20
i Welcome to the 2011 Senior Design Clinic! What you see here today are 13 working prototypes which 8 months ago were nothing more than ideas. Ten companies and nonprofits have engaged our students with the real life experience of asking, “is it possible?” then letting the teams go to work. The teams will all tell you that at times it got tough and they themselves weren’t sure how it was all going to unfold. And that is exactly what we are trying to capture in the St. Thomas Senior Design Clinic. Where the comforts of welldefined textbook problems are abandoned, real engineering emerges. What you see here today is the manifestation of that uncertain process of translating ideas into reality. In short, what you see here today is engineering. On behalf of the School of Engineering faculty, I would like to thank you for coming today. We are grateful for the support of the sponsoring companies and nonprofits who have committed the funds, equipment, and time to truly make this a great experience for our students. And lastly, we are especially grateful for the support of the family and friends that each one of our seniors has relied upon to make it this far in their incredible life journey. Again, thank you and enjoy! Don Weinkauf Dean of Engineering 2011 Senior Design Clinic @ Engineering St. Thomas

2011 Senior Design Brochure - University of St. Thomas · Design Goal: To build a Formula SAE vehicle frame with 50% increase in torsional stiffness with no increase in frame weight

  • Upload
    others

  • View
    1

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: 2011 Senior Design Brochure - University of St. Thomas · Design Goal: To build a Formula SAE vehicle frame with 50% increase in torsional stiffness with no increase in frame weight

 

 

  

   

Welcome to the 2011 Senior Design Clinic!  What you see here today are 13 working 

prototypes which 8 months ago were nothing more than ideas.  Ten companies and 

non‐profits have engaged our students with the real  life experience of asking, “is  it 

possible?” then letting the teams go to work.  The teams will all tell you that at times 

it got tough and they themselves weren’t sure how  it was all going to unfold.   And 

that is exactly what we are trying to capture in the St. Thomas Senior Design Clinic.  

Where  the  comforts  of  well‐defined  textbook  problems  are  abandoned,  real 

engineering  emerges.    What  you  see  here  today  is  the  manifestation  of  that 

uncertain process of translating ideas into reality.   

In short, what you see here today is engineering. 

On behalf of the School of Engineering faculty, I would like to thank you for coming 

today.  We are grateful for the support of the sponsoring companies and non‐profits 

who  have  committed  the  funds,  equipment,  and  time  to  truly make  this  a  great 

experience for our students.   And lastly, we are especially grateful for the support of 

the family and friends that each one of our seniors has relied upon to make it this far 

in their incredible life journey.  

 

Again, thank you and enjoy!    

Don Weinkauf ‐ Dean of Engineering   

2011 Senior Design Clinic

@Engineering St. Thomas

Page 2: 2011 Senior Design Brochure - University of St. Thomas · Design Goal: To build a Formula SAE vehicle frame with 50% increase in torsional stiffness with no increase in frame weight

 

ii 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

       

 

   

Future Force, LLC

Page 3: 2011 Senior Design Brochure - University of St. Thomas · Design Goal: To build a Formula SAE vehicle frame with 50% increase in torsional stiffness with no increase in frame weight

 

iii 

 

 

Table of Contents 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

Solar‐Wind Hybrid Power System‐ Windstrip LLC .......................................................... 1 

Graphics Applicator‐ 3M .................................................................................................. 2 

Fall Detection Device‐ Courage Center ........................................................................... 3 

Electrolysis Based Water Purification Device‐CTI / Cargill Foundation. ........................ 4 

Steam Quality Monitoring System‐ Emerson ................................................................. 5 

Formula SAE Frame Design – FSAE Club / University of St. Thomas. ............................ 6 

Magnetic Drive Transmission ‐ Future Force .................................................................. 7 

Precision Plenum Monitor for Laser Cutting‐ LasX Industries, Inc. ................................ 8 

Static Electricity Jacket for Power Generation – Lockheed Martin. .............................. 9 

Persistent Gliding Waterframe (Seaglider)‐  University of Beira Interior ‐ Portugal .. 10 

Multi‐Linkage Mechanical Creature ‐ University of St. Thomas .................................. 11 

Pipe Lining System‐ 3M ................................................................................................. 12 

Wind Tunnel Test Section –Emerson/ University of St. Thomas ................................. 13 

2010 Senior Design Clinic Projects‐  .............................................................................. 14 

Page 4: 2011 Senior Design Brochure - University of St. Thomas · Design Goal: To build a Formula SAE vehicle frame with 50% increase in torsional stiffness with no increase in frame weight

 

ii 

 

 

 

 

 

 

To find out more about how your company can get involved with the Senior Design Clinic  at St. Thomas, just call our main office. 

(651) 962‐5750  

or email: [email protected] 

   

Page 5: 2011 Senior Design Brochure - University of St. Thomas · Design Goal: To build a Formula SAE vehicle frame with 50% increase in torsional stiffness with no increase in frame weight

 

Solar‐Wind Hybrid Power System 

  

 

Team:  Scott Adkins, Jeffrey Bucholz, Kelsey Hofmeister, Joe Maniaci, Kris Meyer, Linda Lininahazwe  

Clinic Advisor:   Greg Mowry  

Industry Representative: Juha Rouvinen  

(Left  to  Right:  Kelsey  Hofmeister,  Linda  Lininahazwe  (seated), 

Scott Adkins, Kris Meyer, Joe Maniaci, Jeff Buchholz) 

Project Summary: 

The goal of  the Windstrip project  is  to create a standalone  Hybrid  Power  System  (HPS)  for powering cell phone towers.  The HPS combines the power output of a photovoltaic array and a vertical‐axis wind turbine.  The wind turbine will be mounted on  the cell phone  tower while  the PV array is ground mounted. Prior to the start of this project, preliminary design work had been completed  on  the  electronics  and  the  wind turbine  blades.    On  the  electrical  side,  the project objective was  to complete and  test  the 

electronics  and  software  for  the  HPS.   On  the mechanical  side,  the objective was  to design  a 50  ft  retractable  tower  and  a  solar  array installation.    By  allowing  the  tower  to  be remotely  retractable,  the wind  turbine may be lowered  in  extreme weather  conditions  or  for maintenance.   The solar array and wind turbine will  have  a  combined  power  output  of approximately  5  kW  (respectively  2kW  and 3kW).   Design Goal: 

The  goal  of  the  project  is  to  create  a  HPS consisting of a wind turbine and solar array that will  be  installed  in  Sebeka,  Minnesota  at  the headquarters  of  the  West  Central  Telephone Association.  Design Constraints: 

The electronics must be able to handle 5kW 

of combined HPS power.   

Windstrip’s wind turbine was designed to be 

attached to a cell phone tower with a weigh 

of approximately 650 lb.  

 

   

Page 6: 2011 Senior Design Brochure - University of St. Thomas · Design Goal: To build a Formula SAE vehicle frame with 50% increase in torsional stiffness with no increase in frame weight

 

3M Graphics Applicator 

  

 

Team:  Faisal Aldhafeeri, Andrew Kanne, Christopher 

Victor, Joseph Waidelich 

Clinic Advisor:   Chris Haas 

Industry Representative: 

Ronald Steelman and Mike Kesti 

(Left  to  Right:  Chris  Victor,  Faisal  Aldhafeeri,  Joe  Waidelich, 

Andrew Kanne) 

 

Project Summary: 

3M needs an  improved heat applicator to apply 

its  large scale commercial graphics onto various 

textured  surfaces.  The  large  scale  graphics  are 

printed on thermoplastic films.  Heat is required 

to soften the film and pressure used so the film 

can be bonded deep into the textures of various 

surfaces.  Today,  3M  uses  the  TSA‐4  (Textured 

Surface Applicator)  ‐‐  basically  an  electric  heat 

gun  ‐‐  to  apply  commercial  graphics  at  varying 

different heights, angles and positions. The TSA‐

4  requires  access  to  a  typical  120  VAC  wall 

outlet, which  limits where jobs and applications 

can be performed.   The emphasis on providing 

greater  portability  was  our  primary  design 

criteria.  

 

Design Goal: 

 

To design and create a  low‐cost prototype  that 

demonstrates  the  capability of producing more 

radiant energy to heat the graphic  film without 

requiring access to 120VAC electrical power. 

  Design Constraints: 

The  prototype  must  be  lightweight  and portable.  

The  prototype must  avoid  an  electric  heat source. 

The  Prototype  should  meet  graphic application  requirements and cost  less  than $500 to manufacture. 

 

 

   

Page 7: 2011 Senior Design Brochure - University of St. Thomas · Design Goal: To build a Formula SAE vehicle frame with 50% increase in torsional stiffness with no increase in frame weight

 

Fall Detection Device 

  

 

 

 

Team:  Rasheed Abdulkader, Jason Berger, Angela 

McGehee, Dan Rodemann 

Clinic Advisor:   Dr. Ramesh Rajagopalan 

Industry Representatives: Erik Steen and Audrey Kintzi  

(Left To Right: Jason Berger, Dan Rodeman, Angela McGehee, Rasheed Abdulkader) 

Project Summary: 

One of the biggest dangers of an elderly relative 

or a rehabilitative patient living alone is the risk 

of  falling,  and  not  being  physically  able  to  call 

for  help.    Injuries  can  become  more  severe 

when  help  is  out  of  reach.  Our  design 

automatically detects a fall using a combination 

of  two  sensors:  an  accelerometer  (which 

provides information about the user’s change in 

speed)  and  a  gyroscope  (which measures  how 

fast the user rotates).  This in‐home device is to 

be worn above one’s chest, near the collarbone.  

Design Goal: 

To create a  small, unobtrusive,  low cost device 

that will accurately detect a fall. The device will 

have  a  detection  accuracy  of  90  percent,  a 

battery  life  of  20  hours,  communicate  to  a 

computer  up  to  40 meters  away,  and  will  be 

smaller that 3x3x1 (inches). Once a fall has been 

detected,  an  automatic  alert  message  will  be 

sent  to  a  caretaker  of  the  user’s  choice.    The 

rechargeable device will operate independent of 

charge for a day. 

Design Constraints: 

In order  to detect a  fall using a gyroscope,  it  is 

necessary  to  determine  how  a  person  is 

oriented  relative  to  the ground. The process of 

detecting  this  orientation  and  the  different 

movements 

 

   

Page 8: 2011 Senior Design Brochure - University of St. Thomas · Design Goal: To build a Formula SAE vehicle frame with 50% increase in torsional stiffness with no increase in frame weight

 

Electrolysis Based Water Purification Device 

 

  

 

Team:  Ahmed  Abuabdullah,  Kyle  Biddle,  Christopher Cogan, Anna Garin and Elizabeth Langer 

Clinic Advisor:   David Gasperino—Cargill 

Industry Representative: Dr. H. Murali  

(Left to Right: Anna Garin, Ahmed Abuabdullah, Kyle Biddle, Chris Cogan, Beth Langer) 

Project Summary: 

Compatible  Technology  International  (CTI)  is  a 

nonprofit  organization  that  alleviates  hunger 

and poverty in the developing world with simple 

life‐changing  food  and water  technologies.  CTI 

requested  that our design  team develop a  low‐

cost water purification device using electrolysis 

as  the  purification  technology.   The  water 

purification  device  eliminates  common 

pathogens  from  water  sources  found  in 

developing  countries  and  provides  clean water 

for the day‐to‐day needs of a typical family.  The 

water  purification  device  is  human‐powered, 

extremely durable, and easy to use.  The device 

can be manufactured using  tools and materials 

readily found in the countries where CTI plans to 

deploy the technology. 

 

Design Goal: 

The design goal is to design a device that can kill 

99%  of  Escherichia  coli  (E.  coli)  present  in  five  

gallons  of  water  using  46  watts  generated  by 

human power  in 30 minutes with a device  that 

must  be  under  $50,  excluding  the  power 

generation. 

Design Constraints: The water purification unit must be $50 or  less 

excluding  the  power  source.   It  will  include  a 

pre‐filter  screen  and  will  use  electrolysis  with 

common table salt as the electrolyzer to create 

chlorine for killing E. coli.  The unit must be able 

to purify five gallons of water in 30 minutes.   

 

 

   

Page 9: 2011 Senior Design Brochure - University of St. Thomas · Design Goal: To build a Formula SAE vehicle frame with 50% increase in torsional stiffness with no increase in frame weight

 

Steam Quality Monitoring 

System 

  

Team:  Kirk Baglien, Kirsten Halstead, Alan Intveld, Joe 

Murphy 

Clinic Advisor:   Chris Haas 

Industry Representative: 

Roger Pihlaja 

(Left  to Right:  Joe Murphy, Kirsten Halstead, Kirk Baglien, Alan 

Intveld)    

Project Summary: 

The engineering challenge for our group was to 

design and build a  low‐cost,  in‐line device to be 

used  for  measuring  the  quality  of  saturated 

steam.  There  are  currently  no  devices  on  the 

market capable of such measurement. Steam  is 

used in a wide variety of fields that utilize steam 

for  process  heating,  electricity  generation,  and 

heating of liquid tanks. The usage of steam as an 

energy transport medium can account for up to 

25 percent of a plant’s total cost in utilities. The 

ability  to  monitor  steam  quality  insures  the 

customer  that  they  are  getting  the  highest 

quality  of  steam  possible  and  allows  effective 

management of their energy usage. An effective 

steam  flow  metering  device  could  serve  the 

market  today by  saving  the  customer 10  to 15 

percent in their total fuel cost. 

Design Goal: To design and build a  low‐cost,  in‐line device to 

be used  for measuring  the quality of  saturated 

steam. 

 

Design Constraints: 

Overall manufacturing  cost  to  be  less  than $20,000 

Steam quality measurement  to occur  every ten minutes with accuracy of 10%. 

Design  must  be  consistent  with  applicable design and safety standards 

Max.  operating  pressure  of  250  psi  and temperature of 406 °F 

   

Page 10: 2011 Senior Design Brochure - University of St. Thomas · Design Goal: To build a Formula SAE vehicle frame with 50% increase in torsional stiffness with no increase in frame weight

 

Formula SAE Frame 

Design 

  

 

 

 

Team:  Michael  Cowdrey,  Hans  Pflaumer,  William Besser, James Moorman, Sven Hendrickson 

 Clinic Advisor:   Don Weinkauf               (Left to Right: Michael Cowdrey, Hans Pflaumer, William Besser, 

James Moorman, Sven Hendrickson 

Project Summary: 

The  Senior  Design  Clinic  objective  for  the 

Formula  SAE  (FSAE)  team  was  to  research, 

design  and  build  an  improved  open‐wheeled 

race  vehicle  frame.  The  benefits  of  a  superior 

design are twofold. First,  forces experienced by 

the frame are distributed throughout the entire 

vehicle,  which  limits  the  effects  from  sudden 

changes in force while racing. Secondly, a frame 

that  is designed to be stiff provides exceptional 

suspension performance, which  in turn  leads to 

better  overall  vehicle  performance.  In  the 

design  of  this  frame,  improvements will  be  an 

increase  in  torsional  stiffness  of  at  least  15 

percent, while maintaining all FSAE competition 

criteria  and  not  increasing  weight  or  cost 

significantly. Our baseline for  improvement was 

a  frame produced  for  the FSAE  competition by 

Marquette University. 

 

Design Goal: 

To build a Formula SAE vehicle  frame with 50% 

increase in torsional stiffness with no increase in 

frame weight. 

 

Design Constraints: 

The  construction of  the  frame was  constrained 

by  rules  set  out  by  the  Society  of  Automotive 

Engineers  (SAE)  for  competition.  These  rules 

impact  construction  material,  material 

thickness,  frame  member  location,  and  frame 

member length. 

 

 

   

Page 11: 2011 Senior Design Brochure - University of St. Thomas · Design Goal: To build a Formula SAE vehicle frame with 50% increase in torsional stiffness with no increase in frame weight

 

Magnetic Drive 

Transmission 

Future Force, LLC  

 

Team:  Mohammed Al‐Mohsin, Jeremy Berghoff, Erik Eaton, 

Brian Jensen  

Clinic Advisor:   Ranjan Chakravarty 

Industry Representative: Alex Hine  

(Left to Right: Erik Eaton, Mohammed Al‐Mohsin, Jeremy Berghoff, Brian Jensen) 

Project Summary: 

Traditional  gear  drive  systems  arelimited  by 

individual gear wear or failure and the need for 

lubrication  ‐‐  costly  aspects  in  maintaining  a 

properly  functioning  geared  system.  Future 

Force has developed a functioning prototype of 

an  in‐line  Magnetic  Drive  that  avoids  those 

issues. In place of meshed gears, it uses rotating 

magnets on the input shaft to transfer torque to 

the output  shaft. Our  task was  to design  three 

different  gearboxes  with  2:1,  5:1,  and  15:1 

ratios.  We  were  fabricated  a  functioning  2:1 

gearbox  to  demonstrate  design 

manufacturability.  

Design Goal: 

Design a magnetic drive that maximizes ease of 

assembly  and  manufacturability  while 

minimizing  assembly  time  and  cost‐to‐

manufacture.    Quality,  simplicity,  and  safety 

were other key  factors  in determining our  final 

design. 

Design Constraints:  

Maintain 982% efficiency  Withstand 3600 rpm output 

Safety  factor  of  3  with  maximum  load requirements  

Radial tool direction 

Removable cover 

Low cost to manufacture  

 

 

   

Page 12: 2011 Senior Design Brochure - University of St. Thomas · Design Goal: To build a Formula SAE vehicle frame with 50% increase in torsional stiffness with no increase in frame weight

 

Precision Plenum Monitor for Laser Cutting 

 

 

 

  

Team:  Josh  Jeske, Kyle Mader, Craig Martin, and Matt Moore  

Clinic Advisor:   James Ellingson 

 

Industry Representative: 

Kevin Kingbeil 

(Left  to Right: Matthew Moore, Kyle Mader, Craig Martin,  Josh 

Jeske) 

Project Summary: 

LasX  Industries  cuts  precision  parts  from web‐

based materials using a precisely guided laser. A 

plenum  is  attached  to  the work  surface  and  a 

vacuum  system  is  used  to  remove  debris  and 

heat  from  the  processed  material.  Material 

displacement  is  caused  by  changes  in  pressure 

at  the  work  surface  during  processing.  The 

pressure  at  the  work  surface  is  currently  not 

controllable by the current plenum and vacuum 

system.  

Vertical  displacement  in  the  web  during 

processing can lead to out‐of‐specification parts. 

Deflection  of  the  web  during  cutting  creates 

errors due to changes  in spot size and  location. 

The kerf or width of  the cut becomes  larger as 

the material moves  away  from  the  focal  point 

and the beam is more spread out and therefore 

is  less  powerful.  Vertical  displacement  of  the 

web during cutting also creates error  in the cut 

due  to  the  processing  angle  of  the  laser..  The 

combination  of  increased  kerf  and  position 

changes  reduces  the accuracy of  the parts and 

may cause the production of invalid parts.  

 

Design Goal: 

To build a control system that will monitor and 

control  plenum  vacuum  to minimize  deflection 

changes in the material during cutting to keep a 

cut part tolerance of ±50µm. 

 

Design Constraints: 

One  of  the  biggest  challenges  our  team  faced 

was  controlling  the  vacuum  and  deflection  of 

the material at the very high speed of the  laser 

process.  

 

 

 

 

   

Page 13: 2011 Senior Design Brochure - University of St. Thomas · Design Goal: To build a Formula SAE vehicle frame with 50% increase in torsional stiffness with no increase in frame weight

 

Static Electricity Jacket for Power Generation 

  

  

Team:  Ryan Huynh, Nicholas Pooler, Hans Rieckmann, Dan Schupp  

Clinic Advisor:   Ranjan Chakravarty 

Industry Representative: Bob Monson 

(Left to Right: Nick Pooler, Hans Rieckmann, Ryan Huynh, Dan Schupp) 

 Project Summary: 

Static electricity  is everywhere.   We  run  into  it 

on  a  daily  basis  when  touching  a  door  knob, 

petting  a  cat,  or  drying  laundry.    Very  little  is 

known  about  converting  static  electricity  to 

useable  energy.    We  drew  on  existent 

knowledge  and  created  a wearable  jacket  that 

harnesses  static  electricity.  The  energy  is 

generated passively by the ruffling of the jacket 

that  naturally  occurs  while  the  wearer  is 

moving.    This  static  electricity  is  built  up  and 

usually wasted.   Our  jacket  captures  the  static 

charge, then stores and regulates it for practical 

applications.  This system could reduce the need 

for extra or  large batteries being carried by the 

armed  forces,  travelers,  or  those  in  remote 

locations. 

 

Design Goal: 

To  design  a  jacket  that  produces  a  useable 

amount  of  electrical  energy  through means  of 

static sequestration.  

 

Design Constraints:  

 

The jacket must  look  like a normal jacket, being 

both  comfortable and unobtrusive.    It must be 

completely  safe  to  wear,  causing  no  harmful 

interference in the user’s activities and life.  The 

jacket  will  generate  power  and  store  it  in  a 

battery  for  convenient  usage,  and  the  power 

output will  be  regulated  to  5VDC  that  can  be 

used by USB chargers. 

     

Page 14: 2011 Senior Design Brochure - University of St. Thomas · Design Goal: To build a Formula SAE vehicle frame with 50% increase in torsional stiffness with no increase in frame weight

 

10 

Persistent Gliding Waterframe 

    Team:  Matthew Deutsch, Sean Engen, Jim Giancola, 

Josh Kleven, Frances Van Sloun, J.B. Korte   

Clinic Advisor:   Chris Greene 

Industry Representative: Scott Morgan 

(Left to Right: : James Giancola, Sean Engen, Francis Von Sloun, 

J.B. Korte, Josh Kleven, Matthew Deutsch) 

Project Summary: 

This  project  is  a  collaborative  effort  between 

Scott Morgan,  the  University  of  Beira  Interior, 

Covilhã, Portugal  (UBI) and the University of St. 

Thomas,  St.  Paul, MN.    The  Persistent  Gliding 

Waterframe  (PGW)  will  serve  as  a  sensor 

platform in a coordinated international effort to 

quantify  and  monitor  the  oceans  ability  to 

produce sources of protein destined  for human 

consumption.  An  underwater  glider  uses  a 

change  in  buoyancy,  wing  configuration,  and 

dive angle  to “propel”  itself  forward using very 

low  power  consumption.  This  constitutes  the 

first year of a  five year‐long project.   During  its 

first  year,  the  UST  team  had  to  determine 

suitable  subsystem  requirements  from  the 

system  requirements,  then  design  subsystems 

to meet  those  requirements  and designed  and 

tested  the  propulsion,  navigation,  control,  and 

power  subsystems while collaborating with UBI 

which designed the waterframe.  

Design Goal: 

Develop  a  low‐cost,  effective,  efficient, 

autonomous underwater vehicle  for production 

in mass quantities. 

Design Constraints:   

Capable  of  autonomous  operation  for  a minimum period of four contiguous months 

Useful  life  of  two  years  for  the  navigation and power systems 

Accuracy within 1000 meters upon returning to the surface after a dive of 300 meters 

Ability  to  determine  a  new  trajectory  and headings for the next dive 

Ability to recharge batteries during mission    

   

Page 15: 2011 Senior Design Brochure - University of St. Thomas · Design Goal: To build a Formula SAE vehicle frame with 50% increase in torsional stiffness with no increase in frame weight

 

11 

Multi‐Linkage Mechanical 

Creature 

 

  

 Team:  Alex Benson, Ryan McCarthy, Michael St. 

Dennis, Adam Truhler, Matthew Maurer 

Clinic Advisor:   Mike Hennessey 

(Left to Right: Alex Benson, Ryan McCarthy, Michael St. Dennis, 

Adam Truhler, Matthew Maurer) 

Project Summary: 

The purpose of this design project  is to develop 

a  robot  to  serve  as  a  legged  locomotion 

technology  demonstrator.    This  robot,  named 

A.I.R.  (Awe  Inspiring  Robot),  uses  linkages 

designed by Theo  Jansen  to achieve an animal‐

like  walking movement  as  an  alternative  to  a 

rolling  motion.    This  design  uses  a  chassis  of 

expanded  aluminum,  supported by  two  sets of 

eight‐bar  linkages.    The  robot  is driven by  two 

0.75  hp  12VDC  Leeson  electric  motors  and 

powered by a 12 VDC deep‐cycle battery.   Due 

to the range of possible venues – parades or at 

football  halftimes,  for  example  –  it  must  be 

operable on  a  variety of hard  surfaces without 

causing  damage.    Key  decision  considerations 

included  means  of  locomotion,  operating 

capabilities,  size,  public  safety  and  system 

reliability. 

Design Goal: 

To build a  robot  that uses multi‐linkage  legged 

locomotion. 

Design Constraints: 

Must be portable in a knock‐down state and easily reassembled. 

Must have low emissions and operate below 85dB. 

Must walk at 2‐4 mph 

Must be able to be  in continuous operation for at least 2 hours 

Must  be  able  to  walk  at  least  2.5  miles without stopping 

Must  be  suitable  for  operation  in  high density areas 

 

 

 

   

Page 16: 2011 Senior Design Brochure - University of St. Thomas · Design Goal: To build a Formula SAE vehicle frame with 50% increase in torsional stiffness with no increase in frame weight

 

12 

3M Pipe Lining System 

  

Team:  Ying Yang, Derek Olson, Shane Norman, Nate McNamara, Austin Wittrock   

Clinic Advisor:   John Wentz  

Industry Representative: Clint Jones – 3M 

(Left to Right: Ying Yang, Derek Olson, Shane Norman, Nate McNamara, Austin Wittrock) 

 Project Summary: 3M  formed  the  Water  Infrastructure  EBO 

(Emerging Business Opportunity)  in response to 

a  global  demand  for  in‐situ  water  main 

rehabilitation.    Current  efforts  are  focused  on 

applying  a  rapid  setting  polyurea  lining within 

pipes  ranging  from 6  to 24  inches  in diameter.  

The  existing  spray  delivery  system  involves 

pumping  resin  through  a  700‐foot  heated 

umbilical  and  statically  mixing  the  two‐part 

chemistry  shortly  before  it  enters  a  spinning 

cone  that centrifugally applies  the chemistry  to 

the  pipe  wall.    The  current  application motor 

uses pneumatic power  to  spin  the  cone, and  it 

has  the  tendency  to  stall  when  coming  into 

contact with any external  force during the pipe 

lining process due to  insufficient torque.   There 

are  currently  no  sensing  capabilities 

downstream  in  the  spray  delivery  system  to 

measure  operating  conditions  within  the  pipe 

being  rehabilitated.    An  alternating  current 

electric  motor  and  drive  system  has  been 

chosen  to  be  prototyped.    The  prototype  will 

possess more than 10x greater stall torque than 

the  current  design  and  will  offer  operating 

condition feedback and control to the operator.   

 

Project Mission: 

To implement a motor with higher torque while 

maintaining  acceptable  cone  speed,  create  a 

process  controller  with  feedback  to  the 

operator,  build  a  working  prototype  that  will 

successfully coat a six‐foot section of pipe within 

the 3M test facility. 

 

Design Constraints: 

The motor must be able to operate  in pipes 

ranging  from  6  to  24  inches  in  diameter 

while  accommodating  bends  up  to  20 

degrees,  thus all  rigid  sections must be  less 

than 18 inches in length. 

The  motor  must  be  able  to  be  powered 

through a 700‐foot umbilical. 

 

   

Page 17: 2011 Senior Design Brochure - University of St. Thomas · Design Goal: To build a Formula SAE vehicle frame with 50% increase in torsional stiffness with no increase in frame weight

 

13 

Wind Tunnel Test Section 

for Fluid Dynamics 

Demonstration 

  

   Team:  Benton Garske, Daniel Lucey, Brian Osende, 

Nathan Uecker, Chad Weigelt 

Clinic Advisor:   Don Weinkauf   

 (Left to Right: Ben Garske, Brian Osende, Nathan Uecker, Chad 

Weigelt, Dan Lucey) 

 Project Summary: The  Wind  Tunnel  Team  was  tasked  with 

providing  a  hands‐on  demonstration  device  to 

supplement  the  new  Engineering  Course  on 

Fluid  Dynamics.  The  team  first  established  the 

need  for  an  educational  device  to  provide  a 

hands‐on  experience  and  that  a  wind  tunnel 

would  fulfill  that  need.    The  team  fully 

instrumented  the  test  section  to  measure 

temperature,  drag  and  lift  forces,  and  wind 

velocity, and constructed a test section designed 

to simplify experiment set‐up.   The wind tunnel 

sytsem will  allow  students  to  explore  different 

fluid  dynamic  principles  including  drag/lift, 

blockage,  flow  around  blunt  objects,  heat 

transfer, and the Bernoulli principle. 

 

Project Mission: 

The  objective  of  this  project  was  to  provide 

undergraduate  engineering  students  at  the 

University  of  St.  Thomas  with  a  hands‐on 

experience in fluid dynamic concepts.   

 

Design Constraints: 

The  device  must  demonstrate  fluid  dynamic 

concepts  in an understandable and controllable 

manner  to  provide  a  strong  educational 

experience.    The device must make use of  the 

university’s  limited  lab  space,  necessitating  a 

small  footprint.  The  device  must  be  safe, 

reliable,  and  robust,  and  must  add  a  strong 

hands‐on  component  to  the  fluid  dynamics 

curriculum. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 18: 2011 Senior Design Brochure - University of St. Thomas · Design Goal: To build a Formula SAE vehicle frame with 50% increase in torsional stiffness with no increase in frame weight

 

14 

2010 Senior Design Clinic Projects 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

Three Phase Flow Meter for Oil Well Monitoring‐ Emerson   ..........................................  

Retroviewer Redesign for Retro‐Reflective Film Authentication‐ 3M   ...........................  

Pediatric Vein Transilluminator‐ Designwise Medical ......................................................  

Introducer Sheath for Femoral Artery Surgery‐ Cardiovascular Systems, Inc. ................  

Electrical Generator Heat Pipe System‐ Lockheed Martin ...............................................  

Gastro‐Intestinal Implant‐ Metamodix, Inc. .....................................................................  

Retractable Windscreen for Touring Motorcycle‐ Polaris ................................................  

Pavement Marking Road Groove Depth Sensor & Logger‐ 3M ........................................  

Hydrogen Peroxide Decomposition Chamber ‐ Future Force, LLC. ..................................  

Machine Vision System for Laser Cutting‐ LasX Industries, Inc  .......................................  

Control Panel Assembly Cart‐ Design Ready Controls ......................................................  

Fast Retraction Metal Punch‐ Mate Precision Tooling .....................................................  

Reduced Effort Motorcycle Clutch‐ Polaris .......................................................................  

Shea Butter Mixer‐ Shea Yeleen International .................................................................  

Vortex Wind Energy System‐ Lockheed Martin ................................................................  

Design of Z‐Axis Scan Head for 5kW Laser‐ LasX Industries, Inc. .....................................  

Seed Potato Cooling Structure for Rural Mali ‐ USDA ......................................................  

Magnetic Car Top Bike Rack System‐ Four Peaks ............................................................. 

Page 19: 2011 Senior Design Brochure - University of St. Thomas · Design Goal: To build a Formula SAE vehicle frame with 50% increase in torsional stiffness with no increase in frame weight

 

15 

 

 

 

 

 

   

Page 20: 2011 Senior Design Brochure - University of St. Thomas · Design Goal: To build a Formula SAE vehicle frame with 50% increase in torsional stiffness with no increase in frame weight

 

16 

Thank you, Seniors!