Utveckling av odlingslåda till akvaponiskt system Helli A Kjellman R

Utveckling av odlingsl ˚ada till

akvaponiskt system

Development of cultivation box for an aquaponic system

Examensarbete, 15 hp, Produktutveckling och design & Maskin och materialteknik, VT 2020

Andreas Helli Rebecka Kjellman

Sammanfattning

Matkonsumptionen i svenska hush ˚all bidrar med en negativ milj ¨op ˚averkan. Detta sker bland annat genom matproduktionen via kommersiella jordbruk d ¨ar stora m ¨angder vatten, bek ¨ampningsmedel och g ¨odningsmedel anv ¨ands. F ¨or att g ¨ora matpruduktionen mer h ˚allbar kr ¨avs det alternativa l ¨osningar. Ett av dessa alternativ ¨ar ett akvaponiskt system avsett f ¨or hemmabruk som Habitat On Mother Earth, HOME, utvecklar. Akvaponik ¨ar en kombination av hydroponik, d ¨ar v ¨axternas r ¨otter ¨ar neds ¨ankta i vatten, och akvakultur, odling av vatten-djur. HOMEs akvaponiska system ¨ar utformat som ett h ¨ogsk ˚ap med fisktanken l ¨angst ner och odlingssk ˚apet placerat ovanf ¨or. I odlingssk ˚apet finns det fyra odlingsl ˚ador. Odlingsl ˚adorna ska vara m ¨ojliga att tas ut f ¨or att underl ¨atta vid sk ¨ord eller underh ˚all av v ¨axterna. V ¨axternas r ¨otter m ˚aste ha tillg ˚ang till n ¨aringsrikt vatten men ocks ˚a m ¨ojligheten att st ˚a utan vatten och luftas.

Syftet med arbetet ¨ar att utveckla odlingsl ˚adorna i det akvaponiska systemet p ˚a ett s ¨att som g ¨or dem s ˚a enkla och underh ˚allsfria som m ¨ojligt f ¨or kunden att anv ¨anda. Fr ˚agest ¨allningar som arbetet unders ¨oker och besvarar ¨ar, hur vattnet transporteras till och fr ˚an l ˚adan, hur l ˚adan ansluter och kopplas loss fr ˚an vattentillf ¨orslen samt hur l ˚adan ¨ar upph ¨angd sk ˚apet. Arbetet avgr ¨ansas till att inte ber ¨ora placeringen av de fl ¨aktar och lampor som finns i odlingssk ˚apet.

F ¨or att hitta ett m ¨ojligt koncept f ¨or odlingsl ˚adan anv ¨ands metoder f ¨or konceptgenerering och konceptval. Efter att ett koncept valts vidareutvecklas detta genom anpassa det efter dess tillvekningsvolym f ¨or att mins-ka tillverkningskostnaden. Slutligen g ¨ors en 3D-modellering av det vidareutvecklade konceptet, materialval samt en analys med finita elementmetoden.

Arbetet resulterar i ett framtaget koncept f ¨or odlingsl ˚adans konstruktion. Resultatet innefattar en 3D-modell, en ritning, val av komponenter och material samt ber ¨akningar f ¨or l ˚adans h ˚allfasthet.

Abstract

The food consumption in the Swedish households has a negative effect on the climate. This is partly due to the food production through commercial agriculture which uses large amounts of water, pesticides, and fertilizers.

To make food the production more sustainable it requires alternative sources of food production. One solution could be an aquaponic system that is designed to be integrated in households that Habitat On Mot-her Earth is developing. In aquaponic systems hydroponics and aquaponics is combined. HOME’s system will be design as a tall cabinet with the fish tank at the bottom and the cultivation cabinet located above. In the cultivation cabinet there are four cultivation boxes

The purpose of this work is to develop the cultivation boxes in the aquaponic system in a way that makes it as easy and maintenance-free as possible for the client to use. To find a possible concept for the cultivation box, methods are used for concept generation and concept selection. The selected concept is then further developed by using DFM methods to reduce the manufacturing cost and select components for the design. Finally, a CAD modelling of the concept, material selection and an analysis using the finite element method is done. The work results in a developed concept for the design of the cultivation box. A 3D model, a drawing of the cultivation box, choice of components and materials and calculations for the strength of the contruction have also been made.

F ¨

orord

Detta arbete ¨ar ett examensarbete inom h ¨ogskoleingenj ¨orsutbildningarna Maskin och materialteknik samt Produktutveckling och design vid Malm ¨o Universitet. Arbetet har genomf ¨orts av Rebecka Kjellman och Andreas Helli under v ˚arterminen 2020.

Under arbetets g ˚ang har vi haft mycket st ¨od fr ˚an v ˚ar handledare H ˚akan Wernersson som varit till stor hj ¨alp med sina kunskaper och erfarenheter. Vi vill rikta ett stort tack till Madeleine Brask p ˚a Milj ¨obron som har f ¨ormedlat examensarbetet ˚at oss samt varit v ¨aldigt hj ¨alpsam och engagerad under arbetets g ˚ang. Vi vill

Inneh ˚all

1 Inledning 1

2 Produktutveckling 2

2.1 Konceptgenerering . . . 2

2.2 3D-modellering och FEM-analys . . . 2

2.3 Konceptval . . . 3

2.4 DFM - Design for manufacturing . . . 3

2.5 Systematiskt materialval . . . 4

3 Framtagning av odlingsl ˚ada 5 3.1 Framtagning av koncept . . . 5

3.2 CAD-visualisering av framgenererade koncept . . . 10

3.3 Val av koncept . . . 11

3.4 Vidareutveckling av koncept 3 med DFM . . . 13

3.5 Val av material p ˚a l ˚ada . . . 13

3.6 Analys p ˚a modell med finita elementmetoden . . . 15

4 Odlingsl ˚ada till HOMEs akvaponiska system avsedd f ¨or

hemma-bruk 17

5 Diskussion 20

6 Slutsats 22

1

Inledning

En stor del av de svenska hush ˚allens milj ¨op ˚averkan kommer fr ˚an maten. Kommersiella jordbruk kr ¨aver stora m ¨angder vatten och bek ¨ampningsmedel. F ¨ororeningar fr ˚an bek ¨ampningsmedel och g ¨odningsmedel ¨ar bland annat en huvudorsak till d ˚alig vattenkvalitet i m ˚anga delar av Europa [1]. Kemiska bek ¨ampningsmedel har dessumot negativ p ˚averkan p ˚a m ¨anniskors h ¨alsa [2]. F ¨oretaget Habitat On Mother Earth vill d ¨arf ¨or utveckla ett akvaponiskt system f ¨or hemmabruk f ¨or att g ¨ora det m ¨ojligt att p ˚a ett smidigt och enkelt s ¨att odla n ¨aringsrika gr ¨odor hemma.

Akvaponiska system kombinerar hydroponik, d ¨ar v ¨axter har sina r ¨otter neds ¨ankta i n ¨aringsberikat vatten, med akvakultur, odling av fiskar [3]. Vattnet cirkulerar mellan r ¨otterna och fiskana s ˚a att v ¨axterna f ˚ar n ¨aring fr ˚an fiskarnas avf ¨oring och renar d ¨arf ¨or vattnet ˚at fiskarna. V ¨axterna som odlas i ett akvaponiskt system blir n ¨aringsrika [4]. Kemiska bek ¨ampningsmedel anv ¨ands inte i systemet d ˚a det skulle skada fiskarna [5].

HOMEs system ¨ar t ¨ankt att fungera p ˚a s ˚a s ¨att att fiskar matas i en separat fisktank, d ¨arefter pumpas vattnet vidare f ¨or att regleras tills vattnet inneh ˚aller den n ¨aring och besitter de egenskaper som kr ¨avs f ¨or att g ¨oda v ¨axterna [6]. N ¨ar vattnet ¨ar f ¨ardigreglerat f ¨ors det vidare upp till v ¨axternas r ¨otter. V ¨axterna kommer att f ¨orvaras i odlingsl ˚ador. N ¨ar v ¨axterna har tagit upp n ¨aringen fr ˚an vattnet f ¨ors det ˚ater tillbaka till fisktanken. F ¨or att kunna hantera v ¨axterna smidigt m ˚aste odlingsl ˚adorna vara l ¨atta att ta ut och s ¨atta in i systemet. D ˚a det ¨ar dags att ta ut en l ˚ada m ˚aste l ˚adan d ¨arf ¨or t ¨ommas p ˚a vatten f ¨or att minimera vikten. N ¨ar l ˚adan ˚ater f ¨ors in m ˚aste den enkelt hamna r ¨att och ˚ateransluta till systemet s ˚a att vatten ˚aterigen kan b ¨orja fl ¨oda.

Syftet med arbetet ¨ar att utveckla odlingsl ˚adorna i det akvaponiska systemet p ˚a ett s ¨att som g ¨or dem l ¨atthanterliga. M ˚alet med arbetet ¨ar att hitta l ¨osningar till de olika funktionella delarna av systemet s ˚a att det ¨ar enkelt ta ut och ˚aterinf ¨ora odlingsl ˚adan i systemet. Dessa delar best ˚ar av en funktion som h ˚aller odlingsl ˚adan p ˚a plats samt funktionen f ¨or hur vattnet tillf ¨ors och t ¨oms. L ¨ampliga material p ˚a de olika kom-ponenterna ska best ¨ammas. Slutligen ska CAD-modeller och ritningar skapas f ¨or det framgenererade kon-ceptet.

Arbetet kommer inte att ber ¨ora placering av fl ¨aktar och ledlampor i odlingssk ˚apet, bortsett fr ˚an att det l ¨amnas plats under l ˚adorna f ¨or ledlampor.

2

Produktutveckling

Metoder som anv ¨ands under konceptgenereringen och konceptval h ¨amtas ur Produktutveckling - Konstruk-tion och design av Ulrich och Eppinger [7]. Visualisering och FEM-ber ¨akningar p ˚a belastningar p ˚a l ˚adan g ¨ors med hj ¨alp av CAD programmet Solidworks [8]. Till materialval anv ¨ands CES-edupack [9] som st ¨od genom att ge en ¨overblick ¨over de m ¨ojliga materialkandidater utifr ˚an krav och ¨onskem ˚al. Materialvalspro-cessen anv ¨ander metoden fr ˚an Materials Selection in Mechanical Design av Michael F. Ashby [10].

2.1

Konceptgenerering

Produktkonceptet ¨ar en ungef ¨arlig beskrivning av produktens teknik, verkningss ¨att och utformning. Koncept-genereringsprocessen g ¨ors i flera steg och b ¨orjar med fastst ¨allning av kundbehov och m ˚alspecifikationer. Dessa anv ¨ands sedan f ¨or att skapa ett antal produktkoncept. Konceptgenereringen g ¨ors i fem steg: klarg ¨ora problemet, s ¨oka externt, s ¨oka internt, utforska systematiskt och slutligen reflektera ¨over l ¨osningarna.

F ¨or att p ˚ab ¨orja arbetet m ˚aste en f ¨orst ˚aelse kring vad som ska g ¨oras skapas. Detta g ¨ors genom att anv ¨anda uppdragsbeskrivningen, kundbehoven samt de prelimin ¨ara produktspecifikationerna f ¨or projektet. Om problemet som ska l ¨osas ¨ar komplext bryts det ner i enklare delproblem som sedan tillsammans l ¨oser problemet.

S ¨okning externt g ¨ors f ¨or att identifiera befintliga l ¨osningar till de problem och delproblem som identifierats i f ¨oreg ˚aende steg. Den externa s ¨okningen g ¨ors inte endast som andra steget under konceptgenereringen utan sker kontinuerligt under hela konceptgenereringen och vid behov i andra delar av projektet.

Konsultation av experter som har kunskap om ett eller flera av de delproblem som hittats g ¨ors och ge-nomf ¨ors ofta i det tidiga stadiet av projektet. Unders ¨okning av patenterade produkter kan g ¨oras f ¨or att f ˚a inneh ˚allsrika och l ¨attillg ¨angliga k ¨allor f ¨or teknisk information kring hur m ˚anga existerande produkter funge-rar.

S ¨okningar i publicerad litteratur s ˚a som tidsskrifter, konferenspublikationer, aff ¨arstidningar, rapporter fr ˚an regeringen, marknads-, konsument-, och produktionsinformation samt annonser f ¨or nya produkter kan ocks ˚a att g ¨oras d ˚a dessa ¨ar k ¨allor f ¨or redan befintliga l ¨osningar p ˚a de olika problemen.

Intern s ¨okning innefattar att skapa konceptl ¨osningar genom den personliga kunskap och kreativitet som gruppen redan besitter. Det finns olika metoder f ¨or att s ¨oka internt men vanligt ¨ar att anv ¨anda brainstorming som ett verktyg f ¨or att med redan existerande intern kunskap inom gruppen skapa id ´eer och l ¨osningar p ˚a problemen.

Brainstorming ¨ar en metod som anv ¨ands med syftet att generera m ˚anga id ´eer. Brainstorming g ¨ors ge-nom att definiera ett tema kring vilket id ´eerna ska utvecklas kring. Alla utvecklade id ´eer sparas och kre-ativt t ¨ankande och id ´eskapande uppmuntras aktivt. Fler brainstormingsessioner kan g ¨oras d ¨ar de tidigare id ´eerna vidarediskuteras/utvecklas med en ny fr ˚agest ¨allning.

Utifr ˚an de externa och interna s ¨okningarna skapas flertalet koncept och id ´eer kring olika s ¨att att l ¨osa delproblemen. Syftet ¨ar att med hj ¨alp av olika metoder f ¨or att systematiskt utforska och kombinera dem, skapa konkreta l ¨osningar. F ¨or detta anv ¨ands en konceptkombinationstabell, vilket ¨ar en tabell d ¨ar de olika l ¨osningsfragmenten och id ´eerna kombineras till koncept som tillsammans kan l ¨osa de existerande proble-men.

2.2

3D-modellering och FEM-analys

3D-moddelering kan g ¨oras i ett CAD-program. CAD, ”Computer-aided design”, m ¨ojligg ¨or att digitalt skapa modeller och tekniska ritningar. CAD kan anv ¨andas tidigt i en produktutvecklingen genom att skapa enklare modeller f ¨or att l ¨attare f ¨orst ˚a och visualisera framgenererade koncept. Den anv ¨ands ocks ˚a till det vidareut-vecklade konceptet f ¨or att f ˚a en slutlig modell. Alla komponenter g ¨ors som enskilda modeller, som sedan s ¨atts ihop till en fullst ¨andig modell.

FEM, Finita elementmetoden, ¨ar en numerisk metod f ¨or att l ¨osa partiella differentialekvationer. Principen ¨ar att ber ¨akningsproblemet delas in i mindre best ˚andsdelar som sedan l ¨aggs ihop. Indelningen sker ofta med trianglar vid 2-dimensionella problem och med tetraedrar vid 3-dimensionella problem. Detta g ¨ors f ¨or att det ska bli enklare ber ¨akningar. De indelade bitarna kallas tillsammans f ¨or ber ¨akningsn ¨at. Ju t ¨atare ber ¨akningsn ¨at desto b ¨attre ¨overensst ¨ammer resultatet med verkligheten.

Ber ¨akningarna g ¨ors p ˚a dator eller med f ¨orenklade handber ¨akningar [12]. Ber ¨akningarna utf ¨ors med f ¨orbest ¨amda krav f ¨or att f ˚a fram en entydlig l ¨osning, dessa krav kallas randvillkor. Typiska randvillkor ¨ar att f ¨orskjutningarna ¨ar noll d ¨ar konstruktionen ¨ar fast insp ¨and.

I Solidworks kan man utf ¨ora FEM-ber ¨akningar f ¨or att ber ¨akna vilka sp ¨anningarna och f ¨orskjutningar som uppst ˚ar i modellen. Det man anger i en FEM-analys i Solidworks ¨ar material, laster, tryck och insp ¨anningar. En FEM-analys p ˚a den slutliga kontruktionen ger en uppfattning om hur modellen kommer bete sig i verkligheten. Det ¨ar ocks ˚a f ¨ordelaktigt att utf ¨ora en FEM-analys tidigt i utvecklingsprocessen f ¨or att f ˚a en uppfattning av hur stora belastningar systemet uts ¨atts f ¨or och var sp ¨anningskoncentrationer och s ˚a vidare uppkommer. Detta s ¨akerst ¨aller att korrekta konstuktionsbeslut tas i ett tidigt skede av projektet.

2.3

Konceptval

I konceptvalsprocessen utv ¨arderas de koncept som tagits fram i konceptgenereringen [7]. Konceptens rela-tiva styrkor och svagheter st ¨alls mot varandra f ¨or att v ¨alja ut de koncept som ska vidareutvecklas. Koncept-valet kan anv ¨andas som en iter ¨ar process. F ¨orst reduceras antalet konceptalternativ d ¨ar de ˚aterst ˚aende alternativen f ¨ors vidare och kombineras eller vidareutvecklas.

F ¨or att s ˚alla bland de olika konceptalternativen finns ett antal olika metoder att tillg ˚a. Valet av vilka metoder som anv ¨ands f ¨or att utv ¨ardera koncepten beror p ˚a antalet koncept men ocks ˚a deras komplexitet. Koncepts ˚allning ¨ar ett exempel p ˚a en metod som till ˚ater snabb s ˚allning av koncept d ¨ar de koncept som visar sig vara b ¨ast har m ¨ojlighet att f ¨orb ¨attras. En matris f ¨or koncepts ˚allning skapas genom att identifiera urvalskriterier som ¨ar viktiga f ¨or konceptet. F ¨or att sedan j ¨amf ¨ora koncepten mot varandra v ¨aljs ett refe-renskocept ut. Referenskoncept ¨ar typiska produkter p ˚a marknaden, en ¨aldre modell av produkten som ska utvecklas eller en kombination av delsystem som samlats ihop f ¨or att representera de b ¨asta egenskaperna hos olika produkter. Koncepten betygs ¨atts med “b ¨attre ¨an”(+), “likv ¨ardig med”(0), eller “s ¨amre ¨an”(-) enligt hur de uppfyller urvalskriterierna j ¨amf ¨ort med referenskonceptet. Efter att koncepten betygsatts rangordnas de utifr ˚an det summerade antalet av plus, noll och minus d ¨ar de koncepten med fler plus och f ¨arre minus rangordnas h ¨ogre. Efter detta kan koncept kombineras och f ¨orb ¨attras efter behov och f ¨oras in i matrisen igen f ¨or bed ¨omning. Slutligen avslutas metoden genom att ett eller flera koncept v ¨aljes ut f ¨or vidareutveck-ling.

En annan metod f ¨or att v ¨alja koncept ¨ar konceptpo ¨angs ¨attning. Denna metod anv ¨ands d ˚a ¨okad nog-grannhet underl ¨attar f ¨or att skilja de olika koncepten ifr ˚an varandra. Precis som f ¨or koncepts ˚allning identi-fieras urvalskriterier som ska po ¨angs ¨attas och placeras d ¨arefter i en tabell. F ¨or att l ¨attare urskilja koncepten ifr ˚an varandra efter po ¨angs ¨attningen anv ¨ands i denna metod en skala p ˚a 1 till 5 f ¨or hur d ˚aligt (1) eller bra (5) som koncepten uppfyller kriterierna. Dessutom viktas de olika kriterierna beroende p ˚a deras relativa betydelse. Efter att po ¨angen f ¨or f ¨or varje koncept inf ¨orts i po ¨angs ¨attningstabellen ber ¨aknas viktade po ¨ang genom att multiplicera antalet po ¨ang som konceptet fick f ¨or en viss urvalskriterie med respektive viktfaktor f ¨or det valda kriteriet. D ¨ar summan av de viktade po ¨angen avg ¨or konceptets rangordning, d ¨ar konceptet med den h ¨ogsta viktade po ¨angen rangordnas h ¨ogst. Precis som f ¨or koncepts ˚allningen kan metoden avslu-tas med att v ¨alja ett eller flera koncept f ¨or vidareutveckling.

2.4

DFM - Design for manufacturing

DFM ¨ar en metod som behandlar tillverkningskostnaderna hos en produkt. Metoden kan anv ¨andas ge-nom hela utvecklingsprocessen och hj ¨alper till att evaluera konstruktionsl ¨osningar ur ett kostnadsperspektiv f ¨or deras tillverkning. [7]. DFM-processen b ¨orjar med en uppskattning av tillverkningskostnaderna. Detta hj ¨alper teamet att g ¨ora en generell bed ¨omning av olika konstruktionsaspekter s ˚a som kostnad av kompo-nenter, montering eller produktionssupport. Bed ¨omningen hj ¨alper sedan till att visa teamet vilka omr ˚aden som b ¨or uppm ¨arksammas i de n ¨astkommande stegen f ¨or DFM-processen. Reducering av komponentkost-nader, monteringskostnader och produktionssupportkostnader kan sedan g ¨oras d ¨ar tillverkningskostnaden ˚aterigen ber ¨aknas och bed ¨oms ifall den slutliga konstruktionen uppn ˚ar den ¨onskade tillverkningskostnaden.

2.5

Systematiskt materialval

I boken ”Materials selection in mechanical design” av Michael F. Ashby [10] formuleras en process f ¨or att utf ¨ora ett systematiskt materialval. Processen ¨ar uppdelad i fyra huvudsteg: formulering av krav och ¨onskem ˚al, uts ˚allning av de material som inte uppfyller kraven, rankning av materialen utifr ˚an ¨onskem ˚al och vidare unders ¨okning av de h ¨ogst rankade material. I det f ¨orsta steget fastst ¨alls vilka krav som st ¨alls p ˚a komponenten. Det kan vara att ta upp en viss last, ha en viss str ¨ackgr ¨ans, vara elektriskt ledande och s ˚a vidare. I det f ¨orsta steget formuleras ¨aven ¨onskem ˚al. Det kan till exempel vara att minimera kostnad, vikt eller milj ¨op ˚averkan. Saker som inte skattas som absolut n ¨odv ¨andiga f ¨or produkten men som ¨and ˚a ¨ar

¨onskv ¨arda.

I det andra steget s ˚allar man bort de material som inte uppfyller de formulerade kraven. F ¨or att inte missa n ˚agra m ¨ojliga kandidater kan det vara bra att anv ¨anda n ˚agon form av materialdatabas. Ett l ¨ampligt program ¨ar

CES-edupack [9]. Det ¨ar ett program med en stor och tillf ¨orlitlig materialdatabas. Det ¨ar bra att anv ¨anda som st ¨od i materialval d ˚a det g ˚ar att ange de krav som st ¨alls p ˚a materialet f ¨or att f ˚a fram alla m ¨ojliga alternativ.

I det tredje steget betraktas alla de material som uppfyller kraven. De j ¨amf ¨ors och rankas efter de formu-lerade ¨onskem ˚alen. Innan man v ¨aljer det h ¨ogst rankade materialet m ˚aste man dock unders ¨oka materialet vidare, detta ¨ar det fj ¨arde och sista steget. Intressanta saker att veta om materialet ¨ar till exempel vilka applikationer materialet ofta anv ¨ands till och vad materialet har f ¨or svagheter och begr ¨ansningar. Efter de fyra stegen fastst ¨alls det material som ¨ar mest l ¨ampat f ¨or komponenten.

3

Framtagning av odlingsl ˚ada

Den f ¨orsta delen av utvecklingsprocessen av odlingsl ˚adan sker genom konceptgenering med CAD-visualiseringar. Det f ¨oljs av konceptval, vidareutveckling med DFM, materialval samt FEM-analys.

3.1

Framtagning av koncept

Huvudproblemet definierades enligt kravspecifikationen p ˚a odlingsl ˚adan, som togs fram i samarbete med HOME.

• V ¨axternas r ¨otter ska ha tillg ˚ang till n ¨aringsrikt vatten, det kr ¨avs allts ˚a ett st ¨andigt fl ¨ode av vatten. • R ¨otterna ska ha m ¨ojligheten att luftas n ˚agra minuter ett antal g ˚anger per dag, l ˚adan ska d ˚a vara t ¨omd

p ˚a vatten.

• Det ska vara enkelt att ta ur och s ¨atta in odlingsl ˚adan i systemet. • Vattentillf ¨orseln ska kunna styras digitalt.

• Odlingsl ˚adan ska kunna vakuumformas.

Huvudproblemet delades upp i tre delproblem. Delproblemen br ¨ots sedan ner till mindre delproblem, Figur 1.

Figur 1: Huvudproblem nedbrutet i delproblem

Det f ¨orsta steget av informationss ¨okning var en intern s ¨okning som gjordes genom att med hj ¨alp av brainstorming f ¨ors ¨oka hitta l ¨osningar p ˚a delproblemen. Resultatet visas i Figur 2. I det f ¨orsta skedet av den interna s ¨okningen s ¨oktes alla sorters l ¨osningar, ¨aven de som inte direkt ans ˚ags vara applicerbara. Dessa potentiella l ¨osningar l ˚ag som grund till den externa s ¨okningen.

Figur 2: Sammanfattning vad som genererades fram under brainstormingen.

Den externa s ¨okningen gjordes framf ¨orallt genom s ¨oka efter och unders ¨oka redan existerande l ¨osningar. Det gjordes ocks ˚a genom att konsultera handledaren p ˚a f ¨oretaget.

Olika l ¨osningar till hur l ˚adan ska f ¨astas och f ¨oras in och ut ur systemet unders ¨oktes genom att titta p ˚a hur traditionella l ˚ador och andra upph ¨angningar fungerar. L ˚adskenorna i Figur 3 anv ¨ander sig av skenor med hjul mellan l ˚ada och sk ˚ap f ¨or att kunna dras ut. De g ˚ar ¨aven att separera skenorna s ˚a att l ˚adan kan tas ut ur sk ˚apet. I Figur 4 vilar hyllan p ˚a ett hyllbeslag. I Figur 5 ligger en ungspl ˚aten p ˚a formbetingade skenor i ugnen.

Figur 3: L ˚adskena med hjul. Denna typen av l ˚adskenor ¨ar enkla att separera. [13]

Figur 4: Ett typiskt hyllbeslag. Hyllbeslaget ¨ar monterat i v ¨aggen och hyllanplanet vilar ovanp ˚a.

Figur 5: Ugnspl ˚at vilar p ˚a skenor i ugnen.

F ¨or vattentillf ¨orslen studerades befintliga hydroponiska- och akvaponiska system. M ˚anga av de system som ¨ar av samma storleksordning som det system som behandlas i detta arbete anv ¨ander sig av huvud-sakligen tv ˚a metoder. Den ena metoden ¨ar ett overflow-system. D ˚a har systemet en pump som pumpar in vatten och en ¨oppning p ˚a en viss h ¨ojd, s ˚a att vattnet rinner ut n ¨ar det n ˚att en viss niv ˚a, Figur 7. Den andra metoden ¨ar ett vattenfall-system, d ¨ar vattnet pumpas in till den ¨ovre l ˚adan och sedan rinner ner genom alla odlingsl ˚ador med gravitationen, Figur 6.

Figur 6: Skiss av ett vattenfallsystem. Figur 7: Skiss av ett overflowsystem. Dessutom unders ¨oktes flertalet pumpar f ¨or att f ˚a en b ¨attre f ¨orst ˚aelse kring de m ¨ojligheter och be-gr ¨ansningar valet av pump bidrar med. Peristaltiska pumpar anv ¨ands mycket inom medicinindustrin d ˚a det g ˚ar dosera v ¨aldigt exakt. F ¨ordelen med persistaltsiska pumpar ¨ar ocks ˚a att de pumpar lika bra ˚at b ˚ada h ˚allen. Detta g ¨or den genom att kl ¨amma p ˚a slangen och rotera, Figur 8. Till mindre font ¨aner och vattenar-rangemang anv ¨ands ofta mini- eller micorpumpar, Figur 9.

Figur 8: Roterande peristaltisk pump. [14] _{Figur 9: En vattenpump avsedd f ¨or bland} annat akvarier och mindre vattenarrange-mang. [15]

Den externa och interna informationss ¨okningen bidrog till flertalet l ¨osningar p ˚a delproblemen. De l ¨osningar som ans ˚ags m ¨ojliga och l ¨ampliga placerades i en konceptkombineringstabell, Figur 10. De kombinerades utifr ˚an deras f ¨orm ˚aga att fungera i samma koncept, Figur 11. Detta gjordes f ¨or att p ˚a ett visuellt s ¨att visa hur de olika l ¨osningarna p ˚a delproblemen kunde kombineras till koncept som sedan hade m ¨ojligheten att vidareutvecklas f ¨or fortsatta unders ¨okningar. Konceptkombineringen resulterade i fyra koncept.

((a))

((b))

((c))

((d))

Figur 11: Fyra konceptkombinationstabeller. (a) ¨ar koncept 1, (b) ¨ar koncept 2, (c) ¨ar koncept 3 och (d) ¨ar koncept 4.

3.2

CAD-visualisering av framgenererade koncept

Koncept 1, se Figur 12, anv ¨ander sig av en in-pump och en ut-pump. Pumparna och kopplade till krokar som kan f ¨allas upp n ¨ar l ˚adan ska tas ut. L ˚adan f ¨ors in med rullskenor.

Koncept 2, se Figur 13, best ˚ar av en in-pump och en overflow- ¨oppning. F ¨or att m ¨ojligg ¨ora fullst ¨andig t ¨omning har ¨aven en mindre ¨oppning placerats l ¨angst ner p ˚a overflow- ¨oppningen. Denna ¨oppning t ¨ommer l ˚angsammare men totalt om vattentillf ¨orslen st ¨angs av. L ˚adan vilar p ˚a hyllbeslag f ¨or att l ˚adan beh ¨over lyftas in och ut vertikalt f ¨or att overflow- ¨oppningen p ˚a undersidan, som ser likadan ut som den p ˚a ovansidan, ska kunna hamna i ett r ¨or/slang som leder ner vattnet till vattentanken igen.

Koncept 3, se Figur 14, har en reversibel pump. Pumpen pumpar in och ut vattnet i best ¨amda cykler. L ˚adan vilar p ˚a skenor i sk ˚apet.

Koncept 4, se Figur 15, anv ¨ander endast en pump till hela systemet. Varje l ˚ada har en liten lutning och en ¨oppning som g ¨or att vattnet rinner igenom l ˚adan och ner till l ˚adan under. L ˚adan vilar p ˚a skenor i sk ˚apet.

Figur 12: Koncept 1, d ¨ar det ¨ar en in-pump och en ut-pump.

Figur 13: Koncept 2, d ¨ar det ¨ar en in-pump och en ¨oppning p ˚a h ¨ojd.

Figur 14: Koncept 3, d ¨ar det ¨ar en reversibel pump.

Figur 15: Koncept 4, endast en pump till hela systemet, vattnet falller ner till l ˚adorna under.

3.3

Val av koncept

F ¨or att v ¨alja ut ett slutligt koncept att vidareutveckla viktades de olika koncepten mot varandra genom att anv ¨anda en po ¨angs ¨attningstabell. I po ¨angs ¨attningstabellen gavs koncepten po ¨ang beroende p ˚a hur bra de uppfyller en utvald egenskap som anses vara av vikt f ¨or odlingsl ˚adan. Nedan f ¨orklaras betydelsen av de valda egenskaperna som po ¨angs ¨atts i tabellen i Figur 16.

• Vatten vid str ¨omavbrott - Syftar p ˚a konceptets f ¨orm ˚aga att bibeh ˚alla vattnet ¨aven d ˚a str ¨ommen

skulle brytas.

• L ¨att att ta ut ur sk ˚ap - ¨Ar det l ¨att f ¨or anv ¨andaren att ta ut odlingsl ˚adan ur sk ˚apet?

• Snabbt ¨omd - Kan odlingsl ˚adan t ¨ommas snabbt s ˚a att anv ¨andaren inte beh ¨over v ¨anta p ˚a t ¨omningen

f ¨or att ta ut l ˚adan.

• L ¨att att tillverka - Hur dyra och avancerade tillverkningsmetoder kr ¨avs f ¨or de utvalda

specialkompo-nenterna?

• H ¨ogt vattenfl ¨ode - M ˚alet ¨ar att cirkulera hela systemets vatten under en timme. Hur v ¨al uppfyller

• Kostnad - Kostnaden f ¨or hela systemet. Det som skiljer koncepten ˚at ¨ar fr ¨amst vilken sorts pump som

anv ¨ands och hur m ˚anga.

• Kvalit ´etsk ¨ansla - Ger odlingsl ˚adan en k ¨ansla av rubusthet, tillf ¨orlitlighet och k ¨anner anv ¨andaren att

den ingjuter en kvalit ´etsk ¨ansla vid anv ¨andning?

• Underh ˚allsfri - Hur mycket beh ¨over anv ¨andaren underh ˚alla odlingsl ˚adan. Till exempel diska, reng ¨ora

slangar och t ¨atningar. Och hur sv ˚art ¨ar det att utf ¨ora detta?

• F ˚a specialkomponenter - Kr ¨aver konceptet m ˚anga specialtillverkade komponenter?

• F ˚a komponenter - Best ˚ar systemet av m ˚anga olika komponenter?

• Anpassningsm ¨ojlighet - M ¨ojligheten att v ¨alja vilka odlingsl ˚ador som f ˚ar vatten, hur mycket vatten

som ska fl ¨oda i varje l ˚ada och vilka l ˚ador som ska t ¨ommas.

Figur 16: Egenskapsmatris med viktade urvalskriterier. K=koncept, P=po ¨ang och VP=viktat po ¨ang. Koncept 3 f ˚ar h ¨ogst viktad po ¨ang.

F ¨or att tydligg ¨ora varf ¨or koncepten f ˚att en viss po ¨ang visas nedan n ˚agra av de motiveringarna som gjordes av teamet.

• Vatten vid str ¨omavbrott - K1 och K3 fick h ¨ar fem po ¨ang d ˚a de b ˚adas utformning m ¨ojligg ¨or att

v ¨axterna har kvar vatten i l ˚adorna vid str ¨omavbrott. K2 och K4 har en konstant passiv t ¨omning vil-ket g ¨or att vattnet i l ˚adorna hade t ¨omts helt vid ett str ¨omavbrott och de b ˚ada fick d ¨arf ¨or en po ¨ang. • L ¨att att ta ut ur sk ˚ap - K2 var det konceptet som ensam fick s ¨amst po ¨ang. Detta d ˚a s ¨attet som

odlingsl ˚adan f ¨ordes in i sk ˚apet d ¨ar anv ¨andaren var tvungen att lyfta och matcha undersidan p ˚a l ˚adan med ett utt ¨omningsh ˚al ans ˚ags mer problematisk ¨an p ˚a s ¨attet som de andra koncepten f ¨ordes in p ˚a. • Snabbt ¨omd - K1 och K3 fick h ¨ogre po ¨ang ¨an K2 och K4 ˚ater igen f ¨or att teamet antog att den aktiva

t ¨omningen med pumpar var snabbare ¨an de passiva t ¨omningarna i K2 och K4.

• L ¨att att tillverka - K1 fick h ¨ar s ¨amst po ¨ang d ˚a detta koncept var de som antogs inneh ˚alla flest

kom-ponenter och skulle d ¨arf ¨or ta l ¨angre tid att tillverka och montera.

• H ¨ogt vattenfl ¨ode - K3 ans ˚ags p ˚agrund av anv ¨andandet av en peristaltisk pump som m ˚aste sk ¨ota

b ˚ade in och utpumpningen av vattnet vara det koncept med s ¨amst fl ¨ode, och fick d ¨arf ¨or s ¨amst po ¨ang av de olika koncepten.

• Kostnad - L ¨agst po ¨ang p ˚a kostnaden fick K3 d ˚a detta koncept kr ¨aver en peristaltisk pump till varje

l ˚ada. K1 fick ocks ˚a en l ˚ag po ¨ang eftersom d ¨ar kr ¨avs tv ˚a pumpar till varje l ˚ada. Skillnaden i po ¨ang h ¨ar berodde p ˚a att de peristaltiska pumparna ¨ar mycket dyrare ¨an vanliga vattenpumpar.

• Kvalit ´etsk ¨ansla - H ¨ar fick K1 h ¨ogst po ¨ang tack vare den kvalitetsk ¨ansla och enkelhet som

rullske-norna och kranl ¨osningen bidrog med n ¨ar l ˚adan f ¨ors in i sk ˚apet. K2 fick s ¨amst po ¨ang h ¨ar ˚ater igen p ˚agrund av otympligheten i att ˚aterf ¨ora l ˚adan till systemet.

• Underh ˚allsfri - F ¨or detta kriterium fick K4 h ¨ogst po ¨ang d ˚a detta koncept endast kr ¨aver en pump och

har d ¨arf ¨or minst antal komponenter som m ˚aste underh ˚allas och reng ¨oras d ˚a biofilm skapas p ˚a dem i kontakt med vattnet. Alla andra koncept kr ¨aver fler slangar och filter som n ˚agon g ˚ang kr ¨aver underh ˚all. • F ˚a specialkomponenter - K1 och K3 fick h ¨ar s ¨amst po ¨ang p ˚agrund av att de anv ¨ander ”kranl

¨osningenff-lertalet g ˚anger vilket antogs vara en specialkomponent.

• F ˚a komponenter - K4 f ˚ar h ¨ar h ¨ogst po ¨ang d ˚a endast en pump beh ¨ovs f ¨or hela systemet med

od-lingsl ˚ador.

• Anpassningsm ¨ojlighet - F ¨or kriteriet ang ˚aende anpassningsm ¨ojligheten fick K1 och K3 gemensamt

h ¨ogst po ¨ang. Detta f ¨or att d ˚a varje odlingsl ˚ada har en separat pump/ar vilket till ˚ater anv ¨andaren att p ˚a ett enkelt s ¨att snabbt v ¨alja vilken l ˚ada som ska t ¨ommas. K4 fick l ¨agst po ¨ang d ˚a ¨onskas t ¨omning m ˚aste alla l ˚adorna t ¨ommas samtidigt, anv ¨andaren har inte m ¨ojligheten att t ¨omma en specifik l ˚ada.

3.4

Vidareutveckling av koncept 3 med DFM

Po ¨angs ¨attningstabellen resulterade i att koncept 3 var det mest l ¨ampade koncept att vidareutveckla. F ¨or vidareutvecklingen av koncept 3 anv ¨andes metoden DFM-tillverkningsanpassad konstruktion. Detta f ¨or att m ¨ojligg ¨ora en ytterligare anpassning av konceptets konstruktion och detaljutveckling med koppling till de

¨onskade behov och specifikationer

Ingen exakt ber ¨akning f ¨or tillverkningskostnaden gjordes i b ¨orjan av vidareutvecklingen d ˚a fokus ist ¨allet lades p ˚a att identifiera vilka delar av odlingsl ˚adan som var standardkomponenter och vilka som var uni-ka delar. Den i nul ¨aget t ¨ankta produktionsvolymen av systemet bidrog till att det skulle vara f ¨ordelaktigt att i s ˚a stor m ˚an som m ¨ojligt anv ¨anda standardkomponenter ist ¨allet f ¨or att tillverka specialkomponenter. Detta f ¨or att spara utvecklingstid f ¨or dessa unika delar men ocks ˚a undvika dyra tillverkningsmetoder f ¨or specialkomponenter. Komponentkostnaderna f ¨or konstruktionen ans ˚ags d ¨arf ¨or vara det omr ˚ade d ¨ar utveck-lingsm ¨ojligheterna var som st ¨orst.

F ¨or att reducera komponentkostnaderna identifierades m ¨ojligheten att byta ut unika delar i konstruktio-nen till att ist ¨allet anv ¨anda ink ¨opta standardkompokonstruktio-nenter. Den t ¨ankta funktiokonstruktio-nen med en kran som f ¨alls ¨over kanten p ˚a odlingsl ˚adan antogs kr ¨ava egentillverkning d ˚a ingen standardkomponent med samma funktion identifierades. D ˚a det akvaponiska systemet inte ¨ar t ¨ankt att massproduceras ans ˚ags ist ¨allet ett ink ¨op av en standardkomponent f ¨or denna delen av konstruktionen som en m ¨ojlig l ¨osning. Genom ytterligare extern s ¨okning identifierades en snabbkoppling vilket m ¨ojligg ¨or ett s ¨att att koppla l ˚adan till vattentillf ¨orseln utan behovet av att tillverka en unik del.

Den nya konstruktionsl ¨osningen ans ˚ags inte kr ¨ava n ˚agon specifik montering av tillverkare utan l ¨aggs ist ¨allet p ˚a enkla monteringsmoment hos kunden, och d ¨arf ¨or k ¨andes inte en ber ¨akning av monteringstiden relevant.

3.5

Val av material p ˚a l ˚ada

F ¨or val av material p ˚a l ˚adan formulerades krav och ¨onskem ˚al, Figur 17. De krafter som l ˚adan uts ¨atts f ¨or approximerades med god marginal. L ˚adan ber ¨aknas rymma ca 3 liter vatten. Men l ˚adans egenvikt och lasten fr ˚an v ¨axterna ber ¨aknas l ˚adan att uts ¨attas f ¨or en utbredd last p ˚a maximalt 50N. Kravet att l ˚adan ska kunna vakuumformas kommer fr ˚an kunden.

Figur 17: Formulering av krav, ¨onskem ˚al och fria variabler

De material som ¨ar intressanta att titta vidare p ˚a ¨ar termoplaster, d ˚a de g ˚ar att vakuumforma. De krav som matades in i CES-edupack [9] var att materialet skulle ha utm ¨arkt vattenbest ¨andighet och vara giftfri. D ¨arefter st ¨alldes de upp i ett diagram med kostnad p ˚a y-axeln, Figur 18. Det billigaste materialet var poly-propen. Vidare unders ¨okning visade att polypropen funkar bra att vakuumforma och ¨ar livsmedelsgodk ¨ant. F ¨or att kontrollera att materialet d ¨og vid maximal gjordes en FEM-analys i Solidworks, Figur 20. Vidare un-ders ¨okning visar att polypropen ¨ar l ¨ampligt f ¨or vakuumforning, ¨ar livsmedelgodk ¨ant och anv ¨ands i liknande applikationer. Det slutliga materialvalet blev d ¨arf ¨or polypropen.

Figur 18: Termoplaster i diagram med pris p ˚a y-axeln. Alla plaster i f ¨arg uppfyller de st ¨allda kraven, De termoplaster som var billigast var PP, PET, PE, PH och PS.

3.6

Analys p ˚a modell med finita elementmetoden

Analysen p ˚a odlingsl ˚adan genomf ¨ordes med Solidsworks [8]. Randvillkoren som angavs var att f ¨orskjutningen ¨ar noll d ¨ar l ˚adan har kontakt med sk ˚apet. Odlingsl ˚adans material angavs vara polypropen som tagits fram i materialvalet. L ˚adans botten tilldelades en utbredd last p ˚a totalt 50N, med antagandet att vattnet bidrar med 30N och v ¨axterna och l ˚adans egentyngd bidrar till 20N . De st ¨orsta sp ¨anningarna i l ˚adan uppkommer p ˚a botten n ¨ara upph ¨angningen, Figur 19, och ¨ar 0.21 Megapascal. Den st ¨orsta f ¨orskjutningen uppkommer p ˚a mitten av l ˚adans botten, Figur 20, och ¨ar 0.55 mm.

4

Odlingsl ˚ada till HOMEs akvaponiska system avsedd f ¨

or

hemma-bruk

Det slutliga framarbetade konceptet f ¨or odlingsl ˚adans konstruktion best ˚ar av sex delar. I tabell 21 visas de ing ˚aende komponenterna i konceptets konstruktion. Endast l ˚adan ¨ar en specialkompinent och beh ¨over tillverkas. Den peristaltiska pumpen, John guest kopplingarna, muttern med o-ring, filtret och slang k ¨ops in som standardkomponenter.

Alla delar av kopplingen till odlingsl ˚adan visas i Figur 27. Den raka John Guest kopplingen f ¨ors in h ˚alet p ˚a baksidan av l ˚adan d ¨ar den f ¨asts genom att en mutter med o-ring skruvas p ˚a vilket ocks ˚a t ¨atar mot l ¨ackage vid h ˚alet. Silikonslangen som ¨ar p ˚akopplad till den peristaltiska pumpen f ¨ors ¨over nippeln p ˚a John Guest elbow kopplingen. F ¨or att koppla ihop l ˚adan till vattnet f ¨ors sedan John Guest elbow kopplingen in i den fastskruvade kopplingen som sitter fast i l ˚adan och t ¨atas automatiskt Figur 24. D ¨arefter kan vattentillf ¨orseln s ¨attas ig ˚ang. F ¨or att f ˚a ut l ˚adan ur systemet pumpas allt vatten ur l ˚adan ut. D ¨arefter kan odlingsl ˚adan enkelt kopplas ur genom att ¨oppna John Guest kopplingen.

S ¨attet som odlingsl ˚adan ¨ar konstruerad p ˚a m ¨ojligg ¨or enkel reng ¨orning och allm ¨ant underh ˚all men ocks ˚a ett enkelt utbyte av delar d ˚a alla delarna ¨ar separerbara. L ˚adan ¨ar konstruerad med sl ¨appvinklar p ˚a 5 grader f ¨or att kunna vakuumformas, Figur 25. De persitaltiska pumparna ¨ar placerade i en dosa av sk ˚apets botten och ¨ar var och en ansvariga f ¨or tillf ¨orsel och bortf ¨orsel av vatten fr ˚an respektive odlingsl ˚ada. Pumparnas maximala kapacitet ¨ar 400ml/min. F ¨or att fylla eller t ¨omma en odlingsl ˚ada som inneh ˚aller tre liter vatten tar d ¨arf ¨or sju och en halv minut.

Figur 21: Stycklista ¨over de komponenter som ing ˚ar i modellen. De fastst ¨allda komponenter som ska k ¨opas in ¨ar angivna med tillverkare och artikelnummer. Exakt modell p ˚a mutter och slang har inte fastst ¨allts d ˚a det

¨ar v ¨aldigt standardiserade komponenter.

Figur 22: Odlingsk ˚apet med fyra l ˚ador framifr ˚an. L ˚adorna vilar p ˚a skenor i sk ˚apet.

Figur 23: Odlingssk ˚apet bakifr ˚an. Fr ˚an var-je l ˚ada g ˚ar en silikonslang ner till en dosa med fyra peristaltsiska pumpar.

Figur 24: Koppling p ˚a baksida av odlingsl ˚ada.

Figur 25: Odlingsl ˚adan vilar p ˚a en r ¨als p ˚a sk ˚apet. L ¨angst inne p ˚a r ¨alsen ¨ar det ett stopp s ˚a att l ˚adan inte skjuts f ¨or l ˚angt in.

Figur 26: Odlingsl ˚ada uttagen ur sk ˚ap.

5

Diskussion

Syftet med arbetet var att utveckla odlingsl ˚adorna i HOMES akvaponiska system f ¨or hemmabruk, med av-sikt att g ¨ora dem s ˚a l ¨atthanterliga som m ¨ojligt f ¨or anv ¨andaren. M ˚alet var att utveckla ett koncept som kom-binerar de olika funktionerna vilka kr ¨avs f ¨or att odlingsl ˚adan ska fungera. Funktioner s ˚a som vattentillf ¨orsel, t ¨omning och l ˚adans placering i sk ˚apet. M ˚alet innefattade ocks ˚a val av material och slutliga CAD-modeller och ritningar av det framtagna konceptet. M ˚alet med arbetet anses vara uppfyllt d ˚a ett koncept f ¨or od-lingsl ˚adans konstruktion som uppfyller de kraven som st ¨allts p ˚a funktionen. F ¨or konceptet har CAD-modell och ritningar skapats samt materialval och komponentval gjorts.

Det har inte gjorts n ˚agon efterforskning p ˚a hur djup l ˚adan b ¨or vara f ¨or att r ¨otterna ska f ˚a lagom med vatten. S ¨attet som l ˚adan ¨ar utformad p ˚a p ˚averkas dock inte av om den i senare skeden skulle beh ¨ova justera m ˚atten.

Den valda kopplingen m ¨ojligg ¨or en enkel montering f ¨or kund d ˚a inga specialverktyg eller sv ˚ara monte-ringsinstruktioner kr ¨avs. Kopplingen bidrar dessutom med enkel in och uttagning av l ˚adan ur sk ˚apet d ˚a den anv ¨ander sig av snabbkopplingar avsedda f ¨or att snabbt kopplas ur och ihop. Eftersom kopplingens delar

¨ar enkelt separerbara m ¨ojligg ¨or detta enkelt underh ˚all och reng ¨orning f ¨or anv ¨andaren.

Odlingsl ˚adan konstruerades p ˚a ett s ¨att som m ¨ojligg ¨or vakuumformning. F ¨or att det ska g ˚a att vakuum-forma ¨ar det viktigt att ha sl ¨appvinklar i modellen for att konstruktionen ska lossna fr ˚an formen. L ˚adans alla vertikala ytor tilldelades d ¨arf ¨or en vinkel p ˚a 5 grader, vilket funkar med god marginal f ¨or vakuumformning. En annan parameter att ta h ¨ansyn till vid vakuumformning ¨ar tjockleken p ˚a termoplasten. Efterforskning visade vakuumformning funkade f ¨or tjocklekar upp till cirka 10mm. Den slutliga modellen har tjockleken 7mm.

Pumparna har en maximal kapacitet p ˚a 400ml/min. Det tar 7.5 minuter att t ¨omma eller fylla en l ˚ada som rymmer 3 liter vatten. Om detta r ¨acker f ¨or att v ¨axterna ska kunna tillgodog ¨ora sig tillr ¨ackligt med n ¨aring eller om det kr ¨avs ett h ¨ogre fl ¨ode av vatten kommer biologen p ˚a HOME att unders ¨oka vidare. Peristaltiska pumpar har generellt sett en mycket s ¨amre pumpkapacitet ¨an vanliga vattenpumpar. Om det endast kr ¨avs ett lite h ¨ogre fl ¨ode kan en kraftfullare peristaltisk pump anv ¨andas. Om det d ¨aremot kr ¨avs ett markant h ¨ogre fl ¨ode kan det ist ¨allet bli aktuellt att v ¨alja en annan pump, och d ¨arf ¨or ett annat koncept.

Konceptvalet gjordes med en konceptkombinationstabell. F ¨or att ytterligare motivera konceptvalet hade k ¨anslighetsanalyser kunnat genomf ¨oras d ¨ar man l ˚ater viktfaktorn variera lite mellan det olika egenskaperna. Om d ˚a det konceptvalet som gjordes blivit det vinnande konceptet ¨aven i k ¨anslighetsanalyserna, understry-ker det att r ¨att konceptval gjorts. Anledningen till att detta inte genomf ¨ordes var bland annat att HOME var n ¨ojda med det aktuella konceptvalet och g ¨arna ville ha en vidareutveckling av den id ´een.

FEM-analysen som utf ¨ordes i Solidworks visade var de st ¨orsta sp ¨anningarna och deformationerna upp-stod. L ˚adan ber ¨aknas att fyllas med maximalt 3 liter vatten. Med v ¨axter och l ˚adans egentyngd approxime-rades den totala lasten som l ˚adan uts ¨atts f ¨or till 50N. De st ¨orsta sp ¨anningarna uppstod p ˚a l ˚adans botten n ¨ara l ˚adinf ¨arstningen. Sp ¨anningen d ¨ar uppgick till 0.2 Mpa. Den st ¨orsta deformationen uppstod i mitten av l ˚adans botten och var 0.55mm. Dessa v ¨arden ans ˚ags inte vara kritiska. Om deformationen hade antagit st ¨orre v ¨arden s ˚a hade l ˚adan kunnat g ¨oras tjockare eller best ˚att av ett starka material. Det gjordes endast ber ¨akningar p ˚a den slutliga modellen. F ¨or att minimera material ˚atg ˚ang hade ber ¨akningar ocks ˚a kunnat utf ¨oras p ˚a modeller med en mindre tjocklek f ¨or att unders ¨oka hur det p ˚averkade h ˚allfastheten.

D ˚a kunden ¨onskade att det skulle vara m ¨ojligt att vakuumforma l ˚adan begr ¨ansades materialvalet till att endast ber ¨ora termoplaster. Vakuumformning ¨onskades d ˚a det ¨ar en l ¨attillg ¨anglig och billig produktions-teknik f ¨or sm ˚a tillverningsvolymer. I m ˚anga hydroponiska system p ˚a marknaden anv ¨ands rostfritt st ˚al som material till odlingsl ˚adorna. Termoplast ¨ar generellt sett dyrare ¨an rostfritt st ˚al. Om arbetet hade ber ¨ort en st ¨orre tillverkningsvolym och d ¨arf ¨or inte haft kravet om vakuumformning ¨ar det m ¨ojligt att ett annat materi-alval hade gjorts.

Anv ¨andningen av DFM som metod var ett bra val d ˚a det hj ¨alpte till att vidareutveckla det valda kon-ceptets konstruktion. Anv ¨andning av standardkomponenter ¨ar f ¨ordelaktigt i denna situation d ˚a endast ett antal akvaponsika system ¨ar planerade att tillverkas i nul ¨aget. Om den i ett senare skede ska tillverkas i st ¨orre volymer kan det bli billigare att ist ¨allet tillverka specialkomponenter. Under DFM identifierades ocks ˚a vakuumformning som den billigaste tillverkningsmetoden f ¨or den aktuella tillverkningsvolymen.

Metoderna som anv ¨andes f ¨or att generera fram det slutliga konceptet ans ˚ags l ¨ampliga d ˚a de p ˚a ett objektivt s ¨att genom urvalsmatrisen valde koncept utifr ˚an m ¨atbara kriterier. N ˚agot som skulle underl ¨attat

utvecklingen av b ˚ade koncepten innan konceptval och utvecklingen av det slutliga konceptet hade varit att ut ¨oka den externa s ¨okningen genom att fr ˚aga experter. Detta d ˚a teamet inte sedan tidigare har n ˚agon erfarenhet med att jobba med vattenfl ¨ode och olika pumpar, vilket gjorde det sv ˚art att till en b ¨orjan identifiera vad som skulle fungera som en m ¨ojlig l ¨osning. Den interna s ¨okningen genom att anv ¨anda brainstorming var ett bra hj ¨alpmedel att utifr ˚an gruppens tidigare erfarenheter identifiera en del omr ˚aden d ¨ar den externa s ¨okningen kunde ske.

F ¨or att ytterligare s ¨akerst ¨alla att det valda konceptet och konstruktionen som arbetet resulterade i ¨ar den mest optimala l ¨osningen b ¨or en prototyp framst ¨allas. Detta f ¨or att f ˚a m ¨ojligheten att i praktik testa konceptet och de olika komponenterna som t ¨ankts anv ¨andas. Sedan utifr ˚an prototyptestningen ˚ater igen vidareutveckla konceptet p ˚a den feedback som f ˚as fr ˚an testerna.

6

Slutsats

I detta arbete var m ˚alet att utveckla en odlingsl ˚ada f ¨or HOME’s akvaponiska system f ¨or hemmabruk. Arbetet resulterade i en CAD-modell med tillh ¨orande ritningar, val av material och best ¨amning av standardkompo-nenter. M ˚alet f ¨or arbetet ¨ar d ¨arf ¨or uppfyllt.

• Odlingsl ˚adan uppfyller kravspecifikationen.

• Odlingsl ˚adan ¨ar den enda specialkomponent i l ¨osningen, resten ¨ar standardkomponenter. Detta g ¨or att den billig och enkel att tillverka i sm ˚a volymer.

• L ˚adan ska vakumformas av termoplasten polypropen. • Varje l ˚ada kopplas till en reversibel pump.

• L ˚adan h ˚alls upp av skenor i odlingssk ˚apet.

FEM-ber ¨akningar har gjorts i Solidworks f ¨or att kontrollera att vilka sp ¨anningar och hur stor utb ¨ojning som uppst ˚ar i l ˚adan vid maximal last. De st ¨orsta sp ¨anningarna i l ˚adan ber ¨aknades till 0.21 Mpa. Den st ¨orsta utb ¨ojningen uppkommer p ˚a mitten av l ˚adans botten och ber ¨aknades till 0.55 mm.

Referenser

[1] Europeiska milj ¨obyr ˚an. Vatten f ¨or jordbruk [Internet]. K ¨openhamn: Europeriska milj ¨obtron; 2012 [upp-daterad 2012-12-13; citerad 2020-04-06]

H ¨amtad fr ˚an:https://www.eea.europa.eu/sv/articles/vatten-for-jordbruk

[2] Polyxeni N-S, Sotirios M, Chrysanthi K, Panagiotis S, Luc H. Chemical Pesticides and Human Health: The Urgent Need for a New Concept in Agriculture. Frontier Media SA. 2016;4:148.

[3] Jos ´e Palma Lampreia dos Santos M, . Smart cities and urban areas—Aquaponics as innovative urba-nagriculture. Urban Forestry and Urban Greening. 2016;20:402-406.

[4] Delaide B, Goddek S, Gott J, Soyeurt H and Haissam Jijakli M.Lettuce (Lactuca sativa L. var. Sucri-ne) Growth Performance in Complemented Aquaponic Solution Outperforms Hydroponics. Water. 2016;8(10):467

[5] Somerville C, Cohen M, Pantanella E, Stankus A, Lovatelli A. Small-scale aquaponic food production. Integrated fish and plant farming [Internet]. Rom: FOOD AND AGRICULTURE ORGANIZATION OF THE UNITED NATIONS:2014

H ¨amtad fr ˚an: http://www.fao.org/in-action/globefish/publications/details-publication/en/c/338354/ [6] Sallenave R. Important Water Quality Parameters in Aquaponics Systems. New Mexico State University.

2016

[7] Ulrich K. T. , Eppinger S. D. Product Design and Development. Sj ¨atte upplagan. New York: McGraw Hill Education; 2016

[8] Solidworks. 3D CAD [Internet].

H ¨amtad fr ˚an: https://www.solidworks.com/category/3d-cad [H ¨amtat:2020-04-03] [9] Granta Design. CES Edupack, ver. 2019 [Programvara]. Cambridge: Granta Design; 2019

H ¨amtad fr ˚an: https://grantadesign.com/education/support/ces-edupack-support/ [H ¨amtad: 2020-05-20]

[10] Ashby F. M. Materials Selection in Mechanical Design. Fj ¨arde upplagan. Oxford: Elsevier Ltd; 2011 [11] Wikberg Nilsson ˚A. , Ericson ˚A. , T ¨orlind P. Design process och metod F ¨orsta upplagan. Lund,

Stu-dentlitteratur AB; 2017

[12] Dahlbrom O, Olsson K-G. Strukturmekanik-moddelering av analys av ramar och fackverk. Andra upplagan. Lund: Studentlitteratur AB; 2015.

[13] Bauhaus. L ˚ADSKENA UTDRAGBAR 50CM GR ˚A [Internet].

H ¨amtad fr ˚an: https://www.bauhaus.se/skapbeslag-utdragbar-50cm-gra#go-to-description [H ¨amtad: 2020-05-05]

[14] Watson Marlow. Hur fungerar peristaltiska pumpar - Industripumpar [Internet].

H ¨amtad fr ˚an: https://www.watson-marlow.com/se-sv/support/how-do-peristaltic-pumps-work-industrial/ [H ¨amtad: 2020-06-23]

[15] Alibaba. Warm mattress mini micro brushless water pump. [Internet].

H ¨amtad fr ˚an: https://www.alibaba.com/product-detail/3-12W-dc-submersible-aquarium-household_62546090830.html?spm=a2700.galleryofferlist.0.0.7d8e13ac0iYbWp&s=p&bypass= true&fullFirstScreen=true [H ¨amtad: 2020-05-05]

A

Ritningsunderlag f ¨

or odlingsl ˚ada

Ritningsunderlag f ¨or odlingsl ˚adan visas i Figur 28. Odlingsl ˚adan ¨ar den enda delen som ska specialtillverkas och ¨ar d ¨arf ¨or den enda ritningen. I 3D-modellerna ¨ar det radier p ˚a 5 grader p ˚a alla kanter. I ritningen har dessa tagits bort f ¨or att g ¨ora det tydligare.