Sähköpyöräkokeiluja, energialaskelmia

[optimistx]

En mittaillut sykemittarilla 1. ajon aikana, mutta eilen 90 km ajossa keskisykkeeni oli 110, ja otaksun ensimmäisen ajon sykkeeksi saman.

Tuskin kuitenkaan oli, keskisyke nousee normiajossa kun se ylämäissä käy kymmeniä pykäliä ylempänä kuin tasaisella. Jos tässä kohdin keventää moottorilla niin nämä ajallisesti pitkäjaksoisimmat kovan sykkeen alueet lyhenee ja sykekin nousee niiden aikana vähemmän ja tasaiselle tultaessa palautuu nopeammin.

Olenpa laiska polkija!

Kiinnitti huomiota myös koko lenkin kokonaisaika molemmissa tapauksissa, sama noin 65 minuuttia! Mitä hemmettiä... oliko polkemiseni aivan turhaa tohinaa?

Onhan se, ihmisen hyötysuhde on heikko verrattuna sähkömoottoriin. Pienelläkin moottoriavulla pyöräilystä tulee mopoilua liikunnallisessa mielessä.

Jukka

Ajoin eilen illalla tyynessä eka lenkin uudestaan, nyt sykemittarilla siten, että pyrin pitämään keskisykkeen noin 110:ssä polkiessa. Koko ajon syke-keskiarvoksi tuli 111/min, aika 57 minuuttia. Yöllä otettiin verkosta energiaa latauksessa 90 wattituntia (vrt. eka ajossa 110 wattituntia, ilman sykemittaria). Ajon jälkeen löytyi virhe tämän säikeen eka ajon ajanmittauksessa, se oli oikeasti 54 minuuttia eikä 65.(gps-systeemi katsoi kaupassa viettämäni ajan ajoajaksi).

Verkosta otettujen energioiden eroon saattaa olla mm näitä syitä:

1) nyt oli rengaspaine korkein suositeltu 4.1 bar , eka kerralla muistaakseni vain noin 2 bar
2) energian näyttö Lidlin mittarissa on vain 2 desimaalilla (esim. alku 1.11 kWh, loppu 1.20 kWh) ja lukuarvoja vähennettäessä virhettä voi kertyä 0.005 kWh+0.005 kWh = 10 Wh. Äh, mittarin nollaamisella alussa voisi puolittaa virheen, teenkin niin jatkossa.

Perjantaisen akun tyhjiin ajon 100 km keskisyke oli 110. Olen ajellut ennen sähkömoottoria tuolla sykkeellä, noin 100-112/min, joten ei sähkömoottori välttämättä pahenna kuntoilun kannalta tilannetta mopossa istumiseksi . Ko. alue 70 % suositusmaksimista (ikäiselleni 220 - ikä = 155) on sopiva kunnonkohotukseen eikä kuitenkaan rasita, vaikka päivät pitkät poljeskelisi.

Kiitos taas näkökohdista. Kiva, kun sähkömoottoreista on syntynyt keskustelua useassakin säikeessä.

[optimistx]

Löysin vanhan kuvan sykemittarini testeistä.

Tietyn sykemittarin lukemat tietylle henkilölle

energiasykkeenfunktiona.jpg (9.38 KiB) Katsottu 4100 kertaa

Olin pitänyt sykkeen tiettynä jopa noin puoli tuntia ja katsonut, mitä mittari sanoi energiankulutukseksi ikäiselleni ja painoiselleni miehelle.
Tulos riippuu siitä, minkä arvion on antanut omasta kunnostaan välillä 1-3. Kuvan kilokaloria /30 min muunnetaan wateiksi kertomalla luvulla 2.33 ( 1 kcal/30 min = 4200joulea /1800 sekuntia).
Jos kehon hyötysuhteeksi polkemisessa mekaanisen työn tuottamiseksi otaksutaan 23 %, saadaan karkea alustava arvio, että sykkeen nostaminen yhdellä ( per minuutti) merkitsee 2.5 watin lisäystä polkemisenergian tuottamisessa minulla.

Satulassa istuminen vain muodon vuoksi polkiessa piti sykkeen alle 70 /min. Jos lisätään sykettä 110:een /min, niin mekaanista tehoa tuotetaan 40 *2.5 W = 100 wattia edelläolevan mukaan.

Koska käyrä on suora sykealueella 70/min ylöspäin, voi laskea kokonaisenergiakulutuksen kuntolenkiltä, jos tietää lenkin keston ja keskimääräisen tehon. Ei siis tarvitse olla vakioteho (vakiosyke), kunhan on kaiken aikaa yli 70/min.

Sopiivatkos nuo luvut aiempiin havaintoihin eka lenkiltä? Ennen kuin pohdin sitä, taidankin käydä polkemassa eka lenkin vielä kerran, nyt pitäen sykkeen suurin piirtein vakiona 110/min, enkä käytä sähkömoottoria ollenkaan. Akut mukana kuitenkin. Nähdään taas pian

[jviirret]

Sopiivatkos nuo luvut aiempiin havaintoihin eka lenkiltä? Ennen kuin pohdin sitä, taidankin käydä polkemassa eka lenkin vielä kerran, nyt pitäen sykkeen suurin piirtein vakiona 110/min, enkä käytä sähkömoottoria ollenkaan. Akut mukana kuitenkin. Nähdään taas pian

Et sinä tuolla 110 sykkeellä ja 100w teholla pääse noita mäkiä ylös, vauhti jää niin alhaiseksi että tasapainoilu käy mahdottomaksi.
Itse olen pähkäillyt että vähintään 3/4 pyörälenkin energian kulutuksesta tapahtuu ylämäissä. Alamäet huilaan ja tasaiset osuudet mennään tuollaisella 100w tehoilla. Noilla lähtökohdilla jos sähköapua "käyttää vain ylämäissä" niin koko lenkin kuntoiluvaikutus tippuu alle puoleen verrattuna tilanteeseen jossa ei sähköapua käytetä ollenkaan.

Jukka

[optimistx]

...
Et sinä tuolla 110 sykkeellä ja 100w teholla pääse noita mäkiä ylös, vauhti jää niin alhaiseksi että tasapainoilu käy mahdottomaksi.
...

Totta. Jos pitää olla vauhtia vähintään 1m/s (3.6 km/h), niin 100 W riittää kaavan Pt = mg*h luvuilla m= 120 kg, g=9.81 m/s2, P=100 W, t= 1 s, h=?
mukaan h= 8.5 cm nousuun, eli nousua 8.5 %.
Kotimäki on niin jyrkkä, että piti kävellä, kun pelkäsin ketjujen rusahtavan poikki. Muut mäet kyllä menivät polkien, ja max syke oli 137 / min pienen hetken.

Koeajossa tänään keskisykkeeksi tuli 105/min, ajoaika 1h 14 min 25 s.

Sykemittarin kaavoilla ja 23 % hyötysuhdeoletuksella lenkillä synnytettiin polkemisenergiaa keskimäärin 92.5 wattia.

Energiaa kului kaikkiaan 115 wattituntia , kaikki polkemisesta, kun moottoria ei käytetty.

--
Kun aiemmin poljin moottorin avustaessa, niin syke oli 110/min 55 minuutin ajan, ja energiankulutukseni oli siis 100 W * 55*60/3600 h = 92 Wh

---

Yhteenvetoa:

1. Pelkkä moottorilla ajo: 170 wattituntia verkosta ladattuna (keskiteho 160 W)

2. Pelkkä polkemalla ajo: 115 Wh (laskennallisesti mm sykemittarin oletuksin) (keskiteho 92.5 W)

3. Polkien ja moottorilla yht. 187 Wh koostuen näistä:

a) moottori 90 Wh verkosta (keskiteho 95 W)
b) polkeminen 97 Wh (laskenta) (keskiteho 102.5W)

Koska lyijyakku antaa ulos vain 70-92 % ottamastaan energiasta (wikipedia) , niin edellä moottoria koskevia lukuja pitää pienentää vastaavasti. Ilmanvastusten erilaisuudet yms on jätetty näissä alustavissa kokeissa huomiotta. Mutta tulokset näyttänevät niin johdonmukaisilta "hehtaarilleen", että tarkemmat koejärjestelyt ja mittaussysteemit kiinnostavat kehittää. Ehkä seuraava askel on Sakarin jo kokeilema virtamittari ja polkemistehon vs syke kalibrointi kunnolla. Myös sähkömoottori kuntopyörään ja sitä rataa... eli mitataan todellinen ulostuloteho.

Muokkaus: korjattu laskelmaa (3), lisätty keskitehot

[jviirret]

Riittäiskö kunto vetää sama lenkki ilman sähköapua samaan aikaan (55min) kuin sähköavun kans? Tällöin tulisi huomioitua tuo kasvanut ilmanvastus. Keskisyke nousisi varmaan tuosta 105:stä johonkin 130 paikkeille ja käytetty teho kasvaisi 50-60wh?

Jukka

[optimistx]

Riittäiskö kunto vetää sama lenkki ilman sähköapua samaan aikaan (55min) kuin sähköavun kans? Tällöin tulisi huomioitua tuo kasvanut ilmanvastus. Keskisyke nousisi varmaan tuosta 105:stä johonkin 130 paikkeille ja käytetty teho kasvaisi 50-60wh?

Jukka

Ilmanvastus voi merkita aika tavalla, kun Munkkiniemestä paluu Otaniemen tienoille on avointa ja tyypillisesti vastatuulista. Koetan tyynenä iltana myöhään.

Luulisin, että syke 130 keskimäärin on minulle vielä turvallinen. Se merkitsisi silti vain 150 watin keskitehoa, millä häviäisin pelkällä moottorilla ajamisellekin .
Vaikka moottorin tehoa on liioiteltu akun hyötysuhteen verran, niin ei 65 minuutin alitus onnistune. Mutta kyllä kiinnostaa kokeilla.

Laskelmia verratessa kannattaa huomioida, että ikäni 65 v perusteella teholukemat lienevät hädin tuskin puolet nuorempien ihmisten tehoista, minkä huomaa ohittajien määrästäkin. Vai
auttaisikohan sellaiset kiiltävät pikku housut, kun sellaisilla viuhahtavat erityisen nopsaan ohitseni, naisetkin? Ilmanvastusjuttu?

[jviirret]

Riittäiskö kunto vetää sama lenkki ilman sähköapua samaan aikaan (55min) kuin sähköavun kans? Tällöin tulisi huomioitua tuo kasvanut ilmanvastus. Keskisyke nousisi varmaan tuosta 105:stä johonkin 130 paikkeille ja käytetty teho kasvaisi 50-60wh?

Jukka

Ilmanvastus voi merkita aika tavalla, kun Munkkiniemestä paluu Otaniemen tienoille on avointa ja tyypillisesti vastatuulista. Koetan tyynenä iltana myöhään.

Luulisin, että syke 130 keskimäärin on minulle vielä turvallinen. Se merkitsisi silti vain 150 watin keskitehoa, millä häviäisin pelkällä moottorilla ajamisellekin .

No vaihtoehto B on tietenkin olemassa, aja sähköavulla yhtä hitaasti kuin pääsit polkemalla 105keskisykkeellä. Tuossa taitaisi syke pysyä koko ajan leposykkeenä ja teho otetaan moottorista?

Jukka

[optimistx]

...

No vaihtoehto B on tietenkin olemassa, aja sähköavulla yhtä hitaasti kuin pääsit polkemalla 105keskisykkeellä. Tuossa taitaisi syke pysyä koko ajan leposykkeenä ja teho otetaan moottorista?

Jukka

Kyllä juuri noin, "mopomaisessa" ajossa syke oli alle 70/min koko ajan, ja teho lähti kokonaan moottorista. Oli aika yllättävää, miten terhakkaasti se kulki silti, kaikki mäetkin ylös aivan itse lukuunottamatta kotimäen yläosaa ja yhtä pikku kohtaa hiekkatiellä muistaakseni. Jos tehoni on yleensä noin 100 W, ja moottorin jopa 250 W, niin moottori yksin vastaa kahta ja puolta optimistx:ää polkemassa. Aika hyvin.

Moottori ja ohjain päättävät polkemisen aikana tehonsa aivan itse, enkä tiedä niiden päättelysääntöjä vielä. Ei ole mitään kaasukahvaan verrattavaa tai avustuksen määrän valintaa. Moottorin keskimääräisen tehon vähentäminen voisi tapahtua keskeyttämällä tyhjänpolkemista vähän väliä muutamaksi sekunniksi, mutta se tuntuu hieman kikkailulta. Ilman huolellista väliaikojen ottamista ja seuraamista loppuaika voi heittää tavoitteesta. Mutta täytyy miettiä vielä. Kyllä tästä ennen pitkää saadaan tarkat vertailut.

[optimistx]

Porraskävelykoe
pulssimittarini "kaloreiden" ja tuotetun mekaanisen energian tuoton suhteen määrittämiseksi

tekijä: optimistx
koehenkilö: optimistx
21.6.2011
klo 10:43 alku
kesto 15min 00 s

kierreportaat, noin 180 astetta portaita, noin 180 astetta tasannetta
kerrosväli 280 cm
8 kerrosväliä
(17 porrasta/kerros, eli nousu 16.5 cm/porrasväli)

pulssi alhaalla lähtiessä kokoeen alussa : 58 /min
pulssi alhaalla 5 kiipeämisen jälkeen: 78/min

Käveltiin portaiden keskikohtaa (etäisyys pylvään keskikohdasta noin 1.1 m), paitsi tasanteella
oikaistiin keskipylvästä hipoen). Hissin etäisyys pylvään keskipisteestä noin 210 cm

Nousu rauhallisesti joka askelmalle astuen. Nousu kesti noin 1min 50 s. Ylhäältä painettiin hissi alhaalta ylös ja
odotettiin se mahdollisimman rauhallisena ja hississä seisottiin siten että pulssi vähenisi.
Uusi nousu heti hissistä alhaalla poistuttua. Pulssi uuden nousun alkaessa oli välillä 75-88/min .
Pulssi ylös saavuttua välillä 119-127 /min (noin).
Nousu ja hissimatka alas yhteensä noin 2 min 50 s - 3 min 0 s

5 kierroksen jälkeen odotettiin alhaalla vielä noin 20 s, jotta pulssi olisi palannut arvoon alle 70/min, mutta tuntui
siltä, ettei se palaisi, ja siksi pysäytettiin sykemittari kohtaan 15 min 0 s aloituksesta.

Punnitus kokeen varustuksissa: massa=76.4 kg

Potentiaalienergian muutos ylös noustessa kaikkiaan ('tuotettu mekaaninen energia'):

E1 = mgh = 76.4 kg * 9.81 m/s² * 8 kerroväliä * 2.80 m / kerrosväli * 5 nousua = 83 942 joulea = 83.9 kilojoulea

Sykemittarin ilmoitus poltetuista kaloreista kokeen aikana:
E2 = 127 kcal = 4.184 kJ/kcal * 127 kcal = 531.4 kilojoulea
(pulssin keskiarvo: 105/min)

E2 / E1 = 15.8 %

Mekaaninen energia E1 on vähintään mitatun suuruinen. Vaakasuorien siirtymisien ei katsottu vaativan energiaa lainkaan.

Jos otaksuttaisiin kehon mekaanisen energian tuottamisen hyötysuhteen olevan parhaimmillaan luokkaa 23 % ja
jos porraskävely olisi tässä asiassa sellainen paras tuottaja, niin pulssimittarini kaava liioittelisi energiankulutusta niin, että
'oikeampi' arvo olisi 69 % sen ilmoittamista kilokaloreista, 15.8 % / 23 %.

Käytännössä raportoinen pulssimittarin energiankulutuksia muuttelematta sen perusteena olevia kunto- paino- yms tietoja, mutta
jatkossa sovellan 23 % sijasta arvoa noin 16 % mekaanisen energian laskemisessa kunnes toisin ilmenee.

Pyöräilyä varten olisi varmaan hyvä tehdä vastaava koe siten, että poljetaan ylös mäkeä. Vaakasuoran siirtymän osuus nousun
aikana voidaan arvioida tasaiselle selvitettävän vierintäkitkakertoimen avulla. Alasrullaamiset jätetään huomiotta energialaskelmissa.

Kuntopyörillä voisi tutkia myös tätä suhdetta, mutta minulla ei ole sellaista nyt käytössä ja toiseksi, kuinkahan luotettavia niiden

ilmoittamat kulutukset ovat, jos kuntosalilla pistäytyisi?

Kokeen aikana tuotettiin mekaanista energiaa 83.9 kilojoulea 15 minuutin aikana, eli 83 900 J/(15*60s)= 93.2 watin teholla keskimäärin.
Keskisyke 105/min. Hmm erikoista, aiemmasta kuvasta pääteltiin, että pulssi 105/min merkitsee 92.5 watin tehoa, kun otaksuttiin kehon
hyötysuhteeksi 23 %. Jokin nyt ei täsmää, täytyy tutkia. Pulssimittarin oletukset kyllä vastaavat nykyhetkeä. Katsoinkohan tuon arvon 105/min
väärin, ja minä tyhmänä pyyhin sen jo pois. Kai uusittava koe.

Kun portaita noustiin 2/3 ajasta ja 1/3 ajasta levättiin, niin nousun aikana teho oli 83900 J/600 s = 140 W.

Lisäys klo 13:48. Uusin kokeen samoin edellytyksin. 5 nousua, aikaa meni reilu 15 min, mutta odotin lopussa sykkeen tasaantumista ennen
mittauksen pysäyttämistä, mikä tapahtui 17.00 minuutin kohdalla, pulssi vielä 88 silti. Keskisyke 107 (nyt katsottu huolellisesti ).
Mek. energiaa tässä uusintakokeessa E1=83.9 kJ.
Sykemittarin ilmoittama energia E2=142 kcal = 594.1 kJ
E1/E2= 14.1 %

Ehkä pitäisi lisätä vaakasuoran siirtymisen energia jollain tavalla arvioituna E1:een, sittenkin? Polkemisella tehtävä koe olisi
varmaan luotettavampi pyöräilyä silmälläpitäen.
Täytyy vielä tutkia kuvan edellytykset, kun on käytössä 3 sykemittaria vähän erilaisin parametrein ja siitä voi olla aiheutunut sotkua.

---

Kyllä pyöräily on maailmanhistorian energiatehokkaimpia tapoja siirtyä lyhyitä matkoja tasaisilla asfalttiteillä. Ällistyttävän pienillä wattimäärillä,
hehkulampun kulutuksella, siirtyy ulkoiluasuinen siedettävässä ajassa paikasta toiseen. Liituraitapukuisen siirtämiseksi tarvitaan sen
sijaan 150-200 villiä hevosvoimahevosta tai yli 1000 tavallisenjaksavaista 100 watin orjaihmistä, kun on hänellä kuulemma kiire. Varmaan toisinaan onkin.

Nykyään jokainen voi olla faarao. Onko kivaa?

[ajarmala]

Porraskävelykoe

E2 / E1 = 15.8 %

Muista tehdä myös nollakoe: miten paljon kehosi kuluttaa energiaa 15 minuutin aikana, kun vaan seisoskelet ja tallustelet hitaasti tasamaalla? Tämä kulutus pitää vähentää tuosta portaiden nousukokeen 15 minuutin kulutuksesta ja vasta erotus antaa nousuun kuluneen energian. Eikö?

Veikkaan, että tällä saat hyötysuhteeksi jotain enemmän kujin 16 %.

T. Ari

[optimistx]

Porraskävelykoe

E2 / E1 = 15.8 %

Muista tehdä myös nollakoe: miten paljon kehosi kuluttaa energiaa 15 minuutin aikana, kun vaan seisoskelet ja tallustelet hitaasti tasamaalla? Tämä kulutus pitää vähentää tuosta portaiden nousukokeen 15 minuutin kulutuksesta ja vasta erotus antaa nousuun kuluneen energian. Eikö?

Veikkaan, että tällä saat hyötysuhteeksi jotain enemmän kujin 16 %.

T. Ari

Suurkiitos, noinhan se pitää tehdä. Tallustelin pihalla 17 minuuttia, syke oli 60 - 70 välillä, ja mittari ilmoitti kulutukseksi 43 kcal. Nyt saadaan
E2 / E1 = 83.9 kJ / (142 kcal - 43 kcal) = 83.9 kJ / 414 kJ = 20.2 %

Oikein veikkasit, tuo 20 % tuntuu jo paljon paremmalta! Ehkä polkemiskokeessa päästään jo sitten 23 % :iin.

[jviirret]

Oikein veikkasit, tuo 20 % tuntuu jo paljon paremmalta! Ehkä polkemiskokeessa päästään jo sitten 23 % :iin.

Luultavasti, kun kaksipyöräisellä ajaessa tasapainon ylläpitoon kuluu hieman energiaa.

Jukka

[Nojanalle]

Eilen kun olin testaamassa peräkärryä , samalla tuli ajettua tämä geeliakku lähes tyhjäksi. Tänään kun olin lenkillä huomasi että akusta tulisi enenmä tehoa. Normaalisti akku on täyttynyt 8 h. nyt jouduin lataamaan 12 h.
Johtuuko tämä tästä , vai siittä että laturi meni niin sanotulle enallistamis toiminnolle. Ja näin vanha akku pysty varaamaan itsensä täydenmäksi. Vai onko tämä vain kuvitelmaa.
Palokan pitkän mäen olen pääsyt koko kesä ylös enintään 20km/h niin nyt moottorissa löty puhtia että pappara pääsi saman mäen 29 km/h ylös. Voimaa ja kieroksia oli pelissä kuin ennen vanhaan. Sitä siinä mietti että onko mahdollista että kun akku ajetaan lähes tyhjäksi , voi sen lataus ohjelma enallistaa lähes uuden veroiseksi. Jos näin on niin eikö silloin geeliakku kannata välillä ajaa ihan tyhjäksi .

[jviirret]

Eilen kun olin testaamassa peräkärryä , samalla tuli ajettua tämä geeliakku lähes tyhjäksi. Tänään kun olin lenkillä huomasi että akusta tulisi enenmä tehoa. Normaalisti akku on täyttynyt 8 h. nyt jouduin lataamaan 12 h.
Johtuuko tämä tästä , vai siittä että laturi meni niin sanotulle enallistamis toiminnolle. Ja näin vanha akku pysty varaamaan itsensä täydenmäksi. Vai onko tämä vain kuvitelmaa.

Täällä akkuwikissä( http://fi.wikipedia.org/wiki/Akku ) sanotaan seuraavaa geeliakuista: "Tyhjään tai vajaaseen akkuun latauslaite varaa nimellisvirtaa. Kun akun varaustila nousee, nousee samalla akun napajännite ja lataus siirtyy vakiojännitevaiheesen. Tyhjän akun varaaminen 80–85 %:iin kapasiteetista kestää noin 5–8 tuntia, ja täysi varaus saavutetaan 24 tunnissa. " Eli tuolla 8h latauksella et saa siihen täyttä kapasiteettia vaan sen saamiseksi pitäisi ladata 24h.

Jukka

[Nojanalle]

Entierä tosta. Mutta joka normaalin käytön jälkeen se laturi menee 8h jälkeen ylläpitotoiminnolle. Siellä se voi roikkua vaikka useita viikkoja. Mutta nyt kun se oli lähes tyhjä se vei sen 12h ja sitten meni ylläpitotoiminnolle. Eli tässä sitä ihmettelee. Että eikö se laturi sitten lataakaan akkua täyteen. Vai mistä tämä voiman tunne tänään sinne oli tullut.
Tässä jo pitempään olen suunitellut uusin akkujen ostoa. Mutta jos näin saan pidennettyä näiden käyttöikää , niin rupeen ajamaan ne lähes tyhjiksi välillä. Seuraan siten kuinka kauan niistä on käyttö kalua viellä.