ENGINEERINGNET.BE - Normaal zorgt een dun laagje lucht ervoor dat een vloeistof niet direct tegen een oppervlak slaat.
Dat gas werkt als een kussen en dempt de klap. Bij LNG is die lucht echter vervangen door damp van dezelfde vloeistof, die tijdens een botsing weer vloeibaar kan worden.
“Als die damplaag verdwijnt, krijg je geen zachte landing, maar een harde klap,” zegt onderzoeker Devaraj van der Meer van UTwente.
Om dat effect te isoleren, deden Van der Meer en zijn team experimenten met een speciale vloeistof die bij 34 graden kookt. Zo konden zij bij kamertemperatuur werken, maar wel een vloeistof gebruiken die zich gedraagt als het veel koudere LNG (−162 graden) of vloeibare waterstof (−253 graden).
In hun studie laten de onderzoekers druppels op een oppervlak vallen. Bij lage snelheden gebeurt wat je verwacht: er blijft een kleine dampbel gevangen onder de druppel. Maar zodra de druppel sneller beweegt, gebeurt er iets opvallends.
De damp verdwijnt. “De damp condenseert sneller dan de druppel naar beneden beweegt,” legt Van der Meer uit. “Daardoor kan de druk niet rustig worden opgebouwd. Het dempende effect valt weg.” Het resultaat is een veel hardere botsing dan wanneer dezelfde druppel in lucht zou vallen.
In een ander onderzoek liet het team een metalen schijf inslaan op een bad van dezelfde vloeistof. Door alleen de temperatuur iets te verlagen, steeg de maximale druk bij impact tot wel vijftien keer.
Nog groter werd het effect bij golven. In een testopstelling van onderzoeksinstituut MARIN in Wageningen lieten de onderzoekers brekende golven tegen een wand slaan.
Met 99 druksensoren maten ze wat er gebeurde. Bij water in lucht gedraagt zo’n botsing zich keurig volgens het boekje. Maar bij water in zijn eigen damp liep de druk soms op tot honderd keer hoger.
De oorzaak: een dampbel onder de brekende golf die niet, zoals in lucht, samengedrukt wordt, maar razendsnel instort doordat de damp condenseert.
“In veel veiligheidsstudies wordt gewerkt met een inert gas dat niet kan condenseren,” zegt Van der Meer. “Maar in een echte LNG-tank bijvoorbeeld is de damp allesbehalve inert. Die kan gewoon weer vloeibaar worden.”
Volgens hem is het belangrijk dat ontwerpers en ingenieurs dit effect kennen. “We laten zien dat de fysica anders is dan gedacht. Dat betekent niet dat alles opnieuw moet, maar wel dat je dit niet kunt negeren.”
“We zijn in gesprek met partijen uit de industrie die LNG-containers voor schepen ontwerpen,” zegt hij. “Voor ons is het een beginpunt: we weten nu dat het effect bestaat. De volgende stap is begrijpen wat dit betekent op de schaal van echte transporttanks.”
