3728 TUE Eureka covers 09:Opmaak 1
12-01-2009
12:23
Pagina 4
projectorganisatie
Technische Universiteit Eindhoven hoofdsponsor
Universiteit Utrecht pilot HAVO-scholen
Fontys Hogescholen
Electric Car Safety Eureka!Cup Postbus 513 5600 MB Eindhoven telefoon 040 247 3127 e-mail
[email protected]
KEMA is een bedrijf dat technisch advies geeft over vraagstukken op energiegebied. Jullie gaan voor een onderzoek van KEMA kijken naar elektrische voertuigen. Omdat deze geen benzinemotor hebben, zijn ze erg stil. Natuurlijk is dat een voordeel, maar gekeken naar de veiligheid is dit ook een nadeel. Ontwerp en bouw een voertuig dat een duurzame energiebron gebruikt voor twee doelen: verlichting van het voertuig en het produceren van een voor mensen prettig geluid als het voertuig rijdt.
Eureka!Cup is een samenwerkingsproject van de Nederlandse universiteiten en Fontys Hogescholen, de Nederlandse Natuurkundige Vereniging en stichting FOM met het bedrijfsleven. Doel is om leerlingen van HAVO en VWO 1, 2 en 3 kennis te laten maken met techniek en toepassingen van natuurwetenschappen.
www.eurekacup.nl
Een opdracht van Eureka!Cup in samenwerking met
#04.
Eureka!City De duurzame stad van de toekomst De burgemeester van Eureka!City heeft een nobel doel: zijn stad moet voorop gaan lopen in ontwikkelingen in de wereld van energie. Zo wil hij als eerste een duurzame energiecentrale bouwen, de beste hoogspanningsmasten plaatsen, energiezuinige auto’s laten rijden, experimenteren met zonlicht om water te verwarmen en een groot windmolenpark in zee bouwen. Allemaal ambities die ervoor moeten zorgen dat het leven in Eureka!City gezonder, veiliger en aangenamer wordt. Eureka!City wil een voorbeeld zijn voor heel veel andere grote en kleine steden en hoopt dan ook dat jullie, als medewerkers van de bedrijven die met deze uitdagingen bezig zijn, een handje daarbij kunnen helpen. De burgemeester nodigt jullie dan ook van harte uit om eens een bezoek te brengen aan zijn stad. Op www.eurekacup.nl kun je door Eureka!City wandelen en rondkijken zoveel als je wilt. En dan kun je alvast dromen hoe de duurzame stad van de toekomst met jouw idee een stapje dichterbij komt.
Een aantal vergezichten van de digitale stad Eureka!City.
Vormgeving en opmaak binnenwerk: Hanneke Geurts van Kessel • Studio’eau, www.studioeau.nl • in opdracht van Eureka!Cup 2
Electric Car Safety Onwerp en bouw een veilige en duurzame elektrische auto. Opdrachtgever
2
Project
4
Vooronderzoek
7
Werkwijze
9
De test
11
Figuur 1: Hedendaagse elektrische auto. (Bron:www.flickr.com) 1
Opdrachtgever KEMA voert testen uit op elektrische producten en geeft certificaten over de kwaliteit en veiligheid aan haar klanten. Daarnaast geeft KEMA ook advies over allerlei vraagstukken op energiegebied. Hierbij biedt KEMA oplossingen aan waarin de aanwezige energie zo efficiënt mogelijk gebruikt wordt, en waar mogelijk gebruik wordt gemaakt van alternatieve, duurzame energiebronnen. Bij het testen en certificeren speelt de veiligheid en betrouwbaarheid van energie een belangrijke rol. Het risico van een storing wordt hierbij afgewogen tegen de onderhoudsvriendelijkheid. KEMA probeert dus energie zo zuinig en zeker mogelijk te verdelen. Een voorbeeld van één van de aandachtsgebieden van KEMA betreft energie opgewekt door windmolens. We zien nu in veel landen windmolens staan, en er wordt ook gewerkt aan “windmolens” in zee, zogenaamde getijdeturbines. Deze turbines hebben onder het wateroppervlak nog een serie bladen, die gebruik maken van de stroming van het zeewater om elektriciteit op te wekken. Dat klinkt als een heel goed idee, maar je moet je afvragen hoe lang zo’n molen het volhoudt, hoe je die elektriciteit naar de kust brengt, hoe sterk de stroming maximaal mag zijn voordat de molen stilgezet moet worden, en of het dan nog wel een verstandige investering is. Zo zijn er voor nu en in de toekomst nog tal van problemen met duurzame oplossingen. En omdat we uiteraard vooruitgang willen boeken, werkt KEMA aan oplossingen voor deze problemen. Met de stijgende energieprijzen én een toekomstig tekort aan fossiele brandstoffen, worden deze oplossingen steeds belangrijker. Figuur 2: Compacte verticale windmolens. (Bron: www.flickr.com)
2
Figuur 3: Deze krantenartikelen zijn ook na te lezen op www.eurekacup.nl Bron: www. Groenopweg. nl en www.startfuturenow. com
3
Project De energieprijzen stijgen elk jaar weer een beetje omdat er over de hele wereld steeds meer energie gebruikt wordt. Dit komt niet alleen omdat mensen meer apparaten hebben die energie gebruiken, maar ook omdat er met deze energie vaak niet zo zuinig wordt omgesprongen. En dit gaat natuurlijk niet goed samen met de hoeveelheid aan fossiele energie die juist steeds schaarser wordt. Een voorbeeld zijn auto’s die per liter benzine een afstand van 10 kilometer kunnen rijden, terwijl andere auto’s op diezelfde liter benzine wel 25 kilometer ver kunnen komen. Het is dus belangrijk dat de energie die we hebben zo goed mogelijk gebruikt kan worden. De opkomst van elektrisch vervoer is dan ook een belangrijke ontwikkeling, die een grote impact zal hebben op de energievoorziening in Nederland. Niet alleen omdat elektrisch vervoer een zeer efficiënte manier van energieverbruik heeft, maar ook omdat het andere (duurzame) energiebronnen kan inzetten. Op dit moment werkt KEMA aan verschillende projecten over elektrische auto’s. De elektrische auto’s krijgen een accu en een elektromotor. Bovendien wordt de auto uitgerust met een stekker, deze kan dus eenvoudig opgeladen worden
Figuur 4: Een electrische bus in Duitsland (Bron: Studio’eau)
4
via het stopcontact. De auto rijdt dan volledig op elektriciteit. Bijna alle autofabrikanten werken momenteel aan de ontwikkeling van elektrische auto’s, en vanaf 2009 zullen ze steeds vaker op straat te zien zijn. Op dit moment is de elektrische auto nog geen goede vervanger voor de auto met benzinemotor. De huidige modellen kunnen ongeveer 200 kilometer rijden voordat ze weer moeten worden opgeladen. Dat is niet zoveel, als je bedenkt dat Zuid-Frankrijk al vijf keer zo ver is. Verder gebruikt de elektrische auto zijn elektrische energie niet alleen maar voor de aandrijving. Een auto heeft steeds meer geavanceerde elektrische systemen, kijk maar eens hoeveel mensen tegenwoordig met een navigatiesysteem rondrijden. Dat was 5 jaar geleden echt wel anders! Alle elektrische systemen in de auto (zoals autoradio, navigatie, dashboard en verlichting) gebruiken dezelfde energievoorziening als de aandrijving. Dit heeft tot gevolg dat de auto dus nog minder ver kan rijden, omdat de accu snel weer leeg is. Maar niet alleen het bereik van de elektrische auto is een probleem. Ook is de auto zó stil, dat hij een gevaar kan vormen in het verkeer. Zie hierover het onderstaande artikel.
Figuur 5: (Bron: www. omroepgelderland.nl)
5
Er zitten helaas ook haken en ogen aan de in het artikel genoemde oplossing. Een luidspreker met motorgeluid verbruikt niet alleen meer energie, maar leidt juist ook weer tot mogelijke geluidsoverlast. Bovendien wordt een motorgeluid door de meeste mensen niet ervaren als een aangenaam geluid. Stromend water daarentegen bijvoorbeeld wel. Hier wordt jullie hulp ingeroepen. Om een elektrische auto verder te kunnen laten rijden, is er een alternatieve energiebron of een zuiniger oplossing nodig voor de ‘extra’ systemen in de auto. Te beginnen met de verlichting en het te vormen geluid. Aan het einde van dit project hoopt KEMA van jullie een werkend prototype te krijgen van een elektrische auto. Deze auto maakt, wanneer hij rijdt, een aangenaam geluid en hij heeft verlichting. Zowel de verlichting als het geluid worden geproduceerd door een andere energiebron dan de accu van de auto. 1. Eisen Om dit project uit te werken ontvangt de klas een schaalmodel van een auto. Er zal gebruik moeten worden gemaakt van andere manieren om energie op te wekken, zodat de accu van de auto zo veel mogelijk wordt ontlast. Deze nieuwe energiebron zal uiteraard duurzaam zijn. Uiteindelijk wil KEMA de door jullie bedachte oplossingen voor de problemen gemonteerd op deze auto zien. Hier zitten een aantal eisen aan vast, welke zo goed mogelijk nageleefd moeten worden. Deze eisen zijn: • • • •
6
Minimaal 1 lamp als verlichting is verplicht; Geluidsproductie (naast het geluid van de elektromotor) wanneer de auto rijdt; Verlichting en geluid moeten op energiezuinige wijze worden gerealiseerd, bij voorkeur duurzaam; De auto moet geschikt zijn om in de praktijk gebruikt te worden. Dat wil zeggen: bestuurbaar, veilig en geschikt voor de consument.
Vooronderzoek Om zoveel mogelijk originele en goede oplossingen te krijgen, vraagt KEMA eerst om een aantal deelonderzoeken voordat het uiteindelijke prototype wordt gebouwd. Deze deelonderzoeken zorgen ervoor dat KEMA zeker weet dat er een groot aantal mogelijkheden is onderzocht. De verslagen die van de deelonderzoeken gemaakt zullen worden, worden niet beoordeeld tijdens de eindpresentatie. Deelonderzoek 1: Duurzame energiebronnen KEMA vraagt om een fotoreportage van minimaal vier verschillende duurzame auto’s. Onder een duurzame auto wordt een auto verstaan die niet alleen op aardolie (benzine of diesel) rijdt, maar bijvoorbeeld ook op duurzaam opgewekte elektriciteit. Van elke afbeelding vraagt KEMA een beschrijving van de aanpassingen die gemaakt zijn om de auto zo duurzaam mogelijk te maken. Deelonderzoek 2: Duurzaam geluid Omdat de auto minimaal moet worden belast, wil KEMA van jullie een fotorapportage over tenminste vijf vormen van duurzaam geluid. Duurzaam geluid is geluid dat wordt gemaakt door het benutten van duurzame energiebronnen zoals beweging, wind en organische chemie. Over elk van deze vormen vraagt KEMA een uitleg van de werking en een uitleg over de mogelijke toepassingen in een duurzame auto.
Figuur 6: Een windmolenpark op land (Bron: www.flickr.com)
7
Deelonderzoek 3: Opwekken van duurzame elektriciteit KEMA verwacht van jullie een testrapport met minimaal drie manieren om duurzame elektriciteit op te wekken. Hierbij kan gedacht worden aan wind of zon, maar ook aan biobrandstoffen of aan duurzame energie die wordt gebruikt in accu’s of brandstofcellen. Per opstelling wil KEMA een schematische weergave en een uitleg waar deze duurzame energiebron geplaatst zou kunnen worden in de duurzame auto. Deelonderzoek 4: Het model KEMA wil graag jullie model zien. Hiervoor moeten jullie een prototype ontwerpen en deze bouwen. Het is belangrijk dat jullie de voorgaande onderzoeken goed hebben uitgevoerd, want daardoor wordt het ontwerpen van het prototype een stuk eenvoudiger. Het prototype moet zo goed mogelijk aan de eisen van KEMA voldoen, hiervoor moet in ieder geval het aangeleverde frame met motortje worden benut. Daarnaast is er een aantal testcriteria waaraan de auto zal moeten voldoen.
Figuur 7: Een lampje brandt op bio-energie (Bron: www.flickr.com) Figuur 8: Een windklok (Bron: www.flickr.com)
8
Werkwijze Team Dit project voor KEMA voeren jullie uit in een team van vier of vijf klasgenoten. Jullie docent is jullie begeleider, bij hem of haar kun je altijd met vragen terecht. Plan van aanpak Voor elk deelonderzoek is het goed dat jullie een plan van aanpak maken. Dit is maximaal een A4’tje waar overzichtelijk de volgende dingen op staan: • • • • • • • •
de naam van het project; voor welk onderdeel dit het plan van aanpak is; welke werkzaamheden jullie gaan uitvoeren; hoe jullie de taken verdelen; wanneer de werkzaamheden uitgevoerd gaan worden en hoelang je hierover gaat doen; welke materialen er nodig zijn; wanneer jullie als team overleggen en waarover dat zal gaan; de tijdsplanning.
De planning van het project over een periode van 5 of 6 weken ziet er als volgt uit: Week 1: Maken van het plan van aanpak voor deelonderzoek 1. Uitvoeren van het plan van aanpak van deelonderzoek 1. Week 2: Maken van het plan van aanpak voor deelonderzoek 2. Uitvoeren van het plan van aanpak van deelonderzoek 2. Week 3: Maken van het plan van aanpak voor deelonderzoek 3. Uitvoeren van het plan van aanpak van deelonderzoek 3.
9
Week 4: Maken van het plan van aanpak van deelonderzoek 4. Uitvoeren van het plan van aanpak van deelonderzoek 4. Week 5 en eventueel week 6: Maken van het uiteindelijke product. Afronden van het project en voltooien van het rapport. Materialen Voor het maken van jullie model hebben jullie verschillende materialen nodig. Probeer deze zoveel mogelijk zelf te regelen. Voor materialen waar jullie zelf niet of moeilijk aan kunnen komen, kunnen jullie altijd je docent om hulp vragen. Informatiebronnen Voor delen van het vooronderzoek zullen jullie informatie van andere bronnen nodig hebben. Dit kunnen bijvoorbeeld de bibliotheek en het internet zijn. Op internet is www.eurekacup.nl een goede plek om te beginnen met zoeken. Daar vind je een aantal stukjes theorie en handige links die betrekking hebben op jullie project. Je kunt natuurlijk ook zelf zoeken naar nuttige internetpagina’s. Onderzoeksrapport KEMA vraagt jullie om een onderzoeksrapport te maken, waarin jullie advies uitbrengen met betrekking tot de opdracht die jullie gekregen hebben. In het onderzoeksrapport staan: • • • • • •
10
Het probleem van de opdrachtgever; De uitwerking van de vooronderzoeken van het project; Det ontwerp van jullie product; Hoe jullie bij dat ontwerp gekomen zijn; Eventueel de resultaten van jullie eigen tests; Waarom jullie later nog dingen aan het product aangepast hebben.
De test Het is belangrijk dat het onderzoeksrapport duidelijk en overzichtelijk is. Probeer zoveel mogelijk dingen samen te vatten, bijvoorbeeld in tabellen en grafieken. Model De opdrachtgever verwacht ook een model van het door jullie ontworpen product, zie daarvoor de projectomschrijving. Dit model wordt getest in jullie klas en wie weet ook op de finaledag. Succes!
Figuur 9: Sommige auto’s benutten nu al duurzame energie. (Bron: www.flickr.com)
Producttest Testomgeving: Het prototype zal getest worden op een 10 meter lange rechte baan, zoals te zien is in fig[10]. Aan het einde zal het prototype een 2 meter lange tunnel in rijden, waar de geluidsproductie zal worden gemeten. De achterkant van de tunnel is gesloten en erop berekend om het prototype op te vangen. Daarnaast zal de test plaats vinden in een omgeving waar gegarandeerd daglicht is. Gedurende deze rit van jullie prototype zal een vakkundige jury beoordelen op de gestelde eisen van KEMA en de hieronder vermelde beoordelingscriteria. Indien het prototype niet aan de eisen of beoordelingscriteria voldoet, levert dat uiteraard een mindere beoordeling op. De testcriteria daarentegen zijn essentieel om jullie model te kunnen testen. KEMA heeft natuurlijk wel een aantal voorwaarden en wensen waaraan het schaalmodel moet voldoen. De verplichte voorwaarden zijn: • •
De auto moet bestuurbaar zijn en kunnen rijden; De auto mag niet groter zijn dan 50 cm x 30 cm x 30 cm. 11
Figuur 10 De testopstelling
Daarnaast heeft de opdrachtgever de volgende wensen, die niet verplicht zijn, maar wel meetellen bij de beoordeling: Beoordelingscriteria • Het volume van het geluid (in dB) dat de auto produceert, wanneer hij rijdt en wanneer hij stilstaat; • De behaaglijkheid van het geproduceerde geluid en de efficiëntie (opvallendheid) ervan; • Het lampje dat brandt en het aantal lampjes dat brandt; • De verwerking van geluid en lichtbronnen in het prototype; Dit moet uiteraard ook nog realiseerbaar zijn in de uiteindelijke auto; • De wijze waarop de elektriciteit geproduceerd wordt (de duurzaamheid) en de efficiëntie van het gebruik van deze energie; • De vormgeving van de auto; • De creativiteit en innovativiteit van het ontwerp. Het is wenselijk dat de installatie op de auto zo compact mogelijk is. Een grote auto vangt meer wind en verbruikt dus ook meer energie om te rijden. Bovendien heeft het formaat van de auto invloed op de veiligheid. Tot slot speelt de vormgeving ook nog een rol bij auto’s, dus ook bij dit prototype. Een auto moet er nog goed uit zien, anders verkoopt hij niet. Creatieve en innovatieve oplossingen spelen dus zeker een grote rol bij de beoordeling van jullie ontwerp! 12
Eureka!Cup Watt’s Going On? – 2009 Toen James Watt in 1769 de stoommachine uitvond, had hij nooit kunnen weten hoe de wereld hierdoor zou gaan veranderen. Al die machines die het leven van de mens makkelijker maken hebben iets gemeen: ze zetten energie om naar een andere vorm. In een auto zet je verbrandingsenergie van benzine om in bewegingsenergie, een zonnecel zet energie uit licht om in elektrische energie en een waterkoker kan die elektrische energie weer gebruiken om er warmte van te maken. Energie kun je niet zien, maar is er in vele vormen. Een wereld zonder energie is onmogelijk: energie is er altijd al geweest, en zal ook nooit verdwijnen. Energie mag er dan wel altijd zijn: het is een grote uitdaging om deze op een goede manier te kunnen gebruiken. Want hoe zet je elektrische energie het beste om in licht? Hoe kun je energie transporteren naar de plek waar je het nodig hebt? En hoe zorg je ervoor dat een vrachtwagen die van een berg afrolt niet tevéél bewegingsenergie krijgt? Bovendien helpt het begrip ‘energie’ om vanalles te kunnen verklaren. Bijvoorbeeld waarom je op een röntgenfoto je botten ziet, welke snelheid een balletje krijgt dat van een berg afrolt en waarom het toch zo moeilijk is om water te splitsen in waterstof en zuurstof. En dan rest er nog een belangrijke vraag: waar moeten we de warmte, de bewegingsenergie en de elektrische energie die we nodig hebben vandaan halen wanneer we in de toekomst geen fossiele brandstoffen meer hebben? Zonder technische kennis zouden we de wereld zoals die nu is nooit gekend hebben. Op school krijg je vakken als natuurkunde, scheikunde, techniek en biologie. Je ervaart dan hoe belangrijk energie is in ons leven. Maar ook waarom sommige mensen met een bril op beter kunnen zien, waarom een boot niet zinkt of waaruit afwasmiddel bestaat. Wat je nu op school leert, zie je terug in heel veel vakgebieden die technisch zijn, en meestal ook een maatschappelijke kant hebben. Je leert in die vakgebieden op een verantwoorde manier problemen uit de natuur en techniek op te lossen. Vaak zijn deze oplossingen de basis voor nieuwe uitvindingen en ontwikkelingen. Niet alleen op het gebied van energie, maar in bijna alles wat je om je heen ziet. De Eureka!Cup is een project dat je op een andere en leuke manier kennis wil laten maken met techniek en toepassingen van natuurwetenschappen. We willen laten zien hoe belangrijk en hoe leuk het is om met technische uitdagingen bezig te zijn. In de derde klas zul je een profiel gaan kiezen. We hopen dat dit project je helpt met nadenken hierover, zodat jij een goede keuze voor jezelf kunt maken. We wensen je veel succes en een leuke en leerzame Eureka!Cup.
13
