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La rugosità nell’ingegneria navale. Università degli studi di Trieste Facoltà di Ingegneria Esame: Tecnologia Meccanica. Studenti: Suhadolc Matjaž Di Francesco Patrizio. Introduzione. Cos’ è ? Perché è importante ? Aspetti economici. Rugosità Nave. Rugosità Modello e Nave.
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La rugosità nell’ingegneria navale Università degli studi di Trieste Facoltà di Ingegneria Esame: Tecnologia Meccanica Studenti: Suhadolc Matjaž Di Francesco Patrizio
Introduzione • Cos’ è ? • Perché è importante ? • Aspetti economici Rugosità Nave Rugosità Modello e Nave • Tecniche di misura I.T.T.C. e B.S.R.A. Strumenti di misura • Rugosimetri digitali Rugosità elica • Misura e importanza Rimedi • Vernici antivegetative • Bacini di carenaggio • Insuflazione d’aria
Rugosità Nave Rugosità iniziale • Finitura superficiale lamiere • Saldature fasciami Rugosità progressiva • attacco e crescita di organismi animali e vegetali (Fouling) • fenomeni corrosivi • deformazioni da cause accidentali (impatti, strisciature) • distacchi tra le diverse mani di pittura applicate in carenaggi successivi • discontinuità della superficie legata alle saldature • disomogeneità di applicazione delle pitture • modifica della struttura del film di vernice antivegetativa durante l’esercizio
Tecniche di misura 1) Il metodo del NSFI (Norwegian Ship Research Institute) consiste nel confrontare a vista la superficie rugosa considerata con un’altra superficie rugosa assunta come campione. A questo scopo il NSFI ha definito una serie di campioni. Vantaggio: semplicità e basso costo delle operazioni Svantaggio: necessità di periti esperti e soggetività della stima 2) Il metodo del B.S.R.A. (British Ship research Association) si avvale di misure dirette su più punti della carena per la stima della altezza media tra picchi e valli con strumenti digitali.
Strumenti di misura Un rugosimetro particolarmente usato nel campo navale è il Hull Roughness Analyser del British Maritime Technology. Modulo elaborazione dati Stylus sferico (Tester) Carrello con rilevatore
Misura della rugosità B.S.R.A. Essendo la superficie di carena molto estesa di dimensione si procede normalmente a rilevare la rugosità in punti diversi della stessa eseguendo da 80 a 150 registrazioni (record). Ogni record è composto da 7 o 15 intervalli di 50 mm. Dall’elaboratore dati Altezza media picco-valle dell’intervallo KSi
Misura della rugosità B.S.R.A. I rilievi sono eseguiti secondo uno schema preciso poiché diverse zone hanno rugosità differenti. Il numero di misure effettuate su tutti gli intervalli aumenta al crescere della rugosità e della approssimazione voluta nella misurazione. Le esperienze del B.S.R.A. indicano che occorrono da 500 a 2000 misure dei Ksi per avere un dato affidabile.
Diagrammi di distribuzione della rugosità Distribuzione di Reyleigh
Diagrammi di distribuzione della rugosità Distribuzione di Gauss
Architettura Navale I.T.T.C. (International Towing Tank Conference) • Prove in Vasca • Prova di rimorchio • Prova di elica isolata • Prova di autopropulsione • Parametri di progetto • Potenza effettiva • Velocità • Rendimento elica • Indici di Seakeeping Risultati • Metodi di trasferimento • I.T.T.C. 57’ • I.T.T.C. 78’
Prova di Rimorchio Fasi: • Preparazione modello • Serie di corse • Misura resistenza al moto • Analisi risultati • Metodo di Froude • 5) Trasferimento dati al vero • I.T.T.C. 57’ • I.T.T.C. 78’
Metodo di Froude RTM : resistenza totale modello RFM : resistenza d’attrito di una lastra piana equivalente RRM : resistenza residua Numero di Reynolds Viscosità cinematica Numero di Froude
Protocollo I.T.T.C. 57’ : fattore di scala CF : coefficiente d’attrito S : superficie bagnata di carena : peso specifico acqua PES : potenza effettiva
Fattore di Rugosità I.T.T.C. 57’ I.T.T.C. 78’ KS : altezza media della rugosità della nave LWL : lunghezza della nave alla linea di galleggiamento
Correlazione Potenza-Rugosità I.T.T.C. 78’ Incremento CF Incremento Potenza [HP] Ogni cavallo di potenza circa 0.75 KW necessita mediamente di 4 kg di combustibile al giorno K : altezza media della rugosità della nave
Importanza del fattore di rugosità Aumento della rugosità di carena Maggiore resistenza al moto Motori più potenti da installare sulla nave Incremento consumo combustibile
Rugosità dell’elica Il comparatore più usato è il Rubert propeller Replica Gauges il quale consiste in 6 campioni di grado A, B, C, D, E o F, i quali sono repliche di superfici dell’elica all’avanzare dell’età della stessa. Il grado A rappresenta la condizione di elica nuova. Il grado F è considerato normalmente inaccettabile.
Rugosità dell’elica La presenza di irregolarità superficiali sulle pale determinano una diminuzione di portanza sul dorso dei profili diminuendo in questo modo la spinta propulsiva.
Rugosità dell’elica Dalle prove in vasca ed esperienze in mare si è evidenziato come la rugosità sulle pale influisca sul rendimento dell’elica aumentando i consumi di combustibile della nave.
Rimedi • Sabbiatura: operazione che permette di ripulire accuratamente una superficie da incrostazioni e residui o di ottenere una finitura che assicuri un buon ancoraggio per trattamenti successivi. La sabbiatura viene eseguita da apposite macchine (sabbiatrici) sfruttando un getto, ad alta pressione, di sabbia oppure di sabbia e acqua, o di graniglia metallica. Il getto, indirizzato sulla superficie, asporta per urto e abrasione il materiale incrostante; indirizzato su di una superficie pulita, la erode leggermente rendendola ruvida e quindi idonea a trattenere vernici o collanti.
Rimedi 2) Pitture antivegetative: Le pitture esplicano la loro azione prottettiva principalmente attraverso due meccanismi. Il primo si basa sulla formazione di uno strato isolante all’acqua e all’ossigeno che costituisce una barriera che peraltro non è mai in grado di isolare perfettamente la carena dall’ambiente circostante. Il secondo su un’addizionale azione protettiva di tipo elettrochimico data dai pigmenti attivi inseriti nel film. L’efficacia prottetiva della barriera dipende dallo spessore e dalla omogeneità della pittura. Spessore da raggiungere: 150/300 micron Spessore mano di pittura: 35/40 micron
Rimedi 3) Insuflazione d’aria sotto la carena: La nave gode oltre alla spinte idrostatica di Archimede anche una spinta aerostatica creando una grande bolla d’aria tra pelo libero dell’acqua ed il fondo della carena. La superficie rugosa non entra in contatto con il fluido. S.E.S. (Surface Effect Ship)
