Profielwerkstuk Drijvende Woningen Inhoudsopgave Inleiding profielwerkstuk Drijvende woningen....................................................................................2 Bestaande drijvende woningen............................................................................................................3 Hoe ziet een drijvend boorplatform er uit?.........................................................................................5 Het technisch ontwerp van het plateau...............................................................................................7 Fase 1: Ontwerpprobleem analyseren en beschrijven...................................................................7 Fase 2: Programma van eisen opstellen.........................................................................................7 Fase 3: (Deel)uitwerkingen bedenken............................................................................................8 Fase 4: Ontwerpvoorstel realiseren..............................................................................................10 Fase 5: Ontwerp realiseren...........................................................................................................12 Fase 6 Ontwerp testen en evalueren.............................................................................................14 Technisch ontwerp energieopwekking door golfbeweging ...............................................................16 Fase 1: Het ontwerpprobleem analyseren en beschrijven...........................................................16 Fase 2: Programma van eisen opstellen.......................................................................................16 Fase 3: (Deel)uitwerkingen bedenken..........................................................................................17 Fase 4 + 5: Ontwerpvoorstel realiseren en Ontwerp realiseren....................................................18 Fase 6: Ontwerp testen en evalueren............................................................................................20 Bevindingen........................................................................................................................................21 Conclusie.............................................................................................................................................21 Bronnen en materialen.......................................................................................................................22 Logboek..............................................................................................................................................25
Afbeeldingenregister Afbeelding 1: Drijvende woning...........................................................................................................3 Afbeelding 2: Woonboot......................................................................................................................3 Afbeelding 3: Stand van de retentiewoningen bij hoog en laag water................................................4 Afbeelding 4: Droge situatie.................................................................................................................4 Afbeelding 5: Natte situatie..................................................................................................................4 Afbeelding 6: Constructie drijvend boorplatform................................................................................5 Afbeelding 7: Drijvend boorplatform...................................................................................................5 Afbeelding 8: Drijvend platform...........................................................................................................5 Afbeelding 9: Ingedaald dek.................................................................................................................6 Afbeelding 10: Constructie platform..................................................................................................11 Afbeelding 11: Constructie gekoppelde platformen..........................................................................12 Afbeelding 12: Totale constructie.......................................................................................................12 Afbeelding 13: Doorsnede koppelingsmechanisme...........................................................................12 Afbeelding 14: Onderkant plateau.....................................................................................................13 Afbeelding 15: Koppelingsmechanisme.............................................................................................13 Afbeelding 16: golfslag generator (zonder koperdraad)....................................................................18 Afbeelding 17: Opstelling spoel wikkelen...........................................................................................19 Afbeelding 18: Eindproduct golfslag generator..................................................................................19 25-11-09
Nina Schuckman H5b
OZL
1 v 30
Profielwerkstuk Drijvende Woningen Inleiding profielwerkstuk Drijvende woningen Mijn profielwerkstuk gaat over drijvende woningen. Ik heb dit onderwerp gekozen vanwege twee redenen. Als eerste wil ik graag architect worden. Ik vind het erg leuk om huizen en daarvan de constructie te tekenen. Ten tweede is er het probleem van de opwarming van de aarde, waardoor de ijskappen zullen smelten en er dus zeer veel water bijkomt. Laaggelegen landen zullen onderlopen en dan is de vraag waar je kan wonen. De zee is dan een optie. De film Waterworld (1995) gaat over dit probleem. Deze film heeft mij dan ook deels op het onderwerp van het profielwerkstuk gebracht. Voor dit profielwerkstuk heb ik een drijfconstructie gemaakt waar huizen op kunnen staan. Ook heb ik aan het sociale gedeelte gedacht. Alleen wonen op het water is niet zo leuk, dus heb ik het zo gemaakt dat je meerdere drijfconstructies aan elkaar kunt koppelen. Zo kun je een hele gemeenschap maken op zee. Niet alleen huizen kunnen op de drijfconstructies staan maar ook kerken, sportvelden, winkels, tuinen en windmolens voor energie. Een ander deel van mijn profielwerkstuk gaat over energievoorziening. Hierbij heb ik naar een oplossing gezocht voor het energieverbruik van een huis op zee. Je kunt er namelijk geen hoogspanningskabels naar toe leiden. Ik heb een golfslag generator ontworpen die energie haalt uit de op en neergaande golfbeweging door middel van een magneet en spoel.
25-11-09
Nina Schuckman H5b
OZL
2 v 30
Profielwerkstuk Drijvende Woningen Bestaande drijvende woningen Wat is er al aan drijvende woningen? Er zijn verschillende drijvende woningen. Er zijn woningen die op hun standplaats blijven staan, woningen die echt kunnen varen en woningen die op het land staan en die omhoog zullen drijven als het land onderloopt (retentiewoningen). Wat is de constructie van bestaande drijvende woningen? Woningen die op hun standplaats blijven staan, zijn gemaakt op een betonnen platform. Dit platform heeft de vorm van het huis en de diepgang varieert van 90 tot 120 cm. Een waterdiepte van 150 cm is de minimum diepte om een woning op water te realiseren. Het platform wordt verankerd door stalen beugels aan palen die meters te de grond in gaan. Deze woningen kunnen zichzelf niet verplaatsen, maar kunnen wel verplaatst worden van locatie door middel van de palen uit de grond te halen en het huis met een grote boot te verslepen.
Afbeelding 1: Drijvende woning Woningen die echt kunnen varen zijn woonboten. Niet alle woonboten kunnen dat, maar sommige wel. Woonboten zijn gemaakt op een betonnen bak. Die betonnen bak komt uit een mal die gevuld beton en daarin een stalen wapening. Er zijn nog veel verschillen tussen alle betonnen bakken van woonboten, want de ene boot heeft een dikkere bak en de andere bak heeft weer tussenschotten in de bak. Dit heeft alles te maken met de plaats waar de woonboot komt te liggen.
Afbeelding 2: Woonboot 25-11-09
Nina Schuckman H5b
OZL
3 v 30
Profielwerkstuk Drijvende Woningen Retentiewoningen rusten in droge omstandigheden op de grond op een fundament en gaan drijven bij hoog water. De huizen staan op drijfelementen met een ballast in de bak. Doordat de woning af en toe zal gaan drijven, zal het voor kunnen komen dat het huis scheef gaat staan door zware voorwerpen zoals piano en boekenkasten. Met de ballast in de bak kan scheefheid worden tegen gegaan. Ook is voor de stabiliteit een laag zwaartepunt van belang.
Afbeelding 3: Stand van de retentiewoningen bij hoog en laag water
Afbeelding 4: Droge situatie
25-11-09
Afbeelding 5: Natte situatie
Nina Schuckman H5b
OZL
4 v 30
Profielwerkstuk Drijvende Woningen Hoe ziet een drijvend boorplatform er uit? De meeste boorplatformen staan vast in de grond door middel van hele lange palen en ankers. Je heb echter ook boorplatformen die drijven.
Afbeelding 7: Drijvend boorplatform
Afbeelding 6: Constructie drijvend boorplatform
De bovenkant van de drijvende boorplatformen zien er uit zoals elk boorplatform. Veel buizen en slangen, hijskranen, ijzerwerk,ankers en reddingsboten. De onderkant is ziet er veel anders uit dan bij gewone staande boorplatformen. Drijvende boorplatformen drijven namelijk ook echt. Ze liggen wel verankerd met ankers, maar er zijn geen palen die de grond ingaan afgezien van de boorpalen voor olie.
Afbeelding 8: Drijvend platform
25-11-09
Over de constructie van drijvende boorplatformen is goed nagedacht. Er zijn twee verschillende soorten drijvende boorplatformen, maar de constructie is bijna hetzelfde op de ballasttank na. Je hebt drijvende boorplatformen met één lange ballasttank en je hebt drijvende boorplatformen die een open constructie van metalen palen hebben en daaraan vast zit een kleine ballasttank en met daar weer aan stalen draden. Deze laatste constructie ga ik even uitleggen. Nina Schuckman H5b
OZL
5 v 30
Profielwerkstuk Drijvende Woningen Het zwaarte punt is heel laag en zit daarom onder het niveau waar golven zich bevinden. Verreweg de meeste hydrodynamische krachten in horizontale en verticale richting worden door de open structuur van de constructie onder het platform opgevangen (de open constructie zijn de twee lange metalen buizen die het platform met de ballasttank verbinden). Met andere woorden. Golven hebben nagenoeg geen inwerking op deze tower. Het zwaartepunt bevind zich onder de ballasttank tussen het begin en het einde van de stalen draden. Dit geeft het platform een hoge stabiliteit bij stormen en hoge golven. De stalen draden onder de ballasttank (zie foto) werken stabiliteits verhogend en kostenbesparend. Door die stalen draden kan de afmeting van de ballasttank veel kleiner worden gehouden. Stalen draden dragen bij aan verticale stijfheid van de hele constructie. Dus dit zorgt ervoor dat het platform niet schommelt of overhelt. De anker kabels (zie draden aan de twee metalen buizen) dienen om het platform op hun plaats te houden. Vanaf het platform gaan er hele grote ijzeren kettingen de zee in en die worden weer verbonden aan stalen kabels die vastzitten aan de ankerplaats. Door de lengte van de kabels te veranderen, kan het boorplatform een klein beetje van zijn plaats veranderen. De eigen frequentie van de constructie is hoog genoeg opdat golven de constructie niet in resonantie kunnen brengen. Het transport van het boorplatform gaat heel makkelijk, aangezien het dek kan inzakken. Hoe ze dit doen weet ik niet maar er zullen wel veel hydraulische pompen bijkomen om dit te doen. Afbeelding 9: Ingedaald dek Wat ik wel een handig idee vind, is dat in laten zakken van het dek gedeelte en de open constructie van de metalen palen.
25-11-09
Nina Schuckman H5b
OZL
6 v 30
Profielwerkstuk Drijvende Woningen Het technisch ontwerp van het plateau Fase 1:
Ontwerpprobleem analyseren en beschrijven
Ik wil een drijvende woning voor op zee maken. Het idee is om een woning op zee te laten drijven en dat het ook nog kan varen. Ook wil ik nog iets doen met energievoorziening.
Fase 2: − − − − − − −
25-11-09
Programma van eisen opstellen Het platform mag niet schommelen het moet dus stabiel zijn. Het platform moet hoog genoeg zijn, zodat hoge golven niet op het dek kunnen komen. De woningen moeten ook afzonderlijk kunnen drijven. De verbinding tussen woningen moet zo zijn dat de platformen als het ware één met elkaar zijn. De constructie moet uit zichzelf kunnen drijven en dus het moet niet aan de bodem vastgemaakt worden. Het platform moet zichzelf kunnen verplaatsen. Het ontwerp moet, om het in het klein te maken, niet zo groot en zwaar zijn.
Nina Schuckman H5b
OZL
7 v 30
Profielwerkstuk Drijvende Woningen Fase 3:
(Deel)uitwerkingen bedenken
Ideeëntabel Deeltaken
uitwerkingen 1
2
3
Stabiliteit
Stalen draden
Laag zwaartepunt
Massa in de cilinder zo laag mogelijk
Hoog platform
Lange buizen met een Een massieve cilinder open structuur met lucht en water gedeelte
Balans tussen dek en ballasttank
Water en lucht
Lucht en beton
Lood en zand
Scharnieren met een pen er doorheen en schuine balken tussen de platformen
4
De woningen moeten Ieder platform moet ook afzonderlijk een cilinder kunnen drijven ballasttank hebben De verbinding tussen de platformen
Bouten
Balken tussen de platformen
De constructie moet uit zichzelf kunnen drijven
Lucht + water = 0
Lucht + beton + water Lucht, water en stalen Lucht + zand en/of =0 draden lood
Water in de Een pompkamer voor ballasttank moet de ballasttank waar regelbaar kunnen zijn water in kan komen. (dit is niet mogelijk voor wat ik kan bouwen) Het platform moet zichzelf kunnen verplaatsen
Een gat maken in het platform waar de buis onder zit en zo de massa erin regelen.
Een simpel klein Peddels aan de speelgoed motortje metalen buizen van een bootje aan de maken onderkant vastmaken
Windwaaier
Zeil
Het ontwerp moet Lichte materialen Ontwerp moet niet zo groot en zwaar zoals pvc buizen, gips, ongeveer een halve zijn water, lucht, plexiglas meter zijn
Kartonnen koker en die bewerken met haarlak
Transparante plastic koker
25-11-09
OZL
Nina Schuckman H5b
8 v 30
Profielwerkstuk Drijvende Woningen − − − − − − − − − − − − − − − − − − −
Hoe komt de constructie eruit te zien? Welke materialen heb ik nodig? Wat wordt de binding tussen de platformen? Hoe hoog wordt het platform ten opzichte van het zee niveau? Hoe diep moet de ballasttank zitten ten opzichte van het zee niveau ? Hoeveel water moet er in de ballasttank of wordt het alleen beton? Wat wordt de diameter van de ballasttank? Wat wordt de vorm van de ballasttank? Hoe zwaar moet de ballasttank zijn? Wat wordt de lengte van de metalen palen? Hoeveel stalen draden heb ik nodig en hoe lang en dik moeten deze zijn? Wat wordt te vorm van het platform? Hoe groot moet het platform worden? Hoe dik moet het platform worden? Hoe zwaar moet het platform zijn? Wat moeten de afmetingen zijn voor het ontwerp om het te testen? Waarin ga ik het ontwerp testen? Het dek moet in balans zijn met de ballasttank. Het water in de ballasttank moet regelbaar zijn.
25-11-09
Nina Schuckman H5b
OZL
9 v 30
Profielwerkstuk Drijvende Woningen Fase 4:
Ontwerpvoorstel realiseren
Eerst heb ik een proefje gedaan om te kijken of het allemaal werkt. Als eerst heb ik een emmer water gepakt en daarin een wijnfles gezet. Deze bleef zo niet drijven dus heb ik hem gevuld met zand. Ook met zand bleef het niet drijven, vanwege de vorm. Conclusie: de constructie moet niet de vorm hebben van een wijnfles. Vervolgens heb ik een 72 cm kartonnen koker opgezocht met aan de onderkant een dop. Daarna heb ik de hele koker ingespoten met haarlak zodat het in het water wat langer uithoudt. Daarna heb ik nog met stevige elastieken een plastic zakje om de dop gewikkeld, zodat het moeilijker is voor het water om in de koker te komen. De koker heb ik gevuld met een brok lood en voor de rest zand. Toen ben ik gaan testen met de vuilnisbak. Deze is ongeveer 60 cm hoog en die heb ik helemaal gevuld met water. Toen heb ik de koker erin gezet en eerst zonk hij nog, maar nadat ik meer aarde had toegevoegd blijf het drijven. Ik heb het gefilmd en bij golven wilt het toch terug naar het stabiliteitspunt. Ook gaat de koker niet omhoog of naar beneden. Als je op de koker duwt, dan gaat het altijd weer terug naar zijn oorspronkelijke plek. De gegevens die ik heb kunnen meten zijn de volgende waardes: Koker (leeg) Lengte Diameter Gewicht
72 cm 6 cm 200 gram
Koker (gevuld) Gewicht Het uitstekende gedeelte boven het water
1,45 kg 23,5 cm
In de filmpjes die ik heb teruggevonden van het boorplatform dat kan drijven, was de verhouding van het deel dat bovenwater zit tegenover het deel dat onderwater zit, 1:3. Dit klopt ook met wat ik heb gemeten. Het gedeelte dat bovenwater zit is 23,5. Dus is het gedeelte dat onderwater zit 7223,5 = 48.5 cm. Dit komt weer ongeveer overeen met de verhouding 1:3. • • • • • •
De holle buis wil ik van pvc buizen maken en het liefst doorzichtig. De onderkant daarvan wil ik dichtmaken door middel van een dop die je soms ook op kartonnen kokers ziet zitten. Deze wil ik dan vastlijmen met een lijm die echt absoluut geen water naar binnen laat lopen. Ook doe ik er denk ik rubber tussen. Het motortje heb ik thuis nog. Ik moet alleen even kijken hoe ik het vast kan maken. Het platform moet een zeshoek zijn, want dat is een makkelijke vorm om meerdere woningen aan elkaar te koppelen. Het platform moet niet van gips worden, want dat is zo kapot. Ik denk dat ik het van plexiglas of hout ga maken, maar dan moet het wel wat zwaarder worden. De balken moeten van metaal of hout zijn en de vierkanten uiteinden ook.
25-11-09
Nina Schuckman H5b
OZL
10 v 30
Profielwerkstuk Drijvende Woningen •
De pin die door de schroefogen gaat, moet zorgen dat de plateaus amper meer kunnen bewegen en moeten van metaal of hout zijn.
Afbeelding 10: Constructie platform
25-11-09
Nina Schuckman H5b
OZL
11 v 30
Profielwerkstuk Drijvende Woningen Fase 5:
Ontwerp realiseren
Met alle gegevens en eisen heb ik het hele platform gebouwd. Het resultaat is het volgende:
Afbeelding 11: Constructie gekoppelde platformen
Afbeelding 13: Doorsnede koppelingsmechanisme
Afbeelding 12: Totale constructie 25-11-09
Nina Schuckman H5b
OZL
12 v 30
Profielwerkstuk Drijvende Woningen • •
•
Voor de ballasttank heb ik transparante plastic kokers. Ze hebben een diameter van 6 cm en zijn 1 meter hoog. De dikte van de koker is 1 millimeter. De onderkant van de transparante plastic kokers heb ik dichtgemaakt met een soort van pvc dop. Deze heb ik helemaal volgesmeerd met hard plastic lijm en vervolgens in de koker gedaan. Het enige nadeel aan deze dop, is dat de onderkant hol is. Dus als het ontwerp straks in het water gaat, moet ik opletten met het erin zetten, want ik moet zoveel mogelijk lucht laten ontsnappen. Het platform heeft de vorm van een zeshoek. Deze vorm heb ik heel makkelijk gemaakt door een kaart van het spel Catan over te trekken. Daarna heb ik het uitvergroot met een geodriehoek.
De afmetingen zijn als volgt: Grote platform: Kleine platform voor de versteviging:
12,5 cm (lengte zijden zeshoek) 8,7 cm (lengte zijden zeshoek)
Het platform is nu van dun spaanplaat (2mm), want het gewicht van het platform maakt niet uit bij zo'n kleine schaal. Omdat de transparante plastic koker door de twee platformen moet kunnen heb ik er ook gaten ingemaakt met een diameter van 6,2 cm. Tussen het grote en kleine platform heb ik houten balken geplaatst voor de versteviging tussen die plateaus. Het zit op de volgende manier vast:
Afbeelding 14: Onderkant plateau
Afbeelding 15: Koppelingsmechanisme
25-11-09
Nina Schuckman H5b
OZL
13 v 30
Profielwerkstuk Drijvende Woningen De schroefogen waardoor de schroeven doorheen gaan zitten boven elkaar geplaatst op twee hoogtes. Omdat er drie platformen aan elkaar worden gekoppeld zit er aan de onderkant van de grote plateaus een verbinding. De andere verbinding zit tussen de drie kleine platformen die ongeveer 4 cm lager zitten. Ze zitten op de volgende manier vast aan elkaar:
Fase 6 Ontwerp testen en evalueren Nu alles in elkaar zit en waterdicht is, kan ik gaan testen. Ik had berekend met de kartonnen koker dat er 1,45 kg in moest zitten aan gewicht. Deze kokers zijn alle drie 70 cm. Dat betekend dat er per koker 1,4 kg in de buis moet om het te laten drijven. Lengte buis (cm)
72
70
Gewicht (kg)
1,45
1,4
Van een connectie van mijn vaders werk heb ik 3 stalen cilinders gekregen van 1,4 kg precies met een diameter van 5 cm. Dat heb ik op de volgende manier uitgerekend. ρ=m/v ρ van staal is: 7800 kg/m³ m= 1,4 kg v=? v=m/ρ v= 1,4/7800= 1,795 m³ Inhoud van een cilinder: ∏ r² h 1,795= ∏ r² h h= 1,795/ ∏ r² h= 1,795/ ∏ 2,5²= 0,09 m h= 0,09m = 9 cm Omdat we beter iets minder gewicht kunnen nemen dan te veel, heb ik als hoogte voor de stalen gewichten 8,5 cm opgegeven. Het gewicht dat je dan hebt is: Lengte (cm)
9
8,5
Gewicht (kg)
1,4
1,3
Ik heb de prullenbak gevuld met water en gekeken of de hele constructie bleef drijven, maar dat gebeurde helaas niet. Het gewicht bleek toch te zwaar te zijn, ondanks het wel goed is uitgerekend met behulp van verhoudingstabellen. Toen ben ik naar de metaalmarkt geweest en heb ik daar van de stalen gewichten 1,5 cm af laten halen, want er hoefde niet veel vanaf. Thuis heb ik het weer getest, maar het was nog steeds te zwaar. Ook is de bak niet hoog genoeg. De prullenbak is 60 cm hoog, maar dit moet hoger worden. 25-11-09
Nina Schuckman H5b
OZL
14 v 30
Profielwerkstuk Drijvende Woningen Doordat het platform goed aan elkaar vast moet zitten, heb ik er schroeven en moeren opgeschroefd tussen de schroefogen. Het werkt prima, maar het minpunt eraan is dat je nu niet zo makkelijk de platformen snel van elkaar kunt halen. Het probleem van de waterbak heb ik opgelost door een kliko te regelen voor de presentatie op school. Het gewicht dat in de koker moet, heb ik uiteindelijk toch kunnen bepalen. Ik ben naar het zwembad De Krommerijn gegaan en daar kon ik in een zwembad met veel golven het gewicht goed bepalen. Het gewicht dat in de koker moet is 0,93 kg. Toen het plateau eenmaal dreef kon ik kijken hoe het zich gedraagt tijdens hoge golven (tussen de 10 en 15 cm). Het blijft drijven en de stabiliteit is ook goed, maar had beter gekund als de massa lager had gezeten. Het is namelijk zo hoe lager het gewicht hoe stabieler de hele constructie is. Ook als je een zijwaartse duw geeft aan het platform, gaat het weer direct terug naar zijn oorspronkelijke positie. De golven die zwemmers produceerden waren te wild voor mijn ontwerp. Het is klein en niet zo groot, dus in verhouding zijn die golven ontzettend groot. In het echt moet het plateau ook groter zijn en ook de koker. Dat maakt zeer veel uit. Ik heb niet alleen gekeken naar de stabiliteit, maar ook naar de manier waarop het koppelingsmechanisme reageert op het wrikken aan de plateau's door de golven. Wat ik al eerder schreef, was dat de golven in verhouding te groot waren voor de constructie in het zwembad en dus wrikte het koppelingsmechanisme aardig. Als de golven wel goed waren geweest, had het koppelingsmechanisme zich waarschijnlijk goed gedragen. Ook in het echt geldt voor zo een koppelingsmechanisme dat het grote en kleine plateau voor het koppelingsmechanisme verder uit elkaar moet zitten. Ook zouden er veel meer bouten, schroeven en noem maar op aan moet zitten. Mijn constructie is maar een klein model en daardoor kan je het koppelingsmechanisme niet optimaal maken.
25-11-09
Nina Schuckman H5b
OZL
15 v 30
Profielwerkstuk Drijvende Woningen Technisch ontwerp energieopwekking door golfbeweging Fase 1:
Het ontwerpprobleem analyseren en beschrijven
Op zee heb je ook energie nodig. Je kan gebruik maken van de energie die de golven geven. De golven maken een beweging van op en neer. Hieruit kan je energie halen. Ook uit de stroming in de zee kan je energie halen. De beweging van stroming is naar links of naar rechts. Ik wil de energie die nodig is voor op het platform uit de golven halen door er een mechanisme voor te maken. Uit de op en neergaande golfbeweging kan ik dan energie opwekken. Hiervoor ga ik iets maken, namelijk een golfslag generator. Om die energie op te wekken heb ik een spoel nodig en magneten die langs elkaar bewegen.
Fase 2:
Programma van eisen opstellen
Om uit golven energie op te wekken, moet het ontwerp aan de volgende eisen voldoen: − Spoel − Magneet − De luchtspleet tussen de magneet en de koker moet zo klein mogelijk zijn. − Klein zijn vanwege hoge kosten voor magneten − Het moet een zo goed mogelijk elektrisch rendement hebben. − Het moet bestendig zijn tegen wind en zeewater − Makkelijk in onderhoud − Er moet een begrenzing zitten voor hoever de magneet kan komen. − De magneet moet een beschermingslaag hebben.
25-11-09
Nina Schuckman H5b
OZL
16 v 30
Profielwerkstuk Drijvende Woningen Fase 3: Deeltaken
(Deel)uitwerkingen bedenken Uitwerkingen 1
2
Op- en neergaande beweging van golven opvangen
Een magneet die Een koker waarin om de koker heen een magneet zit. zit, en door de golven op en neer gaat.
Materialen koker
plastic
Glas
Magneten
Ronde magneten
Vierkante magneten
Afstand tussen de Zeer klein koker en magneet (0,5mm)
Iets groter (1mm)
Draad voor spoel
Koperdraad
Ijzerdraad
Bescherming tegen wind en zeewater
Plastic
Dik rubber
Makkelijk in onderhoud
Constructie
25-11-09
Nina Schuckman H5b
3
OZL
4
17 v 30
Profielwerkstuk Drijvende Woningen Fase 4 + 5:
Ontwerpvoorstel realiseren en Ontwerp realiseren
Om deze spoel te maken heb ik koperdraad gekocht en 8 ronde magneten met elk een afmeting van 1 cm breed en 0.8 mm hoog. Ik heb meerdere magneten, omdat er met één zo een klein magneetje bijna niet wordt opgewekt. De koker, waar de magneten in zitten, zijn van plastic. Oude glitterstiften heb ik helemaal schoon gespoten en hierin paste die magneten precies. Ze kunnen goed bewegen en er zit misschien een halve mm tussen de magneten en de koker. De doppen van die glitterstiften heb ik ook gebruikt als dop. Om er voor te zorgen dat het koperdraad niet van zijn plek kan, heb ik er twee rubberen ringen op gezet. Het aantal magneten dat ik in de koker heb gedaan zijn 4 magneten. Het ziet er nu zo uit:
Afbeelding 16: golfslag generator (zonder koperdraad)
Nu was de uitdaging om het koperdraad (6m) er zo omheen te draaien dat het de koker niet vernauwd zodat de magneten niet meer kunnen bewegen én het koperdraad moest er gelijkmatig omheen zitten. Uiteindelijk heb ik de boormachine gepakt en de boor op de dop gezet van de spoel. Het koperdraad heb ik eraan vastgemaakt. Door de rol koperdraad heb ik een stok gedaan zodat deze kan draaien. Dit zag er als het volgende uit:
25-11-09
Nina Schuckman H5b
OZL
18 v 30
Profielwerkstuk Drijvende Woningen Afbeelding 17: Opstelling spoel wikkelen
Als ik nu de boor aanzet gaat de spoel draaien en daardoor dus ook de rol koperdraad. Door de boor niet te snel te laten draaien kan je het koperdraad er geleidelijk en niet al te strak goed opzetten. Het uiteindelijke resultaat is het volgende:
Afbeelding 18: Eindproduct golfslag generator
25-11-09
Nina Schuckman H5b
OZL
19 v 30
Profielwerkstuk Drijvende Woningen Fase 6: Ontwerp testen en evalueren Het plaatje hierboven is dus het ontwerp van de energievoorziening. Als je nu schud met de spoel en je hem aansluit op een voltmeter zie je dat hij energie levert. Helaas is alleen bij het testen gebleken dat het zeer weinig energie levert. Op een schaal van 300 mV ging de meter naar 0,1 V. Dat is dus eigenlijk niks. Dat de spoel zo weinig energie oplevert kan zijn vanwege twee dingen: − Er zijn te weinig windingen (± 200 windingen). − De magneten zijn niet groot genoeg. − De lengte van de koker ten opzichte van de aaneengekoppelde magneten. Hoe meer windingen hoe hoger het voltage. Waarschijnlijk was het aantal windingen niet genoeg. De magneten die ik had waren niet erg groot en daarom heb ik ze aan elkaar gekoppeld. Het kan zijn dat de magneten van zichzelf al niet zo sterk waren, maar dat 4 nog niet genoeg was. 8 magneten was dan ook niet genoeg als ik die in de buis had gedaan, want dan was het voltage maar een klein beetje groter. De lengte van de koker was ongeveer twee keer zo groot als de aaneengekoppelde vier magneten. Het kan zo zijn dat de lengte van de koker groter had moeten zijn. Om dit probleem te verhelpen, heb ik het hele mechanisme kant en klaar gekocht. Met de spoel die ik had gemaakt wek je stroom op door een op en neergaande beweging. Ditzelfde mechanisme zit ook in een schudzaklamp. Het hele principe is hetzelfde en is aangesloten op een lamp. Als je dus schud met de zaklamp wekt het stroom op en gaat de zaklamp schijnen. In het echt kan je ook energie opwekken door middel van stroming. De stroming generator kan ook tegelijk met de golfslag generator energie opwekken. Dit mechanisme is echter moeilijk te maken, dus ik heb het bij een golfslag generator gehouden.
25-11-09
Nina Schuckman H5b
OZL
20 v 30
Profielwerkstuk Drijvende Woningen Bevindingen Het werken aan dit profielwerkstuk vond ik erg leuk en interessant. Om een technisch ontwerp te realiseren was nog lastig, maar doordat bedrijven bereid waren mij gratis materialen te geven en te helpen, is het toch gelukt. Het leukste vond ik het realiseren van het technisch ontwerp, want dan komt je idee tot leven. Het testen vond ik erg interessant, want je weet nooit van te voren of het werkt zoals je het hebt bedacht. Dit gebeurde bij mij bij het bepalen van het gewicht dat in de koker moest. Dit bleek totaal anders dan berekend. Aangezien ik later architect wil worden, vind ik het leuk dat ik nu al iets hebt geproefd van bouwtechnisch ontwerpen en uitvoeren.
Conclusie Mijn ontwerp van het drijvende platform is een klein model. De eisen die ik heb gesteld aan het ontwerp heb ik kunnen uitvoeren, maar de afmetingen, constructie en materialen zijn niet optimaal. Dit komt vanwege gebrek aan kennis en middelen. In het echt moet mijn ontwerp niet van de materialen en afmetingen zijn gemaakt die ik heb gebruikt. Als dit ontwerp echt gemaakt zou worden om in zee neer te zetten, moet het beter bestand zijn tegen de elementen. De verhoudingen van de afmetingen moeten in het echt anders zijn, want dan krijg je een betere stabiliteit en is het beter bestand tegen hoge golven. Het ontwerp houdt meer in dan alleen een mechanische constructie. Veel aspecten ervan heb ik beschreven, maar niet kunnen uitvoeren zoals de voortstuwing van het platform. Het is jammer dat mijn zelfgemaakte golfslag generator niet goed functioneerde. Er waren te weinig windingen en de magneten waren peperduur. Ik vind het erg jammer dat ik de energieopwekking uit stroming niet in dit ontwerp heb kunnen betrekken vanwege de uitvoerbaarheid. Het is een uniek ontwerp, want het combineert de golfslag- en stromings generator in een apparaat wat gunstig is voor de elektrische efficiëntie. In het echt moet ook deze energie opwekker bestand zijn tegen de elementen. Ook zijn er dan betere materialen/onderdelen beschikbaar vanwege een groter budget. Ik heb geprobeerd het werkingsprincipe te laten zien aan de hand van een schudzaklamp.
Met dank aan: Van den Hoven kunststoftechniek Schouten in Woerden Carrosseriebedrijf Woerden Zwembad De Krommerijn De Metaalmarkt Utrecht
25-11-09
Nina Schuckman H5b
OZL
21 v 30
Profielwerkstuk Drijvende Woningen Bronnen en materialen Hoofdvraag: Het ontwerpen van een constructie voor een drijvende woning op zee, gebaseerd op een boorplatform. Ook ga ik de stabiliteit testen. Deelvragen: − Wat is er al aan drijvende woningen? − Wat is de constructie van bestaande drijvende woningen? − Hoe ziet een drijvend boorplatform er uit? − Het eigen ontwerp van de constructie − eisen − stabiliteit − technisch ontwerp − Het bouwen en testen van het ontwerp − energievoorziening Planning: Wat te doen (uitsplitsen van Hoe (werkwijze, verschillende deel-activiteiten) informatiebronnen, hulpmiddelen e.d.)
Tijd
Startbijeenskomst algemeen
Begeleider vertelt wat
1 uur
Onderwerp bedenken
Documentaire die ik heb gezien een 1 uur half jaar geleden bracht me op het idee
Eerste bijeenkomst
Begeleider vertelt uitgebreid
0,5 uur
Zoeken van informatie
Internet, boeken
6 uur
Hoofd- en deelvragen en planning maken Beantwoorden deelvragen
2 uur d.m.v. Opgezochte informatie
5 uur
Technisch ontwerp maken Eisen
0,5 uur
Ontwerpen constructie en ook denken aan de stabiliteit
Formules en eisen
10 uur
Het technische ontwerp echt maken
Materialen, technisch ontwerp
10 uur
Ontwerp testen
Metingen doen in een waterbak
3 uur
25-11-09
Nina Schuckman H5b
OZL
22 v 30
Profielwerkstuk Drijvende Woningen Ontwerp verbeteren
Formules en knutselen
2 uur
Energievoorziening
Informatie zoeken op internet en uit 3 uur boeken
Technisch ontwerp
Eisen en formules
10 uur
Het technische ontwerp echt maken
Materialen en technisch ontwerp
10 uur
Ontwerp verbeteren
Formules en knutselen
4 uur
De volgende bronnen heb ik op internet gevonden over al bestaande drijvende woningen: http://www.architectenweb.nl/aweb/redactie/redactie_detail.asp?iNID=20768 http://www.wonenopwater.nu/ http://www.gvanloenenbv.nl/?Staalconstructies:Drijvende_woningen http://alexandria.tue.nl/extra2/afstversl/tm/tijben2006.pdf http://www.yesdelft.nl/IncubationCentre/IncubationCentreNieuws.aspx De volgende bronnen heb ik op internet gevonden over drijvende boorplatformen: http://en.wikipedia.org/wiki/Oil_platform http://www.novellent.com/tower.html http://www.absoluteastronomy.com/topics/Oil_platform http://www.oilrig-photos.com/picture/number1802.asp http://en.wikipedia.org/wiki/Offshore_concrete_structure http://www.triadelta.nl/Content/Pages/Retentiewonen.aspx http://www.retentiewonen.nl/ http://www.retentiewonen.nl/ContentDocuments/Casestudie%20retentiewonen.pdf http://www.vloeibaregrond.nl/ContentPages/Wonen_op_water.aspx http://www.refdag.nl/media/foto/2005/26516-a.jpg http://www.genesisoilandgas.com/_contact_us.asp?id=1# http://www.youtube.com/watch?v=k0gjGLhDVYE&feature=fvsr http://www.youtube.com/watch?v=gQhHGrWle3c http://www.youtube.com/watch?v=CgycJRUiQvs&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=TSyQ5Kx6O4k http://www.youtube.com/watch?v=c7_eyMXDkWI (heel handig) De volgende bronnen zijn algemeen: http://nl.wikipedia.org/wiki/Wet_van_Archimedes Binas Tabel 9 De film: Waterworld (1995) met Kevin Costner
25-11-09
Nina Schuckman H5b
OZL
23 v 30
Profielwerkstuk Drijvende Woningen Bronnen voor het technisch ontwerp van de energievoorziening. Binas Tabel 35C http://www.eco-logisch.eu/Details.asp?ProductID=2512&category=55 http://www.bespaarbazaar.nl/schudzaklamp-medium-p-536.html http://www.magictorch.nl/ Natuurkunde boek Pulsar havo 5 Hoofdstuk 12 en 13
25-11-09
Nina Schuckman H5b
OZL
24 v 30
Profielwerkstuk Drijvende Woningen Logboek Datum Hoeveel minuten
Plaats
Wat heb ik gedaan
Opmerkingen / oplossingen
Afspraken
12-05- ¾ uur 09
school
Startbijeen- komst algemeen.
-
Inleveren eerste keuze bij je mentor
13-05- 1 uur 09
thuis
Nagedacht over onderwerp
Pws onderwerp: woongemeenschap op zee.
10-06- 0,25 uur 09
school
Met meneer van Dijk gepraat over de mogelijkheid om pws te doen bij water- bedrijf.
11-06- ½ uur 09
school
Eerste bijeenkomst met begeleider gepraat over algemeen het pws.
30-06- 3,5 uur 09
school
Informatie gezocht Er is bijna geen over informatie over boorplatformen en boorplatformen drijvende woningen
30-06- 1 uur 09
School
Hoofd- en deelvragen genoteerd en tijdschema gemaakt
Alleen het boorplatform idee levert te weinig uren , dus doe ik er ook nog een stuk energievoorziening bij.
30-06- 2 uur 09
stad
In de bibliotheek informatie gezocht over boorplatformen
Helemaal niks gevonden. Er is geen amper informatie over boorplatformen
30-06- 1 uur 09
thuis
Informatie gezocht naar aanleiding van wat mensen van de bibliotheek en Selexyz Broese
Niks gevonden, wel vraag gesteld bij Al@din, de vraagbaak van de bibliotheek.
25-11-09
Nina Schuckman H5b
Mailen en kijken of het bedrijf er wat mee kan en of ik dat ook kan. -
-
OZL
Vrijdag 3 juli om 12 uur logboek en bronnenboek laten zien aan mr van Dijk
Binnen 1 tot 5 werkdagen zal ik antwoord krijgen
25 v 30
Profielwerkstuk Drijvende Woningen Datum Hoeveel minuten
Plaats
Wat heb ik gedaan
Opmerkingen / oplossingen
Afspraken
hebben gezegd 30-06- 2 09
thuis
Samen met mijn vader heb ik nog even zitten zoeken op internet en hebben we nog wel een aantal goede sites gevonden.
Ik heb nu informatie over de constructie.
01-07- 4 uur 09
thuis
Deelvragen beantwoorden
Retentiewoningen hebben een leuke eigenschap
01-07- 1 uur 09
thuis
Deel van de film gevonden waarvan ik het idee vandaan heb gehaald.
Ik ben achter de naam van het boorplatform gekomen: Genesis
01-07- 0,5 uur 09
Thuis
Een brief geschreven naar Genesis voor informatie
02-07- 2 uur 09
Thuis
Deelvragen beantwoorden
02-07- 0,5 uur 09
Thuis
Ik heb een brief geschreven naar National Geographic voor informatie en die video die ik 6 maanden geleden gezien heb
02-07- 5 uur 09
Thuis
Technisch ontwerp maken
Ik heb de wet van Archimedes nodig.
02-07- 1 uur 09
Thuis
Constructie bedenken voor technisch ontwerp en tekenen
Ik wil nog even kijken naar een andere oplossing voor het koppelsysteem om meerdere
25-11-09
Nina Schuckman H5b
Ik zal spoedig antwoord krijgen Ik heb een leuke manier gevonden voor het transport van een drijvend boorplatform. Ik zal spoedig antwoord krijgen
OZL
26 v 30
Profielwerkstuk Drijvende Woningen Datum Hoeveel minuten
Plaats
Wat heb ik gedaan
Opmerkingen / oplossingen
Afspraken
platformen te verbinden 03-07- 1 uur 09
Thuis
Constructie bedenken voor technisch ontwerp en tekenen en materialen bepalen
19-09- 1 uur 09
Thuis
Technisch ontwerp verder maken
20-09- 2,5 uur 09
Thuis
Testen van het idee met wijnflessen en kartonnen kokers en bijwerken van technisch ontwerp
Ik zat eerst te denken dat glas handig zou zijn voor de buis, omdat dat dat een hoger soortelijk gewicht heeft, maar nu vind ik een transparante koker van plexiglas het beste. Die kan ik ook makkelijk bewerken met een waterdicht goedje.
24-09- 2 uur 09
School
Informatie zoeken over energie en verder zoeken voor transparante kokers
Overal hebben ze het bij kokers over een eenheid my en geen idee wat het is.
25-09- 1 uur 09
Nieuwegein
Transparante kokers Ik moet iets zien te gevonden en vinden om de opgehaald onderkant waterdicht te maken.
26-09- 1 uur 09
Thuis
Kokers getest met 2 De gasfitter tape verschillende werkt perfect en dit materialen om ze ga ik gebruiken. waterdicht te krijgen: eerste was soort van elastische kit, en de ander was gasfitter tape
25-11-09
Nina Schuckman H5b
Ik moet iets verzinnen voor het platform dat het plexiglas kan verzwaren Morgen testen idee
OZL
Morgen testen van verschillende oplossingen voor waterdichte onderkant.
27 v 30
Profielwerkstuk Drijvende Woningen Datum Hoeveel minuten
Plaats
Wat heb ik gedaan
Opmerkingen / oplossingen
Afspraken
26-09- 7 uur 09
Thuis/ Hubo/
Eerst materialen gekocht. Houten frames gemaakt voor het plateau en voor daaronder ook als versteviging. Ook houtjes met schroefoogjes gemaakt om ze het klik systeem te maken tussen de drie plateaus. Daarna alles lijmen wat ik nu kan lijmen.
Ik moet nog een klem mechanisme hebben om de plateau's op hun plaats te houden. Sommige blijven al zitten, omdat ze echt precies passen en om de koker klemmen.
Alvast denken over lengte van de kokers en op school de grote waterbak opmeten.
Houtzagerij
05-10- 0,5 uur 09
Thuis
Plateaus verder gelijmd zover dat kon
05-10- 0,5 uur 09
Thuis
Simulaties gezocht samen met mijn vader van de soort energievoorziening die ik wil maken
Word moeilijk om te maken.
06-10- 1 uur 09
Thuis
Plateaus afgemaakt en buizen
De buizen liggen nu 1 week in het water maar hebben het begeven, dus ga ik het nu proberen met hetzelfde dopje maar dan met hard plastic lijm.
07-10- 1 uur 09
Thuis
Nagedacht over poster voor bij de presentatie en daarvoor alvast wat dingen opgeschreven
09-10- 0,5 uur 09
School
Gepraat met meneer van Dijk over energie opwekking
25-11-09
Nina Schuckman H5b
Manier vinden om het idee van energie voorziening in het groot te maken. OZL
28 v 30
Profielwerkstuk Drijvende Woningen Datum Hoeveel minuten
Plaats
Wat heb ik gedaan
20-10- 3 uur 09
Thuis
Opschrijven van resultaten van het gerealiseerde ontwerp. Ook veel tekeningen gemaakt.
06-11- 4 uur 09
Thuis
Begin gemaakt aan technisch ontwerp energievoorziening
06-11- 2 uur 09
Stad
Verschillende winkels bezocht voor kleine magneten.
Er zijn alleen hele kleine magneten en die heb ik gekocht, maar weet nog niet of het gaat lukken. Wel tip gekregen waar het mechanisme al kant en klaar in zit. Namelijk ik schudzaklampen.
07-11- 7,5 uur 09
Thuis
De transparante kokers bevestigd aan het plateau. Nu alleen nog testen. Nagedacht over de constructie voor de energievoorziening en al een prototype gemaakt.
Het idee dat ik is haalbaar, maar als de constructie te zwak is, moet ik misschien schudzaklampen kopen en die ombouwen.
15-11- 1 uur 09
Thuis
Voor de stalen gewichten heb ik zakjes gemaakt en daarna gekeken of ze blijven drijven in de bak (50 cm hoog)
De gewichten zijn te zwaar dus ik moet ze opnieuw testen met hoeveel gewicht erin moet.
16-11- 0,5 uur 09
Thuis
Ik heb geprobeerd het gewicht te bepalen dat nodig is om de constructie te laten drijven, maar
De bak van 50 cm hoog is niet hoog genoeg. Een kliko zou beter zijn, dus daar moet ik aan
25-11-09
Nina Schuckman H5b
Opmerkingen / oplossingen
OZL
Afspraken
17 november naar de metaalmarkt om daar 1 cm van de stalen gewichten af te halen, omdat ze 29 v 30
Profielwerkstuk Drijvende Woningen Datum Hoeveel minuten
Plaats
Wat heb ik gedaan
Opmerkingen / oplossingen
Afspraken
dat is nog moeilijk.
zien te komen.
te zwaar zijn.
De gewichten zijn 20 november dus nog steeds te gewichten ophalen zwaar. Degene van wie ik ze heb gekregen gaat er een gat in boren om zo nog meer gewicht weg te halen.
17-11- 1 uur 09
Thuis/stad
Naar de stad gegaan om daar de stalen gewichten te verkleinen met 1,5 cm. Daarna getest thuis in een waterbak, maar het is nog steeds te zwaar.
19-11- 4 uur 09
Thuis
Bijwerken van de technische ontwerpen.
20-11- 4 uur 09
Thuis
Bijwerken technische ontwerpen, stalen kokers proberen te verkleinen, testen plateau's voor gewicht, op school gevraagd voor kliko om te gebruiken voor de presentatieavond.
23-11- 1 uur 09
Zwembad Gewicht bepaald in De een diep zwembad. Krommerijn Het is gelukt!
23-11- 2 uur 09
Thuis
Samen met mijn vader het hele document over het pws goed geordend.
Thuis/ school
Werken aan de presentatie.
totaal
23 november naar zwembad de Krommerijn om te vragen of ik het daar mag testen.
75 uur Overige uren
25-11-09
Ik moet echt een grotere bak voor het water hebben, want ik kan zo het gewicht niet goed bepalen.
Nina Schuckman H5b
OZL
30 v 30
