Hoe bereken je het energieverbruik van een voertuig?

Het energieverbruik van een voertuig kun je op verschillende manieren berekenen, afhankelijk van het type voertuig en welke aspecten van het verbruik je wilt weten. Hieronder leggen we uit hoe je dit doet voor een benzinescooter en een elektroscooter, inclusief het omgaan met eenheden en significante cijfers.

Energieverbruik van een benzinescooter berekenen

Voor een benzinescooter bereken je het energieverbruik door het volume brandstof te vermenigvuldigen met de stookwaarde van die brandstof. De stookwaarde geeft aan hoeveel energie er vrijkomt per eenheid volume (of massa) brandstof.

De formule hiervoor is: $E = r_v \cdot V$

Waarin:

• $E$ de vrijgekomen energie is (bijvoorbeeld in kWh).
• $r_v$ de stookwaarde van de brandstof is (bijvoorbeeld in kWh/m³).
• $V$ het volume brandstof is (bijvoorbeeld in m³).

Stappenplan en voorbeeld: Stel, een benzinescooter verbruikt 1,0 L benzine per 42 km, en je wilt weten hoeveel energie er vrijkomt voor 70 km. De stookwaarde van benzine (99 octaan) is $9,2 \cdot 10^3 \text{ kWh m}^{-3}$ (volgens Binas tabel 28B).

1. Bereken het benodigde volume benzine voor de gewenste afstand: Als de scooter 1,0 L verbruikt voor 42 km, dan is voor 70 km nodig: $\frac{70 \text{ km}}{42 \text{ km}} \times 1,0 \text{ L} \approx 1,67 \text{ L}$

2. Zet het volume om naar kubieke meters (m³): Omdat de stookwaarde in kWh per m³ is, moet je het volume omzetten van liters naar m³. Eén liter is gelijk aan één kubieke decimeter (dm³), en $1 \text{ m}^3 = 1000 \text{ dm}^3 = 1000 \text{ L}$. $1,67 \text{ L} = \frac{1,67}{1000} \text{ m}^3 = 0,00167 \text{ m}^3 = 1,67 \cdot 10^{-3} \text{ m}^3$

3. Bereken de energie met de formule $E = r_v \cdot V$: $E = (9,2 \cdot 10^3 \text{ kWh m}^{-3}) \cdot (1,67 \cdot 10^{-3} \text{ m}^3) \approx 15,364 \text{ kWh}$

4. Rond af op het gevraagde aantal significante cijfers: Als je het antwoord in één significant cijfer moet geven, kijk je naar het eerste cijfer dat geen nul is (de '1' in 15,364). Het cijfer ernaast is een '5', dus je rondt de '1' omhoog af naar een '2'. Om de grootte van het getal te behouden, voeg je een nul toe als plaatshouder. $15,364 \text{ kWh} \approx 20 \text{ kWh}$ (afgerond op één significant cijfer).

Totale energiebehoefte van een elektroscooter berekenen (met rendement)

Bij een elektroscooter is de energie die in de accu is opgeslagen niet de totale energie die nodig is om de scooter te laten rijden. Er zijn energieverliezen bij de opwekking, het transport, de lader en de accu. Deze verliezen worden uitgedrukt in rendementen.

De formule voor rendement is: $\eta = \frac{E_{uit}}{E_{in}}$

Waarin:

• $\eta$ het rendement is (een getal tussen 0 en 1, of een percentage).
• $E_{uit}$ de nuttig gebruikte energie is (de energie die de accu levert aan de motor).
• $E_{in}$ de totale energie is die aan het begin van de keten is ingevoerd (wat we willen berekenen).

Om de totale ingevoerde energie ($E_{in}$) te berekenen, kun je de formule ombouwen: $E_{in} = \frac{E_{uit}}{\eta}$

Stappenplan en voorbeeld: Stel, een elektroscooter heeft 1,7 kWh elektrische energie in de accu opgeslagen om 70 km af te leggen. Het totale rendement van de energieketen (opwekking, transport, lader, accu) is $\eta_{totaal} = 0,40 \times 0,96 \times 0,43 \approx 0,165$.

1. Bepaal de nuttig gebruikte energie ($E_{uit}$): Dit is de energie die in de accu is opgeslagen en de scooter laat rijden: $E_{uit} = 1,7 \text{ kWh}$.

2. Bepaal het totale rendement ($\eta_{totaal}$): Dit is gegeven als 0,165.

3. Bereken de totale ingevoerde energie ($E_{in}$) met de omgebouwde formule: $E_{in} = \frac{1,7 \text{ kWh}}{0,165} \approx 10,303 \text{ kWh}$

4. Rond af op het gevraagde aantal significante cijfers: Als je het antwoord in twee significante cijfers moet geven, kijk je naar de eerste twee cijfers die geen nul zijn (de '1' en de '0' in 10,303). Het cijfer ernaast is een '3', dus je rondt naar beneden af (de '0' blijft een '0'). $10,303 \text{ kWh} \approx 10 \text{ kWh}$ (afgerond op twee significante cijfers).

Eenheden van energie: Joule en kilowattuur (kWh)

Energie wordt vaak uitgedrukt in Joule (J), de standaard SI-eenheid. Echter, in de context van elektriciteitsverbruik en grotere hoeveelheden energie, zoals bij voertuigen of huishoudens, wordt vaak kilowattuur (kWh) gebruikt. Beide eenheden meten energie en kunnen in elkaar worden omgerekend: $1 \text{ kWh} = 3,6 \cdot 10^6 \text{ J}$ (of 3,6 miljoen Joule). Het is belangrijk om de eenheid te gebruiken die in de vraag of de context wordt aangegeven om consistent te zijn.

Significante cijfers

Significante cijfers geven de nauwkeurigheid van een meting of berekening aan.

• Niet-nul cijfers zijn altijd significant (bijv. 123 heeft 3 significante cijfers).
• Nullen tussen niet-nul cijfers zijn significant (bijv. 102 heeft 3 significante cijfers).
• Nullen aan het begin van een getal zijn niet significant (bijv. 0,0012 heeft 2 significante cijfers).
• Nullen aan het einde van een getal na de komma zijn significant (bijv. 1,20 heeft 3 significante cijfers).
• Nullen aan het einde van een getal zonder komma kunnen significant zijn of alleen als plaatshouder dienen. Om dit duidelijk te maken, gebruik je wetenschappelijke notatie (bijv. $2 \cdot 10^1$ voor 20 met één significant cijfer).

Bij afronden kijk je naar het eerste cijfer dat je wilt weglaten. Is dit 5 of hoger, dan rond je het laatste behouden cijfer omhoog af. Is het lager dan 5, dan rond je naar beneden af. Zorg er altijd voor dat de grootte van het getal behouden blijft door eventueel nullen als plaatshouders toe te voegen.