De stofzuiger is één van de eerste technologische apparaten die geïntegreerd zijn geraakt in de maatschappij. Al meer dan 65 jaar speelt hij een hoofdrol in de huishoudens. Lotte en Chris vroegen zich af hoe de stofzuiger eigenlijk werkt. Na een stofzuiger gedemonteerd te hebben, bleek dat er een radiale ventilator ingebouwd is. Omdat een stofzuiger op 220 V werkt en niet erg toegankelijk is voor experimenten, hebben ze de werking van een soortgelijke ventilator met een laagspanningsmotor bestudeerd. Hierbij kwamen de volgende onderzoeksvragen aan bod:
- Wat is het verband tussen de druk en het debiet (volume lucht die per tijdseenheid stroomt) bij een bepaald toerental?
- Wat is het rendement van een ventilator en door welke factoren wordt dit voornamelijk bepaald?
Een ventilator bestaat hoofdzakelijk uit een waaier die, gemonteerd op een as, kan draaien in een pomphuis. Door het draaien van de waaier wordt de lucht door de centrifugale kracht via de buitenomtrek van de waaier naar buiten geperst. Het uit de waaier verdrongen gas levert een zuigende werking, waardoor een even groot volume door de zuigflens weer in de waaier terecht komt. Hierdoor blijft tijdens het draaien van de waaier een continue stroming gehandhaafd. Twee grootheden die bij dit proces belangrijk zijn, zijn het debiet en het drukverschil Δ p (in Pa) over de pomp. De ventilator zuigt het gas aan de zuigzijde naar binnen, verhoogt de druk op het gas en perst het tenslotte bij die hogere druk aan de perszijde naar buiten. Hierbij veroorzaakt de ventilator een bepaalde debiet (luchtstroom). Het gedrag van een ventilator kan worden weergegeven door Δ p uit te zetten tegen V; dit wordt de ventilatorkarakteristiek genoemd.
Het ventilatorrendement η is gedefinieerd als de verhouding van het feitelijk beschikbare ventilatorvermogen tot het aan de aandrijving aangevoerde vermogen . Hierin zijn (spanning · stroom). De verwachting is dat het rendement af zal hangen van het debiet, de druk en het toerental.
De door Lotte en Chris gebruikt opstelling bestaat voornamelijk uit een buis die op de axiale opening van de ventilator bevestigd zijn. In deze buis is een gat geboord en een U-slang (van transparant rubber, gevuld met spiritus) geplaatst, waarmee de druk in de buis gemeten kan worden. Het toerental wordt gemeten met een stroboscoop en een digitale toerenteller. Door metalen plaatjes met aangebrachte gaten van 5, 10, ..., 35 mm op de opening van de aanzuigbuis te plaatsen, kan het debiet gevarieerd en bepaald worden. Lotte en Chris hebben bij 3000, 4000 en 5000 toeren per minuut (gemeten met stroboscoop en toerenteller) het hoogteverschil (in de U-slang), stroomsterkte en spanning gemeten. Hieruit kunnen dan waarden voor η , Δ p en V afgeleid worden. Uit de metingen hebben Lotte en Chris een lineaire verband tussen de spanning U (in V) en het toerental f (in Hz) bepaald: f = 3.2 · U. De bepaalde ventilatorkarakteristieken bij de verschillende toerentallen is te zien in de figuur.
Verder blijkt uit de resultaten dat het rendement van de gebruikte ventilator hoger is bij hogere toerentallen. Het rendement is vrij laag; het varieert van 0% tot 12%. Deze grote verliezen komen door o.a. weglekken van lucht en wrijving.
