INGENIEURSPROJECT MECHANICA Willem Van De Steene 03/10/2018
INHOUD Ingenieursproject volgens CDIO-principe Puntenverdeling Planning Ingenieursproject mechanica, intro, verwachtingen Conceive-fase, conceptanalyse Groepsindeling Ingenieursproject mechanica 2018 2
INGENIEURSPROJECT Ontwerpcyclus toestel/product = resultaat van teamwork volgens pedagogisch model (prof P. Oosthuyzen - Queens University Kingston Canada) Conceive Design Implement Operate begrijpen, uitdenken berekenen, ontwerpen uitvoeren, testen operationeel maken, in productie brengen Ingenieursproject mechanica 2018 3
CDIO Organisatie universiteiten en hogescholen Verbetering ingenieursopleiding Studenten in team Studenten leren ontwerpen, creatief zijn Ervaring als ingenieur Ingenieursproject mechanica 2018 4
TAAK VAN EEN INGENIEUR Zaken ontwerpen Fabricatie superviseren Producten testen Verbeteringen voorstellen Communiceren met: verschillende mensen op de werkvloer collega s directieleden (potentiële) klanten Ingenieursproject mechanica 2018 5
COACH Onderwerp Groepsindeling Inhoudelijke ondersteuning Alle afspraken (o.a. verslagen, test en feedbackmoment) Eisen en beperkingen Ingenieursproject mechanica 2018 6
PUNTENVERDELING Project 1 (semester 1) Project 2 (semester 2) 30% verslaggeving 30 % inhoud 30 % schrijfstijl en taal 20 % tussentijds verslag 10 % opmaak en lay-out 10 % referenties (bronnen) 50% toestel/product + proces 20% (mondelinge) presentatie 25% verslaggeving 30 % inhoud 30 % schrijfstijl en taal 20 % tussentijds verslag 10 % opmaak en lay-out 10 % referenties (bronnen) 50% toestel/product + proces 25% (mondelinge) presentatie Ingenieursproject mechanica 2018 7
SCORES PEER ASSESSMENT Peerassessment groepswerking: punten verslag, toestel/product en presentatie vermenigvuldigd met correctiefactor Score 0 : geen bijdrage tot project coëfficiënt 0 Score 1 : onvoldoende bijdrage coëfficiënt 0,7 Score 2 : voldoende bijdrage coëfficiënt 0,9 Score 3 : goede bijdrage coëfficiënt 1,0 Score 4 : zeer goede bijdrage coëfficiënt 1,1 Score 5 : voorbeeldgevende bijdrage coëfficiënt 1,2 Ingenieursproject mechanica 2018 8
PLANNING PRAKTIJKMOMENTEN Week 1 (15 of 16 febr) week 12 (3 of 4 mei) werken aan project onder leiding van coach op einde (afspraak coach): - testen van toestellen/producten - presentaties door studenten (groep) - afgeven van verslag - peer assessment Ingenieursproject mechanica 2018 9
PLANNING INGENIEURSPROJECT Concrete afspraken (inhoud en volume van het verslag, beproeving, presentatie, feedback, ) steeds met coach! Afgifte tussentijds verslag groep 1 ma 29 okt 8u 12u doos onthaal P Afgifte tussentijds verslag groep 2 ma 5 nov 8u 12u doos onthaal P Ingenieursproject mechanica 2018 10
COMMUNICATIE Uitlegsessies binnen Ingenieursproject verplicht te volgen Communicatie, module 1 Schrijven en taalzorg (semester 1) groep 1: deel 1: do 4 okt - 8u. tot 10u. in PAUD deel 2: woe 17 okt - 13.30u. tot 15.30u. in B010 groep 2: deel 1: do 18 okt - 8u. tot 10u. in PAUD deel 2: woe 24 okt - 8.15u. tot 10.15u. in B010 Communicatie, module 2 Presenteren (semester 2) Datum nog niet gekend, week 5 (week 11 maart?) Ingenieursproject mechanica 2018 11
BELBINTEST (TEAMROLLENTEST) Bij aanvang van beide ingeneursprojecten: Belbin-teamrollentest Lees vragen nu (Belbinvragenlijst - Minerva) per vraag verdeling tien punten Vul getallen in per vraag in Excel (Verwerking Belbin - Minerva) op eerste tabblad Vind verwerkte resultaten in grafieken op tweede tabblad Lees verklaring van resultaten (Rollen - Minerva) Geen slechte of goede rollen Elke rol sterke punten zwakke punten (werkpunten) Ingenieursproject mechanica 2018 12
BELBINTEST (TEAMROLLENTEST) Reflecteer over test - jezelf + je omgeving tijdens volledige groepsgebeuren In eindverslag Bijlage 2 feedback over de teamrollentest vijf lijnen per persoon Klopt beschrijving? Iets voor jezelf bijgeleerd tijdens groepswerking? Je sterke punten - zwakke/werkpunten in team? Ingenieursproject mechanica 2018 13
INGENIEURSPROJECT MECHANICA 14
OPDRACHTBESCHRIJVING Het opwekken van energie is een hot topic. In het bijzonder krijgt hernieuwbare energiewinning (energie uit zon, water, wind, biomassa, ) veel aandacht. Als toekomstig ingenieur is het dan ook nuttig om vertrouwd te zijn met deze energievormen. De bedoeling van deze opdracht is het ontwerpen van een eenvoudige windturbine waarbij je met behulp van windenergie een turbinewiel (zie Figuur 1) aandrijft om elektrische energie op te wekken. Met behulp van een zelfgemaakt schaalmodel dat je in een windtunnel plaatst, wek je elektrische energie op en doe je enkele lampen branden. Door metingen van bijvoorbeeld windsnelheden, spanning en stroom kan je nagaan hoe efficiënt jouw ontwerp is en hoe je je model nog kunt optimaliseren. Bij de productie van dit model kan je gebruikmaken van klassieke productietechnieken en van 3D-printen en lasersnijden. Ingenieursproject mechanica 2018 15
SUSTAINABLE DEVELOPMENT GOALS SDG s Verenigde Naties Agenda 2030 Wereldwijde doelstellingen voor duurzame ontwikkeling Ingenieursproject mechanica 2018 16
PRINCIPE WINDENERGIE Kinetische energie windkracht Mechanische energie (roteren turbinewiel) (Darling, 2017) Elektrische energie (aandrijven generator) Ingenieursproject mechanica 2018 17
VERTICALE AS WIND TURBINES (VAWT) Savonius turbine Darrius turbine (Aboariish, 2016) (Denoon, 2008) (ReUk, 2017) Ingenieursproject mechanica 2018 18
HORIZONTALE AS WIND TURBINES (HAWT) Windmolen 1-bladige HAWT 3-bladige HAWT (ZNCB, 2017) (Calzoni, 1993) (Jumat, 2010) Ingenieursproject mechanica 2018 19
SELECTEREN VAN EEN WINDTURBINE Snellopendheid of tip speed ratio λ: λ= V omtrek V V omtrek = R ω V omtrek : omtreksnelheid rotor V : ongestoorde windsnelheid R: straal rotor ω: hoeksnelheid rotor C P : vermogenscoëfficiënt rotor (Vandeplas, 2013) Ingenieursproject mechanica 2018 20
EFFICIËNTIE VAN DE ENERGIEPRODUCTIE Taak ingenieur: haal een zo groot mogelijk nuttig vermogen (Pnuttig) uit een gekende bron (Ptoegevoerd) Het rendement η is een maat voor de efficiëntie van de windturbine η tot = P nuttig P toegevoerd = P elek P wind 1 V wind,na V 3 Optimalisatie door vorm rotor, invalshoek van de wind op rotorbladen, grootte van de last, Ingenieursproject mechanica 2018 21
TOEGEVOERD VERMOGEN Vermogen van wind P wind met snelheid V door een oppervlak A, gemiddelde ρ densiteit lucht : P wind = ρ A V 3 2 Warmteverliezen in transmissie, generatorrendement η: P elek = P mech η In de praktijk: niet alle windenergie omgezet in mechanisch vermogen van turbine: P mech = C p ρ A V 3 Betz-limiet: C p 0,59 2 Bij commerciële windturbines C p 0,5 Ingenieursproject mechanica 2018 22
MECHANISCH VERMOGEN VAN EEN TURBINE Savonius/Darrius turbine hoogte h, diameter d: P mech = C p ρ d h V 3 2 HAWT met straal R: P mech = C p ρ π R 2 V 3 2 Ingenieursproject mechanica 2018 23
GELEVERD VERMOGEN Gelijkspannings-generator levert stroom (I) aan last, met een spanning (V) nuttig vermogen P elek = U I Afhankelijk van belasting instelbare elektrische weerstand Ingenieursproject mechanica 2018 24
WAT WORDT ER VERWACHT Bedenk, ontwerp, maak, test en optimaliseer model van een windturbine. Leg al deze stappen grondig uit in een tussentijds en eindverslag. Verduidelijk tekst a.d.h.v. schema s, figuren, grafieken, cijfertabellen, Stel het project voor in een eindpresentatie. Ingenieursproject mechanica 2018 25
Ingenieursproject mechanica 2018 26
Ingenieursproject mechanica 2018 27
Ingenieursproject mechanica 2018 28
RANDVOORWAARDEN TESTMODEL Rotordiameter 0,3 m Doorstroomd oppervlak 0,075 m² Ashoogte: 33 mm (zie Minerva) Asdiameter: 6 of 8 mm Windsnelheid U : ± 5-10 m/s Generatoras mag noch radiaal, noch axiaal belast worden Ingenieursproject mechanica 2018 29
FLEXIBILITEIT TESTMODEL Optimaliseren = verschillende instellingen testen flexibele bouw noodzakelijk Gebuik van bvb. sleufgaten voor instelbaarheid Ingenieursproject mechanica 2018 30
MEETRESULTATEN Ingenieursproject mechanica 2018 31
BEOORDELINGSCRITERIA Onderzoeksgerichte, wetenschappelijke aanpak Kwaliteit, efficiëntie en flexibiliteit van het gemaakte model Individuele inzet Werken in teamverband Kwaliteit van verslaggeving en presentatie Ingenieursproject mechanica 2018 32
CDIO - CONCEIVE 33
VOORBEELD Ontwerp een toegangsdeur voor een supermarkt: - Vlotte doorgang voor winkelkarren - Veilig voor de klant - Veilig tegen inbraak - Compacte constructie - Onderhoudsvriendelijk - Goedkoop Bedenk verschillende concepten Ingenieursproject mechanica 2018 34
VOORBEELD: ROLDEUR Ingenieursproject mechanica 2018 35
VOORBEELD: SCHUIFDEUR Ingenieursproject mechanica 2018 36
VOORBEELD: SECTIONAALDEUR Ingenieursproject mechanica 2018 37
VOORBEELD: DRAAIDEUR Ingenieursproject mechanica 2018 38
VOORBEELD: KLAPDEUR Ingenieursproject mechanica 2018 39
VOORBEELD: CONCEPTANALYSE Objectieve manier om verschillende concepten te beoordelen Beoordeel de verschillende concepten aan de hand van enkele beoordelingscriteria (bvb. veiligheid, kostprijs, ) Niet elk beoordelingscriterium is even belangrijk, daarom krijgt ieder criterium een wegingsfactor Ingenieursproject mechanica 2018 40
VOORBEELD: CONCEPTANALYSE Ingenieursproject mechanica 2018 41
EERSTE SCHETS EN PROTOTYPE Ingenieursproject mechanica 2018 42
BEGELEIDING Inhoudelijke/technische vragen tijdens de les of mail naar de coaches: Willem.vandesteene@ugent.be (Guy.foubert@ugent.be) Layout, taal, presentatietechnieken, : Leen.pollefliet@ugent.be Ingenieursproject mechanica 2018 43