CAPITOLUL 2. CALCULUL REZISTENEI LA NAINTARE I

ALEGEREA MOTORULUI DE PROPULSIE

2.1. Date iniiale

- Lungimea de calcul: LWL = 220 [m];

- Limea de calcul: BWL = 31.2 [m];

- Pescaj de calcul: TWL = 12.4 [m];

- Deplasament volumetric: V = 67530 [m3];

- Aria suprafeei udate a carenei: S =9319,85 [m2];

- Coeficientul de finee bloc al carenei: CB=0,79;

- Raportul dintre lungimea i limea de calcul a navei: LWL/BWL =7.05;

- Densitatea apei: = 1,025 [t/m3];

- Vscozitatea cinematic a apei: =1,358*10-6 [m2/s];

- Acceleraia gravitaional: g = 9,81 [m/s].

2.2. Calculul rezistenei la naintare principale

2.1.1. Consideraii teoretice. Una dintre problemele de baz ale proiectrii, construciei i

exploatrii navei se refer la asigurarea calitilor de mar.

Calitile de mar sunt acele nsuiri care confer navei posibilitatea de a se deplasa cu

viteze ct mai mari la consumuri de putere ct mai mici.

Calitile de mar ale navei depind n mare msur de forele hidrodinamice i

aerodinamice care acioneaz asupra corpului i care se opun deplasrii sale. Interaciunea dintre

corpul navei i ap respectiv aer este un fenomen complex i dificil de descris matematic.

Soluionarea practic a problemelor referitoare la studiul acestui fenomen se face, n majoritatea

cazurilor, prin metode experimental - analitice.

Rezistena la naintare a navei este influenat de o serie de factori dintre care cei mai

importani sunt:

- regimul de curgere al apei n jurul carenei (laminar sau turbulent), care este determinat

de viteza navei i starea suprafeei udate (rugozitate, grad de coroziune, depunerile de alge i

vieuitoarele marine);

- adncimea la care are loc micarea (poziia de navigaie: la suprafa, la mic sau la mare

adncime):

- viteza de deplasare a navei, care influeneaz asupra pescajului mediu i asietei;

- caracteristicile enalului navigabil utilizat (adncime, lime etc.);

- situaia de ncrcare a navei, cu implicaiile pe care aceasta le are asupra pescajului, asietei

i poziiei transversale;

- factorii fizico - climatici ai zonei de navigaie (caracteristicile apei, vnturilor, valurilor

etc.).

Avnd n vedere cele menionate mai sus se poate spune c rezistena la naintare este

format din mai multe componente, determinate de cauze diverse i care interacioneaz ntre ele

ntr-un mod complicat.

n studiul teoretico - experimental al rezistenei la naintare se face urmtoarea ipotez:

componentele rezistenei la naintare se studiaz separat i se neglijeaz interaciunile dintre

acestea.

Rezistena la naintare principal se poate determina prin mai multe metode. Metoda aleas

este cea a formulelor aproximative i a diagramelor. Aceast metod se folosete frecvent n stadiul

preliminar de proiectare i are la baz formule aproximative i diagrame, rezultate din date

statistice sau n urma experimentrilor efectuate pentru diverse tipuri de nave.

Cu anumite corecii, aceste formule i diagrame, permit determinarea valorilor

aproximative ale componentelor rezistenei la naintare principale. Gradul de precizie al metodei

depinde de asemnarea geometric dintre nava de proiectat i cea pentru care au fost stabilite

formulele sau diagramele.

2.1.2. Determinarea rezisteei la naintare principale prin metoda utilizrii softurilor

specializate

Metoda este o compilaie ntre metoda analitic, metoda experimentrii pe model n bazinele

de ncercri i tehnica de calcul din ce n ce mai performant. Programele disponibile acoper o larg plaj

de posibile aplicaii, de la estimri preliminare rapide la determinarea mrimilor necesare prin calculul

spectrului hidrodinamic i evidenierea liniilor de curent n jurul carenei navei.

Un astfel de program specializat este programul AUTOPOWER, program oferit de Autoship

Systems din Vancouver Canada (Fig. 2.1).

Figura 2.1. Programul AUTOPOWER

Programul ofer posibilitatea calculului rezistenei la naintare i a puterii de remorcare precum

i optimizarea caracteristicilor agregatului propulsiv pentru regimurile de deplasament, semi-

deplasament i glisare prin utilizarea a diferite metode teoretico experimentale elaborate de

comunitatea tiinifico academic internaional.

Metodele disponibile sunt eficace numai pentru anumite tipuri de forme sau dimensiuni ale

carenei precum i pentru game de vitez specifice, recomandrile de aplicabilitate precum i limitele de

utilizare fiind clar specificate i n unele cazuri chiar de netrecut, programul nefuncionnd n aceste

situaii. De notat de asemenea c n alte cazuri programul ruleaz cu date iniiale ce depesc limitele de

utilizare recomandate ns rezultatele sunt incerte, uneori chiar aberante.

Calculul rezistenei la naintare i a puterii de remorcare debuteaz cu selectarea regimului de

navigaie (deplasament, semi-deplasament sau glisare) i introducerea datelor iniiale (Fig. 2.2).

Figura 2.2. Selectarea regimului de navigaie i introducerea datelor iniiale

Urmeaz selectarea metodei de calcul a rezistenei la naintare i a puterii de remorcare (Fig. 2.3).

Figura 2.3. Selectarea metodei de calcul a rezistenei la naintare

La selectarea metodei programul afieaz concomitent att limitele metodei ct i recomandri

succinte ale domeniului de aplicabilitate.

Urmeaz calculul de ctre program prin mai multe metode a suprafeei udate i apoi selectarea

gamei de viteze (Fig. 2.4). Cu datele astfel introduse programul calculeaz apoi rezistena la naintare i

puterea de remorcare, genernd de asemenea i un raport cu rezultatele obinute.

Figura 2.4. Selectarea gamei de viteze

2.3. Estimarea efectiv a rezistenei la naintare i a puterii de remorcare

Datele iniiale ale navei introduse n program sunt prezentate n Figura 2.5. Gama de viteze

adoptat a fost de 10,00 20,00 Nd cu incrementul de 1,00 Nd. Metoda de calcul a rezistenei la naintare

a fost metoda Holtrop, metod aplicabil navelor de transport de vitez medie.

Pentru aceste valori programul a calculat rezistena la naintare (Fig. 2.6) i puterea de

remorcare (Fig. 2.7)

Figura 2.5. Datele de intrare ale programului de calcul

2.4. Determinarea rezistenei la naintare totale i a puterii de remorcare

Figura 2.6. Calculul rezistenei la naintare

Figura 2.7. Calculul puterii de remorcare

2.5. Alegerea motorului de propulsie

Tinnd cont de condiiile tehnico-economice i de puterea efectiv necesar de minim de

20995,39 [kW ]; vom opta pentru un motor de ultim generaie n doi timpi de tip Wrtsil

RTA84T-D care antreneaz elice cu pas fix prin intermediul unei linii de arbori. Caracteristicile

constructiv-funcionale ale motorului ales sunt :

- diametru cilindru (alezaj), D=840 [mm];

- cursa pistonului, S=3150 [mm];

- numrul de timpi ai ciclului de funcionare, =2;

- numrul de cilindrii, i=7 n linie;

- presiunea medie efectiv la R1 pe=18,54 [bar];

- turaia motorului, n=76 [rot/min] ;

- puterea efectiv maxim, Pe= 21588 [kW] ;

- consumul specific efectiv, ce= 195 g/kWh

Instalaiile navale de propulsie cu motoare cu ardere intern au cea mai larg rspndire (peste 80%

din totalul navelor maritime i fluviale au asemenea sisteme de propulsie), datorit avantajelor

tehnice i economice pe care le asigur: consum specific de combustibil sczut, rezultnd astfel

cea mai mare economicitate n exploatare; cheltuieli relativ reduse pentru reparaii i reviziile

generale periodice; durat relativ redus pentru punerea n funciune (10...30 min.); diminuarea

pericolului de apariie a incendiilor i de producere a exploziilor.

Sigurana mare n funcionare

n funcie de condiiile naturale, nava poate fi surprins n mprejurri foarte grele, pe mare

agitat, departe de orice port, supus unor oscilaii foarte mari de ruliu i tangaj. n asemenea

situaii, sistemul de propulsie al navei funcioneaz n condiii de siguran, pentru a asigura

posibilitatea de guvernare a navei.

Accesibilitatea controlului pe timpul funcionrii

Pentru evitarea unor defeciuni care pot aprea n timpul funcionrii, sistemele de

propulsie naval trebuie s asigure posibilitatea controlului att prin observaie direct, ct i cu

ajutorul unor sisteme de semnalizare-avertizare a posibilitilor de apariie i producere a avariilor.

n prezent, navele moderne dispun de sisteme computerizate de comand i control, care asigur

att creterea siguranei n funcionare a sistemelor de propulsie, ct i asigurarea unei economiciti

maxime, n condiiile unui nivel redus al emisiilor poluante.

Realizarea parametrilor de proiectare

n exploatare, nava realizeaz parametrii pentru care a fost proiectat i construit,

ndeplinind astfel condiiile de competitivitate sub aspect tehnic i economic. Pentru navele

comerciale, principalii parametri de proiectare sunt ncrctura util i viteza. n cazul navelor

militare, primul parametru este substituit de cel referitor la ndeplinirea misiunii (misiunilor)

pentru care au fost proiectate.

Economicitatea maxim

Sistemul de propulsie funcioneaz n deplin siguran, cu cheltuieli ct mai reduse (n

special pentru navele comerciale), astfel nct costul specific al transportului este mic. Factorii

care influeneaz acest cost specific sunt:

consumul specific de combustibil al mainii (mainilor) sistemului de propulsie;

consumul specific de combustibil al mainilor auxiliare;

consumul specific de lubrifiant al mainilor principale i auxiliare;

costurile specifice ale combustibililor i lubrifianilor utilizai;

costul propriu-zis al sistemului de propulsie;

costul operaiilor de exploatare (piese de schimb, materiale de ntreinere etc);

cheltuielile pentru asigurarea condiiilor de via pentru membrii echipajului;

numrul membrilor i nivelul de retribuire al echipajului.