Een dichtgekoekte pijpleiding is voor de baggeraar een nachtmerrie. Flink doorspoelen, een patent middel om verstoppingen te voorkomen, kost veel energie en blijkt bovendien overbodig.
Volgens promovendus Vaclav Matousek kan een plaatselijke opeenhoping het materiaaltransport in leidingen zelfs bevorderen, een baanbrekend inzicht waarvoor de baggergemeenschap hem onlangs de IADC Award heeft toegekend.
De Nederlandse baggeraar heeft wereldwijd een uitstekende reputatie. Desondanks blijkt zijn know-how in de praktijk vaak gebaseerd op vrij ruwe empirie. Matousek ontdekte tijdens zijn onderzoek naar de stroming van mengsels van water en gronddeeltjes in pijpleidingen, dat deze zich anders gedraagt dan tot nu toe werd verondersteld.
,,Bij de empirische modellen wordt gebruik gemaakt van eenvoudige parameters als dichtheid, druk en snelheid van de materiaalstroom aan het begin van de buis. Maar de plaatselijke materiaalverdeling, die nodig is voor een goede beschrijving van het gedrag, wordt daarbij buiten beschouwing gelaten”, vertelt Matousek, als aio werkzaam bij de groep baggertechnologie en bulktransport van de faculteit Werktuigbouwkunde.
Figuur 1 Matousek: ,,De oude empirische methoden gingen uit van een te eenvoudig model”
Afgegraven slib wordt door meestal kilometerslange pijpleidingen afgevoerd. Om de stroom op gang te houden worden daarom op geregelde afstanden boosterstations aangebracht, die de smurrie een extra duwtje in de rug geven. Hierdoor ontstaan in de leiding lichte schokgolven, die plaatselijk materiaalconcentraties voortbrengen. Tot nu toe nam men echter gemakshalve aan dat deze zich tijdens het transport door de buis vanzelf uitvlakten.
Tijdens metingen bleek dit evenwel niet het geval te zijn. Met een fysisch model heeft Matousek het mechanisme achter deze onverwachte uitkomst bloot weten te leggen. ,,Door turbulentie krijg je drukverschillen in de leiding, die weer dichtheidsverschillen tot gevolg hebben. Soms wordt de dichtheid zo hoog dat dit verstoppingen, oftewel plugs, kan opleveren”, licht hij toe. ,,En dit verschijnsel doet zich, in tegenstelling tot de verwachting, over de gehele lengte van de leiding voor.”
Mayonaise
Matouseks model heeft belangrijke implicaties voor de baggerpraktijk. Als de snelheid van de materiaalstroom in een pijpleiding beneden de kritische waarde komt, kan ontmenging optreden waarbij de vaste deeltjes als een soort mislukte mayonaise op de buiswand neerslaan. Om dit te vermijden geven baggeraars de materiaalstroom daarom bij voorkeur een hoge snelheid. Dit vergt echter veel energie en is volgens Matousek ook helemaal niet nodig.
,,De plugs kunnen het sediment meesleuren, en zo bijdragen aan het transport”, verklaart hij. ,,Met mijn model kun je de hiervoor optimale doorstroomsnelheid bepalen, die iets boven de kritische snelheid ligt. Zo kun je de economie van een baggeroperatie tegen de bedrijfszekerheid afzetten.”
Dit ‘dotter-effect’ was voor de baggerwereld een grote eye-opener. Tijdens het 14th World Dredging Congress dat medio november plaatsvond, kreeg Matousek voor zijn ontdekking uit handen van minister Jorritsma een aanmoedigingsprijs van de International Association of Dredging Companies, een overkoepelende organisatie van baggerbedrijven.
Voor Matousek ligt de waarde van deze erkenning echter niet in de geldprijs van duizend dollar die eraan verbonden is. ,,De oude empirische methoden gingen uit van een te eenvoudig model, en bleken dit verschijnsel dan ook niet te kunnen voorspellen”, benadrukt hij. ,,Dit toont maar weer eens aan dat wetenschappelijk onderzoek van wezenlijk belang is voor de praktijk, en niet slechts een speeltje is voor academici.”
Een dichtgekoekte pijpleiding is voor de baggeraar een nachtmerrie. Flink doorspoelen, een patent middel om verstoppingen te voorkomen, kost veel energie en blijkt bovendien overbodig. Volgens promovendus Vaclav Matousek kan een plaatselijke opeenhoping het materiaaltransport in leidingen zelfs bevorderen, een baanbrekend inzicht waarvoor de baggergemeenschap hem onlangs de IADC Award heeft toegekend.
De Nederlandse baggeraar heeft wereldwijd een uitstekende reputatie. Desondanks blijkt zijn know-how in de praktijk vaak gebaseerd op vrij ruwe empirie. Matousek ontdekte tijdens zijn onderzoek naar de stroming van mengsels van water en gronddeeltjes in pijpleidingen, dat deze zich anders gedraagt dan tot nu toe werd verondersteld.
,,Bij de empirische modellen wordt gebruik gemaakt van eenvoudige parameters als dichtheid, druk en snelheid van de materiaalstroom aan het begin van de buis. Maar de plaatselijke materiaalverdeling, die nodig is voor een goede beschrijving van het gedrag, wordt daarbij buiten beschouwing gelaten”, vertelt Matousek, als aio werkzaam bij de groep baggertechnologie en bulktransport van de faculteit Werktuigbouwkunde.
Figuur 1 Matousek: ,,De oude empirische methoden gingen uit van een te eenvoudig model”
Afgegraven slib wordt door meestal kilometerslange pijpleidingen afgevoerd. Om de stroom op gang te houden worden daarom op geregelde afstanden boosterstations aangebracht, die de smurrie een extra duwtje in de rug geven. Hierdoor ontstaan in de leiding lichte schokgolven, die plaatselijk materiaalconcentraties voortbrengen. Tot nu toe nam men echter gemakshalve aan dat deze zich tijdens het transport door de buis vanzelf uitvlakten.
Tijdens metingen bleek dit evenwel niet het geval te zijn. Met een fysisch model heeft Matousek het mechanisme achter deze onverwachte uitkomst bloot weten te leggen. ,,Door turbulentie krijg je drukverschillen in de leiding, die weer dichtheidsverschillen tot gevolg hebben. Soms wordt de dichtheid zo hoog dat dit verstoppingen, oftewel plugs, kan opleveren”, licht hij toe. ,,En dit verschijnsel doet zich, in tegenstelling tot de verwachting, over de gehele lengte van de leiding voor.”
Mayonaise
Matouseks model heeft belangrijke implicaties voor de baggerpraktijk. Als de snelheid van de materiaalstroom in een pijpleiding beneden de kritische waarde komt, kan ontmenging optreden waarbij de vaste deeltjes als een soort mislukte mayonaise op de buiswand neerslaan. Om dit te vermijden geven baggeraars de materiaalstroom daarom bij voorkeur een hoge snelheid. Dit vergt echter veel energie en is volgens Matousek ook helemaal niet nodig.
,,De plugs kunnen het sediment meesleuren, en zo bijdragen aan het transport”, verklaart hij. ,,Met mijn model kun je de hiervoor optimale doorstroomsnelheid bepalen, die iets boven de kritische snelheid ligt. Zo kun je de economie van een baggeroperatie tegen de bedrijfszekerheid afzetten.”
Dit ‘dotter-effect’ was voor de baggerwereld een grote eye-opener. Tijdens het 14th World Dredging Congress dat medio november plaatsvond, kreeg Matousek voor zijn ontdekking uit handen van minister Jorritsma een aanmoedigingsprijs van de International Association of Dredging Companies, een overkoepelende organisatie van baggerbedrijven.
Voor Matousek ligt de waarde van deze erkenning echter niet in de geldprijs van duizend dollar die eraan verbonden is. ,,De oude empirische methoden gingen uit van een te eenvoudig model, en bleken dit verschijnsel dan ook niet te kunnen voorspellen”, benadrukt hij. ,,Dit toont maar weer eens aan dat wetenschappelijk onderzoek van wezenlijk belang is voor de praktijk, en niet slechts een speeltje is voor academici.”
Comments are closed.