Schoorsteenberekeningen

DE WAARDERING van fabrieksschoorstenen is niet meer wat-ie was. Toen halverwege de negentiende eeuw het gebruik van steenkool hand over hand toenam omdat de bossen op raakten en waterkracht te veel beperkingen oplegde, toen stond een lekker rokende schoorsteen nog helemaal in het teken van geavanceerde techniek, vooruitgang en geld verdienen. Fabrieksdirecteuren in Birmingham em Sheffield, in Dortmund en Ruhrmund lieten hun hemeltergende zwartwalmende pijpen gretig afdrukken op brochures en postpapier. 't Waren altijd schoorstenen met een mooie dynamische horizontale pluim, het leek of het altijd woei in die jaren.

Later, toen de steenkolen ook steeds meer voor huisverwarming werden gebruikt en duidelijk werd dat ze een verschrikkelijke luchtvervuiling teweeg brachten, toen kwam de rokende fabrieksschoorsteen in een kwade reuk te staan. De directeur begon zich te schamen voor zijn pijp en beeldde hem voortaan zonder rookwolken af. En nog weer later, toen alles voortaan elektrisch ging, liet hij hem stilletjes opblazen. Inmiddels moet men mooie zwartgeblakerde bakstenen schoorstenen met een kaarsje zoeken, ze zijn te laat erkend als industrieel erfgoed.

Daarom is het zo prettig te horen dat er nog mensen zijn die zich in het wezen van de schoorsteen trachten te verdiepen. In Delft woont zo iemand en hij heeft email. ``Is er een relatie tussen de afmetingen van een fabrieksschoorsteen en de hitte van de oven daaronder? De schoorstenen van de steenbakkerijen langs onze rivieren zijn overwegend smal en hoog, die van kalkovens zijn plomp en minder hoog. De lampenglazen van petroleumlampen zijn allemaal ongeveer even groot,'' vraagt en zegt hij via de computer.

Verderop in de computerbrief veronderstelt hij dat het doel van schoorsteen is verbrandingsgassen voldoende gekoeld in de omgeving te lozen en anderzijds om voldoende trek op te wekken boven in de oven. Hij vraagt zich af of er simpele formules zijn die het verband tussen hoogte, doorsnede en oventemperatuur beschrijven. Hij vermoedt van wel, want het lampenglas van petroleumlampen die op 2000 meter hoogte worden gebruikt is altijd twee centimeter langer dan die van die die op zeeniveau branden.

In het wisselend contact dat hierna ontstond werd duidelijk dat de lezerzijn kennis had opgedaan bij de zoekmachine AltaVista door daar de zoektermen `chimney' en `height' op te geven. Had hij het bij www.northernlight.com gedaan dan had-ie het adres gevonden van het Rijswijkse raadgevende bureau `Flow Engineering' dat diep doorkneed is in schoorsteenberekeningen.

De website laat zien dat Rijswijk bij uitstek moderne schoorstenen ontwerpt. Aan zulke schoorstenen worden heel andere eisen gesteld dan vroeger toen niemand zich druk maakte over milieu en het gevaar van verbrandingsgassen, over dioxine and the like. Dat de oude fabrikant zich wèl druk maakte over de temperatuur van de rookgassen die hij in de lucht blies, zoals Delft denkt, lijkt ook niet zo waarschijnlijk. Als het bovenin maar heet genoeg is om condens te voorkomen, zal hij gedacht hebben. De klassieke schoorsteen werd gedimensioneerd op voldoende trek.

En inderdaad zijn er kant-en-klare formules voor schoorsteen-berekeningen. Ze staan onder meer in het onvolprezen Polytechnisch Zakboekje van PBNA, althans in de 44ste druk (1990) daarvan. Bovendien worden in het hier onlangs nog opgevoerde leerboek `Fysische transportverschijnselen I' van Van den Akker en Mudde (Delftse Universitaire Pers, 1996) wat schoorsteenberekeningen gemaakt voor rookgassen die gemakshalve onsamendrukbaar en wrijvingsloos zijn gedacht. Dan kan men met de formule van Bernoulli uit de voeten.

Het zakboekje maakt in één heldere zin duidelijk hoe de berekening in de praktijk globaal verloopt: de schoorsteentrek moet groot genoeg zijn om de weerstandsverliezen te overwinnen, staat er. Het boekje geeft prompt twee formules: een voor de berekening van die stromingsweerstand in de pijp en een voor de `trek' (in de vorm van opgewekte onderdruk aan de onderzijde van de pijp). In beide formules treedt een min of meer rechtevenredigheid met de hoogte H op zodat de berekening een cirkeleffect heeft en zonder computer nogal vervelend is: proberen en grafisch uitzetten gaat het snelst.

Essentieel is dat hete rookgassen makkelijker trek opwekken dan minder hete gassen, wat natuurlijk elke openhaardbezitter bekend is. Anders gezegd: bij een zelfde productie aan kubieke meters rookgas hoeft voor heet gas een minder hoge schoorsteen te worden gebouwd. Nuances terzijde schuivend zou men dus opperen dat achter de steenovens een lagere temperatuur heerst dan achter de kalkovens, wat niet helemaal onwaarschijnlijk lijkt voor iemand die zich de inrichting van het proces voor de geest haalt. De kalkoven is zo heet dat-ie altijd wel trekt. Dat de schoorsteen van de kalkoven zo breed is zou kunnen samenhangen met een groter debiet aan rookgas.

Of wat over het lampenglas van de petroleumlamp beweerd wordt wel helemaal waar is, is de vraag. Een speciale lampenglasserie voor bergdorpjes lijkt wat veel van het goede en in Europa zijn dorpjes boven 1800 meter bovendien nogal zeldzaam.

Uit de getabelleerde US Standard Atmosphere (ook op Internet te vinden) leidt men af dat de luchtdruk op 2000 meter nog maar 80 procent is van die op zeeniveau. Als het lampenglas, dat natuurlijk in de eerste plaats windscherm is, kritisch is gedimensioneerd zou het op 2000 meter hoogte ongeveer 25 procent langer moeten zijn om dezelfde trek te handhaven (als we ijskoud de trek-formule van het zakboekje blijven gebruiken). De gemoemde twee centimeter komt in de richting maar lijkt een beetje weinig. Misschien dat ze in Rijswijk weten hoe het precies zit.