De stofzuiger

Levi en Daniel hebben de rendement bepaald van drie verschillende stofzuigers: Bullcraft 22, Bosch Alpha 200 en Ruton. Ook hebben ze twee relaties onderzocht; de relatie tussen het toegevoerd vermogen P_in en het drukverschil Δ p en de relatie tussen P_in en het debiet D. Een stofzuiger zuigt door de slang lucht naar binnen. De lucht wordt vervolgens onder hogere druk aan de perszijde naar buiten geperst. Het debiet is de luchtstroom (in m³/s) die hierbij plaatsvindt.

De stofzuiger is aangesloten op 220 V. in de schakeling is echter ook een vermogensregelaar en een kWh-meter opgenomen. Het drukverschil is bepaald door verschillende massa’s onder de stofzuigerslang te hangen. De vermogensregelaar is zo ingesteld dat de massa net niet opgezogen wordt. Het drukverschil is dan:

Δ F = verschil in kracht (is gelijk aan de zwaartekracht)
A = oppervlakte waarop kracht uitgeoefend wordt
m = massa
g = valversnelling
r = straal van de mondstuk van de slang

Om het vermogen, dat nodig is voor dit drukverschil, te bepalen is de omlooptijd van de kWh-meter gemeten. Het debiet is bepaald door de stofzuiger een zekere hoeveelheid lucht te laten opzuigen en de tijd, die hiervoor nodig, is te meten. Ook hierbij is het toegevoerde vermogen bepaald.

Het nuttige vermogen P_nut volgt uit:

W = geleverde arbeid
Δx = verplaatsing
t = tijd
v = stroomsnelheid van de lucht
D = debiet

Hieruit volgt het rendement η:

Uit de metingen blijkt voor alle drie stofzuigers, dat Δp recht evenredig is met P_in en dat het debiet kwadratisch toeneemt met P_in. Verder blijkt dat het rendement van Bullcraft 22 en Ruton recht evenredig is met (P_in)^1/2. De Bosch Alpha 200 werkt alleen bij maximaal vermogen, er kan dus niets over het verband gezegd worden. Bosch en Bullcraft hebben bij maximaal vermogen beiden een rendement van ± 8%. Het maximale rendement van Ruton is slechts ± 0.7%. Dit kan komen doordat Ruton de oudste stofzuiger is. De gevonden rendementen zijn opmerkelijk laag. Een mogelijk oorzaak is de grote energieverlies tijdens de meting., bijvoorbeeld bij het bepalen van het debiet.