VAF Instruments laat schepen zuiniger varen

’Vracht- en containerschepen worden nog steeds groter‘, leidt Douwe Vellinga, technisch manager van VAF Instruments, het onderwerp brandstofbesparing in. ’Zo lag half december het grootste containerschip ter wereld in de Europahaven van de Rotterdamse Maasvlakte. De Marco Polo is 396 meter lang, 54 meter breed en heeft een 14 cilinder Wärtsila/Sulzer-hoofdmotor met cilinderdiameters van circa een meter. Die kolossale motor levert tachtigduizend kW en verbruikt zo‘n veertien ton zware olie per uur. Daarmee haalt dit schip, waar zestienduizend containers op kunnen, een snelheid van bijna 40 km/uur. Als je dan weet dat een ton zware olie momenteel zo‘n zes- à zevenhonderd dollar kost, is het geen verrassing dat de eigenaar van dat schip per jaar meer dan twintig miljoen dollar kwijt is aan brandstof.‘

Het kan nog extremer: in de loop van dit jaar neemt Maersk de eerste van een nieuwe generatie nog grotere containerschepen in de vaart. Op dat schip is plaats voor meer dan achttienduizend twintigvoets containers. Het verbruik van dat schip zal dus nog hoger zijn en hoewel dit natuurlijk extreme schepen zijn en niet elk schip zo veel olie verstookt, is het om meerdere redenen altijd interessant om het brandstofverbruik te minimaliseren. Dit ook omdat alle zeeschepen boven vierhonderd ton sinds 1 januari een Ship Energy Efficiency Management Plan aan boord moeten hebben. Daarin moet staan hoe ze het energieverbruik omlaag gaan brengen. De Energy Efficiency Operational Indicator is de bijbehorende monitoringtool waarmee de efficiency in kaart wordt gebracht en het effect van operationele wijzigingen direct meetbaar is.

Vellinga: ’Wij spelen goed op die ontwikkeling in want met onze systemen kun je de energie-efficiency van een schip per onderdeel meten en optimaliseren. De investering in de benodigde instrumenten en systemen wordt door de kostenbesparing op brandstof binnen enkele maanden tot anderhalf jaar terugverdiend, dus vandaar dat steeds meer schepen hiermee zijn en worden uitgerust.‘

VAF zette een filmpje op Youtube over de toepassing van zijn T-Sense op een ferryschip van P&O dat tussen Nederland en Engeland vaart. ’Per overtocht bespaart P&O door ons systeem zo‘n vijfhonderd dollar‘, weet Vellinga. ’Dat vertaalt zich in een besparing van negentigduizend dollar per schip per jaar.‘

Rekstrookjes

Om het brandstofverbruik van een schip terug te dringen, zul je over een aantal actuele waarden moeten beschikken zodat je de afstelling kunt optimaliseren. Zo is de brandstofflow een belangrijk gegeven. Maar ook het koppel dat de motor levert via de hoofdas en de daadwerkelijke stuwkracht van de schroef moeten bekend zijn. Om te beginnen, biedt VAF hiervoor een scala aan flowmeters. Hoewel hiervoor verschillende technieken mogelijk zijn, valt de PD-flowmeter van VAF op door zijn nauwkeurigheid en betrouwbaarheid. Behuizingen, maar ook de inwendige mechanische componenten van de flowmeters, worden op moderne CNC-machines nauwkeurig bewerkt, wat resulteert in een groot en precies meetbereik. De PD-flowmeters worden gekalibreerd op een nauwkeurigheid van 0,2 procent over een groot meetbereik en dat is met geen enkel ander flowmeetprincipe haalbaar, claimt VAF. Bovendien zijn de flowmeters van VAF ongevoelig voor veranderende vloeistofeigenschappen en aansluitend leidingwerk.

 advertorial 

Ingredients enabling carbon neutrality of warehouse systems

5 oktober 2023 vindt de INCOSE-NL workshop 2023 plaats, met spreker Daan Meijsen van Vanderlande. Tijdens de workshop krijg je inzicht in de verschillende cross-cutting duurzaamheidsperspectieven voor hightech systemen. Bekijk het volledige programma online en registreer nu!

Wat de schroef uiteindelijk aan stuwkracht genereert, kan worden berekend aan de hand van een aantal formules. Zo levert koppel x toerental het asvermogen op en stuwkracht x rompsnelheid is het stuwvermogen. Als je die twee zaken op elkaar deelt, heb je het schroefrendement. ’Waar het de kapitein en de rederij om te doen is, is te weten waar en waardoor ze rendement kwijtraken en wat de effecten zijn van ingrepen, hetzij operationeel, hetzij door onderhoud, om het rendement te verhogen. Daarbij moet je denken aan een andere schroef, de bestaande schroef polijsten, de scheepshuid reinigen of coaten, of een andere trimafstelling‘, weet Vellinga. ’Daarvoor moet je precies weten hoeveel brandstof de motor verbruikt, wat dat aan motorvermogen oplevert en welk effectief schroefrendement dit geeft.‘

’Over de flowmeters hebben we het al gehad. Het meten van askoppel en stuwkracht is een ander verhaal. Hoe meet je die? In feite is het principe simpel: als je de torsie van de scheepsas meet, dan is dat een maat voor het koppel dat de motor levert. Meet je daarentegen de ’indrukking‘ van de as, dan is dat een maat voor de stuwkracht die de schroef op het schip uitoefent‘, legt Vellinga uit. ’De grote uitdaging was nu om die fysieke veranderingen in de as aan boord te meten. Rekstrookjes liggen voor de hand want daarmee kun je kleine verplaatsingen meten. Ze zijn alleen niet nauwkeurig genoeg en bovendien kan de klant ze niet zelf aanbrengen op de as of tussenas. Onze sensorsystemen T-Sense – alleen koppel – en TT-Sense – koppel en stuwkracht – kan de klant wel zelf monteren. Deze systemen meten bovendien met licht en dat is vele malen nauwkeuriger dan meten met rekstrookjes.‘

Baardgroei

De T-Sense en TT-Sense van VAF bestaan uit twee nauwkeurig op maat geproduceerde metalen ringen die om de tussenas of schroefas van het schip worden geklemd. Aan elke ring worden een (T-Sense) tot vier (TT-Sense) ’armpjes‘ bevestigd. De armpjes aan de eerste ring bevatten de ledjes die een smal lichtstraaltje produceren, terwijl de armpjes aan de tweede ring een grote en zeer gevoelige lichtsensor bevatten. De armpjes zijn vlak boven elkaar gemonteerd waarbij het lichtpuntje in de beginstand precies op het midden van de sensor valt. De elektronica voor voeding, besturing en communicatie is ook aan de ringen bevestigd.

De signaaloverdracht verloopt draadloos via een Bluetooth-achtige verbinding naar een vaste controle-unit die bijvoorbeeld aan de wand van de machinekamer wordt bevestigd. De unit beschikt over een display en is via een digitaal netwerk, bussysteem of internet gekoppeld aan het controlesysteem op de brug, zodat koppel en ook stuwkracht daar direct zijn af te lezen. De benodigde voedingsspanning voor de TT-Sense op de schroefas wordt eveneens contactloos gegenereerd via inductie, waarbij de ’vaste componenten‘ zijn ondergebracht in een kolom naast de op de as bevestigde unit.

Door de veranderingen in de onderlinge positie van de twee ringen viervoudig te meten is het optische meetsysteem in staat om asverdraaiingen en lineaire verplaatsingen te meten met een nauwkeurigheid van 25 nanometer. Dat komt overeen met vijf seconde baardgroei. De verplaatsingen die moeten worden gemeten voor het uitrekenen van de stuwkracht zijn een factor tien tot vijftien keer kleiner dan de verplaatsingen die worden gemeten om het koppel te berekenen. Vandaar dat zeer gevoelige optische sensoren worden toegepast en vandaar dat het systeem in een stofdichte omkasting is ondergebracht. De ringen die op de schroefas worden gemonteerd, zijn van hetzelfde materiaal als de schroefas zodat er geen verschillen zijn in uitzettingscoëfficiënt en andere dynamische eigenschappen. Daardoor meet het systeem uitsluitend de geometrische veranderingen van de schroefas zelf en worden andere nadelige effecten uitgesloten.

Manarm

Het fraaie van het concept van de TT-Sense is dat techneuten op het schip dit systeem zelf kunnen installeren. ’We leveren er een uitgebreide montagehandleiding bij‘, zegt Vellinga. ’En we hebben filmpjes gemaakt waarin de werking van de TT-Sense wordt uitgelegd en waarop je stap voor stap kunt zien hoe je hem installeert om de schroefas. De ringen en dus ook de geïsoleerde omkasting worden exact op maat gemaakt voor de diameter van de schroefas. Voor de fabricage beschikken we over een uitgebreid machinepark, waaronder veel machines die onbemand kunnen functioneren. Langdurige bewerkingen en grotere series kunnen we op die manier heel rendabel produceren, waarmee we onze concurrentiepositie versterken.‘

VAF Instruments levert internationaal, heeft zo‘n negentig medewerkers en is in ongeveer 65 havens wereldwijd vertegenwoordigd. Vellinga: ’Met de meeste producten zijn we mondiaal marktleider en omdat we qua knowhow vooroplopen, zal daar niet snel verandering in komen. Alle producten worden in Dordrecht ontwikkeld en geproduceerd. Dat zullen we niet snel verplaatsen naar het buitenland omdat we hier de kennis en ervaring hebben. Door bovendien rendabel en zo veel mogelijk manarm te produceren met een modern machinepark kun je de kosten beperken en concurreren met iedere aanbieder waar ook ter wereld. Wij verkopen efficiency, want met onze systemen kunnen rederijen miljoenen verdienen. We leveren niet alleen sensoren maar oplossingen. Daarin gaan we erg ver en dat weet de markt inmiddels. Dit jaar bestaat VAF vijfenzeventig jaar, dus die reputatie is niet van het ene op het andere moment ontstaan. Die is zorgvuldig opgebouwd.‘

Piëzotechniek

Tot slot namen we nog even een kijkje bij de Viscosense. Dit is een gecombineerd instrument dat de instantane viscositeit en de temperatuur van de brandstof meet. Dit wordt gedaan om de optimale viscositeit van de brandstof voor inspuiting in de motor te kunnen bereiken, ondanks sterk wisselende kwaliteiten in aangeboden brandstof. Hiervoor ontwikkelde VAF een gepatenteerd meetprincipe waarbij het gebruikmaakt van een rotatietrilling geïnitieerd door piëzo-elektrische elementen. Door op verschillende frequenties, door veranderende fases van aandrijven, metingen te verrichten en daar de verschillen uit te berekenen, kan de viscositeit nauwkeurig worden vastgesteld. Qua hoekverdraaiingen praat je in dit geval over microradialen en ook dat vereist tot op een honderdste millimeter nauwkeurig geproduceerde componenten. Momenteel werkt VAF aan de derde generatie van deze sensoren waarbij naast de eerder gemelde functionaliteit ook de dichtheid van de vloeistof direct kan worden bepaald.

Door de verschillende meetsystemen van VAF op een schip te combineren – flowmeters, koppel/stuwkrachtmeters, viscositeitsmeters – kan het brandstofverbruik zonder in te boeten op vaarsnelheid met zeker drie tot vijf procent en soms zelfs met bijna tien procent worden verlaagd. Daarmee zorgt VAF niet alleen voor een hoger rendement en dus meer brutowinst voor de rederij, maar ook voor een beter milieu doordat een lager brandstofverbruik ook minder uitstoot van schadelijke stoffen betekent.