Teoria Impianti Navali

Riassunti impianti navale

L'obiettivo è progettare un impianto che rispetti dei requisiti. I requisiti sono imposti dal cliente, colui che ordina la nave.

Requisiti:

• Velocità nave (più incide sulle caratteristiche dell'impianto)
• Consumo combustibile
• Impatto ambientale

Velocità influenzata dal tipo di servizio che si trasporta:

• Non deperibile (bulk carriers e tankers): 13:15 nodi.
• Traghetti (tendenzialmente veloci): 20-22 nodi.
• Navi da crociera: progettate per 20-22 nodi in realtà viaggiano a 15 nodi; intanto vanno di notte.
• Porta-container: più veloci delle cisterne e bulk-carriers.
• Navi militare progettate per due velocità:
  • più lenta di trasferimento.
  • più alta di progetto.

Il progetto dell’impianto di propulsione e degli impianti ausiliari si fa in accordo con i piani di costruzione della nave.

Sez. longitudinale di una bulk-carriers.

engine casing - accomodation (sovrastruttura).

collision bulkheads

COFFERDAM (Intercapedine)

HOLDs/TANKs

CARGO AREA

Nel caso di nave cisterna è possibile l'intercapedine

fra apparato motore e cargo area. (cisterna).

Sez. longitudinale di un traghetto.

engine casing

• PONTE PASSEGGERI II°
• PONTE PASSEGGERI I°
• PONTE GARAGE II°
• PONTE GARAGE I°

Engine room - Engine room - Auxiliary system - GARAGE - AUXILIARY SYSTEM

PONTE DELLE PARATIE.

I ponti garage sono zone senza compartimentazione su più piani.

Sulle navi da crociera i ponti garage sono dedicati ai passeggeri.

M_z = _Po/^P_d - potenza fornitapotenza richiesta dall'elica

Rendimento rotativo relativo

Rendimento meccanico

η_m = _Pd/^P_b = potenza utilepotenza erogata per l'effetto utile

η_L = _Pe/^P_T = _{R⋅T - V}/^T⋅V - 1 - t - coefficiente di riduzione di prua1 - w - coefficiente di scia.potenza di traino.

Rendimento di rotolo

In conclusione come è definito dall'ITTC:

η_p = η_H⋅η_o⋅η_r⋅η_m con η_o e η_m unici veri rendimenti.

Rendimento propulsivo

Quindi l'eq. ∑F_est = R_T - T = 0 non basta, bisognaaggiungere T, Q e w. Esempio per ricavare w = 2πN = 2π_N/⁶⁰

Parto da: Jt_ω/_dt = M_B - Q = 0 dove P_B = M_B⋅w [kw].

ω = M_B(N) - Q(V,N)=0

che insieme a: T(V,N) - R(V) = 0

ti posso fornire il numero di giri all'equilibrio. η_eq.

Diagramma indicato

Sono ottenuti con misurazioni sperimentali (indicatori).

Lavoro indicato:

l_i = ∫ p dV = V_S · m i_p

volume specifico

medium indicated pressure (pressione media indicata)

Successivamente otteniamo:

Potenza indicata

P_i = m i_p · V_S · n · 1/ξ · Z [W].

ξ = 1 per 2T ξ = 2 per 4T

Z: numero di cilindri.

Ma il motore è composto da tanti cilindri:

P_B = M_B · ω^2πΝ [W]

Ma devo considerare attrito dei cilindri, cuscinetti e biella-manovella ⇒ P_B = P_i · n_mecc.

Allora definisco un pressione fittizia (pressione media effettiva)

m e_p = m i_p · η_mecc [P_z].

P_B = m e_p V_S · Z · 1/ξ · n [W].

Confrontando:

• P_B = M_B 2πN
• P_B = p m e V_S Z · n · 1/ξ

Engine - propeller matching

Sovrappongo il propeller load diagram e l'engine load diagram. (Per varie velocità (numero di giri) e potenze).

A: V_min

B: MCR {V_max}

Maximum continuous rating.

Tutti i punti della curva dell'elica dentro l'area del motore sono possibili soluzioni.

Nel caso considerassi perdere una condizione di mare avverso dove la resistenza aumenta R¹ = R + R [0,1 - 0,2] [N], con conseguente aumento delle altre grandezze.

con V_design = cost e Δ = cost.

L'idea è installare un motore che riesca a erogare la potenza richiesta nel caso di mare agitato.

Impianti ausiliari

Componenti

Pompe: è una macchina operatrice.

La differenza di energia tra sezione 1 e 2 è detta: prevalenza.

H = (V₂² / 2g) + (P₂ / ϱg) - (V₁² / 2g) - (P₁ / ϱg) [m]

Impianto (gravato)

Curve caratteristiche ottenute da prove al banco.Portata Q = V * π * D² / 4 [m³].

Utile avere diverse curve perché il motore rotabile gira a diverse velocità:

• elettric motor ω = f (I, V) tensione
• int. diesel ω = f (im.f)

Pipe (tubi in acciaio).

Formula pressione del tubo fornita dall'AIS quindi regole per i registri di classifico.

t_c = (t₀ + b + c) / (1 - a / 100) [mm].

Sforzo strutturale: t₀ = (p * D) / 2 * ke * P

Valvole:

1 fresh watert_e - coefficiente

Permissible stress = R_m / 2,7 [N/mm²]

C [mm]

Considera vita operativa dell’impianto (=25-30 anni)

Corrosione:

1 fresh water

3 sea water

Considera il fenomeno di stirizione dovuto alla curvatura del tubo.

Valvola:

HAND OPERATED

REMOTELY OPERATED.

Service tank ➔ Utilizzatori.

L'utilizzatore (DIESEL ENGINE) ha sue interfacce, ha dei requisiti:

Pressione ≈ 0,4 ± 0,5 [MPa]

N. richiesta ≈ 5 ÷ 10 [cSt]

m ̇R = 1,5 * m ̇R del carico (1,5 per sopperire alle richiesta di più combustibile nelle fase di accelerazioni).

80 ÷ 85°C ➔ per pompaggio

80 ÷ 85°C

vibrometro

flow meter

m ̇F istantaneo motore = m ̇F misurato all'entrata - m ̇F RETURN LINE

Per l'MDO l'impianto è in marcia, per l'HFO servono dei riscaldatori (in rosso).

la BUFFER TANK serve per mescolare il combustibile di ritorno a t = 120 ÷ 130°C con quello a più bassa temperatura.

ΔT = [120 ÷ 130°C] - [40 ÷ 45] = 70 ÷ 80°C ← temperatura e flusso termica da generare con le caldaie.

Per il diesel generatore lo schema dell'impianto è praticamente uguale.

Protezione strutturale per gli incendi

Serve per evitare che l'incendio si espanda.

È prevista dalla SOLAS sia per cargo che per passeggeri.

È incoraggiante da installare a contatto con la struttura.

In blu materiale isolante.

Soluzione più sottile e scomoda.

Isolante descritto dalla classe:

• A-60 B-30 C A₁: impermeabile a fumo e fiamme
• A-30 B-15 B A₂: impermeabile solo al fuoco
• A-0 C A₃: divisorio: materiale non infiammabile

Il numero indica il tempo per cui garanisce le prestazioni.

Esempio su passeggeri:

• Mare con scafo compartmentato contro l'allagamento
• In rosso compartimentazioni antincendio A-60
• Altri locali compartmentalizzati con A60:
• Bridge
• Engine control room
• Locale delle scale
• Main vertical zone

Le compartimentazione di classe B si mettono intorno ai corridoi.

Tipo C: intorno ai bagni (es.)

La SOLAS definisce circa 15 tipi di locali, con una tabella (sempre SOLAS) sappiamo che ventilazione installare tra due tipologie di locali.

Per passare da una main vertical zone all'altra ci sono le porte taglia-fuoco di classe A60. Sono tenute aperte da un elettromagnete che può essere disattivato da remoto. (werktür)