Onderzoek naar toxische dampen aan boord van chemicaliëntankers - Windtunneltesten met eigen gemaakt schaalmodel

Laurent
De Kerf

 

Chemicaliëntankers – Hoe testen we dat deze vervoerwijze van scheikundige producten en emanaties van gevaarlijke gassen eraan verbonden geen gevaar veroorzaakt voor de bemanning van deze schepen? Studenten van het laatste jaar aan de Hogere Zeevaartschool van Antwerpen identificeren de testmethode en verwezenlijken een uigebreide test om de mogelijke gevaren te identificeren en te evalueren om zo deze boten veiliger te maken.
Chloor, ammoniak,  white spirit, tolueen, benzeen of nog xyleen zijn vaak verscheepte producten die in meerdere of mindere mate bijtend, toxisch, brandbaar of milieubelastend kunnen zijn. Toch worden die producten of hun basiscomponenten over zee op dezelfde wijze met een chemicaliëntanker vervoerd.
Chemicaliëntankers zijn bijzonder uitgeruste schepen, zoals hun benaming aangeeft, die scheikundige stoffen vervoeren. Gedurende bepaalde operaties zoals bij het laden, het lossen, het reinigen of ventileren van de tanks kan haar bemanning in contact komen met uitwasemingen en gassen van de chemische producten. De bemanning die op deze tankers gedurende 24u op 24, werken en wonen lopen dus wel degelijk een risico voor hun gezondheid. Verschillende medische onderzoeken en studies toonden aan dat de bemanningsleden op chemicaliëntankers een zekere kans hadden om een kanker op te lopen. Tot nu toe werden er echter geen studies gemaakt om de oorzaak, namelijk de concentratie en de blootstellingtijd aan gevaarlijke producten na te gaan, om zo de gevaarlijke plekken op een schip te ontdekken om de nodige preventieve maatregelen te kunnen treffen. Er was dus een nood aan verdergaand onderzoek.
Het project om de concentratie en de mogelijke blootstelling aan gevaarlijke dampen te kennen begon een paar jaren geleden met aanboort metingen. Door het feit dat een schip in een open gebied vaart maakte het onmogelijk om de verschillende parameters te controleren en te onderzoeken. Zo was het onmogelijk om met de verandering in snelheid en richting van de wind, de relatieve wind en de hoeveelheid en snelheid van de gasuitstoot te evalueren en te bestuderen. Daarom was het nodig om een werkwijze te vinden waarbij de verschillende parameters meetbaar en instelbaar waren. Dit was de insteek om de problematiek met windtunneltesten te bestuderen.
Wie van een windtunnel spreekt, spreekt ook van een schaalmodel. In 2007 ben ik samen met mijn vriend en collega Cédric Brichart begonnen met de bouw van een schaalmodel van de Cristal Emerald. Na het verwerven van de basiskennis “ modelbouw” werd een stappenplan uitgewerkt: de keuze van werkwijze, het opzoeken van de originele scheepsplannen en de aankoop van de nodige bouwmaterialen en hulpmiddelen. Het schaalmodel van de chemicaliëntanker van 112 m lengte werd op een lengte van 2m gebouwd. Het eerste deel van mijn scriptie is een tijdschaal met uitleg over de stappen en werkmethoden die werden gevolgd om het model te bouwen. Daarin worden de parameters, de beslissingen, de fouten en de gekozen opties die tijdens de bouw genomen werden beschreven.
Het tweede deel van mijn scriptie handelt over de testen die met het model in een windtunnel werden uitgevoerd. Hierin wordt elke stap, tussen de eerste opstelling van het model in de windtunnel tot de laatste uitgevoerde test gedurende de maand september 2008 beschreven. De gebruikte windtunnel is de L1-windtunnel van het “von Karman Instituut” gelegen in “Sint-Genesius-Rode”. Deze windtunnel is de grootste “subzone” windtunnel van België. Subzone wil zeggen dat met windsnelheden van 0 tot 100 m/s gewerkt kan worden. Collega student Cédric Brichart, mijn twee promotoren Mevrouw Carine Reynaerts en Kapitein Werner Jacobs, de Ingenieurs van het “von Karman Instituut” Mijnheer Istvan Horvath, Mijnheer Philippe Planquart en Doctor Jeroen Van Beeck waren nauw betrokken bij de uitvoering van de testen. Door deze samenwerking en uitwisseling van ideeën zijn we er in geslaagd om een reeks boeiende testen uit te voeren.
Zoals hierboven vermeld zijn we begonnen met de plaatsing van het model in de windtunnel. De gevaarlijke gassen werden weergegeven door rookgassen, die door een rookgenerator werden geproduceerd. Met deze rookgenerator konden de snelheid van de rook geregeld worden om verschillende simulaties te bestuderen. De gassen werden gekleurd om een optimale weergave ervan te bekomen. Om dit te verwezenlijken werd een lazer, een prisma en een oscillerende spiegel gebruikt. In de scriptie is het verlichtingsysteem van de rook en zijn componenten in diepte uitgelegd.
De volgende grote stap in het project was het opslaan van de afbeeldingen van de rookstromen via een camera op een computerbestand. Om tot en goed resultaat te komen werd een professionele camera (PCO-Pixelfly) gebruikt. De opnames werden verdere geoptimaliseerd door de frequenties van de camera en de oscillerende spiegel af te stemmen en een combinatie met verschillende rookgeneratoren te verwezenlijken. De verschillende parameters werden zo meetbaar gemaakt en met elkaar vergeleken. Een grondige uitleg kan teruggevonden worden in de tweede deel van mijn scriptie.
Gedurende de twee weken windtunneltesten werden in het totaal 178 testen uitgevoerd. Deze testen werden vastgelegd in liefst 60.000 foto’s en kunnen in zes grote types geclassificeerd zijn.
Mijn eindwerk levert dus een groot aantal testgegevens op, die kunnen gebruikt worden om tot de identificatie te komen van de nodige aanpassingen die aan chemicaliëntankers moeten aangebracht worden om ze veiliger te maken. Conclusies over deze mogelijke aanpassingen zullen nu deel uit maken van een verdere studie gedurende het academiejaar 2009-2010.

Bibliografie

 

Geschreven bronnen
·         Barlow B.J., Rae R.H., Pope A.(1999), Low-speed wind tunnels (third edition), New-York, Wiley-Interscience.
·         Carbonaro M. (2006), Test facilities en technical support (VKI 50th Anniversary Edition), The von Karman Institute for fluid dynamics.
·         De Baere, K. (2008), Chemical Tanker Safety, Hogere Zeevaartschool Antwerpen, niet gepubliceerde cursus.
Onlinebronnen
Schaal model
·         Modelisme naval trucs (2007), http://bateaux-alain.chez-alice.fr/ageneral.html, 16 november 2007.
·         Navimodélisme RC (2007), http://navi.modelisme.com/rubrique1.html, le 17 novembre 2007.
·         Yachts modélisme (2007), http://yachtmodlisme.blog4ever.com/blog/index-13933.html, 16 november 2007.
Windtunnels
·         Aerolab (2009), Subsonic wind tunnels, http://www.aerolab.com/, 10 maart 2009.
·         Bradshaw P. en Mehta R. (2003), Wind tunnel design, http://www-htgl.stanford.edu/bradshaw/tunnel/index.html, 10 maart 2009.
·         Lidarcomm (2009), TopoSys Virtually Eliminates Calibration Flights For Aerial LIDAR Surveys, http://lidarcomm.com/id25.html, 25 april 2009.
·         PCO. Imaging (2008), Sensitives Cameras, http://www.pco.de/sensitive-cameras/pixelfly-vga/, 20 april2009.
·         Smoke machines (2009), ‘Colt’ series – portable smoke generators, http://www.smokemachines.net/buy-colt4.shtml, 30 april 2009.
·         The von Karman Institute for fluid dynamics (2007), http://www.vki.ac.be/, 15 november 2007.

Universiteit of Hogeschool
Hogere Zeevaartschool Antwerpen
Thesis jaar
2009