La rugosità nell’ingegneria navale Università degli studi di Trieste Facoltà di Ingegneria Esame: Tecnologia Meccanica La rugosità nell’ingegneria navale Studenti: Suhadolc Matjaž Di Francesco Patrizio

Introduzione Rugosità Nave Cos’ è ? Perché è importante ? Aspetti economici 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

Registrazione rugosità

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. Rubert Grade Ra (CLA)* Micron Rz Micron A 0.65 5.0 B 1.92 12.0 C 4.70 32.0 D 8.24 51.0 E 16.6 97.0 F 29.9 154.0

Elica

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. Grade Power Increase Rubert A ... Rubert B Negligible Rubert C 1.50% Rubert D 3% Rubert E 5% Rubert F 6%

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. Rubert Grade Cost of propeller roughness relative to Rubert Grade A ($ per annum) Constant speed operation Constant power operation   Ship A Ship B Ship C B* 15 000 3000 5000 10 000 C 54 000 14 000 24 000 36 000 13 000 48 000 D 106 000 32 000 55 000 71 000 29 000 109 000 E 155 000 52 000 88 000 103 000 174 000 F* 205 000 70 000 122 000 135 000 62 000 240 000 * Approximate

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

Pitturazione in bacino

Pitturazione in bacino

Bacino di carenaggio

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)

FINE