Eco-Runner Team van de TU Delft heeft de meest zuinige rit afgelegd tijdens de The Hydrogen Efficiency Challenge. De studenten behaalden een efficiëntie van 3396 km/kg waterstof. Dit is grote verbetering ten opzichte van vorig jaar, toen 2500 km/kg waterstof was gehaald.
In vier pogingen over ongeveer 10 km mochten de teams proberen de meest efficiënte rit te rijden.
Ter vergelijking, een gewone waterstofauto rijdt ongeveer 100 km/kg waterstof. De studenten uit Delft verbeterden de efficiëntie van hun ‘stadsauto’ – de deelnemende auto’s moeten in ieder geval verlichting, ruitenwissers, bagage en een rechtop staande stoel hebben – op vrijwel elk vlak. De massa van de Eco-Runner XI werd ten opzichte van het model van vorig jaar verlaagd van 135 kg tot 95 kg en de luchtweerstand nam met 48% af.
Ook gebruikten de studenten dit jaar een andere brandstofcel. ‘Daarmee hebben we een brandstofcel met efficiëntie van 55% met een hoger voltage die daardoor meer energie levert’, zegt Reinout Sterk, chief engineer van het Eco-Runner Team.
De studententeams reden hun wedstrijd op circuit Park Berghem, nabij Oss, met een minimale snelheid. Dit circuit is 1,3 km lang. De auto’s moesten minimaal 15 ronden afleggen binnen 35 minuten. Zie ook onderstaande video:
a) Laat met behulp van de verbrandingswarmte van waterstof zien dat bij het verbranden van één kg waterstof 120 MJ aan energie vrijkomt.
In Binas is te vinden dat de verbrandingswarmte van waterstof gelijk is aan 10,8 MJm-3.
Daar vindt je ook de dichtheid 0,090 kgm-3. Je vindt dan dus een energie-inhoud van10,8 MJ per 0,090 kg, oftewel: 120 MJ/kg.
Het rendement van de brandstofcel die nu gebruikt wordt, is 55%.
b) Bereken hieruit hoeveel energie de brandstofcel levert per kg waterstof.
De brandstofcel levert per kg dus 0,55·120 MJ = 66 MJ.
c) Bereken hieruit de gemiddelde weerstandskracht over het gehele traject .
Er geldt W = F·s. Invullen levert 66·106 = F·3,396·106.
Dit levert F = 19 N.
Een groot deel van deze weerstandskracht is luchtweerstand. Laten we een schatting maken van de luchtweerstand voor de Eco-runner XI. Ga uit van de minimale gemiddelde snelheid van de recordpoging
d) Bereken de luchtweerstandskracht op de Eco-Runner XI. Maak daarvoor een schatting van het frontaal oppervlak en de cw-waarde.
De minimale gemiddelde snelheid volgt uit 19,5 km in 35 minuten. Dat levert 33,4 km/h = 9,3 m/s.
Er geldt Fw = 0,5·cw·A·ρ·v2. Voor de cw waarde van een druppel schat ik 0,20 en de frontale oppervlakte zal ongeveer 1 m2 zijn. Invullen levert Fw = 0,5·0,2·1,0·1,293·9,32= 11,2 N.
e) Vergelijk deze met de uitkomst van vraag C. Verklaar het verschil.
Dit is minder dan de 19 N uit vraag C. Maar daar zijn redenen voor: er is ook rolwrijving; er worden ook bochten gereden en soms wordt opgetrokken en afgeremd (extra energieverbruik resp. energieverlies).
