeds dichter in de buurt brengen. Dan heb je minder last van werverlstromen in het anker; zodat het wat soepeler loopt.

Om 2kJ op te slaan heb je vliegwiel nodig van 10kg waarvan de buitenkant met 20m/s (72km/h) ronddraait. Dat zou kunnen met ene omgebouwde racefiets. Probleem is de luchtweerstand bij die snelheden.

Een grote bak met water, op 2m van de vloer, bevat ook een hoop potentiële energie.

Je zou trouwens ook kunnen denken aan een zware slinger. Als je een grote magneet onderaan hangt, en deze over een spoel laat bewegen, hoef je alleen genoeg energie op te slaan in een condensator om de halve slingertijd te overbruggen.

en je verliezen in je lagers (wrijving/warmte)

vandaar maakte grove schatting met 20 kg en 2000 rpm als startsnelheid.

je hebt nl ook de verliezen nog van de dynamo.

Uiteraard, het hele probleem is dat je al 1800J aan elektrische energie op moet slaan, wat al vrij veel is, en dan moet je dus ook nog rekening houden met alle verliezen.

Maar met 0.5W geeft dat LEDje ook al licht.

Het is hier al een paar keer gezegd, moet die led ECHT op 3W branden?
of mag je ook gewoon zien wanneer de led nog juist brand, en deze stroom er dan doorjagen, dan heb je niet zo veel energie nodig, en is dus makkelijker op op te wekken en te bewaren...

De led moet gewoon netjes en zo constant mogelijk branden. Of hij op dat moment daadwerkelijk 3W verbruikt wordt niet gecheckt.

Op 8 oktober 2008 11:03:27 schreef (Z)weetvoetje:

Om 2kJ op te slaan heb je vliegwiel nodig van 10kg waarvan de buitenkant met 20m/s (72km/h) ronddraait.

Bij welke diameter?

SparkyGSX: m'n vliegwielberekening komt later, vanavond nog, anders morgen.

als dynamo zou je ook een naafdynamo kunnen gebruik. Die lopen heeel soepel. Maar ik weet niet hoe efficiënt ze zijn

Hoe bereken je die energie in een vliegwiel? Op m'n werk draait er een vrij grote (2 ton, +/- 1m diameter) en die draait zo'n 2500rpm. In 3 sec wordt er energie uit onttrokken, het eind toerental is dan 1000 a 1500rpm. Ben benieuwd wat de geleverde energie is.

Maar een vliegwiel is een bruikbare oplossing. Moet je met een vallend gewicht werken is een vertragingskast ook een oplossing in plaats van condensatoren. Denk maar aan een klok principe, daarvan vallen de gewichten ook heel traag. De belasting (LED) is de rem, die zorgt ervoor dat het gewicht niet blijft versnellen.

Ik zal de berekening morgen even posten, die heb ik op m'n werk op de computer staan, maar het is de bedoeling dat de TS dat eerst even zelf uitzoekt.

@Benadski: als het wiel van 2500 naar 1000rpm gaat, en het een vlakke schijf is (dus geen dikke ring aan de buitenkant), zou het volgens mij iets minder dan 20kJ moeten zijn.

Alle formules die ik daar voor nodig had kon ik trouwens nog op Wikipedia terugvinden.

'k heb net uitgerekend dat een vliegwiel met massa=kg straal=0,35m en toeren=2000rpm, dus f=33,33

Heb geen ervaring met 't schrijven van wiskundige tekens hier. In ieder geval kom ik uit kom ik uit op een kinetisch energie van 2,68kJ. Maar dan weet ik niet waar die massa bedoeld is. Een vlakke homogene schijf neem ik aan...

Op 8 oktober 2008 17:46:30 schreef pientertje:
als dynamo zou je ook een naafdynamo kunnen gebruik. Die lopen heeel soepel. Maar ik weet niet hoe efficiënt ze zijn

Die moet dan wel exact zo lang draaien als je licht wil hebben, want die geven max2.4W. Zijn precies afgesteld op een ledkoplamp...

Op 8 oktober 2008 09:18:31 schreef Henkies:
Nu verteld een voorlichter dat de led 3W per uur opneemt, en voor 10min dus 3w/6=0,5W nodig is.

Ik stel voor dat die voorlichter een andere functie krijgt, want voorlichten met correcte informatie is niet zijn sterkste kant.

Electrisch vermogen (Watt) is een energiestroom (Joule) per tijdseenheid (Seconde). 3 Watt is dus 3 joule per seconde. In 1 sec wordt er 3 joule aan energie verbruikt, in 10 min dus 10 * 60 * 3 = 1800joule, wat je al correct becijfert had.

De eenheid watt per uur bestaat niet, of het moet verandering van opgenomen vermogen zijn per tijd. De betreffende "voorlichter" is waarschijnlijk in de war met de kWh (3,6MJ), die helaas vaak fout aangeduid wordt met kW/h.

Gevalletje klok - klepel dus...

Henkies:

I = (m*r^2)/2 voor een vlakke schijf, en
I = m*r^2 als alle massa zich op de radius bevindt.

I = 2000 * 0.5^2 = 500
1500rpm = 1500 / 60 * 2Pi = 157rad/sec

E = 1/2 I * Omega^2

E = 1/2 * 500 * 157^2 = 6.16MJ

als alle massa zich op de radius bevindt, en de helft hiervan als het een vlakke schijf is. Ik heb alleen geen idee hoe ik gisteren op die 20kJ kwam.

Dit is trouwens evenveel energie als in het geval dat je deze massa lineair beweegt met dezelfde snelheid (de omloopsnelheid op de radius).

Deze is
1500 / 60 * 2 * Pi * r = 78.5m/s

E = 1/2 m * v^2

E = 1000 * 78.5^2 = 6.16MJ

EDIT: dit ging dus over dat vliegwiel van Benadski.

Voor m = 1kg (staat niet in je bericht) klopt je berekening, maar het wiel heeft op de radius van wel een snelheid van ruim 260km/h!

Persoonlijk zou ik minimaal 2 muren verder gaan staan als je dat ding voor het eerst op toeren gaat brengen.

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op (20%)]