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
Strumenti di misura
Rugosità elica
Rimedi
• Tecniche di misura
I.T.T.C. e B.S.R.A.
• Rugosimetri digitali
• Misura e importanza
• 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
Parametri di progetto
Risultati
• Potenza effettiva
• Prova di elica isolata
• Velocità
• Prova di autopropulsione
• Rendimento elica
Metodi di trasferimento
• I.T.T.C. 57’
• I.T.T.C. 78’
• Indici di Seakeeping
Fasi:
Prova di Rimorchio
1) Preparazione modello
2) Serie di corse
3) Misura resistenza al moto
4) Analisi risultati
• Metodo di Froude
5) Trasferimento dati al vero
• I.T.T.C. 57’
• I.T.T.C. 78’
Metodo di Froude
RT M  RFM ( ReM )  RRM ( Fn M )
RTM : resistenza totale modello
RFM : resistenza d’attrito di una lastra piana equivalente
RRM : resistenza residua
Re 
Fn 
V L

V
gL
Numero di Reynolds

 

Viscosità cinematica
Numero di Froude
Protocollo I.T.T.C. 57’
Vs  VM 
0.075
CF 
(log Rn  2) 2

: fattore di scala
CF : coefficiente d’attrito
S : superficie bagnata di carena
s
: peso specifico acqua
PES : potenza effettiva
Fattore di Rugosità
CF
I.T.T.C. 57’
I.T.T.C. 78’
CF
0.2  104  0.4  104
CF
KS : altezza media della rugosità della nave 150  106 m
LWL : lunghezza della nave alla linea di galleggiamento
Correlazione Potenza-Rugosità
I.T.T.C. 78’
1/ 3
K 
10 dCF  1,05   0,64
L 
3
Incremento CF
3
V 
S
3
dP  9,493
dCF   10
10 
100
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 A
Ship B
Ship C
Ship B
Ship C
B*
15 000
3000
5000
10 000
3000
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
48 000
174 000
F*
205 000
70 000
122 000
135 000
62 000
240 000
* Approximate
Rimedi
1) 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