zaterdag 15 oktober 2016

snelheid en vermogen

Deze week was er op het ligfietsforum van google groups (https://groups.google.com/d/forum/ligfiets?hl=nl) een discussie over snelheid met een ligfiets. Ik heb er even over nagedacht, en het is eigenlijk wel bijzonder. Als je racefietsen en ligfietsen vergelijkt, dan vergroot ligfietsen de snelheidsverschillen tussen sterke en zwakke rijders. Bij een velomobiel wordt het nog extremer. Dat is eigenlijk heel logisch.
Op een racefiets heb je al snel dat je tegen een muur van lucht moet opboksen. Je ziet in de praktijk dat de doorsnee racefietser ongeveer 30 km/u haalt. Doe je het ietsje minder, dan is het 27 km/u, doe je goed je best dan rij je 33 km/u. Ik moet hard werken om 35 km/u te gaan, dat kan ik net een uur volhouden. In mijn toerfietsclub houden we wel eens een individuele uurrecord race. Bijna iedereen zit tussen de 33 en 38 km/u. Het clubrecord is in handen van een jeugdige wedstrijdrijder, met ca 41 km/u.
Om 30 km/u te rijden, moet ik ca 175 Watt produceren, voor 35 km/u is dat al 250 Watt en met 400 Watt zou ik 41 km/u kunnen rijden. Het benodigde vermogen schiet omhoog omdat luchtweerstand kwadratisch met de snelheid toeneemt. De overige weerstand (rolweerstand, aandrijfverliezen) gaan evenredig met de snelheid. De dominante factor is luchtweerstand.

Nu naar de velomobiel. De rolweerstand is hoger door de kleinere wielmaat en het flink grotere gewicht. Wel zijn de banden meestal breder, dat verlaagt de rolweerstand wel weer. Het extra wiel t.o.v. een racefiets maakt in theorie niet uit, wel zal het gewicht daarmee wel weer hoger uitkomen. De aandrijfverliezen zijn zeker groter door de kettingbuizen en de extra geleidewielen. Daarnaast verlies je nog energie doordat het frame mee buigt en de schokdempers ook niet alle energie teruggeven. De luchtweerstand daarentegen is laag, en voor iedereen gelijk. Of je nu zwaar of licht bent, lang of kort, als je in een velomobiel zit is de luchtweerstand voor iedereen ongeveer gelijk. Gaat niet helemaal op als je toevallig in een kleiner model past zoals een Quest QS.

Nu nemen we een een minder sterke rijder (m/v) in gedachten. Met zijn beperkte vermogen moet er een aanzienlijke rolweerstand en aandrijfverliezen overwonnen worden. Het aandeel luchtweerstand is bijna verwaarloosbaar. Ook moet de grote masa versneld worden na iedere kruispunt of bocht en als het stuk tot de volgende hindernis te kort is, kom je niet op je normaal haalbare snelheid. Sommige rijders gaan daarom harder op een racefiets dan in een velomobiel. Een rijder met zeg 10% meer vermogen, zal ook bijna 10% harder gaan, immers luchtweerstand hebben we nog niet zo veel last van en overige weerstand is evenredig met de snelheid. Ik schat dat luchtweerstand pas tussen de 40 en 50 km/u dominant begint te worden. Een sterke rijder met het dubbele vermogen zal zo makkelijk 10-20 km/u harder kunnen rijden dan de minder bedeelde rijder. Zet ze allebei op een racefiets en het verschil is nog maar een paar km/u. Het is daarom niet zo gek dat de beste velomobiel racers vaak lang zijn: zij hebben gemiddeld meer kracht. Calimero wist het al: "zij zijn groot en ik is klein, en da's niet eerlijk, o nee." Het is daarom des te opmerkelijker dat de kleine en frele Nici Walde zo enorm hard kan fietsen. Eva kan d'r ook wat van. Toevallig (?) hebben ze partners die fietsen bouwen, daar zal het onderste uit de kan zijn gehaald.

Ik heb me voorheen wel eens verbaasd dat ik door iets harder te trappen, zoveel sneller kon gaan. Dan reed ik 35 km/u. Kom op Reinier, je kunt best wat harder. 40 km/u. En eigenlijk was het vooral de inspanning om van 35 naar 40 te versnellen die het zwaar maakte, maar eenmaal op 40 km/u was dat eigenlijk prima vol te houden. Vaak helpt een korte afdaling ook. In Nijmegen heb ik er een van de St. Annastraat langs het spoor naar het station. Even een paar meter verval, een klein beetje bijtrappen en ik ga 50 km/u. Dat kan ik vervolgens zonder veel moeite vasthouden. Op de racefiets is zoiets niet mogelijk, maar daar ben ik na iedere hindernis in een paar seconden op snelheid, versnellen kost weinig moeite.

Wat kun je als minder sterke rijder doen om harder te gaan? Zorg dat je rolweerstand minimaal is. Haal die marathon plus banden er af en leg er snelle banden op. F-lites bijvoorbeeld en achter een Almotion. Houd de banden op spanning, scheelt ook best veel. Zorg er verder voor dat je ketting goed gesmeerd is en verwijder de kettingbuis als het kan. Koop een zo licht mogelijk fiets. Een glasvezel Mango met zijn tussenas en 20" achterwiel is voor snelheid niet de eerste keuze als het je aan power ontbreekt. Val wat overtollige kilo's af, scheelt ook. Vet kwijtraken, niet je spieren! Aerodynamica is minder belangrijk. Vergeet de racekap, tenminste als het je om snelheid te doen is, vergeet staartverlenging of het dichtmaken van de wielkasten voor, zoals bij de DF. Daar ga je de winst niet halen. Die is voorbehouden aan de dames en (vooral) heren met veel power, want die vechten wel voornamelijk tegen de muur van lucht.
En mocht dat allemaal nog niet hard genoeg gaan, dan rest niets anders dan beter trainen of vals spelen met een epo kuurtje, of een motortje inbouwen. Of de racefiets pakken.

Disclaimer:
Bovenstaand verhaal is gebaseerd op mijn ervaring en wat gedachtenexperimenten. Dat strookt blijkbaar niet met de metingen van Wim Schermer. Neem daarom dit verhaal met een korreltje zout. De algehele strekking blijft mijns inziens wel dat minder sterke rijders veel minder voordeel hebben bij een velomobiel dan sterke rijders. Vergeleken met een racefiets winnen de mindere goden nauwelijks, maar de krachtpatsers pakken vele km/u voordeel.


26 opmerkingen:

  1. Heerlijk stuk om te lezen :)
    zou ik het dan eindelijk begrepen hebben
    George

    BeantwoordenVerwijderen
  2. Chapeau, helder en duidelijk uitgelegd.

    De BrandweerQuest heeft lang geleden ook al eens een stuk geschreven over het belang van lichtlopende banden voor minder sterke rijders.

    BeantwoordenVerwijderen
    Reacties
    1. Dat stuk ken ik niet, ben pas een jaar of twee in velomobielland aanwezig. Heb je toevallig een link naar dat artikel?

      Verwijderen
    2. Reinier, helaas is de BrandweerQuest bijna volledig offline gegaan. Ik heb dus geen link.

      Verwijderen
  3. Helder Reinier! Mijn wens: een Quattrovelo van 25 kg of nog lichter. Toch accelereer ik op lagere snelheden (en op hogere- helemaal) makkelijker in mijn Quest van 28 kg dan mijn roeifiets van 13 kg. De trapbeweging is voor mij efficiënter dan de roeibeweging denk ik.

    BeantwoordenVerwijderen
    Reacties
    1. Over roeifietsen kan ik geen zinnig woord zeggen... maar jij bent wel een rijder die optimaal kan profiteren van de velomobielvoordelen.

      Verwijderen
  4. Ik reken mij zelf beslist onder de minder sterke rijders :-). In de toekomst, als ik niet meer forens, heb ik het plan om eens een tijdje met de lichtst mogelijk lopende banden te gaan rijden. Eens zien wat het verschil is met de Marathon Plus die nu maar niet willen slijten ;-).

    BeantwoordenVerwijderen
  5. Ben benieuwd hoe groot de invloed van de temperatuur is op het rendement van de velomobiel. Merk in ieder geval verschil in of het nu winter is, of juist zomer. Ben zelf ook niet bepaald een krachtpatser met veel wattage in de benen:)

    BeantwoordenVerwijderen
    Reacties
    1. Vrij algemeen gaat het in de winter langzamer. Dat komt onder andere door:
      - grotere rolweerstand bij lagere temperaturen (zie de vele publicaties over de metingen van Wim Schermer)
      - mindere getraindheid
      - rijden in het donker
      - smeermiddelen in ketting, lagers etc worden stroperiger en geven meer wrijving
      - lucht heeft hogere dichtheid bij lagere temperatuur
      - wegdek is vaak nat
      - warmere kleding beweegt minder soepel
      - hoger lichaamsgewicht in de winter (scheelt bij mij soms wel 5 kilo)

      Verwijderen
  6. Verwacht daar niet teveel van Paul, je merkt het wel maar als je gaat meten in absolute reistijd valt het effect beslist tegen.

    Ik rij eigenlijk alleen maar op die soepele vouw ballonbandjes omdat ik de vering - zelfs die van de Quest/Strada - anders niet acceptabel vind op betontegel fietspaden en klinkerstraten. En over de vele boomwortel beschadigingen in asfalt fietspaden en in hoogte ongelijke naden in betonplaat fietspaden. En over zulk wegdek moet ik het meest rijden.

    Maar ja ik ben ook van de "stroming" dat velomobielen/fietsvoeruigen heel anders moeten dan ze nu zijn :-))











    BeantwoordenVerwijderen
    Reacties
    1. Quezzzt, wat heb je met je blog gedaan? Ik kan 'm niet meer vinden!

      Verwijderen
  7. Tijdelijk of permanent gestopt. Het is aan jou en anderen interessante of leuke dingen te schrijven :-))

    BeantwoordenVerwijderen
    Reacties
    1. Jammer, ik vond jouw blog altijd lezenswaardig. Was het soms niet met je eens, maar dat scherpt mijn eigen mening. Verder is ook de historie nu weg, bijvoorbeeld over jouw kap aanpassingen en experimenten.

      Verwijderen
  8. Hoi Reinier, ik ben het niet eens met je conclusie, dat de grootste weerstand die overwonnen moet worden, de rolweerstand is.
    Toevallig ben ik inmiddels 5 jaar in het bezit van een (nu) 14 jaar oude polyester Mango van 35 kg en ik heb daaraan, alle door jouw afgeraden aerodynamische maatregelen genomen, maar ook heb ik F-lite's gemonteerd en de kettingbuizen verwijderd.
    Al deze maatregelen heb ik gefaseerd uitgevoerd.Zodat ik een redelijk overzicht heb, wat de winst is per aanpassing.
    Mijn inschatting is(dat mijn met 8 km/h verhoogde kruissnelheid)
    zeker voor de helft komt, door de betere aerodynamica.
    Ik moet het doen met een inmiddels 70 jaar oude motor, dus ik denk niet dat mijn vermogen hoger is dan 5 jaar geleden.
    groet,
    Piet

    BeantwoordenVerwijderen
    Reacties
    1. Interessante observaties, dank voor je reactie Piet. Ik heb mijn betoog natuurlijk wat scherper gesteld dan de werkelijk misschien is. Welke weerstand de grootste is, hangt sterk van de snelheid af. Het valt mij op dat wind mee of wind tegen vaak niet zo'n grote invloed heeft op mijn snelheid. Mijn kruissnelheid is tussen de 37 en 40 km/u als ik een beetje door probeer te rijden. Vaak moet ik naar de bomen kijken om te zien waar de wind vandaan komt, aan het fietsen merk ik het niet. Natuurlijk zullen alle verbeteringen aan de fiets voor hogere snelheid zorgen, maar bijvoorbeeld de kap gaat bij mij pas werken als ik 45+ rij. Helaas heb ik nog geen vermogensmeter, pas dan kun je een en ander wat wetenschappelijker onderbouwen. Wordt mijn volgende project, ben er al over aan het nadenken en heb de onderdelen al in huis. Wordt vervolgt.

      Verwijderen
    2. Deze reactie is verwijderd door de auteur.

      Verwijderen
  9. Hoi Reinier, ook ik ervaar het geringe verschil in rijsnelheid in een velomobiel, bij tegen- of voor de wind fietsen. Waar je met een racefiets al gouw 10 km/h sneller ga (als je voor de wind heb),
    is dat in een velo maar 2 a 3 km/h .
    Ik wijd dat juist aan de uitstekende stroomlijn van een velomobiel.
    De wind heeft er gewoon veel minder grip op.
    Het grootste probleem van een velo is toch de de grote massa, welke je moet versnellen. Daar gaat heel veel energie in verloren.
    Daarbij blijft overeind, dat een licht rollende velo met een efficiënte en stijve aandrijflijn absoluut helpt.
    gr. Piet

    BeantwoordenVerwijderen
    Reacties
    1. We zijn het helemaal een Piet, de stroomlijn is zo goed dat wind er geen vat op heeft. Mijn conclusie is dan: de stroomlijn draagt niet wezenlijk bij aan de totale weerstand, anders zou je veel grotere verschillen in snelheid zien. Aerodynamische verbeteringen hebben daarmee dus ook maar weinig effect. Als je moet kiezen tussen 10% verbetering in stroomlijn of 10% verbetering in rolweerstand, dan heeft die laatste verbetering het meeste effect bij matige snelheid (minder krachtige rijders). Pas bij hoge snelheid ben je beter af met de stroomlijnverbetering, maar dan moet je al een sterke rijder zijn om überhaubt die snelheid te kunnen bereiken. Dat was het punt wat ik probeerde te maken.

      Verwijderen
  10. Je stelt dat luchtweerstand bij velomobielen pas bij snelheden van 40 tot 50 km/u dominant wordt. Dit is niet waar. Bij relatief trage banden als de Kojak is de luchtweerstand bij 30 km/u al hoger dan de rolweerstand. Bij licht lopende banden als de F-Lite is het kantelpunt 27 km/u en bij nog snellere racebanden als de Schwalbe One en de Continental Grand Prix 26 km/u. Bij de Michelin Radiaal is het omslagpunt zelfs al 18 km/u.

    Bij een gemiddelde set banden is de rolweerstand bij 45 km/u maar 33% en de luchtweerstand 67%.
    Daarom hebben ook minder sterke rijders al bij 30 km/u heel veel voordeel van een velomobiel. Jouw idee als zou 10% verbetering in rolweerstand meer opleveren als 10% verbetering van de luchtweerstand is echt totaal onjuist, het is klip en klaar precies andersom.

    Ook jouw idee dat een racekap er nauwelijks toe doet is wederom onjuist. Al bij 30 km/u is de winst rond 2 km/u, bij 40 km/u is de snelheidswinst rond 3 km/u. Bij 50 km/u is de winst 4 tot 5 km/u.
    Alle data zijn met SRM gemeten en de berekeningen op mijn blog zijn gedaan door Clement Pilette.
    Je bent nog maar twee jaar bezig in de velomobielwereld. Mogelijk heb je mijn eerdere publicaties in 2012 over dit onderwerp gemist. Dat is je natuurlijk vergeven maar de meeste aannames in je blogpost verdienen wel correctie.

    Je kunt dit allemaal nog eens bekijken op:
    http://wimschermer.blogspot.nl/2012/12/bandentest-in-grafieken.html
    Groeten,
    Wim

    BeantwoordenVerwijderen
  11. Best Wim, hartelijk dank voor je reactie. Tegen de meester van het testen moet ik mijn meerdere erkennen. Ik neem aan dat jouw metingen correct zijn, al stroken ze niet met mijn gevoel en niet met de ervaring van een vriend die zegt met de racefiets harder te gaan dan met de velomobiel. Die rijdt sub 30 km/u met bedrijfszekere maar niet supersnelle banden. Dan kun je toch geen andere conclusie trekken dan dat luchtweerstand niet dominant is?
    De genoemde snelheidswinst met de kap ervaar ik niet, ik heb een DFXL met DF kap. Zonder kap altijd jouw minivizier. Zodra mijn nog te bouwen powermeter werkt, ga ik uiteraard testen doen en publiceren. Ook de powermeter zelf zal ik publiceren (het tabblad is er al enige tijd...) Ik zal een disclaimer aan mijn verhaal toevoegen gebaseerd op jouw opmerkingen.
    Groet, Reinier

    BeantwoordenVerwijderen
    Reacties
    1. Adri heeft zich in Noorwegen in een Strada met en zonder kap naar beneden gestort aan zulke hoge (val)snelheden dat die niet eens relevant zijn voor de Nederlandse situatie. Het verschil met en zonder kap was zo marginaal dat het aan een rustige velomobiel kruissnelheid ( ~30 km/u ) gewoon niet relevant KAN zijn.

      Nu zocht men de kleine verschillen wel in stroomlijnverstoring door de open wielkasten, maar het is gewoon in lijn met wat ik aan 3 jaar aan heel gewone kruissnelheden in een Quest merk : helemaal NIETS !

      Dat gezegd hebbende rij ik wel bijna altijd met kap maar om andere redenen : omdat ik het fijner vind een soort helm - incl stootrubber strips binnen - om mijn hoofd te hebben ivm gevaar voor omrollen in verkeerd genomen bochten, aanvallende honden en natuurlijk bescherming tegen gure wind of regen.

      Verder herken ik me wel in Wim zijn verhaal van 27 km/u : dat is exact de snelheid die mijn Quest gaat aannemen bij ongehinderd met zeer matige inspanning fietsen. Ik rij dan ook idd op 50 mm F/lites of Shredda's en 60 mm Super Moto achter.

      Wil ik sneller rijden heb ik het idee tegen de "natuurlijke" snelheid van mijn Quest in te werken en kost het onevenredig meer kracht en inspanning. Dat onevenredig toenemen draagt het signatuur van hoe luchtweerstand zich gedraagt...

      Dan is er ook nog het gegeven dat als andere fietses slingerend en stapovoets tegen harde wind in rijden de Quest daar aanzienlijk minder last van heeft : dan wordt 27 km/u iets van 25 km/u.

      Ik ondervind dat luchtweerstand aan lage snelheden wel degelijk speelt, maar gewoon minder en later vat heeft op de gladde torpedo vorm dan rechtop fietsers, al dan niet met flapperende kleding.

      Wat dat betreft is best interessant de wielrenners te bekijken met stroomlijnhelmen, dichte wielen en frames met stroomlijnprofiel. Die halen ook op eigen kracht en vlakke weg de 50+ km/u.

      Verwijderen
    2. Dag Reinier,
      Je schrijft dat je altijd een minivizier gebruikt als je de kap niet gebruikt.
      De DF kap is door de open gaten en het erg rechtop staande motorhelmvizier niet maximaal efficiënt.
      Het minivizier is dat zeker wel. 75% van de snelheidswinst van een goede racekap, bijv. de Velomobielonderdelen.nl kap, wordt al door dit kleine stukje lexaan opgebracht. Dat jij het kleine verschil tussen de DF kap en het minivizier niet vaststelt, kan ik me goed voorstellen.
      De door mij genoemde verschillen zijn die tussen een Quest zonder minivizier en met een racekap van mij.
      Groeten,
      Wim

      Verwijderen
  12. Hoi Reinier,

    Aan de reacties hierboven te lezen, hebben mensen geen enkel idee wat jij bedoelt met de minder bedeelde rijder. Ze hebben het nog steeds over snelheden die voor mij nauwelijks haalbaar zijn. Ik denk dat je onder anderen mij als doelgroep van de minder bedeelden kent. En dat betekent dus dat ik met mijn gemiddelde van 20 km/h weinig voordeel zal hebben. Op een racefiets rij ik nog steeds sneller dan met een velomobiel. Maar dat betekent niet dat ik beter op een racefiets zou rijden. De velomobiel heeft voor mij het voordeel dat het een fiets is waar ik met vele weertypes mee onderweg kan. En dat het gewoon relaxter rijdt en makkelijker vol te houden is. Verder kan je ook makkelijker wat spullen meenemen dan op een racefiets. Wel lijkt het me fijn als ik wat minder rolweerstand zou hebben en daar dus veel profijt uit kan halen. Ik zit al geruime tijd te denken om andere banden te nemen. Maar in de winter zit ik ook niet te wachten op lekke banden. Dus misschien beter mijn greenguards er nog op te laten liggen tot het eind van de winter. Als achterband een Almotion nemen is misschien wel een optie voor de winter.

    Groeten,

    Roef

    BeantwoordenVerwijderen
    Reacties
    1. Hoi Roef, ik moest inderdaad aan jou denken toen ik dit schreef. Mijn betoog geldt nog steeds: jij zult maar een gering voordeel ervaren van aerodynamische verbeteringen. Natuurlijk helpen alle verbeteringen iets, maar niet zo veel als diezelfde aanpassingen bij mij zouden doen. Jij bent het meest geholpen - als je harder wou willen - met een lichtere en lichter lopende fiets. Een racefiets dus ;)

      Verwijderen
  13. Leuk artikel en ook leuke reacties.
    Snelheid is een beetje persoonlijk. Ik vond 30-35 best al hard. En dan kom je op Cyclevision.... of rijd ik in een nieuwere Quest. Groot verschil. Maar het uiteindelijke verschil in snelheid tussen quest 1 en quest 550(?) is nog redelijk binnen de perken bij mijn snelheden. Het zal geen 20% in snelheid schelen.

    Daarnaast is er een ander dingetje. Een velomobiel gaat relatief snel. Maar absoluut vaak niet. Denk aan bochtjes, stoplichten, optrekken, omdraaien, uit je fiets stappen, vaker omkleden. Je zweet ook meer en hebt ook meer mee te sjouwen. Ik betoog al een tijdje dat een velomobiel op een korte afstand onzin is, maar het rijden er mee te leuk. ;)

    Over het vizier: Ik heb nog nooit een snelheidsverschil ervaren. En ik vind het ook niet mooi dat die spiegels nog er voor uitsteken. Ik denk dat er nog een beetje winst te behalen is door de spiegels achter het vizier te plaatsen. Daarvoor zou het ding wel iets langer moeten zijn.
    Grootste voordeel vind ik dat een vizier(tje) je uit de koude wind houdt. Meestal haal ik hem er in de zomer af. De wind is dan fijn om langs je hoofd te hebben.

    BeantwoordenVerwijderen
  14. Ik heb precies één keer zonder vizier gereden omdat ik te lui was om de deur weer van het slot te halen om het vizier te pakken. De rit ervoor was met de kap. Zonder vizier was geen succes. De snelheid was voelbaar lager, maar vooral de wind in mijn ogen en de herrie in mijn oren waren vreselijk vervelend. In de Quest zat ik wat hoger (meer rechtop) dan in de DF. Ik zat toen iets te ver boven het zivier en had altijd veel windgeraas. Heb zelfs oor-spoilers aan mijn helm gemaakt. In de DF lig ik iets lager en heb ik veel minder windgeraas, een openbaring!
    Voor wat betreft snelheid: het ligt enorm aan de route. Ik heb een korte route naar mijn werk van 43 km, maar dan dwars door Nijmegen en over de Keijenbergse weg (enkele tientallen hoogtemeters). Verder nog wat rotondes. De langere weg is ca 53 km met ca 20km over de dijk langs de Waal. Op die dijk kom ik één bochtencombinatie tegen waarvoor ik moet remmen. De kortste route is gemiddeld het snelst (ca 1.22 minuten), maar mijn gemiddelde snelheid is veel hoger op de lange route. Één keer zelfs meer dan 40 km/u gehaald. Dan moet je wel steeds tegen de 50 km/u rijden. Met zorgvuldig plannen van de route kan ik zo maar 5 km/u gemiddeld harder rijden.

    BeantwoordenVerwijderen