Appunti lezioni impianti navali

22/021. Generalità sugli impianti di propulsione

1) Scopo, criteri progettuali, profilo operativo

Un impianto di propulsione si può schematizzare in 3 blocchi: Trasferimento di energia/potenza fonte di energia S (chimica) Propulsore Trasmissione Motore primo 5 g genera energia- meccanica (Elica, idrogetto) meccanica- elettrica- genera spinta- governo (vettorizzazione della spinta).

Da ho un oggetto che oltre che spingere indietro spinge anche un po’ a sx che genera un Ty momento e fa sì che la nave si sposti a sx vT- arresto tramite inversione della spinta pale orientabili > poco tempo (secondi) pale fisse > spegnere motore, avviarlo nel verso opposto.. tanto tempo (minuti) no riduttore.

Esempi di motore primo: Diesel 2t > sì riduttore (ca 1000 giri al minuto) Diesel 4t 7TAG Motori dual fuel 3FPP (pale fisse) 7 90-130 giri al minuto Elica.

Esempi di propulsore: CPP (pale orientabili)- Idrogetto riduttore no7 Trasmissione meccanica.

Esempi di trasmissione: riduttore sì ~ Trasmissione asse elettrico 24/02.

Requisiti progettuali

Requisiti progettuali specifica tecnica, Il documento di riferimento per la progettazione in ambito navale è la si tratta di un allegato al contratto che contiene le prestazioni caratteristiche richieste alla nave. requisito operativo. In ambito militare questo documento si chiama.

Il requisito fondamentale è la velocità di progetto in ambito mercantile, in ambito militare è richiesta la ② velocità massima, di crociera e di pattugliamento.

Consumo in tonnellate/giorno7 Un altro requisito è l’autonomia e consumi ② autonomia in miglia nautiche (Nm) a velocità assegnata- (velocità di progetto per le navi mercantili, velocità di crociera per le navi militari).

I requisiti non sono dati sulla nave appena costruita ma su una nave in fase operativa.

Profilo operativo

Profilo operativo È un grafico che racconta a quali velocità la nave passerà la sua vita. È fatto così: tempo N[% tottempo Il grafico ha 3 gobbe. velocità divita di operativa crociera (la Ci sono 3 velocità più frequenti. annual più alta) >>> si tratta del profilo operativo di una velocità di ↓ pattugliamento nave militare velocità max in"Ais"is ~[kN]27i scon.

Velocità invernale (non ho turisti da tempo velocità estiva trasportare, per questioni N (ho turisti quindi faccio di consumo mi conviene Il grafico ha 2 gobbe cioè 2 velocità più 2 viaggi al giorno e andare più lento e fare frequenti vado più veloce) solo 1 viaggio al giorno) >>> profilo operativo di un traghetto-dNV [KNS manovra 2716tempo a velocità velocità di Il grafico ha 2 gobbe cioè 2 velocità più di traino trasferimento d frequenti d >>> profilo operativo di un peschereccio e a strascico (profilo tipico di tutti i mezzi ausiliari) A ~VIKN].

Profilo operativo di una bulk carrier: tempo yR La nave è sempre circa alla stessa velocità -~ >riunisesign).

NB tanto è più complicato il profilo operativo, tanto è più complicato l’impianto di propulsione.

Altri aspetti di cui tenere conto

Rapporto tra potenza utenze elettriche e la potenza propulsiva. Una nave standard ha:

• Motori di propulsione > fanno la propulsione.
• Centrale elettrica > soddisfa carico elettrico.

Possono succedere 2 cose:

• 1) La potenza propulsiva è molto maggiore della potenza elettrica: il motore di propulsione sia occupa di soddisfare sia la propulsione che la generazione di energia elettrica in navigazione (es navi da carico).
• 2) La potenza di propulsione è circa uguale alla potenza del carico elettrico (es navi da crociera): la centrale elettrica si occupa sia dei motori elettrici di propulsione che del carico elettrico.

Spazi disponibili a bordo

Spazi disponibili a bordo. Un impianto di propulsione occupa spazio. Consideriamo 2 esempi:

Nave Bulk Carrier& paratia prodiera paratia del pressatrecce dell’apparato (paratia poppiera motore dell’apparato motore) Paratia distive (ERFB) ERAB collisione-d L SSALA MACCHINE ZONA DEL CARICO Lasse dell’elica I 7 nelimitata estensione longitudinale per altre paratie non togliere spazio al carico; però ho molto spazio in alto.

Nave traghetto 2 cofano di macchina che non si estende per tutta la larghezza- Ponte garage.........garage interni a B/5 Locali tecnici a poppa che L possono essere usati come sale macchine paratia del paratia di pressatrecce collisione.

In questo caso i locali sono più limitati in altezza che in larghezza (direzione longitudinale).

Requisiti di manovra e sicurezza

Requisiti di manovra Sono legati alla tipologia di nave. Ogni nave ha delle tipologie propulsive tipiche, le scelte tipiche da fare sono: 1 asse o 2 assi? Pale orientabili o pale fisse? 1 motore o più motori??

Queste scelte sono fatte anche in base ai requisiti di manovra.

Aspetto legati alla sicurezza safe return to port. C’è una normativa del 2010 per le navi passeggeri. La SOLAS impone un requisito. La SOLAS definisce una condizione di fanno standard e impone requisiti in quelle condizioni.

Impone requisiti di ridondanza della propulsione (significa che gli oggetti vitali di propulsione devono essere in sovrannumero rispetto a quelli minimi necessari per operare, oltretutto devono essere segregati in accordo con il danno standard in riferimento).

2) Elementi principali (motore, trasmissione, elica), principali tipologie di macchinari installati

Classificazione dei motori primi È una scatola nel quale entra combustibile e combustibile potenza meccanica esce potenza meccanica Motore ⑯8. ↳ I 2 "Brake Power" alfrend (=PB potenza misurata viene si chiamo perché così mif portata che tramite freno un entra nel motore [IW] I um associata ad una chimica: potenza mif Pa Ai= calorifico potere inferiore um(g) miti.

Possiamo definire il rendimento del motore (adimensionale) Mang-* 3.5106mf Consumo specifico H3.6.106 IISFOC* am= =SFOC (=specific fuel oil consumption) Meng. Hi > tipico di motori a combustibile liquido (gasolio).

NB una macchina con un consumo specifico alto ha un rendimento alto!

Esempio: motore Diesel 2trat)0.54Yeng = SFOC=156 9/kWH=>45/rgMi 42700=BSEC, consumo di energia specifica (awnlk53600SFOC HiBSEC* ene= =↓ Meng1000.

Formulazione indipendente dal combustibile di SFOC Serve per calcolare il consumo specifico di un motore che può bruciare combustibili molto diversi.- (Il consumo specifico varia moltissimo in base al combustibile che stiamo utilizzando) massima7 Potenza unitaria* (Potenza per singola macchina) minima- kwizon Gravimetrica7 Densità di potenza* kWm3 Volumetrica- Numero di giri elica ~ 60-200 RPM.

Motori Diesel 2t

*Motori Diesel 2t Numero di giri: 60-130 RPM No riduttore!=>↑ Potenza unitaria: 5-90 MW: SFOC: 155-180 g/KWh È il motore a combustione interna più efficiente che esiste Densità di potenza: 17-60 KW/ton 18-85 KW/m.

Vantaggi:

• Rendimento elevato.
• No riduttore.
• Può utilizzare combustibili poco pregiati HFOS.

Svantaggi:

• Pesi e ingombri molto elevati.
• È possibile ma difficile invertire il senso di rotazione (richiede lo spegnimento del motore, ci vuole qualche minuto).

Motori Diesel 4t

Motori Diesel 4t Veloci Medi 500-1000 RPM 1200-3600 RPM Numero giri Fino a 8 MW Potenze unitarie Fino a 20 MW SFOC 180-200 g/KWh 200-230 g/KWh 50-200 KW/ton 200-400 KW/ton Densità di potenza 35-250 KW/m 125-330 KW/m.

Vantaggi:

• Più compatti dei 2t.
• Più efficienti di altri motori (TAG).

Svantaggi:

• Giri alti che richiedono riduttore.
• I medi a volte invertibili e possono bruciare HFO.
• I veloci non sono invertibili e bruciano MDO/MGO richiedono eliche a pale invertibili.

TAG

TAG Numero di giri: 3600 rpm Potenza: 20-40 MW SFOC: 230-400 g/KWh Densità di potenza: 600-1000 KW/ton 220-400 KW/m.

Vantaggi:

• Compatta e potente.
• Silenziosa.

Svantaggi:

• Consumi.
• Condotto aspirazione e scarico molto ingombranti utilizzati solo in ambito militare 1103 propulsori più azeparchio dilopero~a.

Propulsori

Propulsori > oggetto che genera la spinta che fa avanzare o fermare la nave (la nave non ha i freni).

Elica a pale fisse (FPP) 8. Pale inclinate- La prora è a dx e la poppa è a sx. d Non è la stessa cosa di dire a passo fisso !! È un pezzo unico in bronzo G T >- Mozzo gira per così avanti spingere (Parte centrale).

Vantaggi:

• Costo basso.
• Mozzo piccolo >>> rendimento maggiore.

Svantaggi:

• Per invertire la spinta bisogna invertire il senso di rotazione.

Elica a pale orientabili (CPP). Le pale ruotano attorno all’asse radiale. Pale movimentate da un meccanismo idraulico alloggiato nell’asse Le possono ruotare pale e ntrambe direzioni cavo e nel mozzo (l’asse è cavo: ha dentro una serie di tubolature lein all’interno, dove passa dell’olio che permette di fare questait operazione) >> il mozzo è più grande per farci stare tutta questa roba C muore notare -Il mozzo è più grande e quindi abbiamo rendimento.

Svantaggi:

• Più basso.
• Costo elevato.
• Richiede più manutenzione (perché ogni tanto va smontato).

Vantaggi Manovrabilità= possibilità di invertire la spinta senza cambiare il senso di rotazione. Consente di adattare il carico resistente al motore senza cambiare il rapporto di riduzione (fa il mestiere che fa il cambio della macchina).

Idrogetto 3. è una pompa che sfrutta la conservazione della quantità di moto per spingere in avanti (si usa per alte velocità: tra i 30 e 45 nodi). Vantaggi di manovra a causa del fatto che il getto è orientabile >> posso fare a meno del timone.

3) Configurazioni tipicamente utilizzate in applicazioni reali e safe return to port

Configurazioni tipiche Esempio 1: nave da carico (Tanker, bulkcarrier, container) Lunghi viaggi a velocità costante e bassa, grandi spazi ~ acincomia Stoo. engineroom zona carico e basamento su cui cuscinetto poggia il motore reggispinta PP8* 2t.

Esempio 2: nave da carico più piccola 4 tempi in linea > con i cilindri verticali E gearbox~riduttore 8IPP BE ↑ 4t elica FPP Frizione ilr Lento150rpm.

Non ci sono condotte di aspirazione > c’è la ventilazione in apparato motore che si occupa di buttare aria nella sala macchine.

Una nave militare ha dei requisiti NBCR (deve poter operare in una zona contaminata da agenti chimici o batteriologici) quindi i locali dove stanno le persone è completamente isolato dall’esterno, è ventilato con un sistema di ventilazione dedicato che permette di purificare l’aria. Il motore visto che aspira e butta fuori è una via di comunicazione con l’esterno e pertanto deve essere segregata dalla cittadella (luogo dove stanno le persona).

Morale della favola: nelle navi militari il motore è in un box.

Esempio 3: nave traghetto tipo Suprema/ Superba GNV- profilo operativo estivo /invernale- manovra 1/2 volte al giorno Propulsione: ~riduttore t4 Spazi limitati cpp in altezza I ~ causa garage t4 eliche a pale 4 motori a 4 tempi orientabili Cilindri a V t4-CPP t4.

Questa configurazione non rispetta SRTP!!=7 Configurazione SRTP compliant/militare (Perché essendo tutti i 4 motori insieme se succede un incendio ciaone) At<pr 4t t4 cpp t4~hi*8- riduttore W clearance Assi inclinati >>> Per garantire adeguata Mettendo l’asse inclinato perdo un po’ di spinta: mi conviene comunque perderla perché mi permette di mettere un’elica grande.

Esempio 4: nave Cavour (nave militare) militari-> trasportox dei Analogo all’esempio precedente ma con 4 turbine a gas ↳ TAG8 TAG.

Esempi veri

Esempi veri Zona poppiera di un motore 2t (non c’è riduttore) 1 cuscinetto reggispinta Ispinta· 5spinta& Motore 4t aspirazione filtro IRIDUTTORE2 III arre CPP asse Lento& Nave militare ~Tareggispinta Wd &↳ per richte generatori Ireggispinta &↳ Imacchinario elettrico I TA4.

Grimaldi Green 4 Carico Hotel (Quadro elettrico)- grandi eliche a pale molto costose e- ",Iorientabili↓ e 2tAA- -2tAA pacco batterie I d ~ 5 MWh I convertitori Zero emissioni in porto per Alternatore asse 5 ore perché quando arriva = alternatore calettato sull’asse in porto spegne motore e che genera energia elettrica rimane in elettrico prendendo un po’ di potenza dal motore principale.

2. Previsione di potenza

- catena dei rendimenti - formula dell’ammiragliato - previsione di potenza - cubica teorica.

1) Catena dei rendimenti

1) catena dei rendimenti S& PB er↑ 7M I RT resistenta moto al RT = resistenza totale al moto (risultante forze esterne), dipende da:

• Velocità.
• Forma di carena marei.
• Forze esterne (meteo) * vento.
• Rugosità carena (=fouling, crescita di cozze sulla carena).

A nave nuova I Il dislocamento a fine vita è circa il 4% in più del T-dislocamento dislocamento a nave nuova (la nave prende peso) a fine vita-Effective power o a rimorchio RT.PE- 2=.

Consideriamo l’elica che genera una spinta avanzando ad una certa velocità (=velocità di avanzo) scia frazione di ro Navanzo ③ v/1 w)1) va(v va> -- = =S la velocità che investe l’elica è H 8 2 effetti ridotta dalla presenza dellla carena all’equilibrio ↳ +coppia richiesta dall’elica RTTQ0 ti == Se per ruotare ai giri n T RTtT =-re RTTr1 tT) =-dell'etica ↓ SPINTA COEFFICIENTE DI DEDUZIONE SPINT1DI RTT = rappresenta EFFICIENZA u n->t1 t1-Mr= SCAFD -Thrust power diaumento PT T. HI 1Na rendimento resistenza L non e-= essere perché può -1RT PE-w)/1-w) PE.PT w/1==> =YM. =t) /1-1 xt)-- coppia richiesta dall’elica Q-Gene per ruotare ai giri n, L’elica genera spinta T. avanzando a velocità va-Avanza ad una velocità va. (NB il segno è opposto a Gira a un certo numero di giri e richiede una certa coppia Qo.DO quello dei giri).

Open water power (=potenza di elica isolata) PO Qo2TIR- =PTPo rendimento di elica 3 - elica isolata potenza potenza PT Po No=ottenuta spesa PEPTP0=> == No Mito.

Elica dietro carena. Delivered power PODD TIRD2= IPOPD = Tr EFFICIENZA ROTATIVA RELATIVA- dell'influenza tiene conto della sull'elica coreno qui la coppia è Qd che può essere PEPD maggiore o minore di => =Qo TrNo ↳ iQo PD RIDUTTORE~PD8 I i MOTORE PBCWSGNETTI perdite per attrito Rendimento asse S (shaft line) IIs. Nel motore a 2t abbiamo solo Is Nel motore a 4t le abbiamo entrambe. Rendimento del riduttore (gearbox)a. PEPB = Isa40 Tr05-1 In &PC>Lobenazos↓ d coefficient- propulsion overallt)/1 -m 1 catenal= complesso rendimento della=N0? 0.70.4 0.6= OPC10.5 =M21.10.92 10.952450.99yr =Os.

Osservazioni 3/03

Osservazioni 3/03 1) abbiamo considerato 1 solo asse > configurazione di navi grandi e lente (dove mettiamo solo 1 elica grossa) se ho 2 linee d’assi (o più di due, negli yacht o navi più veloci )7 W.

Propulsore tipo POD (azipod) Vantaggi: È un oggetto -poco ingombro all’interno della nave (è fuori dallo scafo) che ruota su -- -sostituisce il timone consentendo la manovra (perché se stesso ed ruota di 360 gradi) è incastrato nello scafo >>> applicazioni in navi da crociera moderne (possono averne anche 3/4) I tamotore.

Genericamente: se ho “p” propulsori spinta richiesta dalla carena AP RRT tZ TiT = =7 t(i (11=1 T --e -somma delle spinta spinte fornite totale Se i propulsori son tutti uguali2 Spinta rich.