Een lier is een werktuig dat gebruikt wordt in combinatie met een kabel of soms een touw. Een lier bestaat uit een trommel, ook (op)windas genoemd, die is verbonden met een overbrenging en een aandrijving.
Lieren kunnen worden aangedreven door bijvoorbeeld een verbrandingsmotor, elektromotor of een hydromotor. De lier is op een locatie vastgezet. De kabel is in één of meerdere lagen rond de trommel gewonden. De kabel wordt gevierd om aan een last of bevestigingspunt vastgemaakt te worden. Door nu de lier te activeren wordt de kabel om te windas gewonden en wordt een trekkracht op de kabel uitgeoefend. Bron: https://nl.wikipedia.org/wiki/Lier_(werktuig)
De lier die we hier bespreken bestaat uit katrollen, touw en een elektromotor met touwhaspel. En dat alles in het klein. Het doel van onze lier is het ophijsen van een gewicht van 1 kilogram. Om dit doel te bereiken wordt elektrische energie verbruikt.
Nuttige energie: de energie die nodig is om het gewicht verticaal over een bepaalde afstand te verplaatsen.
Benodigde energie: de opgenomen elektrische energie
Het rendement: hoeveel procent van de toegevoerde energie wordt nuttig gebruikt?
Formule voor berekening van het rendement: 
Gegeven:
- hoogteverschil: 1 meter
- massa: 1 kg
- Spanning U tijdens het hijsen = 1,7 V
- Gemiddelde stroom I tijdens het hijsen = 1,8 A
- Benodigde tijd voor het hijsen = 22 s
Vraag: wat is het rendement van deze lier?
- schat het rendement (%) van de lier (doe eens een gok!)
- bereken de grootte van de nuttige energie (toename van potentiele energie)
- bereken de grootte van de toegevoerde energie
- bereken het rendement van de lier
Antwoorden:
- Toegenomen potentiele energie
| Zwaarte-energie |
Ez = m·g·h = 1 kg * 9,81 m/s² * 1 m = 9,81 kg m²/s² = 9,81 Joule |
Ez = zwaarte-energie (J) m = massa (kg) g = 9,81 m/s2 (op aarde) h = hoogte (m) |
Toegevoerde energie:
Uit de video blijkt dat
P = U * I = 1,7 V x 1,8 A = 3,06 W
E = P x T = 3,06 W x 22 s = 67,32 J- Rendement van de lier: 9,81 J / 67,32 J * 100% = 14,6%
Hoe beoordeel je dit rendement?
- Goed of slecht?
- Was dit wat je verwachte?
- Waarom is het rendement zo goed/slecht? Wat is je persoonlijke mening hier over?
Als slechts 14,6% van de toegevoerde energie wordt omgezet in nuttige energie, dan is de rest van de energie (100% - 14,6%) 85,4% verloren gegaan. Dat is meer dan 6/7e deel. Persoonlijk vind ik dat erg veel. Waaraan is de energie verloren gegaan?
- niet optimaal werkende elektromotor (de elektromotor heeft een rendement)
- wrijving: de wielen van de katrol zijn ongelagerd. Er ontstaat dus vrij veel wrijving tussen de as en het wiel en omdat er in totaal 6 wielen worden gebruikt, stapelt het wrijvingsverlies zich op. De wrijving veroorzaakt in het eerste wiel, zorgt voor een extra benodigde spankracht in het koord waardoor het volgende wiel nog meer wrijving geeft enz.
