Transcript Den unge skipsdesign..

2008
Den unge skipsdesigneren
Stian Solberg og Knut Andreas Meyer
Danielsen Videregående Skole
07.03.2008
Teknologi og Forskningslære 1
Stian og Knut Andreas
”Den unge skipsdesigneren”
7. mars, 2008
Side 2
Teknologi og Forskningslære 1
”Den unge skipsdesigneren”
7. mars, 2008
Innhold
1. Beskrivelse av modell .......................................................................................................................... 4
1.1 Konstruksjon ................................................................................................................................. 4
1.1.1 Fysiske størrelser på modell................................................................................................... 4
1.1.2 Valg og utforming av modell .................................................................................................. 4
1.1.3 Materialvalg ........................................................................................................................... 6
1.1.4 Plassering og montering av utstyr ......................................................................................... 7
1.1.5 Dekksutstyr og overbygning................................................................................................... 9
1.2 Hurtighet ..................................................................................................................................... 10
1.3 Dypgang ...................................................................................................................................... 10
1.4 Stabilitet ...................................................................................................................................... 11
1.4.1 Metasenterhøyde ................................................................................................................ 11
1.4.2 Krengeprøve ......................................................................................................................... 11
1.4.3 Stabilitet ............................................................................................................................... 12
2. Det virkelige skipet............................................................................................................................ 13
2.1 Fysiske størrelser......................................................................................................................... 13
2.2 Skipet som tankskip til India ....................................................................................................... 13
2.3 Effektbehov ................................................................................................................................. 15
2.3.2 Utslipp .................................................................................................................................. 17
2.4 Alternativt brensel ...................................................................................................................... 19
3. Referanser ......................................................................................................................................... 22
3.1 Referansepersoner/firmaer ........................................................................................................ 22
3.2 Kilder ........................................................................................................................................... 22
Stian og Knut Andreas
Side 3
Teknologi og Forskningslære 1
”Den unge skipsdesigneren”
7. mars, 2008
1. Beskrivelse av modell
1.1 Konstruksjon
1.1.1 Fysiske størrelser på modell
Fribord og KVL er beregnet med vekt 8.34kg på modellen og i ferskvann. Dette kommer vi tilbake til
senere.
1.1.2 Valg og utforming av modell
Figur 1
Hovedbegrunnelsen for valget av den modellen vi valgte, var innstrømnings og utstrømningsvinkler.
Som en kan se av figur 1 er båten ganske ”skarp” både foran og bak. Vi gjorde dette for å unngå
indusering av virvler. Ser vi på figur 2, legger vi merke til at undersiden av båten (fra bulben til
endestykke der propellen kommer ut) er formet som en foil, som vil gi svært lav motstand.
Figur 2
Stian og Knut Andreas
Side 4
Teknologi og Forskningslære 1
”Den unge skipsdesigneren”
7. mars, 2008
Uthuling
Da vi hulte ut båten brukte vi et borremaskinstativ. Vi gjorde først en fortest på et stykke
sammenlimt isopor, for å finne ut hvor vanskelig det var å hule ut, og hvor stor klaring til sidene vi
måtte ha uten at de ble for svake. Vi hadde en stor plate under og stilte boret inn til riktig dybde.
Deretter flyttet vi båten rundt slik at vi hulte ut de områdene som skulle hules ut. Dette gjelder
midtseksjonen. Der det elektriske og mekaniske utstyret er måtte vi repetere prosessen, for stativet
kunne bare borre opptil 6 cm.
For å hule ut bak, under styrehuset, brukte vi kniv. Vi varmet opp kniven ved hjelp av et stearinlys og
skar så gjennom der vi skulle hule ut. Deretter brukte vi en mindre kniv til å skjære ut hullet til
servoen. Vi brukte en tynn jernstang til å stikke gjennom midtseksjonen (mellom de to
juicekartongene som var lengste akterut), frem til motoren. Her måtte vi forlenge ledningene slik at
de nådde frem.
Ror
Roret festet vi som angitt i monteringsanvisningen som fulgte med, men valgte å legge en tynn liten
trebit der rorstangen kom opp fra dekket. Her så vi nemlig at isoporen lett kunne komme til å bli
rugget løs. Under båten var ikke dette et problem pga. sparkelen som var så hard. Vi limte
rorakslingens hylse fast til skroget vha. ”Cascol Polyuretan”, sammen med treplaten som vi hadde
lagt inn.
Endestykke
Å lage båtmodellen lik datamodellen ved
endestykke (mellom det inntegnede spantet
på fig 2 og der propellen kommer ut) viste
seg svært utfordrene. Vi bedømte isopor til å
være for svakt. Først forsøkte vi med sparkel
(fliselim – se ”Materialvalg”), men dette ble
også for svakt. Til slutt dreide vi to
trestykker, og pusset de til, slik at de passet
ved overgangen fra spantet forut (se fig 3): Vi
laget et stykke som gikk inni akselhullet (for å styrke festet til endestykket) (til venstre i fig. 3), og
selve endestykket (til høyre i fig. 3).
Figur 4
Figur 3
Akterspeil
Etter første test i tank ved ”Ingeniørhøyskolen i Bergen” fant vi ut at det lett
kom vann inn bak på modellen. Derfor valgte vi å lage et deksel av pleksiglass
(se figur 4) som tettet dette hullet. Her brukte vi ”Cascol Polyuretan” til å lime
og 2mm pleksiglass.
Bauggjerde
Figur 5
Stian og Knut Andreas
Under samme test i tanken ved
”Ingeniørhøyskolen i Bergen” fant vi også ut at modellens baug lett
kjørte seg ned i vannet. Derfor valgte vi å lage et bauggjerde av
isopor (se figur 5), som skulle lede vannet nedover og ut på siden,
slik at baugen ikke gravde seg like mye ned.
Side 5
Teknologi og Forskningslære 1
”Den unge skipsdesigneren”
7. mars, 2008
1.1.3 Materialvalg
Båten er i hovedsak laget av ”Styrodur”, som er en spesiell type isopor. Fordelene med denne er at
den ikke suger til seg vann, og tåler mer enn vanlig isopor. Ulempene ved å bruke isopor er at det er
svært utsatt for etsing fra løsemidler. Derfor er det nødvendig å være meget forsiktig med hvilke lim,
lakk og andre midler en bruker på modellen.
Lim
Vi valgte først å bruke ”Karlssons Universalklister” som lim. Først gjorde vi en fortest på
Figur 6
et stykke isopor, og dette virket som et bra valg. Isoporen hang bra sammen. Derfor
valgte vi å bruke dette limet til å lime sammen spantene. Da vi hadde limt sammen
spantene, så vi etter 5-10 minutter at limet hadde etset kraftig på spantene. Isoporen vi
hadde brukt var ubrukelig, fordi det var etset hull helt gjennom. Neste dag skar vi ut nye
spant (av de som var blitt ødelagt) og limte sammen igjen. Denne gangen med ”Danalim
Spray kontaktlim” (fig. 6), som skulle fungere på isopor. Vi utførte også her en fortest,
men denne gangen så vi mer nøye etter tegn på etsing. Fordelen
Figur 7
med denne var at det bare tok 10-15 minutter fra vi smurte på
limet, til det var tørt. I ettertid har båtmodellen sprukket litt opp mellom noen
av spantene, men her har vi brukt vanlig trelim (Cascol Trelim og Cascol
Polyuretan).
For å lime sammen styrehus, magneter, ballast og skruer har vi brukt ”Cascol
Polyuretan” (figur 7). Andre grupper hadde, etter anbefaling fra NTNU brukt
dette før, så vi trengte ikke å gjennomføre fortester for det limet. Dette limet
viste seg utrolig sterk, men ulempen var mye hardt skum. Dette skummet
kom ut av isoporen på flere steder, og det var nødvendig å skjære det bort.
Sparkel
Figur 8
På undersiden av båten brukte vi fliselim, Laticrete Latapasta (figur 8). Vi
gjorde først tester med dette i forhold til liming av båten, men limet viste
seg for svakt til denne oppgaven. Vi la derimot merke til at etter pussing
fikk vi et svært hardt og glatt dekke utenpå isoporen. Vi valgte derfor å
bruke dette som sparkel. Ulempen med dette limet, spesielt som sparkel,
er massetettheten. Det gjorde at båten ble litt tyngre enn mange andre
båter. Det tok også lang tid å pusse ned, men dette hadde sammenheng
med hardhetsgraden.
På dekket og på siden av båten (over vannlinjen)
brukte vi ”Casco Våtromsparkel” (fig 9). Dette hadde
vesentlig lavere massetetthet og var mye mykere enn
fliselimet, men gav dog ikke like glatt og hard
overflate. Det var nødvendig å sparkle overalt der vi
skulle lakke, derfor brukte vi også sparkel oppå modellen. Dette kommer vi tilbake til under
”Lakk/maling”
Figur 9
Stian og Knut Andreas
Side 6
Teknologi og Forskningslære 1
”Den unge skipsdesigneren”
7. mars, 2008
Lakk/maling
Figur 10
Først lakket vi undersiden av modellen, utenpå sparkelet, med ”Scanox Quick
Spraylakk” (Gull Metallic). Utenpå denne brukte vi Biltemas Bil Utbedringslakk (vi
hadde blå, rød og klarlakk fra biltema)(figur 10). Vi valgte å farge båten blå
under, rød på siden, blå på dekket og øverste del av styrehuset hvitt. Vi lakket
først hele båten blå. Deretter lakket vi med rød på siden.
Styrehuset og bauggjerde malte vi vha. modellmaling. Grunnen til dette var at
billakken etset svært mye, og ødelagte isoporen dersom det ble kontakt. Dette
skjønte vi raskt og sparklet alt vi lakket, men likevel er det blitt skader på båten
pga. etsing. Det skjedde fordi lakken også svekket våtromssparklet vi brukte, og der det var et lite
hull trengte lakken inn og etset vekk isoporen bak. Vi fant det derfor mest fornuftig å male styrehus
og bauggjerde, både fordi det sparte vekt og for å sikre oss mot ødeleggelse av modell. På
undersiden av båten (det blå feltet) har vi også lakket utenpå med klarlakk fra Biltema. I ettertid har
vi reparert mange av skadene ved etsing fra lakken.
1.1.4 Plassering og montering av utstyr
Last
Vi valgte å plassere lasten (6x0.5L
juicekartonger – se fig 11) slik at toppen av
juicekartongene lå på toppen av dekket.
Det var to grunner til dette valget. For det
første følte vi oss da 100 % sikker på at
stabiliteten til båten var tilfredsstillende.
Vi hadde beregnet metasenteret, svært
omtrentlig, til å ligge på dekket. For det
andre mente vi at estetisk ville det se best ut dersom lasten var mest mulig skjult, og dekket var flatt.
Figur 11
Vi valgte å plassere juicekartongene omtrent midt på båten i lengderetning. Planen var å justere trim
vha. ballastens posisjon. Vi plasserte juicekartongene ca. 2.3cm fra ripen på hver side. Mellom
juicekartongene er det 6 cm mellomrom hvor vi har elektronisk utstyr.
Ballast
Da vi skulle plassere ballasten, lastet vi først båten (uten ballast, men med alt annet) og så på
vannlinjen. Vi presset båten ned i flere punkter, hvor vi prøvde oss frem, slik at ved riktig neddykking
(beregnet vha. FreeShip) var båten helt rett i vannet. Dette punktet ble sentrum for ballasten.
Ballasten er utformet som en jernplate med størrelse 25x15x1cm og med en massetetthet på ca. 8
g/cm3. Den ble festet vha. en skrue i hvert hjørne og limt fast vha. ”Cascol Polyuretan”. For å lage
plass til ballasten brukte vi samme metode som for uthuling av midtseksjonen på dekk.
Elektriske komponenter
Vi valgte å plassere flest mulig av de elektriske komponentene under dekk (mellom og litt under
juicekartongene). For det første mente vi at dette estetisk ville ta seg best ut, samtidig som vi her
unngikk sprut når modellen kjørte. Problemet var at modellen lakk vann inn gjennom akselhullet.
(Dette fikset vi ved å tette med silikon, men det kommer fortsatt litt vann inn ved langvarig bruk.)
Stian og Knut Andreas
Side 7
Teknologi og Forskningslære 1
”Den unge skipsdesigneren”
7. mars, 2008
Drivsystem
Da vi festet motoren valgte vi å lage et feste i
aluminium. Først laget vi en datamodell av
motoren og festet, før vi satte de digitalt sammen
(figur 12). Deretter laget vi et feste av aluminium.
Årsaken til at vi laget dette festet var for å hindre
at motoren roterte når den går rundt. Vi ønsket
ikke å klemme den fast i isoporen, for vi var
bekymret for temperaturen til motoren og
isoporens smeltepunkt ved langvarig kjøring.
Figur 12
Når festet var ferdig og på plass oppdaget vi at
ved å snu festet og motoren opp ned kunne vi
redusere vinkelen mellom proppellen og kjøreretningen. Vi kunne vinne 1 cm.
For å finne ut hvor mye kraft vi tapte på å ha motoren i den ordinære posisjonen (figur 13) fremfor å
senke den 1cm, brukte vi følgene formel; 𝐹𝑝𝑢𝑠 𝑕 = 𝐹𝑝𝑟𝑜𝑝 ∙ cos 𝛼.
Først måtte vi finne ∠α for de to ulike konfigurasjonene:
Figur 13
Aksling (27cm)
3.1cm
Senket 1 cm: sin−1
Opprinnelig konfigurasjon: sin−1
∠α
𝑚𝑜𝑡𝑠𝑡 å𝑒𝑛𝑑𝑒 𝑘𝑎𝑡𝑒𝑡
𝑕𝑦𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑢𝑠
=
𝑚𝑜𝑡𝑠𝑡 å𝑒𝑛𝑑𝑒 𝑘𝑎𝑡𝑒𝑡
𝑕𝑦𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑢𝑠
=
3.1𝑐𝑚
= 6.593°
27𝑐𝑚
2.1𝑐𝑚
= 4.461°
27𝑐𝑚
For opprinnelig posisjon har vi da (i prosent) at 𝐹𝑝𝑢𝑠 𝑕 = 100 % ∙ cos 6.539° = 99.339 %
Når motor er senket 1 cm har vi (i prosent) at 𝐹𝑝𝑢𝑠 𝑕 = 100 % ∙ cos 4.461° = 99.697 %
99.339 %
For å finne hvor mye vi taper på å beholde original posisjon; 1 − 99.697 % ∙ 100 % = 0.359 %.
Dette bedømte vi til å være så lite, at vi foretrakk å beholde planlagt konfigurasjon som også var
basert på at vi ønsket å minimere ∠α. Vi mente at å beholde original konfigurasjon ville øke kjølingen
til motoren, som vi var opptatt av. Dessuten ville det vært mye mer komplisert å reparer for
eksempel skader på lodding av motor, dersom disse hadde vært ned. Da måtte vi demontert hele
drivsystemet for å gjøre en slik liten operasjon. Ved nåværende konfigurasjon kan vi lodde motoren
mens den står i båten.
Styreservo
Figur 14
Vi valgte å plassere styreservoen slik at stangen
til rorkulten ikke skulle bli for lang. For å øke
utslaget på roret, plasserte vi servoen litt ut på
siden (figur 14 oppe til høyre). Vi måtte fordype
den ned i dekket (som allerede var litt uthult)
for at toppen skulle være på noen lunde
samme høyde som rorkulten.
Stian og Knut Andreas
Side 8
Teknologi og Forskningslære 1
”Den unge skipsdesigneren”
7. mars, 2008
1.1.5 Dekksutstyr og overbygning
Styrehus
Styrehuset valgte vi å lage ved å plassere to blokker med isopor oppå hverandre. Den nederste
formet vi etter akterdekket, slik at den fulgte skipets kurvatur. Den øverste laget vi litt mindre, med
vinduer som stakk litt ut fra veggen øverst fremme (se styrehuset som er tegnet inn på figur 14). Vi
valgte videre å feste styrehuset til dekket vha. magneter. Fordelen med dette festet er at det er lett
å ta av og på, og derfor også enkelt å reparere eller forbedre styringen som er gjemt under
styrehuset.
Grunnen til at vi plasserte det helt bak var for det første å dekke det uthulte rommet og
styreservoen best mulig. For det andre mente vi at dette så best ut estetisk på vår båt.
Anker
De to ankerene som er montert på båten veier ca. 4 gram, dette tilsvarer oppskalert 4 tonn. Tauet
som ankerene er festet i er 125 cm lange, eller 125 m oppskalert. Disse veier videre 9.21mg/cm, eller
oppskalert 9.21kg/m.
Fortøyningsfester
Figur 15
Vi har laget 4 fortøyningsfester på modellen (figur 15). De består av to små
messingspikre hver, som står tett inntil hverandre. De er stukket rett ned i
modellen, tatt opp igjen for å legge litt Cascol Polyuretan ned i hullet, og så satt
tilbake. De er plassert to på hver side, rett foran styrehuset og rett bak bauggjerde.
Stian og Knut Andreas
Side 9
Teknologi og Forskningslære 1
”Den unge skipsdesigneren”
7. mars, 2008
1.2 Hurtighet
Ved ”Ingeniørhøyskolen i Bergen” sin tank gjorde vi den første fartsprøven til båten. Der ble farten
målt til 1.29m/s. Denne måling var relativt enkel; vi målte opp en avstand på 7.9m og tok tiden
modellen brukte på å tilbakelegge denne strekningen ved full hastighet. Den brukte 6.14s.
Vi utførte også andre fartstesten i tanken ved ”Ingeniørhøyskolen i Bergen”. Her ble farten målt til
37.3𝑚
27.0𝑠
= 1.3814814𝑚/𝑠 ≈ 1.38𝑚/𝑠. Farten har altså økt fra forrige test. Denne testen ble utført på
en litt annen måte: For det første startet båtene fra stillestående posisjon (forrige gang passerte
modellen starten i toppfart) og for det andre var strekningen denne gangen 37.3m (mye lengre enn
forrige gang). Årsaken til fartsøkningen antar vi var bauggjerde som vi hadde laget. Det presset
vannet nedover og bakover langs skroget, og hindret at fronten gravde seg ned.
1.3 Dypgang
Figur 16
Draft [cm] Volum [cm3] Displ. [kg]
4.10
513 ∙ 10
5.13
4.20
528 ∙ 10
5.28
4.30
543 ∙ 10
5.43
5.80
5.90
6.00
6.10
6.20
6.30
𝑡𝑜𝑛𝑛
𝑚3
KMt [cm]
13.20
13.05
12.90
𝜌𝑣𝑎𝑛𝑛 = 1.000
783 ∙ 10
799 ∙ 10
816 ∙ 10
834 ∙ 10
851 ∙ 10
868 ∙ 10
7.83
7.99
8.16
8.34
8.51
8.68
11.50
11.45
11.39
11.34
11.30
11.25
Først antok vi at den totale vekten av båten
ville bli litt i overkant av 7 kg. Dette viste seg
imidlertid feil, noe vi raskt forsto etter en
veiing av skroget (uten sparkel og maling),
motor med aksling og batteri. Dette veide til
sammen over 1kg. Legger vi sammen ballast
og last har vi 6kg. Den totale vekten av båten
med ballast, sparkel, lakk, overbygning,
dekksutstyr og last, ligger på 8.35kg. Som vi
ser av figur 16 medfører dette en dypgang på
6.1cm på modellen. Denne dypgangen er
beregnet for ferskvann (se ρvann i fig 16).
Vi har også bestemt vannlinjen vha. eksperiment, det er det innmalte skille mellom blått og rødt på
modellen, og tilsvarer ganske nøyaktig 6.1 cm. over kjølen (Det er så nøyaktig at vi har valgt å ikke
tegne inn en ekstra vannlinje på modellen. )
Vannlinje for lettskipet
Som vi ser av figur 16 blir KVL for lettskipet 4.2 cm. Vi har laget et merke på hver side av modellen
som viser denne vannlinjen. Lettskipets deplasement er ca. 5.3kg.
Stian og Knut Andreas
Side 10
Teknologi og Forskningslære 1
”Den unge skipsdesigneren”
7. mars, 2008
1.4 Stabilitet
1.4.1 Metasenterhøyde
Transversal metasenterhøyde er som vi kan se av figur 16, 11.34 cm på modellen (1:100 av virkelig
skip). Det vil si at metasenteret ligger 0.66cm under dekket.
1.4.2 Krengeprøve
Vårt mål med krengeprøven er å bestemme
tyngdepunktets høyde over kjølen (KG).
Normalt når en skal beregne dette, må en ta
høyde for at krengeprøven forteller KG’’ pga
effekt av fri vannoverflate (EFVO). På vår
modell finnes ingen frie vannoverflater
(tankene er fulle).
Figur 17
𝜙
𝑀𝑡
Mt
G
B
𝐺 𝑍
K
GZ
𝜙
Φ
𝐵
∇𝜌
B
𝐾
∇∙𝜌
M1
b
Metasenter
Massesenter
Oppdriftssenter
Kjøl
Rettende arm
Krengevinkel
Vektdeplasement
𝑀1
Vi utførte 4 krengeforsøk, og målte følgene
variabler (se fig 17); forflytning av vekt n
(bn[cm]), massen av vekt n (Mn[kg]) og
Avstand M1 blir flyttet
krenge-vinkelen ved vekt n, ϕn[°].
Krengevekt
Deplasementet er 8.35kg og KMt er
11.34cm. For å finne KG finner vi først GMt. Denne verdien er sentral for skipets stabilitet, og må
være en positiv verdi dersom skipet ikke skal kantre. Krengende moment (𝑀𝐾 ) er gitt ved 𝑀1 ∙ 𝑏 ∙
cos 𝜙 (massen multiplisert med korteste arm til aksen gjennom KG). Siden modellen vil være stabil
ved den målte krengevinkelen, må rettende moment (𝑀𝑅 ) være lik 𝑀𝐾 . 𝑀𝑅 = Δ ∙ 𝐺𝑍 = Δ ∙ 𝐺𝑀𝑡 ∙ sin 𝜙.
Da kan vi sette opp en momentligning: 𝑀𝐾 = 𝑀𝑅 → 𝑀1 ∙ 𝑏 ∙ cos 𝜙 = Δ ∙ GMt ∙ sin ϕ → GMt =
M 1 ∙b∙cos ϕ
.
Δ∙sin 𝜙
Siden
cos 𝜙
sin ϕ
=
1
tan ϕ
har vi at 𝐺𝑀𝑡 =
M 1 ∙b
.
Δ∙tan 𝜙
𝑀 ∙𝑏
følgene formel for KG: 𝐾𝐺 = 𝐾𝑀𝑡 − tan1ϕ∙Δ
Av tabell (fig 18) får vi følgene utregninger av KG:
0.031∙20.5
1. 𝐾𝐺 = 11.34 − tan 0.85∙8.35 =6.2101cm
2. 𝐾𝐺 = 11.34 −
3. 𝐾𝐺 = 11.34 −
4. 𝐾𝐺 = 11.34 −
0.041∙20.8
tan 0.97∙8.35
0.072∙20.5
tan 1.49∙8.35
0.144∙8.9
tan 1.37∙8.35
=5.3078cm
=4.5442cm
Av figur 18 ser vi at 𝐾𝐺 = 𝐾𝑀𝑡 − 𝐺𝑀𝑡, det gir
Figur 18
Forsøk nr. n→
Variabler↓
1
2
3
4
bn [cm]
20.5 20.8 20.5
8.9
Mn [kg]
0.031 0.041 0.072 0.144
Φn [°]
0.85° 0.97° 1.49° 1.37°
Figur 19 (sort=0°, grå=1°og2°, mens rød er loddsnor)
=4.9222cm
Vi ser at KG varierer betydelig. Gjennomsnittelig
KG blir 5.25 ± 0.83𝑐𝑚. Dette resultatet er ikke spesielt godt, men har nok sammenheng med 2
faktorer: For det første var vekten vi brukte til å veie krengevektene ikke spesielt nøyaktig (±1g) og
bn er nok heller ikke målt tilfredsstillende nøyaktig. For å måle krengevinkelen brukte vi et ark med
en gradskive som vi hadde skrevet ut. Vi hadde et lodd som hang foran og tok bilder av hver
krengevinkel. Deretter kunne vi zoome inn på bildet (et eksempel: figur 19) (helt inn til vi tydelig
kunne se pikslene) og måle avstanden fra nærmeste hele grad. Ut i fra dette kunne vi enkelt beregne
vinkelen til opptil 2 desimaler. Dersom vinklene våre ikke er korrekte, må det derfor skyldes at
gradskiven ikke er 100 % nøyaktig, noe som for oss er vanskelig å kontrollere.
Stian og Knut Andreas
Side 11
Teknologi og Forskningslære 1
”Den unge skipsdesigneren”
7. mars, 2008
Vurdering av resultat
Figur 20
Juicekartongene er plassert slik at toppen av dem går i ett med dekket (oransje på fig 20). Dekket er
12 cm over kjølen, det betyr at tyngdepunktet til de 6 cm høye juicekartongene befinner seg 9 cm
over kjølen. Disse veier like mye som ballasten, som er plassert helt inntil kjølen. Den er 1cm høy, og
6𝑘𝑔
dens tyngdepunkt ligger derfor 0.5cm over kjølen. Disse to komponentene utgjør 8.35𝑘𝑔 ∙ 100 % ≈
72 % av båtens totale deplasement. Resten utgjøres av batteri, motor, isopor, sparkel, lakk, styrehus
og dekksutstyr. Vi antar at sparkel veier opp for styrehus og dekksutstyr. Vi finner da senter mellom
de to tyngdepunktene vi har funnet (last og ballast). Det ligger
9+0.5
2
= 4.75𝑐𝑚 over kjølen. Omtrent
her ligger batteri og motor, så disse har ingen innvirkning på KG i forhold til senteret vi nå har
funnet. Vi kan derfor si at tyngdepunktet ligger ca. 4.75cm over kjølen. Under krengeprøven kom vi
frem til et tyngdepunkt som lå 5.25±0.83cm over kjølen. Vi ser at det anslåtte tyngdepunktet ligger
innenfor usikkerheten. Dersom vi ser nøyere på resultatene fra krengeprøven, ser vi også at den
første krengeprøven avviker ganske sterkt fra de andre (ca. 1 cm fra gjennomsnittet). Ser vi bort i fra
denne prøven, blir gjennomsnittet 4.92±0.38cm som stemmer mye bedre med vår grafisk beregnede
verdi.
1.4.3 Stabilitet
Tar vi utgangspunkt i en svært avrundet verdi av KG, 5cm, ser vi at 𝐺𝑀 = 11.34𝑐𝑚 − 5𝑐𝑚 =
6.34𝑐𝑚. Skalerer vi dette til full skala blir det 6.34m. Denne verdien er mye større enn det
nødvendige for at et skip skal opprettholde tilfredsstillende stabilitet, og kan føre til en plagsom
gange i sjøen. Båten vil rette seg altfor hurtig opp igjen fra en krengevinkel, noe som lett kan gi for
eksempel sjøsyke. Til gjengjeld gir dette en ekstra sikkerhet i tilfelle vi får væske med fri overflate.
Dette kan skje enten ved halvfulle kjølecontainere, eller ved vann som kommer på dekket.
Stian og Knut Andreas
Side 12
Teknologi og Forskningslære 1
”Den unge skipsdesigneren”
7. mars, 2008
2. Det virkelige skipet
2.1 Fysiske størrelser
Figur 21
Lengde (Loa)
Største bredde (B)
Høyde (KVL+Fribord)
Fribord
Deplasement (Δ)
Lettskips deplasement (Wls)
90 m
23 m
12 m
6 m (Beregnet for saltvann med tetthet 1.025tonn/m3)
8350tonn
5280 tonn
2.2 Skipet som tankskip til India
Scenarioet vi har fått, er å designe et skip som skal frakte juicekonsentrat i containere fra India til
Norge. Vi har da tatt utgangspunkt i ruten Calcutta – Bergen, gjennom Suez-kanalen, se figur 22.
Figur 22
Denne ruten er på 8493 nautiske mil.
Ruten går gjennom Nordsjøen og Atlanterhavet, hvor det ofte er stormer og meget urolig sjø. Derfor
er det viktig at skipet må god stabilitet, ettersom sjansen er stor for at det vil bli utsatt for urolig sjø.
Stian og Knut Andreas
Side 13
Teknologi og Forskningslære 1
”Den unge skipsdesigneren”
7. mars, 2008
Suezkanalen setter restriksjoner på dimensjonene på skipet. Maks dypgang på skipet er per i dag ca.
19 m, og maks deplasement er på 210 000 tonn. Arbeid er underveis for å øke dybden til 22m, og
kanalen vil dermed ta enda større skip. Minste bredden i kanalen er 60 meter (under vann), så da
må ikke skipets bredde være større enn dette. Disse restriksjonene burde ikke bety noe for vårt skip,
slike ekstreme dimensjoner gjelder bare for de største supertankerne.
En annen ting Suez-kanalen setter restriksjoner på, er farten. Maks fart gjennom kanalen for et lastet
skip er 13 km/h = ca. 7 knop. Suez-kanalen er ca. 190 km lang. Det betyr at bare reisen gjennom
kanalen vil ta 190km / 13km/h = 14,6 timer. Dette gir oss
(21 * 24 timer) – 14,6 timer = 489,4 timer igjen på resten av turen, hvis den ikke skal ta lengre enn 3
uker. Lengden på ruten utenom suezkanalen er
8493 – (190/1,852) nautiske mil = 8390,4 nautiske mil. Det betyr at på resten av ruten må vi ha en
gjennomsnittsfart på 8390,4/489,4 = 17,14 knop.
En siste ting å huske på angående suezkanalen er at skipet må melde tidspunkt for ankomst 5 dager
før det ankommer selve kanalen.
Modellen skal ta en last på 3 kilo. Oppskalert til det ekte skipet tilsvarer det at skipet må kunne ta en
last på 3000 tonn juice. Lasten stiller også krav til at skipet må ha et kjølesystem slik at juicen ikke
blir ødelagt. Skipet må også være utstyrt med kraner/vinsjer og annet nødvendig dekksutstyr for å
kunne laste på og av.
Modellen vår har som nevnt tidligere en toppfart på 1.38148m/s. Denne hastigheten skaleres vha.
𝑈
froude-tallet (Fn). Poenget er at 𝐹𝑛𝑚 (𝑚𝑜𝑑𝑒𝑙𝑙 ) = 𝐹𝑛𝑠(𝑠𝑘𝑖𝑝 ) . Froude-tallet er definert som 𝐹𝑛 =
𝑔∙𝐿
der U er hastigheten til båten, g er tyngdeakselerasjonen og L er båtens lengde. Når vi da setter opp
en ligning for skalering av hastighet får vi:
𝑈𝑚 ∙
𝐿𝑠
.
𝐿𝑚
𝑈𝑚
𝑔∙𝐿𝑚
=
𝑈𝑠
𝑔∙𝐿𝑠
som gir 𝑈𝑠 =
𝑈𝑚 ∙ 𝑔∙𝐿𝑠
𝑔∙𝐿𝑚
𝑔∙𝐿𝑠
𝑔∙𝐿𝑚
= 𝑈𝑚
=
Altså modellens hastighet multiplisert med kvadratroten av det lineære
skalaforholdstallet mellom skipet og modellen. Vi kaller dette λ, og siden vår båt er i skala 1:100 er
λ=100. Vi har nå en enkel formel for skalering av hastighet fra modell til skip: 𝑼𝒔 = 𝑼𝒎 ∙ 𝟏𝟎.
Vi kan nå regne ut hva toppfarten til det virkelige skipet blir: 𝑈𝑠 = 𝑈𝑚 ∙ 10 = 1.38148
𝑚
𝑚
𝑠
∙ 10 =
13.8148 𝑠 . Videre kan vi regne dette opp til knop (nautiske mil per time).
13.8148
𝑚
𝑠
∗
3600 𝑠
1852 𝑚
= 26.85 knop.
Dette er en altfor rask hastighet for skipet, noe som også ingeniørene på ”Ingeniørhøyskolen i
Bergen” var enig med. Med denne farten ligger båten ganske stygt i vannet, den graver seg godt
ned. Derimot lå den ganske fint i vannet ved den farten den skulle ha, 17 knop. Dette kan sees på
figur 24. Skipet er altså designet for denne farten.
Stian og Knut Andreas
Side 14
Teknologi og Forskningslære 1
”Den unge skipsdesigneren”
7. mars, 2008
2.3 Effektbehov
2.3.1.1 FreeShip
Figur 23
Av tabellen i figur 23 ser vi at ved 17.15 knop, som tilsvarer hastigheten skipet må holde for å klare
kravet om India-Norge på 3 uker (se ”Skipet som tankskip til India”), er motstanden (Rtotal) 672.8kN. (I
skjermutklippet av grafen er det en feil i FreeShip: Motstanden står oppgitt i [N], men er egentlig
oppgitt i [kN]. Dette ser en ved å gå inn i tabellen som en også får oppgitt i FreeShip. Det er også
logisk at det må være kN, hvis ikke ville 68.6kg være nok til å trekke et 8350 tonn tankskip i 17knop!)
Av Newtons 1. lov vet vi at dersom skipet skal holde konstant fart må summen av krefter være lik 0
(∑𝐹 = 0). Vi har motstandskraften R som vi finner i grafene og tabellen, og kraften fra vannet på
propellen, F. ∑𝐹 = 𝐹 − 𝑅 → 𝐹 − 𝑅 = 0 → 𝑅 = 𝐹. (F og R har motsatt retning). Effekten som kreves
for å holde en konstant fart ved denne motstanden finner vi fra formel om effekt: 𝑃 =
𝑊
𝑡
og formel
𝑠
for arbeid (der kraften og bevegelsesretningen har samme retning) 𝑊 = 𝐹 ∙ 𝑠. Da har vi at 𝑃 = 𝐹 ∙ 𝑡 .
Vi vet at
𝑠
𝑡
= 𝑣, og vi ender opp med 𝑃 = 𝐹 ∙ 𝑣.
Da har vi at 𝑃17.15𝑘𝑛 = 672.8𝑘𝑁 ∙ 8.82
𝑚
𝑠
= 5934.096𝑘𝑊. Vi ser at dette stemmer bra med
FreeShips utregning av effektbehov.
Stian og Knut Andreas
Side 15
Teknologi og Forskningslære 1
”Den unge skipsdesigneren”
7. mars, 2008
2.3.1.2 Slepeforsøk
Figur 24
Ved ingeniørhøyskolen i Bergen utførte vi 26.2.08 et slepeforsøk (figur 24). Vi festet vekter som dro
båten fremover. En datamaskin målte hastigheten til modellen, som er oppgitt som v i figur 25. Vi
kaller massen til vektene vi brukte m. Slepekraften er gitt som F og P er effektbehovet for
fremdriften ved den gitte hastigheten for modellen.
Figur 25
𝑣 𝑚/𝑠
0.612
0.778
0.832
0.850
𝑚 𝑘𝑔
0.470
0.570
0.680
0.723
𝐹𝑁
4.61
5.59
6.67
7.09
𝑃 𝑊
2.82
4.35
5.55
6.03
Slepekraften finner vi ved å multiplisere massen med
feltstyrken (tyngdeakselerasjonen, g=9.81m/s2).
𝑚
𝐹 𝑁 = 𝑚 𝑘𝑔 ∙ 9.81 𝑠 2 . Effekt P finner vi vha. 𝑃 = 𝐹 ∙ 𝑣
som vi kom frem til tidligere.
2.3.1.3 Vurdering av effektbehov
Det er vanskelig å sammenligne slepeforsøkets resultater og FreeShip sine, fordi vi ikke har skalert
motstanden. Dette har vi ikke bakgrunn for å gjøre, fordi vi ikke klarer å dele opp motstanden i
bølgemotstand (skaleres med froude-tallet) og viskøs motstand (skaleres med Reynoldstallet).
I slepeforsøket er det nok unøyaktighet pga. friksjon i taljer. Denne har vi ikke tatt med i
beregningene våre. Derfor vil nok modellens motstand mest sannsynlig være noe lavere enn den
oppgitt i figur 25.
I programmet FreeShip er det flere variabler vi ikke har tatt hensyn til. Den viktigste er kanskje
bulbkoeffisienten. Vi har funnet ut at motstanden omtrent halveres dersom vi setter inn en
bulbkoeffisient på 0.5. Dette kunne vi selvfølgelig ikke gjøre uten videre, og har derfor forsøkt å søke
råd om hvordan vi kan beregne bulbkoeffisienten. Dette søket har dessverre ikke gitt resultater, men
ved Ingeniørhøyskolen i Bergen mente de at den kunne være en sammenheng enten mellom areal
av bulb og areal av midtspant, eller volum av bulb og volumdeplasementet til båten. Dette har vi
ikke fått bekreftet og har derfor valgt å utelate det i motstandsberegningene. Andre variabler vi ikke
har tatt hensyn til inkluderer blant annet dimensjonene til roret. I ettertid har vi funnet ut at denne
motstanden er så liten at det ikke er nødvendig å beregne størrelsen på roret til
motstandsberegninger. Vi har heller ikke tatt hensyn til ”Ke”, ”Transom wetted area”, ”Z COG of bulb
area” eller ”Absolute Sher, mkm” fordi vi ikke klarte å finne ut/ beregne hva disse er.
Stian og Knut Andreas
Side 16
Teknologi og Forskningslære 1
”Den unge skipsdesigneren”
7. mars, 2008
2.3.2 Utslipp
Totalt effektbehov
Vi har gitt effekt som må tilføres motoren ved formelen 𝑃𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 =
som må tilføres girene er gitt ved 𝑃𝑔𝑖𝑟 =
ved 𝑃𝑝𝑟𝑜𝑝𝑒𝑙𝑙 =
𝑃𝑝𝑟𝑜𝑝𝑒𝑙𝑙 𝑖 𝑠𝑖𝑛 𝑟𝑒𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔
𝜂 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑒𝑙𝑙
ved 𝑃𝑠𝑙𝑒𝑝 = 𝑃𝑝𝑟𝑜𝑝𝑒𝑙𝑙
𝑃𝑠𝑙𝑒𝑝
cos α
𝑖 𝑠𝑖𝑛 𝑟𝑒𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔
𝑃𝑝𝑟𝑜𝑝𝑒𝑙𝑙
𝜂 𝑔𝑖𝑟
𝑃𝑔𝑖𝑟 +𝑃𝑘𝑗 ø𝑙𝑖𝑛𝑔
𝜂 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟
. Videre er effekten som må tilføres propellen gitt
. Til slutt har vi at effekten som propellen må gi i kjøreretningen gitt
∙ cos 𝛼 → 𝑃𝑝𝑟𝑜𝑝𝑒𝑙𝑙
𝑖 𝑠𝑖𝑛 𝑟𝑒𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔
=
Figur 26
, der α er vinkelen mellom propell og bevegelsesretning.
Setter vi sammen disse uttrykkene får vi uttrykk i figur 26.
Vi setter effekten til kjøling til 15000kW. 𝜂𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = 0.48, 𝜂𝑔𝑖𝑟 =
0.96, 𝜂𝑝𝑟𝑜𝑝𝑒𝑙𝑙 = 0.7 𝑜𝑔 ∠𝛼 = 6.54°. For totalt effektbehov ved
ulike hastigheter, se figur 27.
Figur 27
Hastighet [kn]
7.22
Slepeeffekt [kW]
155.3
5935.9
𝑃𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
26.85
𝑃𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
Utregning
𝑃𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
17.15
= 𝑃𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 . Effekten
78158.7
𝑃𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑃𝑠𝑙𝑒𝑝
cos 𝛼
𝜂𝑝𝑟𝑜𝑝𝑒𝑙𝑙
𝜂𝑔𝑖𝑟 + 𝑃𝑘𝑗 ø𝑙𝑖𝑛𝑔
=
𝜂𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟
Ptotal [kW]
155.3
cos 6.54°
0.7
+ 15𝑀𝑊
= 0.96
0.48
5935.9
cos 6.54°
0.7
+ 15𝑀𝑊
0.96
=
0.48
78158.7
cos 6.54°
0.7
+ 15𝑀𝑊
0.96
=
0.48
31734.6
49773.0
275144.6
Forbruk av brennstoff
Når vi skal beregne hvor mye drivstoff skipet vårt vil bruke, må vi ta hensyn til den reduserte
hastigheten gjennom Suezkanalen. For å regne ut dieselforbruket i kg bruker vi følgende formel:
𝐷𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙𝑓𝑜𝑟𝑏𝑟𝑢𝑘 𝑘𝑔 =
𝑃 𝑘𝑊 ∙ 𝑡 𝑕
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑖𝑛𝑛𝑕𝑜𝑙𝑑
𝑘𝑊𝑕
𝑘𝑔
Energiinnholdet i brennoljen vi bruker er 11.4 kWh/kg. Vi har valgt å bruke motstandsberegningene
fra FreeShip, siden verken har nok data fra modellforsøk eller mulighet til å skalere de vi har.
Vi regner først ut hvor mye diesel vi bruker gjennom Suezkanalen. Det tar 14.6h å gå gjennom
Suezkanalen med hastighet på 7.22kn. Ved denne hastigheten er effektbehovet 31761.6kW. Da har
vi: 𝐷𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙𝑓𝑜𝑟𝑏𝑟𝑢𝑘 𝑘𝑔 =
Stian og Knut Andreas
31734 .6𝑘𝑊∙14.6𝑕
11.4
𝑘𝑊 𝑕
𝑘𝑔
= 40642.55𝑘𝑔.
Side 17
Teknologi og Forskningslære 1
”Den unge skipsdesigneren”
7. mars, 2008
Resten av reisen tar 489.4h, og da holder vi en fart på 17.15kn. Det medfører et totalt effektbehov
på 49960.1kW. Da har vi 𝐷𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙𝑓𝑜𝑟𝑏𝑟𝑢𝑘 𝑘𝑔 =
49773 .0𝑘𝑊∙489.4𝑕
11.4
= 2136746.15𝑘𝑔
𝑘𝑊 𝑕
𝑘𝑔
Det totale forbruket av diesel én vei, blir da 40642.55𝑘𝑔 + 2136746.15𝑘𝑔 = 2177388.7𝑘𝑔 ≈
2177.4 𝑡𝑜𝑛𝑛 𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙.
Antall kilo CO 2 per kilo dieselolje
Brennoljen vi bruker har en masseprosent på 86 % karbon. Det betyr at i ett kilo brennolje har vi
𝑚
860g karbon. Vi kan da finne stoffmengden til karbon: 𝑛𝐶 = 𝑀𝑚𝐶 . Molar masse til C-atomet er
12.01g/mol. Da har vi at 𝑛𝐶 =
860𝑔
12.01𝑔/𝑚𝑜𝑙
𝐶
= 71.6070𝑚𝑜𝑙. Når brennoljen (diesel) reagerer med luft i
forbrenningsreaksjonen, dannes det ett CO2-molekyl per C-atom som reagerer: 1𝑚𝑜𝑙 𝐶 ↔
1𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂2 . Vi får altså dannet 71.6070 mol CO2. Den molare massen 𝑀𝑚𝐶𝑂2 = 𝑀𝑚𝐶 + 2 ∙ 𝑀𝑚𝑂 =
𝑔
𝑔
𝑔
12.01 𝑚𝑜𝑙 + 2 ∙ 16.00 𝑚𝑜𝑙 = 44.01 𝑚𝑜𝑙 . Massen til CO2(g) nå finner vi ved formelen 𝑚 = 𝑀𝑚 ∙ 𝑛 →
𝑔
𝑚𝐶𝑂2 = 44.01 𝑚𝑜𝑙 ∙ 71.6070𝑚𝑜𝑙 = 3151.424𝑔 ≈ 3.15𝑘𝑔. Vi har nå bevist at det dannes ca. 3.2kg
CO2 per kg brennolje vi bruker. Dette er en liten forenkling av sannheten, fordi vi vil mest sannsynlig
få noe ufullstendigforbrenning, og dermed danne litt karbonmonoksidgass (CO(g)) i stedet for
karbondioksidgass (CO2(g)).
Ved forbrenning av naturgass dannes det bare 2.8kg CO2 per kg naturgass. Derfor er det en
miljømessig fordel å gå over til naturgass, dette kommer vi tilbake til under ”Alternativt brensel”.
Totalt CO 2 -utslipp
Vi kan nå regne ut hvor mange tonn CO2 en tur fra Calcutta til India medfører. Vi brukte 2185.5tonn
diesel, og vet at 1kg diesel medfører 3.15kg CO2. Da medfører 1tonn diesel 3.15tonn CO2. Videre har
𝑡𝑜𝑛 𝑛 𝐶𝑂 2
vi da at 2177.4tonn diesel medfører 2177.4𝑡𝑜𝑛𝑛𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙 ∙ 3.15 𝑡𝑜𝑛 𝑛
𝐷𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙
= 6858.81𝑡𝑜𝑛𝑛𝐶𝑂2 =
𝟔𝟖𝟓𝟗𝒕𝒐𝒏𝒏𝑪𝑶𝟐 .
Dieselforbruk og CO 2 -utslipp med toppfart
Vi ser for oss at skipet holder toppfart på hele reisen (unntatt i Suezkanalen). Skipets toppfart er
26.85knop, betyr at det tilbakelegger distansen utenom Suezkanalen (8493𝑛𝑎𝑢𝑡𝑖𝑠𝑘𝑒 𝑚𝑖𝑙 −
190𝑘𝑚
1.852 𝑘𝑚
𝑛𝑎𝑢𝑡𝑖𝑠𝑘 𝑚𝑖𝑙
= 8390𝑛𝑎𝑢𝑡𝑖𝑠𝑘𝑒 𝑚𝑖𝑙) på
8390 𝑛𝑎𝑢𝑡𝑖𝑠𝑘𝑒 𝑚𝑖𝑙
26.85𝑘𝑛
ved toppfart er 275144.6kW. Dieselforbruket blir
= 312𝑕.
312𝑕
24
275144 .6kW ∙312𝑕
11.4
𝑘𝑊 𝑕
𝑘𝑔
𝑕
𝑑𝑎𝑔
= 13𝑑𝑎𝑔𝑒𝑟 . Effektbehovet
= 7530273𝑘𝑔 ≈ 7530 𝑡𝑜𝑛𝑛.
Dieselforbruket gjennom Suezkanalen beregnet vi til å være ca. 41tonn. Da blir totalt dieselforbruk
på hele reisen ca. 7571tonn. Dette medfører et CO2-utslipp på ca. 23 849 tonn!
Dieselforbruk ved normal hastighet utgjør en stor del av skipets deplasement og det vil kanskje
lønne seg å fylle på underveis. En reise i full hastighet vil medføre et dieselforbruk på 90 % av skipets
deplasement (vi har ikke regnet med ekstra vekt pga. diesel, men regner med at ved et slikt forbruk
må skipet fylle flere ganger på veien).
Stian og Knut Andreas
Side 18
Teknologi og Forskningslære 1
”Den unge skipsdesigneren”
7. mars, 2008
2.4 Alternativt brensel
Det er viktig å tenke miljø, også når det gjelder skip. Shippingindustrien i Norge står for om lag 7 %
av landets totale CO2 –utslipp, og angående dette er det meget store rom for forbedringer. Standard
drivstoff i skip i dag er tungolje og diesel. Disse er enkle og relativt billige å fremstille, men til
gjengjeld er de ikke de mest miljøvennlige vi har, ettersom de slipper ut store mengder CO2 som vist
tidligere. Virkningsgraden er heller ikke så veldig høy. 0,48 er en anslått typisk verdi for en middels
hurtig dieselmotor. Det har i det siste vært stort press fra naturorganisasjoner om at skip bør bli mer
miljøvennlige. Altså bør vi finne et annet drivstoff, men dette er ikke bare bare. Det er flere faktorer
vi må se på når vi skal ha nytt drivstoff:
- Først og fremst: får vi nok effekt av det?
- Hvor stor er virkningsgraden, og hvor store mengder av drivstoffet må vi ha for å yte en hvis effekt?
- Hvor økonomisk er det? (ytelse i forhold til kostnader ved utvinning og utstyret som trengs)
- Og sist men ikke minst: Miljøvennlighet, CO2 og NOx utslipp.
I forhold til vår båt, trenger at drivstoffet yter ca. 23891kW/virkningsgradmotor på motoren for å drive
båten fremover med en fart på 17 knop + kjølesystem. Dette er altså minstekravet for effekten vi må
få ut av drivstoffet.
Vi skal her gå gjennom flere alternative drivstoff og se på de positive og negative sidene med dem
(tallene kan sammenlignes med forrige avsnitt om diesel).
Naturgass:
Naturgass vil gi en meget positiv effekt angående utslipp av gasser.
CO2 utslippene vil kunne reduseres med opp til en tredjedel i forhold til tungolje, og NOx utslippene
vil kunne reduseres med så mye som 85-90 %.
Naturgass gir 2,8kg CO2 per forbrent kilo gass, i motsetning til dieselen sine 3,2kg.
Naturgass har en energi på 9,87 kWh/m3. I følge Fjord1 har naturgassmotorer ca. lik virkningsgrad
som vanlige dieselmotorer, altså rundt 0,48 som sagt tidligere. Vi kjører i 489,4 timer med 17 knop,
og 14,6 timer med 7 knop. Dette tilsvarer at vi trenger
23891 kW
0,48
∗489,4 h
9,81
kW
m3
+
15232 ,6𝑘𝑊
∙14.6𝑕
0,48
𝑘𝑊 𝑕
9,81
𝑚3
= 2483064,8 m3 + 47229,9 m3 = 2530294,7m3.
Vi trenger altså svære tanker med gass under høyt trykk for å ha drivstoff en stund. Dette
medbringer en viss sikkerhetsfare. Skulle noe gå galt med tankene, er ikke en gigantisk eksplosjon
langt unna.
Vi vil få et totalt CO2-utslipp på 2530294,7*0,85kg*2,8 = 6022,1 tonn CO2, 837 tonn mindre enn med
diesel! Her ser vi tydelig at naturgass er mer miljøvennlig.
Noen negative sider med naturgass, er at fremstillingen av gassen medfører utslipp av klimagasser.
Naturgass er også en ikke-fornybar kilde. Det er estimert at ved det bruket vi har i dag, vil de kjente
naturgassforekomstene være tømt om 60 år.
Naturgass er på vei inn i skipstransporten. Bl.a. er det 5 nye ferger mellom Bergen - Stavanger som
går på naturgass, og det vil helt sikkert komme flere i fremtiden. Etter vår mening er det veldig
positivt at det legges om til bruk av naturgass, men det er ikke det optimale. Vi burde heller forske
mer på bruk av hydrogen og brenselceller.
Stian og Knut Andreas
Side 19
Teknologi og Forskningslære 1
”Den unge skipsdesigneren”
7. mars, 2008
Biodrivstoff:
Biodrivstoff er et drivstoff fremstilt av f.eks. planteolje eller dyrefett. For å bli mest mulig
miljøvennlig bør den fremstilles av ren raps. 100% biodiesel vil gi 80-90% mindre utslipp enn fossilt
drivstoff (null direkte utslipp, men litt under produksjon), men for å benytte dette trengs helt nye
motorer. Hvis en derimot blander 3-5 % biodiesel inn i vanlig diesel, vil dette kunne benyttes av
vanlige dieselmotorer med bare mindre justeringer som ikke burde koste så mye. Biodrivstoff har
foreløpig ikke vært stort inni shipping, men det er gjort undersøkelser som peker positivt mot at det
er en mulighet for å bruke det.
Et minus med biodrivstoff er at det er litt dyrere å fremstille enn fossilt drivstoff, og det kreves som
sagt nye motorer. Det krever litt tid og penger for å få det til, men med tanke på miljøet er dette en
pris vi bør betale. Gitt litt tid så tror vi vi vil få se mer av dette i fremtiden.
Hydrogen/brenselceller:
Bruk av brenselceller i båter vil ha en meget positiv effekt på klimaet, ettersom vi her vil få null
utslipp av CO2. Det eneste utslippet i en brenselcelle er rent vann. Så lenge hydrogenet fremstilles
på en miljøvennlig måte vil bruk av brenselceller være noe av den men mest miljøvennlige energien
vi kan få. En annen positiv ting med hydrogen er de enorme kvantitetene som finnes av dette stoffet.
Så lenge det er tilgang på vann, er det tilgang på hydrogen. Hydrogen har stort energiinnhold per
masse, hele 33kWh/kg, 3 ganger større enn diesel, men grunnet gassens meget lave tetthet,
0.09kg/m3, har hydrogen ca. 4 ganger lavere energiinnhold per volum enn diesel med 2,97kWh/m3.
Her ser vi første problemet med hydrogen, det krever meget sterk komprimering/nedkjøling hvis vi
skal lagre dette drivstoffet i tanker slik at vi får nok.
Vi trenger
23891 𝑘𝑊
∗489,4 h
0,6
2,97𝑘𝑊 𝑕
𝑚3
+
15232 ,6
∗14,6 𝑕
0,48
2,97𝑘𝑊 𝑕
𝑚3
= 6686111,9m3, totalt på turen.
Dette tilsvarer et utslipp på 0 tonn CO2, altså 6859 tonn mindre enn med diesel.
Her ser vi tydelig at brenselceller er meget miljøvennlig.
I transportsektoren er brenselcelleteknologien ikke er nok utviklet enda. Det er smått begynt å ta i
bruk hydrogen som drivstoff i biler og småbåter, men det er et langt steg fra dette og til et mange
tusen tonns skip. En annen negativ ting med brenselceller, er at hvis hydrogenet og oksygenet skulle
blandes, vil vi få en meget eksplosiv blanding, knallgass.
Hydrogen er et meget lovende drivstoff, men det krever utvikling, og dette igjen krever penger. Vi
får håpe staten ser fornuften i dette, og innvigler penger til forskning på dette emnet.
Solceller:
Solceller er muligens den mest miljøvennlige måten å skaffe energi på. Å omdanne sollys til elektrisk
energi innebærer ingen utslipp av klimagasser. Dessverre er det flere problemer med solceller.
Med den teknologien vi har i dag har solceller svært lav virkningsgrad (0,15-0,25), skaper meget liten
spenning(0,3-0,6V per plate) og lav effekt. I tillegg er solcelleteknologien meget dyr. Derimot er
drivstoffet i seg selv gratis, så solcellene blir en engangsutgift. Ved optimale forhold er det normalt
for solcellepaneler å skape 50-300W/m2. Vi trenger altså store arealer for å produsere nevneverdig
energi. Selv om vi hadde dekket hele båtens overflate med slike paneler ville det ikke vært nok til å
dekke vårt behov. Vi trenger 23891kW / 0,3kW/m2 = 79636,6 m2 areal for å dekke vårt behov.
Skipets dekkareal er under 90 * 23 = 2070m2. Det arealet gir en effekt på 300W/m2 * 2070m2 =
621kW, noe som i følge FreeShip er nok til å drive båten fremover på litt under 10 knop, sett at vi
ikke bruker kjølesystemet. Kanskje kan solceller være noe for saktegående skip.
Stian og Knut Andreas
Side 20
Teknologi og Forskningslære 1
”Den unge skipsdesigneren”
7. mars, 2008
Et annet problem er at hvis det ikke blir sol over en lengre periode, trenger skipet et reservedrivstoff,
og det vil være meget dyrt og unødvendig å måtte utvikle motorer som kan gå på to typer drivstoff.
Det er teknologi underveis som kanskje kan øke virkningsgraden til hele 100 %. I så tilfelle vil
effekten ligge på rundt 1000W/m2. Fremdeles ikke nok til vårt skip, men som sagt kan det være noe
for saktegående skip, men tatt de andre problemene i betraktning, vil vi si at solceller ikke er
optimalt for skipstransporten.
Stian og Knut Andreas
Side 21
Teknologi og Forskningslære 1
”Den unge skipsdesigneren”
7. mars, 2008
3. Referanser
3.1 Referansepersoner/firmaer



Høgskolelektor Jonny A. Jørgensen, ved Ingeniørhøyskolen i Bergen
Utkilen AS
Fjord1
3.2 Kilder









www.maritimstart.com/stabilitet.shtml
http://www.sis.gov.eg/En/Land&people/SCanal/031300000000000002.htm
http://www.seadolby.com/suez/suez3.html
http://www.nve.no/modules/module_109/publisher_view_product.asp?ientityID=7894
www.energifakta.no
http://www.sis.gov.eg/En/Land&people/SCanal/031300000000000002.htm
www.zero.no
http://www.regjeringen.no/nb/dep/oed/dok/NOU-er/1998/NOU-1998-11/26/1.html?id=349279
http://www.eia.doe.gov/kids/energyfacts/sources/IntermediateHydrogen.html
NTNU marin






”Beregning av CO2-utslipp”
”Hydrostatikk og stabilitet”
”Motstand og fremdrift”
”Prosjekthåndbok (hvordan bygge en skipsmodell)”
Kompendium: ”Strømning” (Skoleprosjekt_motstand)
Kompendium: ”7 Tverrskips initialstabilitet”
Wikipedia.org







http://en.wikipedia.org/wiki/Diesel
http://en.wikipedia.org/wiki/Suez_Canal
http://en.wikipedia.org/wiki/Natural_gas
http://en.wikipedia.org/wiki/Containership
http://en.wikipedia.org/wiki/Tanker_(Ship)
http://no.wikipedia.org/wiki/Tankskip
http://no.wikipedia.org/wiki/Containerskip
Stian og Knut Andreas
Side 22