In dit onderzoek is de efficiëntie van een ventilator onderzocht. De volgende onderzoeksvragen zijn hierbij van belang:
- Hoe hangt de windsnelheid af van de omloopsnelheid (frequentie) van de rotorbladen?
- Hoe hangt de windsnelheid af van de stand (invalshoek) van de rotorbladen?
- Hoe hangt de windsnelheid af van de oppervlakte van de rotorbladen?
- Hoe hangt de windsnelheid af van het aantal rotorbladen?
Deze vragen zijn beantwoord m.b.v. onderstaande opstelling.
De ventilatorkop is gemaakt van meccano, zodat het aantal rotorbladen en de invalshoek makkelijk gevarieerd kan worden. De rotorbladen zijn gemaakt van triplex, zodat deze makkelijk vervangen kunnen worden door grotere of kleinere bladen. De ventilator wordt aangedreven door de pompmotor van een wasmachine. Om de omloopsnelheid van de rotorbladen te kunnen variëren, is er een variabele spanningsbron op de motor aangesloten. De ventilator is in een koker (windtunnel) geplaatst, zodat een gelijkmatige windstroom verkregen wordt. Aan het einde van de koker staat een zelfgebouwde windmeter. Deze windmeter bestaat uit een soepel draaiend motortje met zes armen. Aan de armen zijn halve pingpongballetjes gemonteerd om de wind op te vangen. Wanneer de armen draaien, produceert het motortje een spanning, die recht evenredig is met de toerental van de armen. Deze spanning is dus een maat voor de windsnelheid. De omloopsnelheid van de rotorbladen is bepaald m.b.v. een lichtsensor, die achter de bladen geplaatst is. Voor de bladen is een gloeilamp geplaatst. Telkens als een blad de sensor passeert, wordt het licht even geblokkeerd. Door een pulsenteller aan de sensor te koppelen, is de omloopsnelheid van de rotorbladen gemeten. De invalshoek van de rotorbladen is gemeten met een geodriehoek.
Er zijn 4 grafieken gemaakt waarin de spanning van de windmeter is uitgezet tegen resp. de frequentie, de invalshoek, de oppervlakte en het aantal rotorbladen.
M.b.v. deze grafieken kunnen de onderzoeksvragen beantwoord worden:
- De windsnelheid is tot ± 38 Hz recht evenredig met de frequentie. Hierboven neemt de steilheid van de grafiek af. Dit komt doordat bij hogere snelheden relatief meer kinetische energie verloren gaat aan wrijving.
- De windsnelheid hangt ongeveer parabolisch af van de invalshoek. De windsnelheid is maximaal bij 45°.
- Hoe groter de oppervlakte van de rotorbladen, hoe groter de windsnelheid. Het verband is echter niet lineair, ook hier neemt de steilheid van de grafiek af. Dit komt wederom door wrijving; een grote rotorblad zal relatief meer wrijving ondervinden dan een kleine.
- Er waren te weinig meetgegevens om een verband te zien. Zes bladen was het optimale aantal.
De grootste onnauwkeurigheid in dit onderzoek is de windmeter. De leerlingen hebben bepaald dat de spanning van het motortje recht evenredig is met de toerental. Hieruit hebben ze geconcludeerd dat de spanning recht evenredig is met de windsnelheid. Ze hebben dus aangenomen dat er een lineair verband is tussen het toerental en de windsnelheid, terwijl dat juist bewezen moest worden.
