Icon up Overzicht

Heien met water (Exaktueel)

Onderwerp: Arbeid en energie, (Duurzame) energie

Een opgave van de redactie van Stichting Exaktueel. Op basis van artikelen in de media worden opgaven gemaakt die aansluiten bij het natuurkunde-onderwijs in het voortgezet onderwijs.

Windmolens op zee worden gebouwd op lange stalen palen, die door enorme heihamers de bodem in worden geslagen.

Normale heihamers gebruiken een zwaar blok als hamer. De Blue 25M is een nieuw type heihamer die de kracht van een vallende watermassa gebruikt.

De nieuwe techniek is stiller, geluid onder water wordt met zeker 20 dB teruggedrongen. Tevens werkt de nieuwe hamer sneller: De vallende watermassa in de Blue 25M-hamer levert 25 MJ energie, tegen 3,5 MJ voor normale heihamers.


Figuur 1.

In de hamer, een cilindervormig stalen vat, bevindt zich 1700 m3 zeewater boven een verbrandingskamer. Ontsteking van een methaan-lucht-mengsel en de daarop volgende explosie duwt de  watermassa 1,5 m omhoog. Tegelijk gaat de heipaal een stuk de bodem in. Door de zwaartekracht stort het zeewater vervolgens weer naar beneden, wat de tweede – en zwaarste - klap oplevert. Als de uitlaatgassen de verbrandingskamer hebben verlaten, herhaalt de cyclus zich. Zie figuur 1 (niet op schaal) en in het volgende filmpje:

 

Tijdens één explosie wordt de heipaal twee keer een stuk in de grond gedrukt; bij de tweede slag over een grotere afstand dan tijdens de eerste slag.

a) - Leg dat uit met de wetten van Newton.
- Leg met behulp van figuur 1 uit waarom de tweede slag zwaarder is dan de eerste slag. 

Voor het opliften van de watermassa is (ongeveer) 25 MJ nodig.

b) Toon dit met een berekening aan.

c) Bereken hoeveel methaan er minimaal nodig is voor 1 ‘slag’ van de Blue 25M.

In werkelijkheid is er meer aardgas nodig voor een slag.

d) Leg dat uit.