Moleculen met 130 km/uur

De verkiezingen staan weer voor de deur, dus tijd om terug te blikken wat het huidige demissionaire kabinet voor elkaar heeft gekregen. Eigenlijk is het meest in het oog springende wel de verhoging van de maximum snelheid van 120 km/uur naar 130 km/uur, daar zal iedereen het wel mee eens zijn. Ik ben eigenlijk wel benieuwd of dit een weloverwogen, onderbouwde keuze is geweest of gewoon een populistische politieke maatregel van minister Schultz. Gelukkig biedt het vak procestechnologie hier uitkomst.

Moleculen met 130 km/uur

Men neme: een leiding met een diameter D en een lengte L en een hoop moleculen aan één kant van de leiding. De gas- of vloeistofmoleculen zullen door de leiding gaan stromen met een bepaalde snelheid. Hoe snel, is afhankelijk van de lengte en de diameter van de leiding, dit bepaalt namelijk de weerstand. Je kan je voorstellen dat een lange, smalle leiding meer weerstand heeft dan een korte leiding met een grote diameter. De moleculen op de hoop botsen tegen elkaar en oefenen een bepaalde druk uit: hoe meer moleculen in dezelfde ruimte, hoe hoger de druk. Aan de andere kant van de leiding is de druk lager. We hebben dus een drukverschil tussen de ene en de andere kant van de leiding. Als we twee keer zoveel moleculen door dezelfde leiding willen krijgen (anders gezegd: Als het drukverschil twee maal zo groot wordt), gaan de moleculen er 1,4 keer zo snel doorheen. In formulevorm is dit:

Even terug naar de snelweg:

Men neme: de A16 tussen Moerdijk en Breda. De lengte en de breedte van de weg liggen vast. De moleculen vervangen we door auto’s en we vervangen: “Er is druk” door “Het is druk”. Dan is de situatie identiek aan de stroming van een gas of vloeistof door een leiding.

Als het in de spits twee keer zo druk is, moet het verkeer dus 1,4 (40%) keer sneller gaan rijden om geen files te veroorzaken. (De beslissing om in eerste instantie de maximum snelheid van een aantal wegen bij Amsterdam en Rotterdam te verlagen van 100 naar 80 km/uur om files te voorkomen was dus een verkeerde…). De maximum snelheid zou dus 120 km/uur x 1,4 = 170 km/h moeten worden.

Beetje voorzichtig dus mevrouw Schultz om slechts naar 130 km/uur te gaan!

Ik kom uit een voortreffelijk milieu

Laten we voor de zekerheid ook nog even naar andere zaken kijken (U was toch ook van Milieu?). De motor van de auto moet de luchtweerstand en de wrijvingsweerstand op de weg kunnen overbruggen. Het vermogen dat hiervoor nodig is, is ook weer een functie van de snelheid en wel als volgt:

Bij een snelheidsverhoging van 120 naar 130 km/uur neemt het benodigde motorvermogen dus toe met een factor 1,3 (circa 30%). Dit gaat niet vanzelf. Het brandstofverbruik zal ongeveer met dezelfde factor toenemen en daarmee ook de CO2 uitstoot. De toename in snelheid van 120 naar 130 km/h (is 8%), geeft een verhoging van het brandstofverbruik en CO2 uitstoot van 30%.

Tenslotte nog de stopafstand (dat is de reactietijd en de remweg om tot stilstand te komen). Deze neemt toe van circa 100 meter naar 115 meter (15%).

Moleculen versus automobilisten

De natuur heeft het zo bepaald dat in het geval van de vloeistof- of gasstroming door de leiding de volledige leiding wordt benut. De moleculen doen gewoon wat ze moeten doen: Zo snel en efficiënt mogelijk van de ene naar de ander kant van de leiding stromen, niets meer en niets minder. Ze denken er niet over na. Dat is wel even anders met de doorsnee  automobilist. Gedroegen die zich maar als moleculen: het volledig benutten van de capaciteit van de weg. Rechts mogen inhalen (zoals in de VS) zou het al aardig in de richting brengen van de moleculen door een leiding.

Wat bespaart het eigenlijk aan tijd?

Zo’n beetje de grootste afstand in Nederland is van Maastricht naar Groningen en bedraagt 346 km. Stel dat je over dit hele traject continu 130 in plaats van 120 km/uur mag rijden (Ik zeg al: stél dat…). Je bent dan maar liefst 12 minuten eerder in Groningen (of Maastricht).

Nou, al met al weet ik het wel: Op naar de stembus!

6 antwoorden
  1. Tiebo Jacobs
    Tiebo Jacobs zegt:

    Heldere uitleg vanuit een behoorlijk perspectief. Voor zover het laatste wat ik van heb begrepen zal er slechts zeer terughoudend worden toe gezien op de overschreiding van de gestelde 130 km regel en daarmee lijkt dt een even symbolische maximum te worden als de adviessnelheid van 130 die wordt vermeld wanneer men Duitsland in rijdt. En al zal de gestelde 170 niet worden gehaald, zal juist groter wordende verschillen in druk tussen deze ‘moleculen’ niet zorgen voor een extra obstakel?

    Beantwoorden
    • Enrico
      Enrico zegt:

      Tiebo,

      Bedankt voor je reactie. Natuurlijk kan je als automobilist in toenemende drukte niet harder gaan rijden. Dat komt omdat de remweg groter wordt en de reactietijd korter. Je hebt natuurlijk met het menselijke gedrag en veiligheid te maken. Als je dat kan uitschakelen (bijvoorbeeld door automatisering, wie weet. Een bedrijf als Google is hiermee bezig) blijft het principe overeind, dat bij een constante weerstand, als er meer potentiaalverschil is tussen punt a en b (spanning in je stopcontact, drukverschil of verschil in drukte zoals bij de auto’s), er meer stroom gaat lopen (elektrische stroom, moleculen of auto’s).

      Enrico

      Beantwoorden
  2. Barry G
    Barry G zegt:

    Moleculen kunnen met elkaar botsen zonder dat er schade ontstaat. Dat doen ze dan ook continue. Als auto’s botsen ontstaat er meestal juist wel een file, waardoor de gemiddelde snelheid fors terugvalt. Volgens mij als iedereen bij grote drukte (ochtend- cq avondspits) wat langzamer rijdt, kunnen er meer auto’s per vierkante meter asfalt worden verwerkt (kortere remweg, dus men kan dichtere op elkaar rijden) waardoor uiteindelijk de gemiddelde snelheid over de tijd (maand/jaar) gemeten hoger ligt dan dat er met onbeperkte snelheid mag worden gereden.

    Beantwoorden
    • Enrico
      Enrico zegt:

      Beste Barry,

      Allereerst bedankt voor je reactie. Zie ook mijn reactie hierboven aan Tiebo. Vergeet even de psychologische aspecten. Het blijft een feit dat als er meer potentiaalverschil is (de behoefte om meer moleculen, elektronen of auto’s van de ene naar de andere kant te krijgen), er meer flow, meer snelheid, ontstaat indien de leiding, draad of weg even dik, breed blijft. Het is een metafoor om aan niet procestechnologen te kunnen uitleggen wat er in de stromingsleer gebeurt. Als de stroming laminair is, botsen de moleculen nog steeds, maar als je er inkt in zou injecteren lijkt het net of ze op hun eigen weghelft blijven:

      Groeten,

      Enrico

      Beantwoorden
  3. Barry G
    Barry G zegt:

    Het grootste “obstakel” is trouwens niet de snelweg zelf, maar de op- en afritten. En natuurlijk tunnels, bruggen, e.d. Luister maar eens naar de fileberichten ;-))

    Beantwoorden
    • Enrico
      Enrico zegt:

      Barry,

      Klopt als een (auto)bus.In de leiding is dat ook zo: de bochten, T-stukken, afsluiters en dergelijke veroorzaken ook al die ellende.

      P.S. Hoe plak je zo’n smiley in de tekst?

      Enrico

      Beantwoorden

Plaats een Reactie

Meepraten?
Draag gerust bij!

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *