Banner

The Cleaning Project

Jakobus Holsbeke Ruben Holsbeke Yannick Schneider
AlgaeHerken je ook dat natuurfenomeen? Wanneer er in de lente en zomer door explosieve algengroei het water er plots groen of rood uitziet? Met als gevolg een verstoring van het waterevenwicht, vissterfte en geurhinder..  Heb je ook een vijver of meer bij jou in de buurt waar ’s zomers niet in te zwemmen valt doordat er smerig afval in drijft.

The Cleaning Project

Algae

Herken je ook dat natuurfenomeen? Wanneer er in de lente en zomer door explosieve algengroei het water er plots groen of rood uitziet? Met als gevolg een verstoring van het waterevenwicht, vissterfte en geurhinder..  Heb je ook een vijver of meer bij jou in de buurt waar ’s zomers niet in te zwemmen valt doordat er smerig afval in drijft. Afval dat mensen er achteloos hebben in gegooid en waar de gemeente er maar niet in slaagt om het simpel te verwijderen? 

The Cleaning Project

Dit was het uitgangspunt van de bachelorproef : een machine ontwerpen die zowel algen als afval uit het water filtert en liefst op een volledig autonome manier. ‘The Cleaning Poject’ was geboren.

Om het biologisch evenwicht van waterlopen te herstellen, is het slechts nodig het gedeelte van de algen te verwijderen die woekeren op het oppervlak. Plantensterfte wordt veroorzaakt doordat algen het licht blokkeren die deze onderwaterflora hard nodig heeft om fotosynthese te kunnen verrichten. Vissterfte is te wijten aan het afnemen van het zuurstofgehalte in het water door anaerobe rotting van de vele afgestorven algen.

Een drijvende machine die over het wateroppervlak glijdt en daarbij de bovenste laag filtert was dus de oplossing om het leven in waterlopen terug in harmonie te brengen. De drijvende boot genaamd Algae.

Duurzaamheid, energie-efficiëntie, filtering, kostprijs en realiseerbaarheid waren enkele van de criteria waaraan de machine zou moeten voldoen. Om dit doel te bereiken werd aan de hand van meerdere concepten, met elk hun voor- en nadelen hadden, een definitief concept uitgewerkt die goed scoorde op die verschillende criteria.  In de scriptie wordt de volledige opbouw van deze boot, zowel mechanisch als elektrisch, als ook duurzaamheidsaspecten, sterkte-eisen en besturing theoretisch uiteengezet.

Creative Engineering Competition

Dat we voor onze bachelorproef op papier een boot gingen uitwerken,  stond vanaf het begin van het academiejaar zo goed als vast. Maar toen we een aantal weken bezig waren met het uitdenken van concepten, kwam er plots een tweede speler in het spel. Er werd namelijk aan de Universiteit Gent een wedstrijd georganiseerd voor studenten industrieel ingenieur waarbij ze de kans kregen om een project naar keuze volledig zelf uit te werken. De enige voorwaarde die hierbij gold, was dat men moest gebruik maken van een cRIO-9075 van National Instruments als besturingssysteem en ‘brein’ van het project.

Er werd ons dus niet alleen de kans gegeven om onze boot in gedachten en op papier uit te werken, maar ook om deze daadwerkelijk als een volwaardig prototype te realiseren. Deze uitnodiging hebben wij uiteraard met open armen aangenomen en zo hebben wij naast het theoretisch uitdenken van onze boot ook gedurende een jaar lang gewerkt aan de constructie ervan. Wie zijn wij: 6 enthousiaste studenten industriële wetenschappen elektromechanica.

 

Realisatie

Uiteindelijk werd gekozen voor een schotelvormige boot die door middel van twee grote pontons (zoals een catamaran) drijvende wordt gehouden. Het rond zijn van de boot zorgt voor gemakkelijke manoeuvreerbaarheid langs obstakels. De pontons bestaan uit gerecycleerde petflessen en zorgen voor een minimale vaarweerstand. Het water dat tussen de pontons stroomt wordt gefilterd door twee transportbanden bestaande uit doorlatend gaas. Grof afval wordt naar een afvalbak geleid tijdens de eerste grovere filtering, de tweede filterfase zuivert het water van algen door middel van een fijner maas die deze verzamelt in een algenbak. Op deze wijze zijn de algen bruikbaar voor  verdere toepassingen.

Het besturingsprogramma maakt interactie met de omgeving via sensoren, motoren en signalisatie mogelijk. Druksensoren boven- en onderwater geven aan wanneer de boot een obstakel raakt, het temperatuur- en vochtgehalte van het inwendige gedeelte van de boot wordt in de gaten gehouden. Ook is het cruciaal om te weten wanneer de verzamelbakken vol zijn of de batterij leeg geraakt, in dat geval wordt de gebruiker via akoestische signalen op de hoogte gebracht. Een elektrische buitenboordmotor is wendbaar over 360 graden en heeft de functie de boot aan te drijven en te sturen. Een servomotor gekoppeled met de aandrijfmotor via een ketting-tandwiel overbrenging zorgt voor de rotatie van die buitenboordmotor. De bediener aan de oever bestuurt de boot aan de hand van een afstandsbediening. Het besturingssysteem dat ook een bewakingsfunctie heeft bepaalt dan of deze acties al dan niet mogen uitgevoerd worden,.

Het eindresultaat van deze bachelorproef was dus een volledig op afstand bestuurbare boot, die in staat is om zelfstandig afval en algen uit dit water te halen. 

Never ending story

Maar hier stopt onze paper niet. De bekomen ideeën en het gecreëerde vaartuig creëren een perfecte aanleiding voor verder onderzoek in bijvoorbeeld een masterproef. Een uitdaging die zeker en vast zou mogen worden aangegaan, is het volledig autonoom later opereren van het vaartuig. Zodat het vlot dus zelfstandig, zonder tussenkomst van een ‘operator’, afval uit water kan filteren. Waarbij de boot zelf het afvalreservoir kan leegmaken in zijn thuisbasis en dat deze ook daar naartoe kan gaan om op te laden indien het accu niveau te laag zou worden. Dit alles volledig gps-gestuurd, zodat de boot te allen tijde weet waar die zich juist bevindt, zodat deze niet buiten het afgebakende gebied belandt.

Een stuk van onze studie waar in de toekomst zeker ook nog meer onderzoek naar kan gedaan worden, is het verwerken van de verzamelde algen tot biobrandstof. Om op die manier als het ware een volledig ecologisch-neutraal vaartuig te creëren. De energie die het vaartuig nodig heeft om afval en algen te verzamelen zal dan worden bekomen uit de verzamelde algen. Op die manier bekomen we dan ook een positieve energiebalans en hopelijk een beter milieu.

Bibliografie

Pollefliet, L. (2009). Schrijven: van verslag tot eindwerk. Gent: Academic Press.

Muhs, D., Wittel, H., Becker, M., Jannasch, D., Voβiek, J. (2005, 4de druk). Roloff/Matek machineonderdelen. Den Haag: Sdu Uitgevers bv.

De Clippeleer, W., Wellekens, B. (2000). Tabellenboek voor Metaaltechniek. Mechelen: Plantyn.

Mott, R. L. (2009). Toegepaste stromingsleer. Amsterdam: Pearson Benelux B.V.

Wouters, M. (2013). Sterkteleer. Cursus, Universiteit Gent, Departement Toegepaste Ingenieurswetenschappen.

Wouters, M. (2013). FEM. Cursus, Universiteit Gent, Departement Toegepaste Ingenieurswetenschappen.

Bosma, R., Vermue, M. H.,  Tramper, J., Wijffels, R.H. (2010). Towards increased microalgal productivity in photobioreactors.

 

Wijffels, R.H., Barbosa, M. J., Eppink, H.M. (2010). Microalgae for the production of bulk chemicals and biofuels. 

Norsker ,  N., Barbosa, M. J., Vermuë, M. H. , Wijffels, R. H. (2011). Microalgal production,  a close look at the economics.

Wijffels, R. H., Barbosa, M. J., Eppink, M. (2010). Microalgae for the production of bulk chemicals and biofuels.

SEW, (2001). Drive Engineering – Practical Implementation.

Lenze GmbH & Co KG, (2001). Compact Lenze formula collection.

MCB Nederland B.V. (2013).  Aluminium center.

Universiteit of Hogeschool
Industrieel ingenieur: elektromechanica
Publicatiejaar
2014
Kernwoorden