Conditionarea Marfurilor Chimice PE Perioada Transportului Maritim
CUPRINS
PARTEA GENERALA
CAP 1 Descrierea navei
Tipul navei………………………………………………………………………4
Simbolul de clasa ……………………………………………………………….4
Norme si convenții internaționale privind transportul mărfurilor chimice…..….4
Categoriile de mărfuri ……………………………………………………….….4
Stabilirea caracteristicilor principale ale corpului navei…………………….…..5
1.5.1 Alegerea coeficienților de finețe si dimensiunilor pp ale navei ………..……5
1.5.2 Verificarea rapoartelor intre dimensiuni…………………………..…….….6
Materiale utilizate ………………………………………………………………8
Viteză ,autonomie ,echipaj………………………………………………….……9
Compartimentarea navei ………………………………………………………..9
.
CAP 2 Construcția corpului navei ,planul general de amenajare
2.1 Caracteristici generale si reglementări privind construcția tancurilor chimice…14
2.2 Descrierea elementelor corpului navei .………………………………………..17
2.2.1 Dublu fund …………………………………………………………………17
2.2.2 Punți ………………………………………………………………………..17
2.2.3 Bordaj ………………………………………………………………….….19
2.2.4 Pereți ……………………………………………………………………….19
Structurile pupa si prova ……………………………………………….…19
Suprastructura……………………………………………………………..19
Tancurile ………………………………………………………………….19
Planul general de amenajare, schema tancurilor…………………………………………………………………….20
CAP 3 Determinarea preliminară a caracteristicilor dinamice pentru regimul de exploatare a navei
3.1Calculul rezistenței la înaintare…………………………………………………21
3.2 Determinarea puterii instalației de propulsie…………………………………..25
3.3 Verificarea stabilității inițiale a navei…………………………………………..29
3.4 Verificarea din punct de vedere al oscilaților………………………… ………33
3.5 Calculul propulsorului……………………………………………………….…34
3.6 Verificarea deplasamentului…………………………………………………….37
CAP 4 Calculul instalaților
4.1 Calculul instalației de guvernare………………………………………………..42
4.2 Calculul instalației de stins incendiu cu apă cu jet……………………………..51
4.3Calculul instalației de ungere la MP…………………………………………….62
CAP 5 Bilanțul energetic si alegerea DG
PARTEA SPECIALĂ:CONDIȚIONAREA MĂRFURILOR CHIMICE PE TIMPUL TRANSPORTULUI MARITIM
Generalități privind condiționarea mărfurilor chimice la bordul navelor………..…81
Descrierea instalațiilor care concură la condiționarea mărfurilor chimice la bordul navelor………………………………………………………………………….…..85
Instalația de spălare ………………………………………………………………..85
Instalația de încărcare/descărcare ………………………………………………….88
Instalația de încălzire ………………………………………………………………98
Sistemul de condiționare a atmosferei din tanc………………………………..….103
Instalația de ventilație ………………………………………………………….…105
Bibliografie ………………………………………………………………………..107
=== l ===
CUPRINS
PARTEA GENERALA
CAP 1 Descrierea navei
Tipul navei………………………………………………………………………4
Simbolul de clasa ……………………………………………………………….4
Norme si convenții internaționale privind transportul mărfurilor chimice…..….4
Categoriile de mărfuri ……………………………………………………….….4
Stabilirea caracteristicilor principale ale corpului navei…………………….…..5
1.5.1 Alegerea coeficienților de finețe si dimensiunilor pp ale navei ………..……5
1.5.2 Verificarea rapoartelor intre dimensiuni…………………………..…….….6
Materiale utilizate ………………………………………………………………8
Viteză ,autonomie ,echipaj………………………………………………….……9
Compartimentarea navei ………………………………………………………..9
.
CAP 2 Construcția corpului navei ,planul general de amenajare
2.1 Caracteristici generale si reglementări privind construcția tancurilor chimice…14
2.2 Descrierea elementelor corpului navei .………………………………………..17
2.2.1 Dublu fund …………………………………………………………………17
2.2.2 Punți ………………………………………………………………………..17
2.2.3 Bordaj ………………………………………………………………….….19
2.2.4 Pereți ……………………………………………………………………….19
Structurile pupa si prova ……………………………………………….…19
Suprastructura……………………………………………………………..19
Tancurile ………………………………………………………………….19
Planul general de amenajare, schema tancurilor…………………………………………………………………….20
CAP 3 Determinarea preliminară a caracteristicilor dinamice pentru regimul de exploatare a navei
3.1Calculul rezistenței la înaintare…………………………………………………21
3.2 Determinarea puterii instalației de propulsie…………………………………..25
3.3 Verificarea stabilității inițiale a navei…………………………………………..29
3.4 Verificarea din punct de vedere al oscilaților………………………… ………33
3.5 Calculul propulsorului……………………………………………………….…34
3.6 Verificarea deplasamentului…………………………………………………….37
CAP 4 Calculul instalaților
4.1 Calculul instalației de guvernare………………………………………………..42
4.2 Calculul instalației de stins incendiu cu apă cu jet……………………………..51
4.3Calculul instalației de ungere la MP…………………………………………….62
CAP 5 Bilanțul energetic si alegerea DG
PARTEA SPECIALĂ:CONDIȚIONAREA MĂRFURILOR CHIMICE PE TIMPUL TRANSPORTULUI MARITIM
Generalități privind condiționarea mărfurilor chimice la bordul navelor………..…81
Descrierea instalațiilor care concură la condiționarea mărfurilor chimice la bordul navelor………………………………………………………………………….…..85
Instalația de spălare ………………………………………………………………..85
Instalația de încărcare/descărcare ………………………………………………….88
Instalația de încălzire ………………………………………………………………98
Sistemul de condiționare a atmosferei din tanc………………………………..….103
Instalația de ventilație ………………………………………………………….…105
Bibliografie ………………………………………………………………………..107
Capitolul 1 DESCRIEREA NAVEI
1.1Tipul navei
Nava tratată in acest proiect este e tip tanc chimic cu un deplasament deadweight adoptat de Δdw=16186 kN; Mdw=1650 tdw ,navă utilizată pentru transportul substanțelor chimice periculoase si nocive lichide in vrac.
1.2 Simbolul de clasă
Nava este construită conform prescripțiilor si regulamentelor Registrului Naval Român care va aviza proiectul si va supraveghea nava atât in faza de construcție cât si în faza de exploatare prin acordarea certificatului de clasă.
1.3Norme si convenții internaționale
Datorită specificului acestor mărfurilor ce reprezintă încărcătura utilă ,pe plan internațional s-au stabilit o serie de reguli, standarde de construcție si măsuri de siguranță pentru navele ce transportă substanțe chimice în vederea minimalizării pericolului pe care îl reprezintă pentru mediu ambiant , navă si echipaj.
Acestea reglementează dotarea si echiparea minimă a navelor si sunt:
REGISTRUL NAVAL ROMÂN ediția 1991
BULK CHEMICALS CODE IBC-CODE
IMCO CODE- IMO-Internațional code for the Construcțion and Equipment of Ships Carring dangerous Chemichals in Bulk.
MARPOL-Convenția Internațională pentru prevenirea poluări apelor maritime-1973
SOLAS –Convenția Internațională pentru Siguranța Vieții pe Mare -1974 cu amendamentele din 1978,1981, 1983, 1986
Convenția Internațională privind Liniile de Încărcare ILLC Londra 1966
Convenția Internațională privind prevenirea coliziunilor pe mare 1972
1.4 Categoriile de mărfuri
Mărfurile ce intră în categoria substanțelor chimice periculoase se caracterizează prin :
– pericolul de incendiu si explozie.
– pericolul datorat interacțiuni cu alte substanțe având ca rezultat creșterea instabilități si degradarea acestora.
– pericolul pentru sănătatea umana.
– pericolul pentru mediul ambiant ,reprezentat prin contaminarea aerului si a apei si prin efectele sale asupra vieții marine .
Clasificarea navelor după tipul mărfurilor pe care le transportă:
Nave tip 1-sunt navele destinate transportului de mărfuri care necesită măsuri maxime de siguranță si prevenire a eventualelor deversări accidentale.
Nave tip 2-nave destinate transportului de mărfuri care necesită măsuri semnificative de siguranță si prevenire a eventualelor deversări accidentale.
Nave tip-3 nave destinate transportului de mărfuri care necesită măsuri
moderate de siguranță .
Toate aceste nave trebuiesc să îndeplinească condițiile de supraviețuire în cazul unei avarii oriunde pe întreaga lungime a sa, cu excepția compartimentului mașini pentru navele tip 3, adică plutirea să nu depășească limita de siguranță iar unghiul de bandare să nu depășească 150.
1.5 Stabilirea caracteristicilor principale ale corpului navei
Pentru determinarea dimensiunilor principale ale navei se utilizează o serie de grafice ajutătoare, care reprezintă variația caracteristicilor unor nave în funcție de deplasament, tipul navelor fiind identic cu cel al navei de proiectat si cu deplasamente apropiate . Deplasamentele navelor utilizate pentru trasarea graficelor L = f(Mdw), B = f(Mdw), d = f(Mdw), T= f(Maw) sunt cuprinse între valorile 1150-2550 tdw, interval ce cuprinde și deplasamentul navei de proiectat.
Pentru Mdw=1650 tdw rezultă următoarele dimensiuni:
Lmax=82.5 [m]
LCWL=74 [m]
B=10 [m]
D=5.5 [m]
T=3.7 [m]
1.5.1Alegerea coeficienților de finețe
Pentru navele tip tanc caracterizate prin capacități mari de transport coeficienți de finețe pot lua următoarele valori:
coeficientul bloc CB=0.78-0.8
– prin creșterea coeficientului bloc are loc o mărire a capacități de transport la aceiași lungime a navei însă în același timp se mărește si rezistența la înaintare necesitând o creștere a puteri instalate la mașina principală de propulsie
coeficientul de finețe al suprafeței maestre CM=0.96-0.98
coeficientul de finețe al suprafeței plutirii de plină încărcare CW=0.85-0.90
– valoarea coeficienților CM,CW ne oferă indicii privind modul de distribuire al volumului corpului etanș pe lungimea navei.
Coeficienți adoptați pentru nava de proiectat sânt:
CM=0.98
CW=0.88
CLP==0.795
CVP==0.886
1.5.2 Condiția rezistenței de val minime
Proiectarea optimă constă în adoptarea dimensiunilor principale și a formelor geometrice ale corpului navei astfel încât eficiența acesteia să fie maximă. Eficiența unei nave de transport reprezintă capacitate
Încă din faza de proiectare, cunoscându-se dimensiunile principale si viteza de exploatare impusă a navei, se verifica dacă lungimea la plutire corespunde interferenței favorabile a valurilor transversale prova si pupa. Interferența favorabilă se realizează atunci când peste golul de val pupa se suprapune creasta de val prova, acest lucru depinzând de o serie de factori (viteza relativă a navei ,lungimea navei la plutirea considerată, formele geometrice ale carenei).Viteza de calcul se adoptă egală cu viteza de exploatare a navei fiind regimul la care motorul are un randament maxim; se adoptă v=11.5Nd.
Pentru verificarea condiției rezistenței de val minime se utilizează formula lui Kent [2]care sintetizează rezultatele obținute din experimentele pe modele.
Relația trebuie să se verifice pentru n număr întreg si pentru acest lucru se modifică lungimea navei.
[ m]
rezultând următoarele valori adoptate pentru caracteristicile navei de proiectat:
Lmax=82.5m CB=0.78
LCWL=77m CM=0.98
B=10m C W=0.88
D=5.5m CLP=0.795
T=3.7m CVP=.886
MdW=1650 [tdw]
Δ= γLCWLBTCB=22342,7 [kN]
Δdw= MdW g=16186 [kN]
V= LCWLBTCB =2222 [m3]
1.5.3 Verificarea dimensiunilor navei
Valorile coeficienților de finețe pentru navele cisternă rezultate în urma prelucrări datelor statistice sunt cuprinse între următoarele valori :
CB=0.78-0.8
CW=0.85-0.9
CM=0.96-0.98
Pentru nava de proiectat valorile adoptate se încadrează in limitele uzuale.
Rapoartele între dimensiunile navei oferă unele indicii privind optimizarea procesului de proiectare ,precum si asupra unor calități ale navei cum ar fi calitățile nautice si constructive. Registrul Naval Român impune unele restricții ale acestor rapoarte, care pentru navele cu navigație limitată(zona 1) sunt:
Valoarea rapoartelor între dimensiuni indicate în literatura de specialitate au următoarele limite:
Nava de proiectat are următoarele rapoarte între dimensiuni:
Valorile adoptate respectă indicațiile RNR si se apropie de datele statistice pentru navele tip cisternă.
1.6 Materiale utilizate la construcția navei
Datorită agresivității ridicate a mărfurilor pe care le transportă, materialele din care sunt confecționate tancurile de marfă precum si instalațiile aferente , trebuie să reziste la acțiunea acestora si să evite contaminarea lor, de asemenea materialul trebuie să fie sudabil si stabil la presiunea si temperatura la care sunt transportate mărfurile.
Materialul adoptat pentru construcția navei în zona tancurilor de marfă este oțel inoxidabil tip AISI 316L acceptat de regulamentele internaționale, având următoarea compoziție :
C < 0.03% Mo=2—3%
Cr=16—18% Si< 1%
Ni=10—14% Fe= restul
Mn< 2%
Valorile reduse de C sunt recomandate pentru că la temperaturi ridicate acesta tinde să se combine cu Cr ,având ca rezultat scăderea rezistenței la coroziune în zona cordoanelor de sudură. Pentru neutralizarea acestui fenomen se adaugă în compoziția oțelului Titan, tolerându-se astfel valori mai ridicate de C.
Ciupiturile apărute pe suprafață materialului datorită acțiuni corozive poate provoca micșorarea capacități de rezistență a acestuia. Procesul de corodare a suprafeței metalice este influențată de:
– prezența clorurilor si a florurilor (existente si în apa de mare)
– neregularitățile si neomogenitatea cordoanelor de sudura
– rugozitatea si starea suprafețelor
– lipsa oxigenului ce duce la dificultatea formării oxidului de Cr
– temperaturile ridicate care au ca efect accelerarea procesului de coroziune
Pentru evitarea coroziunii se recomandă respectarea următoarelor reguli:
– eliminarea apei de mare din tancuri si clătirea cu apă dulce după spălarea acestora
– îndepărtarea tuturor particulelor si sedimentelor cât mai repede după operația de descărcare
– finisarea si întreținerea suprafețelor metalice pentru eliminarea zgârieturilor ce ar putea crea puncte de inițiere a procesului de coroziune
– inspecția tancurilor după fiecare transport pentru detectarea eventualelor zone afectate de coroziune
– spălarea imediată după fiecare transport (o analiză mai amănunțită a procesului de spălare se va face în partea a doua a lucrării)
– pasivarea oțelului prin tratarea cu o soluție puternic oxidantă, cum ar fi acidul nitric(HNO)3,având ca efect creșterea rezistenței chimice a acestuia
– decaparea suprafeței metalice pentru îndepărtarea reziduurilor de sudură si a oxizilor urmat de procedeul de pasivare.
Pentru construcția restului navei se utilizează oțel de înaltă rezistență tip A32, E32 cu următoarele caracteristici:
– limita de curgere superioară ReH=315 N/mm2
– rezistența la rupere Rm=440—590 N/mm2
– alungire la rupere 22%
Pentru construcția suprastructuri si a elementelor slab solicitate se utilizează oțel slab aliat iar pentru amenajările interioare lemn care în prealabil a fost tratat cu substanțe ignifuge .
Protecția materialelor de construcție
Toate suprafețele metalice se vor proteja împotriva coroziuni prin acoperire în mai multe straturi cu diverse vopsele , excepție făcând zona mărfurilor , zonă care va supusă unei analize amănunțite precum se va vedea în partea specială a acestei lucrării.
Primul strat de acoperire va fi întotdeauna grundul metalic(minim de plumb), după care se va aplica vopsea ,tipul acestora si numărul straturilor vor fi în funcție de amplasarea suprafeței pe care acestea le protejează, excepție făcând tancurile cu apă dulce care vor fi căptușite cu ciment pentru a se evita contaminarea apei.
Tubulaturile instalațiilor realizate din oțel vor fi supuse unui proces de zincare sau de galvanizare având ca scop creșterea rezistenței la coroziune a acestora.
Pentru protecția corpului navei situat sub nivelul apei se vor prevedea suplimentar anozi de zinc, limitându-se astfel acțiunea corozivă pe care o are apa de mare.
1.7 Viteză , autonomie , echipaj
Viteza de exploatare pe care o poate atinge nava, având carena îngrijită iar starea de agitație a mări nefiind mai mare de gradul 2 pe scara Beaufort si cu motorul funcționând la 0.85 din sarcina nominală si la 0.9 din turația nominală ,este v=11.5Nd.
Autonomia reprezintă distanța pe care o poate parcurge nava încărcată, la pescajul de 3.7m, cu viteză de exploatare si doar cu 90% din resursele de la bord , aceasta fiind de 3000Mm.
Numărul de persoane care deservește nava este de 6 , echipaj compus din un comandant, doi ofițeri si trei marinari.
1.8 Compartimentarea navei
Compartimentarea are ca scop asigurarea nescufundabilității navei prin limitarea pescajului la plutirea limită de siguranță în cazul inundării unui compartiment, oricare ar fi dispunerea lui pe lungime excepție făcând compartimentul mașini.
Plutire limită de siguranță este plutirea tangentă la linia de siguranță aflată la distanța de 76 mm de linia punții în borduri
Pentru utilizarea cât mai rațională a spațiului de depozitare si pentru creșterea siguranței de exploatare , volumul corpului navei se împarte în compartimente etanșe prin intermediul pereților transversali si longitudinali etanși. Pereți etanși se întind de la plafonul dublului fund până puntea de bord liber , care pentru nava de proiectat este puntea principală, fiind prevăzuți cu elemente de osatură proprii pentru rigidizarea acestora si pentru a rezista presiuni exercitate de fluide.
RNR impune numărul minim de pereți transversali etanși în funcție de lungimea navei, pentru nava de proiectat cu LCWL=77 m este de 5, însă pentru creșterea siguranței pe perioada exploatării si pentru îmbunătățirea caracteristicilor de transport se prevăd 7 pereți transversali si un perete longitudinal situat în planul diametral .
Conform paragrafului 1.6.3.1(A-II-Corp) din RNR distanța regulamentară normală în zona centrală se calculează cu formula m ,având următoarele limitări:
– în picuri a0=0,6 m
– pe distanța 0,2L de la perpendiculara prova a0max=0,7 m
Unde L este lungimea de calcul care reprezintă valoarea cea mai mare între 0.96LCWL si distanța cuprinsă între perpendiculara prova si axul cârmei , dar nu mai mult de 0,97LCWL.
– în urma efectuări calculului rezultă următoarele valori:
L=0,97LCWL=74,69 m
a0=0,629 m
Se adoptă: – a0=0.65m, majorarea nedepășind 25% este admisă de RNR
– lungimea picului pupa lppp=5,84 m
– lungimea compartimentului mașini lCM=14,3 m
– lungimea picului prova măsurat de la perpendiculara prova lppv=6,81m
Distanța regulamentară normală pentru nava de proiectat are următoarele valori:
– în picurile pupa si prova a0=0,6 m
– în afara picurilor a0=0,65 m
Distanța rămasă pentru amplasarea tancurilor de marfă ,combustibil si de slop este de l=50.05 m
Conform 3.8.1.6 (A-II-Corp) lungimea tancului de marfă, în cazul în care se prevede un perete longitudinal în planul diametral, va fi cel mult egală cu:
l=0.1L+4 m
l=11.7 m
Lungimea adoptată pentru fiecare tanc de marfă este l=11.7 m
Amplasarea pereților transversali etanși este următoarea :
– peretele picului pupa C7 – peretele pupa a compartimentului mașini C29
– pereți transversali în zona de depozitare a mărfurilor C36 ,C54,C72,C90
– peretele picului prova C108
Compartimentarea navei se consideră eficientă dacă indicele de compartimentare efectiv A este mai mare sau cel puțin egal cu indicele de compartimentare necesar R. Calculul se realizează conform prescripțiilor din Partea-V-Compartimentarea Cap 2din RNR.
Indicele de compartimentare necesar R pentru nave tip tanc care nu au în simbolul de clasă semnele pentru întărituri pentru gheață G50 G60,se calculează cu formula: unde:
LS= lungimea de compartimentare ce reprezintă lungimea navei aflate sub limita de
imersiune adică sub linia de intersecție a învelișului punții cu bordajul .
N= numărul maxim de personal pentru care nava este autorizată a le lua la bord
Lungimea de compartimentare netă se determină diminuând LS cu valoarea corespunzătoare sumei lungimilor picurilor pupa si prova.
Pentru nava de proiectat: LS=79 m
N=6
R=0,7> Rmin=0,67 valoarea minimă autorizată de RNR
Calculul indicelui de compartimentare efectiv A se face cu relația:
unde:
i –compartimentul sau grupul de compartimente adiacente luate în considerare.
pi –factor, care indică probabilitatea de inundare numai a compartimentului sau grupului de compartimente luate în considerare, ținând seama de poziția acestora față de extremitățile navei și respectiv de lungimea ipotetică a avariei.
si –factor, care indică probabilitatea de supraviețuire a navei, (printr-o flotabilitate și stabilitate reziduală suficientă), ca urmare a inundării compartimentului sau grupului de compartimente luate în considerare.
vi –factor, care indică probabilitatea ca inundarea să nu aibă loc deasupra construcției orizontale etanșe la apă.
Calculul se efectuează în ipoteza că nava înaintea avariei, este pe chilă dreaptă.
Modul de calcul al factorului pi:
Pentru navele tip tanc care nu au întărituri pentru gheață G50 G60 formula de calcul este: pi=pa
unde: a=0,4(1+ξ1+ξ2+ξ1,2)
X1 –distanța dintre extremitatea pupa a punții de compartimentare și peretele pupa al compartimentului sau grupului de compartimente adiacente considerate.
X2 –distanța dintre extremitatea pupa a punții de compartimentare și peretele prova al compartimentului sau grupei de compartimente adiacente considerate
p=WKVKl
W-factor ce ține seama de lungimea de compartimentare a navei
W=1 pentru nave cu LS<200 m
KV- coeficient ce ține seama de influența vitezei navei asupra extinderii avariei
V=12-viteza de deplasare a navei Nd
Kl= coeficient dependent de lungimea compartimentului sau grupului de compartimente adiacente considerate
Calculul factorului vi
– conform 2.6.2 A-V-RNR pentru navele care nu au întărituri pentru gheață tip G50 G60 factorul de probabilitate ca inundarea să nu aibă loc deasupra structuri etanșe la apă se adoptă : vi=1
Calculul probabilități de supraviețuire a navei si
– conform 2.7.8 A-V-RNR factorul s se adoptă ca fiind:
s=1 pentru compartimentele sau grupurile de compartimente adiacente care
îndeplinesc în totalitate condițiile de flotabilitate prevăzute în Cap3 A-V-
pentru toate situațiile de încărcare.
s=0,5 pentru compartimentele sau grupurile de compartimente adiacente care
îndeplinesc în totalitate condițiile de flotabilitate prevăzute în Cap3 A-V-
dar numai pentru situația de plină încărcare
s=0 pentru compartimentele sau grupurile de compartimente adiacente care
nu îndeplinesc condițiile de flotabilitate prevăzute în Cap3 A-V
Condițiile pe care trebuie să le îndeplinească nava, sunt cuprinse în capitolul 3 A-V din RNR( reglementate pe plan internațional de IBC Code ) și se referă la supraviețuirea navei si a mărfi în cazul unei avarii atât la bordaj cât și la fund.
RNR prevede următoarele situații de avarie:
avarie cu extindere longitudinală- cea mai mică valoare dintre 1/3L2/3 si 14,5 m
pe porțiunea 0,3L de la perpendiculara prova iar pentru restul navei valoarea
1/3L2/3 sau 5 m cea care este mai mică .
avarie cu extindere transversală – cea mai mică valoare dintre B/6 și 10 m pe
porțiunea 0,3L de la perpendiculara prova iar pentru restul navei valoarea B/6
sau 5 m cea care este mai mică.
avarie cu extindere verticală-valoarea cea mai mică dintre B/15 și 6 m măsurată
de la linia de bază
Navele tip 3 cu lungimi mai mici de 125m trebuiesc să reziste și să supraviețuiască la avarii oriunde în lungimea sa cu excepția compartimentului mașini.
Nava se consideră că supraviețuiește avariei dacă plutește si îndeplinește următoarele condiții:
– după inundare, stabilitatea navei este considerată satisfăcătoare dacă tangenta la curba stabilității statice corespunde unui unghi de minim 200 asociat unui braț al stabilității minim de 0.1m
– după inundare, unghiul de bandare a navei nu depășește 150 ,iar în cazul în care puntea nu este inundată ,unghiul de 170; pentru navele cu lungimi mai mici de 150 m ,unghiul maxim de bandare se poate accepta 250.
Calculul indicelui de compartimentare efectiv A pentru nava de proiectat
compartimentul mașini pCM=0,086
vCM=1
sCM=0
magaziile 7,8 p78=0,097
v78=1=s78
magaziile 5,6 p56=0,1129
v56=s56=1
magaziile 3,4 p34=0,114
v34=s34=1
magaziile 1,2 p12=0,114
v12=s12=1
=0,875
Deci, indicele de compartimentare efectiv A este superior indicelui de compartimentare necesar R, rezultând astfel că, compartimentarea navei, făcută la paragraful 1.8, este eficientă din punct de vedere al asigurării flotabilității și stabilității de avarie.
Cap 2. CONSTRUCȚIA NAVEI, PLANUL GENERAL DE
AMENAJĂRI
2.1Caracteristici generale si reglementări privind construcția tancurilor chimice
Construcția tancurilor chimice ,datorită gradului ridicat de pericol pe care îl prezintă mărfurile, trebuie să respecte pe plan internațional unele standarde si reguli, asigurându-se astfel încă din faza de proiectare minimizarea pericolului de poluare a mediului.
Aceste reguli se pot împărți în:
Reguli privind construcția corpului navei
amplasarea dublului fund pe cel puțin pe întreaga lungime a tancurilor de marfă, spațiu ce poate fi utilizat pentru reglarea asietei navei sau pentru depozitarea de combustibil sau de ulei; accesul în dublul fund se face din camera pompelor sau din coferdamuri asigurându-se posibilitatea ventilări si controlări atmosferei acestuia.
segregarea spațiilor utilizate pentru depozitarea mărfurilor sau a reziduurilor acestora de spațiile de locuit, compartimentul mașini, căldări, tancurile de apă potabilă, compartimentelor de provizii prin intermediul coferdomurilor, camera pompelor de marfă, tancurilor de combustibil, etc
suprastructura si spațiile de locuit nu se vor amplasa peste tancurile de marfă sau camera pompelor de marfă; ușile si hublourile spațiilor de locuit vor fi amplasate lateral față de partea frontală a castelului la o distantă de cel puțin 3m sau L/25; hublourile amplasate în partea frontală sau cele laterale aflate sub limita de 3m trebuiesc să fie fixe iar ușile comenzi de navigație trebuiesc prevăzute cu sisteme de etanșare eficiente la gaze si vapori.
tancurile de marfă nu se vor amplasa în spatele spațiilor de locuit.
accesul în tancurile de marfă trebuie să se facă direct de pe puntea principală si să permită o inspectare corespunzătoare a acestora; găurile de acces orizontale trebuie să permită trecerea unei persoane ce folosește un aparat de respirat si să faciliteze ridicarea unei persoane rănite ,dimensiunea minima a acestora fiind de ; pentru accesul pe orizontala dimensiunea minimă a deschiderilor verticale este de iar înălțimea față de paiol nu trebuie să depășească 600mm excepție făcându-se în cazul în care se prevăd trepte intermediare.
scările de acces nu se vor poziționa vertical si vor avea platforme la intervale potrivite.
Reguli referitoare la instalații si echipamente
instalațiile ce deservesc mărfurile trebuie să aibă sisteme de pompare si tubulaturi separate , care să nu traverseze spațiile de serviciu ,compartimentul mașini sau tancuri ce conțin mărfuri incompatibile
toate componentele instalațiilor trebuiesc să reziste la presiunea maxima la care a fost proiectate
conectarea tubulaturilor trebuie să se facă astfel încât să se evite eventualele avarieri mecanice; de regulă se utilizează îmbinare prin sudură cu excepția îmbinări tubulaturi cu compensatorii de dilatație sau în cazul conexiunilor la care îmbinarea se face cu flanșe.
nu se adoptă amplasarea tubulaturilor sub puntea principală decât dacă acestea sunt amplasate în tunele special amenajate astfel încât să se evite scurgerea mărfurilor în compartimentele pe care le traversează .
tunelurile de tubulaturi din dublul fund nu trebuie să aibă conexiuni directe cu compartimentul mașini
amplasarea unei valvule de izolare si a unei valvule de siguranța pe tubulatura de refulare a pompei cât mai aproape de tanc.
amplasarea unei valvule la fiecare conexiune de manifod
nici un dispozitiv de control al transferului de marfă nu se va amplasa sub puntea principală cu excepția camerei pompelor -instalațiile ce deservesc zona tancurilor de marfă trebuie prevăzute cu posibilitatea acționării de la distanță
posibilitatea izolării instalației de încălzire de tancul de marfă prin montarea flanșelor oarbe
posibilitatea izolării între tancuri ,dacă există conexiuni ,sau între tancuri si alte sisteme prin flanșe duble oarbe realizate din oțel inoxidabil
prizele de aer vor fi astfel amplasate față de tubulaturile de ventilație ale tancurilor de marfă încât să se evite captarea de vapori nocivi
toate tancurile de marfa trebuiesc dotate cu sisteme de ventilație compatibile cu tipul de marfa care se depozitează
să se prevadă pe puntea principală o tubulatură de apă care să dizolvarea si îndepărtarea cât mai repede a scurgerilor de marfă
dotare navei cu instalații de monitorizare si control a parametrilor mărfurilor depozitate la bord precum si a spațiilor adiacente zonei de depozitare; instalațiile de monitorizare trebuie prevăzute cu sisteme de avertizare luminoase si sonore iar sistemul de control al mediului trebuie să fie compatibil cu tipul mărfi pe care o protejează
Instalația electrică este reglementată de Convenția SOLAS 1974 partea D cap II având ca scop minimizarea riscului de incendiu si explozie a produselor inflamabile; în zona tancurilor de marfă este permisă montarea numai a echipamentelor protejate electric si a corpurilor de iluminat de tip anti-explozie.
Echipamentul electric trebuie să funcționeze normal si la umiditatea relativă a aerului cuprinsă între 75-95% și la temperaturi de peste 450C.
Reguli de exploatare
personalul trebuie instruit pentru cunoașterea procedurilor de operare si utilizare a echipamentului
verificarea compatibilității echipamentelor si a acoperirilor metalice cu tipul mărfi ce se intenționează a se transporta, precum si durata de valabilitate a stabilizatorilor chimici
inspectarea tancului de marfă a stratului de protecție si remedierea tuturor defectelor înainte de încărcare
verificarea si manevrarea corespunzătoare a valvulelor si a sistemelor de etanșare
verificarea sistemului de control al atmosferei din tancurile de marfă si din zonele învecinate
verificarea funcționări la parametri nominali a tuturor sistemelor de protecție
pe timpul operației de încărcare trebuie înlăturate imediat orice scurgeri de marfă pe puntea principală iar echipajul trebuie să aibă cunoștință de măsurile pe care să le efectueze în cazul contaminărilor accidentale
în cazul în care se transportă produse toxice care nu au miros în tanc se introduce un aditiv mirositor care însă nu trebuie să afectează marfa
operațiile de încărcare trebuie imediat oprite din momentul în care sistemele de control esențiale devin inoperante
tancurile vor fi umplute astfel încât să se evite deversarea produselor datorită dilatării acestora odată cu creșterea temperaturii
pe durata timpului de depozitare se urmăresc permanent parametri mărfurilor si a atmosferei din tanc si din zonele alăturate ,evitându-se însă contactul cu mărfurile si cu vaporii acestora
capacele tancurilor de marfă se vor menține cât mai mult posibil închise atât pe perioada operației de încărcare cât si pe perioada operației de descărcare
după operația de descărcare se spală imediat tancul de marfă si tubulaturile aferente îndepărtându-se orice sediment si se face o nouă inspecție pentru a se descoperi eventualele degradări ale suprafețelor metalice.
Reguli de protecție a personalului
nava trebuie dotată cu echipamente de protecție corespunzătoare (mănuși ,cizme, ochelari de protecție, haine rezistente la acțiunea substanțelor chimice precum si aparate autonome de respirat ) ce se vor păstra în locuri speciale ușor accesibile însă în afara spațiilor de locuit
trebuie prevăzută o instalație de aer comprimat capabilă să încarce buteliile de aer si să ofere printr-o tubulatură de joasă presiune aerul necesar pentru doi oameni timp de cel puțin o oră
accesul în tancurile de marfă si în spațiile adiacente nu trebuie să se facă decât după o prealabilă ventilare a acestora si cu echipamentul autonom de respirat
pe puntea principală trebuiesc amplasate dușuri pentru decontaminare si spălare, acestea fiind operabile la condițiile mediului ambiant
2.2Descrierea elementelor corpului navei
Nava este construită cu suprastructura si compartimentul mașini în pupa având o singură linie axială dispusă în planul diametral, cu o singură punte continuă si 8 compartimente de marfă aflate în zona centrală si prova; de asemenea nava este prevăzută cu întărituri pentru gheată din clasa G30 (navigația în zone nearctice cu ape cu sloiuri mărunte).
Nava este construită în sistem combinat de osatură cu următoarele particularității:
– puntea principală si dublul fund sunt construite în sistem longitudinal de osatură
– bordajele fiind construite în sistem transversal de osatură
– pereți transversali si longitudinali sunt construiți în sistem verticali de osatură plasați în dreptul elementelor întărite formând astfel cadre transversale si longitudinale.
Deadweight
Deadweight-ul navei la pescajul de plină încărcare d = 3,7 m în apă de mare cu densitatea = 1,025 t/m3 nu va fi mai mic de Mdw= 1650 tdw; acesta mai cuprinde pe lângă greutatea mărfurilor următoarele grupe de greutăți:
-combustibil pentru MP si instalațiile auxiliare…………100 t
– ulei ………………………………………………………3 t
– apa ………………………………………………………24 t
– echipaj si piesele de schimb……………………………..5 t
Dimensiunile principale ale navei
Lungimea maximă …………………………………82.5 [m]
Lungimea între perpendiculare ……………………76,31 [m]
Lungimea plutirii la linia de încărcare de vară ……77 [m]
Lungimea de calcul ……………………………..…74,69 [m]
Lățimea de construcție …………………………….10 [m]
Înălțimea de construcție la puntea principală………5,5 [m]
Pescajul corespunzător liniei de încărcare de vară …3,7 [m]
2.2.1 Dublul fund
Se întinde pe întreaga lungime a navei mai puțin în picurile pupa, prova și în tancurile unde se depozitează de obicei lichide, fiind construit în sistem longitudinal de osatură. Varangele cu inimă etanșe sau cele prevăzute cu decupări pentru trecerea lichidelor, se amplasează la distanțe egale cu 3a0 una față de cealaltă; chila este plată fiind simetrică față de planul diametral si întinzându-se pe toată lungimea navei.
Înălțimea dublului fund se calculează cu formula dar aceasta nu va fi mai mică de 0,760 m.
– înălțimea dublului fund se adoptă h=0,760 m
In dublul fund se prevăd treceri etanșe pentru tubulaturile instalațiilor de balast si santină
2.2.2Punțile
Puntea principală este puntea continuă extinsă dintr-un bord în altul pe toată lungimea navei, față de care se calculează înălțimea de construcție Pentru nava de proiectat, puntea principala este si puntea până la care se ridică pereții transversali si longitudinali etanși, fiind construită în sistem longitudinal de osatură în zona centrală iar în extremități în sistemul transversal de osatură. Puntea principală prezintă selatură inițială numai în plan transversal permițându-se astfel curgerea apei spre borduri.
Puntea teugă este amplasată în zona prova la o înălțime față de puntea principală de 2,4 m si se întinde pe o lungime de 9 m, scopul ei fiind de a evita pătrunderea bordului navei în apă în timpul oscilațiilor de tangaj cu valori mari ale amplitudini .Pe puntea teugă sunt amplasate echipamentele de ancorare si legare din zona prova.
2.2.3 Pereții
Pereții etanși sunt pereți plani construiți în sistem vertical de osatura ,cu montanți întăriți amplasați în același plan cu elementele întărite ale dublului fund si punții (eventual si cu bordajul ,pentru montanții peretelui longitudinal), formând astfel cadre transversale și longitudinale ce măresc rezistența generală a corpului navei.
Grosimea minimă a tablelor pereților etanși se determină cu relația:
Smin=5a+2,5=6.3mm
a=0,76 m-distanța dintre elementele de osatură ale peretelui
Structura pupa
Etamboul este confecționat din tablă fasonată, iar bucșa tubului etambou din oțel turnat. Etamboul este rigidizat cu varange și cu nervuri orizontale
Cârma este volumică de tip suspendată compensată confecționată din tablă fasonată și sudată si se poate banda în ambele borduri până la un unghi de 370.
Structura prova
Etrava este confecționată din tablă fasonată și sudată. Este rigidizată cu o inimă dispusă în planul diametral și cu bracheți orizontali și transversali.
Suprastructura
Suprastructura este amplasată în zona pupa deasupra compartimentului mașini. În suprastructură sunt prevăzute încăperi de locuit pentru echipaj, comanda navei și încăperi de serviciu.
Tancurile
Tancurile de marfă sunt rigide de tip integral făcând parte din corpul navei si prevăzute cu capace pe puntea principală și tubulaturi de sondare ,ventilare, spălare si încărcare/descărcare .
Restul tancurilor de depozitare sunt construiți din pereți plani ,putând avea structuri separate de cele ale navei.
Capacitatea tancurilor (98%)
Tancurile de marfă(8) fără tancurile de slop………1980 m3
Tancurile de slop ………………………………….110 m3
Tancurile de combustibil inclusiv cel de circulație…120 m3
Tancurile de ulei……………………………………4,5 m3
Tancurile de apă…………………………………….24 m3
Tancurile de balast………………………………….548 m3
Tanc pentru spumant………………………………..1,6 m3
Tanc soluție de spălare………………………………0,8 m3
Tanc santină…………………………………………2 m3
Tanc reziduuri de combustibil și ulei………………..6 m3
Cap 3.DETERMINAREA PRELIMINARĂ A CARACTERISTICILOR
PENTRU REGIMUL DE EXPLOATARE AL NAVEI
3.1 Calculul rezistenței la înaintare a navei
Nava în timpul exploatării se consideră un corp ce trebuie să se deplaseze cu o anumită viteză într-un fluid alcătuit din două componente cu proprietății diferite (apă, aer). Datorită interacțiunii dintre navă si fluid ,considerat mediul exterior, pe timpul deplasării iau naștere forțe ce se opun înaintării acesteia.
Forțele ce acționează asupra navei raportate la sistemul de axe XYZ :
– rezultanta forțelor hidro și aerodinamice proiectate pe axa OX determină rezistența totală la înaintare a navei când aceasta se deplasează cu o anumita viteză.
– pentru ca nava să abia o bună stabilitate de drum rezultanta forțelor pe axa OY trebuie să fie nula
– suma forțelor pe axa OZ este nulă asta fiind de altfel prima condiție pe care trebuie să o îndeplinească un plutitor ,asta înseamnă ca mărimea forței de greutate trebuie să fie egală cu mărimea forței de presiune
Pentru a se realiza o deplasare continuă a navei la parametri de viteză impuși , instalația de propulsie trebuie să realizeze o forță de împingere care să învingă rezistența totală la înaintare. Devine astfel imperativ determinare rezistenței totale la înaintare a navei încă din faza de proiectare pentru alegerea optimă a instalației de propulsie si pentru cunoașterea calităților de marș. Calitățile de marș sunt acele însușiri, care conferă navei posibilitatea de a se deplasa cu viteze cât mai mari la consumuri de putere cât mai mici.
Rezistența la înaintarea navei este influențată de o serie de factori , dintre care cei mai importanți sunt:
– regimul de curgere al apei în jurul carenei (laminar sau turbulent)care este determinat de viteza navei și starea și starea suprafeței udate(rugozitate, gradul de coroziune, depunerile de alge și viețuitoare marine);
– adâncimea și caracteristicile șenalului navigabil
– caracteristicile geometrice ale corpului navei (coeficientul bloc , modul de distribuire a volumului navei pe lungime ,etc.)
Datorită numărului mare de factori ce intervin și a modului complex în care acestea interacționează, în faza de proiectare, rezistența la înaintare nu se poate determina cu exactitate. Soluționarea practica a problemelor referitoare la acest fenomen se face, in majoritatea cazurilor, prin metode experimental-analitice.
Rezistența totala la înaintare (RT) are doua componente :
– rezistența la înaintare principală (R) care este la rândul ei compusă din două componente : o componenta dată de frecarea dintre suprafața udată a carenei cu apa în care se deplasează nava și o componentă dată de surplusul de presiune exercitat de apă pe suprafața carenei udate pe timpul deplasării navei. Dintre acestea două prima reprezintă componenta majoritară a rezistenței la înaintare principale, cel puțin în cazul navelor cu carene imersate și cu viteze reduse și medii – caz specific și navelor comerciale de transport marfă.
-rezistența la înaintare suplimentară(RS) ce este determinată de interacțiunea dintre apa și apendici, de acțiunea valurilor mării respectiv a aerului atmosferic asupra corpului navei și a suprastructurilor , la deplasarea acesteia cu o anumita viteză.
Calculul teoretic se realizează astfel:
Rezistența la înaintare principală
R=RF+RP kN
[kn]
[kn]
unde: = densitatea apei [t/m3];
v = viteza navei [m/s];
S = aria suprafeței udate a carenei nude [m2];
S=LCWLT(1,36+1,13CBB/T) [m2]-pentru nave cu forme fine și LCWL/B mare
S=LCWL(2T+1,37(CB-0,274)B [m2]-pentru nave maritime cu forme pline
CB= coeficientul bloc al navei
CF= coeficientul rezistenței de frecare =;
= efortul unitar tangențial ce acționează asupra elementului finit de arie al suprafeței carenei ude
practic coeficientul de frecare se determină cu formula:
CF=kCCF0+CAR
CF0=coeficientul de frecare al plăci netede echivalente ce depinde de numărul Reynolds
kC= coeficient de corecție ce ține seama de curbura suprafeței(se determină în funcție de raportul L/B)
CAR= coeficient adițional de rugozitate(se adoptă pe baza datelor statistice)
CP= coeficientul rezistenței de presiune =
p' = presiunea dinamică suplimentară datorată forțelor hidrodinamice ce apar la deplasarea navei prin apă și care acționează asupra elementului finit de arie al suprafeței carenei udate ;
Rezistența la înaintare suplimentară
RS = RAP + RVM + RAA [kN].
[kN].
[kN].
RAA=CaerρaerAAV
CAP = coeficientul rezistenței datorat apendicilor – din literatura de specialitate [2] aleg pentru acest coeficient, corespunzător tipului navei de proiectat
Cvp= coeficientul rezistenței valurilor mării – din literatura de specialitate [2] aleg pentru acest coeficient, corespunzător gradului de agitație al mării
Caer= coeficient adimensional determinat în tunele aerodinamice
AV=aria proiecției suprafeței emerse a navei pe planul transversal al cuplului maestru
O metoda aproximativa de determinare a rezistentei la înaintare este cea bazata pe seriile de diagrame Harvald; aceasta se potrivește formelor geometrice si caracteristicilor dinamice ale navei in discuție.
Determinarea rezistentei la înaintare a navei prin metoda Harvald
Unele bazine hidrodinamice din lume au publicat rezultatele încercărilor lor sistematice, cu serii de modele, pentru o gama larga de forme geometrice si coeficienți de finețe. Prin prelucrarea acestor rezultate, Sv. Aa. Harvald si H.E Guldhammer au elaborat o serie de diagrame, care poate fi utilizata in faza de proiect preliminar, pentru determinarea rezistentei la înaintare.
Aceste diagrame permit determinarea coeficientului de rezistenta in funcție de numărul Froude, coeficientul de finețe longitudinal prismatic pentru diferite valori ale raportului LWL / V1/3.
Seria diagramelor Harvald este valabila pentru: Fr = 0,15…0,45, LWL/ V1/3 = 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 6,5; 7,0; 7,5; 8,0.
Daca LWL / V1/3 [4,0; 8,0] dar este diferit de valorile enumerate anterior, coeficientul se determina, interpolând liniar rezultatele obținute prin utilizarea celor doua diagrame, care delimitează acest caz.
Nava ce face obiectul proiectului îndeplinește condițiile mai sus enumerate, deci putem calcula rezistenta la înaintare aplicând metoda Harvald.
Calculul se efectuează pentru un interval de viteze care să cuprindă și viteza de exploatare a navei.
Se determină coeficientul rezistenței de presiune din graficul de variație al acestuia funcție de numărul Froude și de coeficientul longitudinal prismatic pentru raportul L/V1/3 al navei de proiectat [1]
Calculul sa efectuat tabelar pentru un interval de viteze ce includ viteza de exploatare adoptată preliminar , utilizându-se următoarele date de intrare:
-lungimea navei L = 77 m
-lățimea navei B = 10 m
-înălțimea de construcție D = 5.5 m
-pescajul d = 3,7 m
-raportul dintre lungime și lățime L/B = 7,7
-raportul dintre lățime și pescaj B/d = 2,0
-volumul carenei:
V = CBLBd
V = 2222,2 m3
-coeficientul de finețe bloc al carenei CB = 0,78
-aria suprafeței udate: S=1110 m2
-coeficientul adițional de rugozitate CAR=0,55 10-3
-coeficientul de corecție kC=1,0315
-densitatea apei = 1,025 t/m3 = 1025 kg/m3
-vâscozitatea cinematică a apei = 1,510-6 m2/s la t=200C
-accelerația gravitațională g = 9,81 m/s2
-coeficientul de rezistență a apendicilor CAP=0,00008
-coeficientul rezistenței valurilor Cvp=0,0003
-Caer=0,9
-aria suprafeței emerse a navei proiectate pe planul cuplului maestru AV=80 m2
-densitatea apei de mare ρapă=1,025 t/m3
-densitatea aerului ρaer=0,01226 t/m3
Cu rezultatele obținute se trasează curba de variație a rezistenței totale la înaintare funcție de viteza navei R=f(vi)
3.2 Determinarea puteri instalației de propulsie
Deplasare navei prin apă ,cu o anumită viteză constantă , se realizează cu ajutorul instalației de propulsie care, trebuie să dezvolte o forță ce trebuie să învingă rezistența la înaintare totală.
Puterea instalației de propulsie reprezintă lucrul mecanic realizat de aceasta, în unitatea de timp, pentru a învinge rezistența la înaintare totală.
În general instalația de propulsie a navei cuprinde patru elemente principale:
elicea sau alt tip de propulsor;
axul port-elice;
dispozitivul de inversare al sensului de rotație și reducere a turației
mașina principală
mașina principală
Fiecărui element principal, din lanțul cinematic al instalației de propulsie, îi va corespunde o putere și un randament caracteristic
a) Puterea de remorcare
Este produsă de elice și are relația de definiție:
PE = RT v [kW sau
PE = 1,36 RT v [CP
b) Puterea la elice
Randamentul discului elicei propulsorului este:
D = PE/PD
unde PD reprezintă puterea primită de elice, de la axul port-elice. În literatura de specialitate, se dau valori uzuale ale lui D = 0,3…0,7.
– rezultă puterea la elice:
PD = PE/D
-de asemenea puterea la elice se mai poate calcula cu:
c) Puterea la axul port elice
Randamentul liniei axiale este:
S = PD/PS
unde PS reprezintă puterea primită de axul port elice de la dispozitivul de inversare al sensului de rotație și reducere a turației. Valorile uzuale ale lui S=0,96…0,98.
rezultă puterea la axul port-elice:
PS = PD/S
d) Puterea efectivă la flanșa mașinii principale
Randamentul dispozitivului de inversare al sensului de rotație și reducere a turației este:
G = PS/PB
unde PB reprezintă puterea primită de dispozitivul de inversare al sensului de rotație și reducerea turației, de la flanșa mașinii principale.
rezultă puterea efectivă la flanșa mașinii principale:
PB = PS/G
Valorile uzuale date în literatura de specialitate, ale lui G sunt: G=0,94…0,98.
se obține:
e) Puterea indicată a mașinii principale
Randamentul mecanic al mașinii principale este:
M = PB/PI
unde PI reprezintă puterea indicată a mașinii principale.
rezultă puterea indicată:
PI = PB/M
se obțin formulele:
în care P –randament al propulsiei.
Valorile uzuale, date în literatura de specialitate, pentru randamentul mecanic, sunt cuprinse în intervalul 0,75…0,95.
Pentru a se obține puterea indicată necesară propulsiei se utilizează un motor cu ardere internă ,semirapid cu aprindere prin comprimare, iar pentru transformarea lucrului mecanic în forța de împingere se alege un propulsor reactiv de tip elice.
Calculul puteri de remorcare și a puterii indicate a mașinii de propulsie s-a efectuat tabelar pentru un interval de viteze, plecând de la următoarele date inițiale :
-randamentul discului elicei D=0,6
-randamentul liniei de arbori S=0,97
-randamentul reductorului G=0,96
-randamentul mecanic al motorului principal M=0.91
Tab. 3.2 Calculul puteri de remorcare a navei și a puteri indicate a motorului
Cu valorile din tabel se trasează curba de variație a puterii de remorcare PE=f(vi) pe același grafic cu RT=f(vi)
3.3 Verificarea stabilității inițiale a navei
Stabilitatea este proprietatea navei de a reveni la poziția inițială de echilibru , după dispariția cauzei care a determinat scoaterea ei din această poziție.
Verificarea stabilității la unghiuri mici sau inițială se face pentru înclinări transversale și longitudinale ce nu depășesc 150 ,în scopul determinării înălțimi metacentrice și compararea acesteia cu o valoare minimă impusă de Registrul Naval Român
Pentru navele de suprafață stabilitatea inițială longitudinală este exagerată fiind întotdeauna pozitivă și mult mai mare decât cea transversală ,de aceea în calculele de proiectare verificarea stabilități se face numai pentru înclinările transversale.
Conform RNR A-IV-3.4. stabilitatea navelor trebuie verificată în următoarele situații:
nava la pescajul la linia de plutire de vară cu marfa și rezervele la 100% din capacitate;
nava plină cu marfă dar cu rezervele la 10% din capacitate
nava fără marfă dar cu 100% rezerve
nava fără marfă si 10% rezerve
Suplimentar pentru navele tanc stabilitatea se verifică și pentru situația de încărcare de 75% din capacitatea tancurilor de marfă cu suprafețe libere iar pentru tancurile de balast la capacitatea de 50%.
Cuplul care apare la înclinarea navei în plan transversal ,ca urmare a modificării poziției centrului de carenă și a direcțiilor de acțiune a forței de deplasement și de împingere Arhimede ,se numește cuplu al stabilității transversale sau cuplu de redresare transversală
Momentul dMS definit de cuplul stabilității transversale se numește moment al stabilității transversale sau moment de redresare transversală și se consideră pozitiv dacă tinde să readucă nava la poziția inițială de echilibru.
dMS=ΔGMTsindφ [kNm]
unde : Δ [kN]- modulul forței de greutate a navei sau deplasamentul navei
GMT [m]- înălțimea metacentrică transversală ce reprezintă distanța de la metacentrul transversal , corespunzător înclinărilor infinite mici, la centrul de greutate
dφ- unghi de înclinare infinit mic
Se observă dependența momentului de stabilitate de înălțimea metacentrică transversală, de acea în continuare se trece la determinarea acesteia.
Determinarea teoretică a înălțimii metacentrice nu se poate face fără calculul de carene drepte, calcul ce nu face obiectul studiului acestui proiect, de acea se utilizează formule aproximative de calcul obținute în urma prelucrărilor statistice.
-formula de calcul a înălțimi metacentrice este următoarea:
GMT=BMT-(kG-kB) [m]
unde : BMT- distanța de la centrul de carenă la metacentrul transversal
kG –cota centrului de greutate
kB – cota centrului de carenă
kG=kD kG=2,42 [m]
k=1,1(1-0,1D)=0,44
D=5,5 [m]
-BMT se adoptă ca cea mai mică valoare dintre:
[m]
-analog kB
[m]
[m]
[m]
[m]
se adoptă
BMT=2,254 [m]
kB=1,946 [m]
înălțimea metacentrică devine :
GMT= BMT-(kG-kB)=1,78 m
La navele care transportă încărcături lichide trebuie să se țină cont de influența suprafețelor libere, care au ca efect micșorarea înălțimi metacentrice și implicit micșorarea stabilității inițiale a navei.
Studiul influenței încărcăturilor lichide cu suprafețe libere asupra stabilității inițiale a navei
Încărcăturii lichide se întâlnesc la bordul tuturor categoriilor de nave, în tancurile de balast, combustibil, ulei, apă potabilă sau tehnică iar la navele tip tanc însăși încărcătura utilă este lichidă.
Influența încărcăturilor lichide asupra stabilității navei se manifestă numai când compartimentele nu sunt pline complet.
In cazul unei înclinări transversale a navei cu un unghi δφ dată de un moment exterior dM , când încărcătura nu este lichidă dar are aceleași greutate specifică cu cea a lichidului pentru care se efectuează calculul, momentul de stabilitate este egal cu :
dMext=dMS=ΔGMTdφ [kNm]
In cazul în care încărcătura este lichidă și prezintă suprafețe libere, momentul exterior dM1 necesar pentru înclinarea navei cu același unghi dφ, este mai mic decât în primul caz exact cu momentul suplimentar creat de lichid dMh.
dM1=dMext-dMh [kNm]
unde: dMh=γliLdφ [kNm]
– iL [m4] momentul de inerție al suprafeței lichidului din tanc față de axa centrală longitudinală de inerție proprie.
-γl [kN/m3]greutatea specifică a lichidului din tanc
[m4] h= lățimea tancului [m]
l= lungimea tancului [m]
ΔGM T1dφ=ΔGMTdφ-γliLdφ /Δdφ
[m]
-γ [kN/m3] greutatea specifică a apei în care navigă nava
– [m3] volumul părții imerse a corpului navei delimitat de suprafața teoretică care la navele metalice se calculează de la fața interioară a tablelor învelișului
Concluzie: In prezența unei încărcături lichide cu suprafața liberă la bordul navei, are loc o diminuare a înălțimii metacentrice, proporțională cu greutatea specifică a lichidului și cu momentul de inerție al suprafeței libere față de axa centrală de inerție proprie.
Calculul influenței lichidelor asupra înălțimi metacentrice transversale pentru nava de proiectat se va face in continuare utilizându-se datele din schema tancurilor.
Conform 1.4.6.7. A-IV studiul influenței încărcăturilor lichide nu se va face pentru tancurile care îndeplinesc condiția de mai jos:
K30-factor adimensional dat tabelar
ρ- densitatea lichidului din tancul considerat [t/m3]
Vt -volumul tancului [m3]
Cp=Vt/atbtct coeficientul de finețe al tancului
at= înălțimea tancului [m]
bt= lățimea tancului [m]
ct= lungimea tancului [m]
Δmin [t] deplasamentul minim al navei
Se determină cu aproximație considerându-se pescajul minim al navei egal cu 2,8m astfel încât să se asigure funcționarea normală a propulsorului.
Δmin=
-tancurile care nu îndeplinesc condiția de mai sus sunt tancurile de marfă, de slop, și tancurile de balast din dublul fund
Calculul variației înălțimi metacentrice pentru tancurile de marfă:
nt=8 numărul de tancuri identice
-se consideră tancurile de marfă identice cu următoarele caracteristici
γm=ρmg=1000·9,81=9810 [N/m3]
b=5 m
a=4,74 m
c=11,7 m
Calculul variației înălțimi metacentrice pentru tancurile de slop
ns=2
b=4,2 m
a=4,74 m
c=1,95 m
Calculul variației înălțimi metacentrice pentru tancurile de balast
nb=8
b=5 m
a=4,74 m
c=11,7 m iL=121,8 m4
Calculul înălțimi metacentrice inițiale corectate
GM`T=GMT-δGMTi=1,78-0,427-0,427-0,01=0,916 [m]
Conform RNR A-IV-3.5.7. valoarea înălțimi metacentrice inițiale corectate pentru navele tanc trebuie să fie cel puțin cu 0,35 m, condiție satisfăcută, deci stabilitatea inițială transversală a navei este asigurată.
3.4 Verificarea din punct de vedere al oscilațiilor navei
Calculul perioadei oscilațiilor transversale si longitudinale ale navei
calculul teoretic se realizează cu formulele:
[s]
[s]
unde:
IXX1=momentul de inerție al masei navei si masei de apa antrenate în mișcare odată cu nava calculat față de axa longitudinală
IYY1= momentul de inerție al masei navei si masei de apa antrenate în mișcare odată cu nava calculat față de axa transversală
Δ= deplasamentul navei
GMT= înălțimea metacentrică transversală a navei
GML= înălțimea metacentrică longitudinală a navei
Determinarea exactă a momentului de inerție a navei si a masei de apa este dificilă de acea în calculele preliminare determinarea perioadelor longitudinale si transversale de oscilație se determină cu ajutorul formulelor aproximative.
C=0,81 sm-1/2 pentru navele de transport mărfuri
B=10 [m] lățimea navei
GMT=0.916 [m]
CVP=0,886 coeficientul vertical prismatic
T=3.7 [m] pescajul navei
Tφ=8,27 [s]
Tθ=4,34 [s]
Limitele de variație, rezultate din prelucrarea statistică, pentru perioadele oscilațiilor transversale si longitudinale pe apă liniștită la navele de transport marfă, sunt [2]:
7-12 s pentru oscilațiile transversale
4-6 s pentru oscilațiile longitudinale
Valorile rezultatele în urma calculelor preliminare pentru perioadele transversale si longitudinale de oscilație se încadrează în limitele uzuale pentru navele de transport marfă.
3.5 Calculul propulsorului
Propulsoarele navale sunt dispozitive care transformă energia mecanică produsă de mașinile principale de propulsie în forța de împingere necesară învingerii rezistenței la înaintare a navei, asigurând deplasarea acesteia cu o anumită viteză impusă.
Cele mai utilizate propulsoare pentru navele de transport actuale sunt propulsoarele reactive de tipul elicelor care au un randament bun la viteze mari de transport, fiind acționate de mașini rotative din cele mai diverse tipuri, oferind astfel o independență și o autonomie ridicată a navei pe durata voiajului.
Proiectarea elicei va consta în determinarea elementelor geometrice și a caracteristicilor optime a acesteia la regimul nominal de funcționare. Pentru nava de proiectat se va utiliza o elice de tipul Wageningen B, acest tip de elice fiind frecvent folosit la propulsia navelor de transport, adoptându-se o elice cu 5 pale.
La proiectarea elicei se vor utiliza rezultatele experimentale obținute prin încercările pe modele, aceste date sunt prezentate sistematizat, sub formă grafică , prin intermediul diagramelor de funcționare și a diagramelor generalizate ale elicelor. Aceste diagrame exprimă legăturile între caracteristicile geometrice și cele hidrodinamice ale modelelor încercate.
Acest calcul se efectuează în scopul proiectări elicei care să asigură viteza maximă de deplasare la parametri impuși de caracteristicile instalației de propulsie și de condițiile de montaj la navă; calculul se rezolvă cu ajutorul diagramelor Bp-δ unde Bp reprezintă coeficientul de putere iar δ coeficientul de viteză
Calculul se va efectua tabelar(vezi tab 3.3) fiind necesare următoarele date inițiale:
– puterea la axul elicei
PD=PB ηS ηG
PB=1061 kW-puterea efectivă a motorului, necesară pentru a învinge rezistența la înaintare și a propulsa nava cu viteza adoptată de 11,5 Nd, valoare rezultată din graficul rezistenței la înaintare.
ηS=0,97 randamentul liniei axiale
ηG=0,96 randamentul reductorului (inversorului)
PD=988 kW=1343,68 CP=1326,4 HP
– puterea de remorcare
ηD=0,55
PE=PD ηD=543,4kW=740CP
– diametrul elicei
D=2,7 [m]
– adâncimea axului
h=2,25 [m]
– coeficientul de siaj
– coeficientul de sucțiune
t=q2w
q2=coeficient ce are valoarea cuprinsă în intervalul 0,7-0,9 pentru navele cu cârmă hidrodinamică
t=0,8w
– coeficientul de influență al neuniformității curentului de lichid asupra randamentului elicei
iT;iQ- coeficienții ai neuniformității curentului asupra împingerii și momentului elicei aceștia se determinându-se pe cale experimentală; în calculele practice se recomandă valorile iT=0,95-1,05; iQ=1-1,05 pentru navele cu o elice
Tab3.3 Calculul tabelar al caracteristicilor elicei
Se observă că viteza realizată de elice, rezultată în urma calcului, este apropiată de viteza adoptată inițial deci pentru realizarea propulsiei se utilizează elicea cu caracteristicule geometrice prezente în tabelul de mai sus.
3.6 Verificarea deplasamentului
Greutatea totală a navei reprezintă suma greutăților parțiale ale elementelor ce o compun, forța rezultantă având direcția axei OZ iar sensul fiind contrar acesteia. Deplasamentul navei reprezintă mărimea forței de greutate
[kN]
unde: -qi= greutățile parțiale ale elementelor ce compun nava [kN]
-g= accelerația gravitațională m/s2
-mi= masele elementelor ce compun nava kg
-Δ =deplasamentul navei si se compune din
Δ=Δgol+Δdw [kN]
Δgol- deplasamentul navei goale
Δdw- deplasamentul deadweight și reprezintă mărimea tuturor greutăților variabile și consumabile, inclusiv a echipajului și a pasagerilor, corespunzător navei aflată la plină încărcare.
Δgol= Δce+ Δs+r+ Δmaș+ Δam+inst [kN]
Δce= mărimea greutății corpului etanș
Δs+r= mărimea greutății suprastructuri și a rufurilor
Δmaș= mărimea greutății mașinilor principale și a instalaților aferente acestora
Δam+inst= mărimea greutății amenajărilor și a instalaților auxiliare de bord
Δdw=Δu+Δc+u+a+Δrez+Δech [kN]
Δu= mărimea greutății încărcăturii utile sau a mărfii transportate
Δc+u+a= mărimea greutății rezervelor de combustibil, ulei și apă tehnică necesare funcționării mașinilor principale și auxiliare de la bord pentru raza de autonomie a navei adoptată.
Δrez= mărimea greutății rezervelor de alimente, apă potabilă, necesare echipajului, precum și a rezervelor de materiale de întreținere și piesele de schimb.
Δech= mărimea greutății echipajului ambarcat la bord și a pasagerilor dacă este cazul.
Determinarea în faza inițială de proiectare a deplasamentului navei goale, deci implicit determinarea capacității de transport a navei ce determină eficiența acesteia, este dificilă și în consecință se folosesc metode aproximative, metode ce se bazează pe faptul că între mărimea greutăților parțiale pe de o parte și dimensiunile principale ale navei și coeficientul bloc pe de altă parte există relații de dependență. Aceste relații se obțin prin prelucrarea statistică a datelor, luate de la unele serii de nave deja construite.
Calculul deplasamentului gol al navei prin metode aproximative.
Valorile greutăților specifice pentru greutățile parțiala ale subgrupurilor se aleg din intervalele de valori rezultate in urma prelucrărilor statistice.
mărimea greutății punții principale
-pentru LCWL=60-90m
Qpp=qppktLCWLBx [kN]
qpp=78,48٠10-2
kt=1+(lt-0,4)(1,56-0,016)=0,383 lt=suma lungimilor tambuchiurilor
Qpp=231,3 [kN]
mărimea greutății bordajului exterior
Qbe=qbe(1,23-0,11n)SbT1/3D1/2
qbe=17,658٠10-2
Sb= suprafața bordajului Sb=LCWL(1,7D+CBB)=1386 m2
n=1-numărul de punți
Qbe=1038,5 [kN]
mărimea greutății dublului fund
Qdf=qdfCBLCWL4/3B4/3(T/D)8/9h/hnorm [kN]
qdf=32,08٠10-2
h= înălțimea dublului fund h=0,76 m
hnorm=1,5(BT)1/4=6,58 –înălțimea dublului fund după prescripțiile registrului Norschie Veritas
Qdf=132,7 [kN]
mărimea greutății pereților transversali
-pentru D=5-7 m
Qpt=qptnCBBD3/2
qpt=44,316٠10-2
n=6 numărul pereților transversali
Qpt=304 kN
mărimea greutății pereților longitudinali
Qpl=qpllplLCWL [kN]
-pentru nave cu LCWL=60-90 m
qpl=6,082٠10-2
lpl=0,75-lungimea peretelui longitudinal raportată la întreaga lungime a navei
Qpl=270 [kN]
mărimea greutății întăriturilor pentru gheață (obijnuite)
Qîg=qîgLCWL=89,4 [kN]
mărimea greutății suprastructuri
-pentru LCWL=60-90 m
Qs=qslsLCWLB3/4 f1(h) [kN]
qs=288,4٠10-2
=0,19; LS-lungimea suprastructuri
f1(h) =0,24hs+0,44=2,84
hs-înălțimea suprastructuri
Qs=673,8 [kN]
greutatea fundaților și întăriturilor
Qfi=qfiLCWLBD [kN]
qfi=34,7٠10-3
Qfi=147 [kN]
greutatea părților nemetalice ale corpului
Qpn=qpn(LCWLBD)2/3=320 [kN]
qpn=1,222
greutatea piturilor și protecților
Qpp=qpp(LCWLBD)2/3=115 [kN]
qpp=0,4393
greutatea izolației
Qi=qi(LCWLBD)2/3=270 [kN]
qi=1,031
greutatea aerului din corp
Qac=qacCBLCWLBT=16,6 [kN]
qac=74,7٠10-4
greutatea dotărilor din încăperi
Qdi=qdinech=170 [kN]
nech=6 numărul de membri ai echipajului
qdi=28,33
greutatea instalației de guvernare
Qig=qigLCWLTv2s [kN]
qig=8,04٠10-4
vs=5,911 m/s viteza navei
Qig=8
greutatea instalației de ancorare și acostare
Qaa=qaaCBLCWLBT=159 [kN]
qaa=715,5٠10-4
greutatea instalației de bărci
Qb=qbnech=25 [kN]
qb=4,166
greutatea instalației de stins incendiu și sistemul de apă
Qia=qiaLCWLBD=76 [kN]
qia=17,94٠10-4
greutatea sistemului de aprovizionare
Qapr=qaprLCWLBD=92,4 [kN]
qapr=2,18٠10-2
greutățile altor sisteme
Qas=qasLCWLBD=4,62 [kN]
qas=10٠10-4
greutatea instalației energetice
Qie=qiePmp=1536 [kN]
qie=1,22
Pmp=1258 [kW] -puterea mașinii principale
greutatea instalației electrice
Qie=qieLCWLBD=180 [kN]
qie=400٠10-4
greutatea încărcăturilor lichide
Qîl=qîlCBLCWLBD=223 [kN]
qîl=675٠10-4
6082 [kN]
In faza inițială de proiectare la verificare deplasamentului navei se utilizează următoare relație:
Δ=Δgol+Δdw+ mΔ [kN]
mΔ- reprezintă rezerva de deplasament ce se prevede în faza de proiectare în cazul în care se adaugă noi greutăți ce nu au fost incluse în calculul inițial.
Δ=γV=γLCWLBTCB=22344,4 [kN]
γ=10,055 [KN/m3] -greutatea specifică a apei de mare
V=2222,22 [m3] -volumul de apă dislocat de navă
Δdw=gMdw=9,81 1650=16186,5 [kN]
mΔ= Δ-Δgol-Δdw=75,9 [kN]
In concluzie deplasamentul navei se verifică pentru caracteristicile adoptate, iar eficiența capacității de transport este indicată de valoarea ridicată a coeficientului de utilizare a deplasamentului, ce reprezintă raportul dintre deplasamentul deadweight și deplasamentul total al navei.
CAPITOLUL 4
Instalații de punte, corp și mașini
4.1 INSTALAȚIA DE GUVERNARE
4.1.1 Generalității
Guvernarea este proprietatea navei de a se deplasa pe o traiectorie dorită, dreaptă sau curbă. Guvernarea înglobează două calități nautice dinamice oarecum contradictorii acestea fiind:
stabilitatea de drum –este proprietatea navei aflată în mișcare de a se menține timp îndelungat pe o direcție impusă
manevrabilitatea-este capacitatea navei aflată în mișcare de ași modifica rapid direcția de deplasare cu ajutorul instalației popri de guvernare de la bord.
Guvernarea depinde de o serie de factori dintre care cei mai importanți sunt:
– mijloacele de guvernare utilizate
– formele geometrice ale carenei mai ales la pupa
formele geometrice și aria suprafeței de derivă
numărul, poziția și tipul propulsorului
condițiile de navigație
Instalația de guvernare, în timpul marșului, lucrează in permanență datorită faptului că asupra navei acționează o serie de factori perturbatori ca vânturile și valurile mări, ce crează momente de girație, iar menținerea navei pe direcția drumului dorit se face prin anularea acestor momente perturbatoare cu momente create de instalația de guvernare .
Menținerea integrități și viabilității instalației de guvernare este foarte importantă, deoarece ea participă la asigurarea vitalități navei, iar ieșirea din funcțiune a acesteia constituie una din cele mai grave avarii, care în condiții grele de navigație poate duce la pierderea integrității navei și în final la scufundarea acesteia.
De acea apare necesitatea îndepliniri instalației de guvernare a unor condiții generale:
-să fie sigură, robustă și să asigure o manevrabilitate și stabilitate de drum bună a navei.
-să prezinte posibilitatea unei acționări de avarie
-să asigure forța laterală necesară girației navei și să mențină valoarea ei până la următoarea comandă
-valoarea forței laterale trebuie obținută într-un timp limitat, impus de societatea de clasificare sub a cărui autoritate este construită nava.
-să asigure controlul elementului de execuție și comanda instalației de guvernare atât de la un post de comandă de la distanță cât și de la unul local.
-în transmisia de forță trebuie prevăzută posibilitatea limitării forțelor pentru a nu se distruge organele de transmisie.
O instalație de guvernare este alcătuită din următoarele elemente componente principale:
– elementul de comandă(timona)
– transmisia de comandă
– mașina de forță
– transmisia de forță
– elementul de execuție sau organul de guvernare
– sistemul de urmărire și control
4.1.2 Calculul instalației
Calculul ariei penei cârmei
Determinarea arie penei cârmei în faza inițială de proiectare se determină cu ajutorul formulelor aproximative [5]:
A=μLT
unde:
L=77[m] lungimea de calcul a navei
T=3,7 [m] pescajul navei
μ – coeficient ce ține cont de tipul navei
μ= 0,014-0,019 pentru tancuri mici si mijloci
Aria minima necesară a penei cârmei se determină cu formula recomandată de Registrul Det Norske Veritas:
p=1 pentru cârmele care lucrează la lângă elice
q=1
condiția ca aria adoptată să fie mai mare decât aria minimă impusă de Registrul Det Norske Veritas este îndeplinită.
Funcție de condițiile si de spațiul disponibil de amplasare a cârmei elementele geometrice ale acesteia sunt:
h=3 [m] înălțimea penei cârmei
b=1,5 [m] lungimea penei cârmei
-alungirea relativă a cârmei
grosimea relativă a profilului; se recomandă ca valoarea acestuia să nu depășească 0,25
-pentru cârma de proiectat se adoptă valoare 0,21
tmax =0,321 [m]
Calculul vitezei curentului de apa pe pana cârmei
La marș înainte:
Apc=Deb=4,05 [m2]-aria penei cârmei dispuse în curentul elicei
– viteza curentului de lichid la intrarea în discul elicei
CT= coeficientul de încărcare al elice
vs=11,5 Nd viteza de serviciu a navei
ω-siajul si reprezintă cantitatea de apă ce se mișcă în aceiași direcție cu nava, fiind antrenată de forțele de frecare dintre acestea ; se determină cu formula experimentală:
V=2222,2 [m3] volumul carenei
De=2,7 [m] diametrul elicei
CB=0,78 coeficientul bloc al navei
pentru navele cu pupa crucișător
hi=0,1 [m] distanța dintre fața inferioară a cârmei si planul de bază
H=3,5 [m] distanța dintre planul de bază si punctul de intersecție al axului cârmei cu corpul navei
Cd=1 pentru cârmele dispuse în PD
w=0,726
vA=1,614 [m/s]
T=118,2 kN –împingerea dezvoltată elicei la viteză de serviciu
vc=2,8368 [m/s]
La marș înapoi:
v`=(0,7-0,75)v-viteza de mers înapoi a navei
v`=0,7 0,514 11,5=4,13 m/s
w`=0,5w=0,363 –coeficientul de siaj la mers înapoi
d-distanța de la muchia de atac la axul cârmei
De- diametrul elicei
C`T=CT
Determinarea poziției de amplasare a axului cârmei
Pentru determinarea momentului de torsiune la axul cârmei este necesar cunoașterea poziției de amplasare a axului față de muchia de atac. Dacă poziția nu este impusă din considerente constructive, atunci aceasta se determină prin calcul existând două metode:
asigurarea manevrării cârmei prin aplicarea unui moment minim la ax
asigurarea manevrării cârmei printr-un consum minim de lucru mecanic
Pentru calculul acestuia se recurge la prima metodă, parcurgându-se următoarele etape:
-se aleg patru valori ale abscisei axului, astfel încât acestea să aparțină intervalului [0,25b-0,33b]
d1=0,3 m; d2=0,35 m; d3=0,4 m; d4=0,45 m
-se calculează momentele față de axul cârmei în funcție de unghiul de bandare, pentru valorile absciselor de mai sus , utilizându-se relația:
e= distanța de la muchia de atac la centrul de presiune
M= momentul creat de forța portantă la muchia de atac
cm= coeficientul momentului ;cn= coeficientul forței normale –sunt variabil funcție de unghiul de bandare al cârmei si se determină din diagramele publicate de centrele de cercetări.
Calculul se efectuat tabelar.
Tab.4.1
Pentru determinarea poziției axului cârmei, corespunzător momentului minim, se trasează graficele valorilor absolute maxime si minime ale momentelor din tabelul 4.1; punctul de intersecție al celor două grafice indică abscisa optimă a axului cârmei
doptim=0,446 m față de muchia de atac
– se observă ca după poziția axului cârma este de tip compensată
Calculul hidrodinamic al cârmei
Calculul se va face pentru cârma de tip NACA suspendată compensată cu următoarele date inițiale:
– înălțimea h=3 m
– lungimea b=1.5 m
– grosimea maximă a profilului tmax=0,321 m aflată la o distanța de 0,3b de la muchia de atac
– alungirea relativă λ=2
– grosimea maximă relativă t`max=0,21
– aria penei cârmei A=4,5 m2
– aria penei compensate Ac=1,338 m2
– aria penei aflată în curentul elicei Ace=4,05 m2
– coeficienții cxα; cyα; cnα; cmα pentru mers înainte și înapoi din tabele corespunzător tipului de cârmă cu profil NACA 0021
– distanța de la muchia de atac la axul cârmei d=0,446 m
– viteza curentului de apă pe pala elicei la marș înainte vc=2,836 m/s
– viteza curentului de apă pe pala elicei la marș înapoi v`c=3,08 m/s
– viteza de serviciu a navei v=11,5 Nd
– numărul de cârme nc=1
– coeficientul de siguranță pentru șocul cu obiecte tari K1=1,2
– coeficientul de siguranță pentru eforturi neprevăzute K2=1,2
– diametrul elicei De=2,7 m
– împingerea elicei T=118,2 kN
– coeficientul de siaj la marș înainte w=0,726
– coeficientul de siaj la marș înapoi w`=0,363
– densitatea apei de mare ρ=1,025 t/m3
Tab 4.2 Calculul momentului față de axul cârmei la marș înainte
Tab 4.3 Calculul momentului față de axul cârmei la marș înapoi
Momentul maxim la axul cârmei este obținut la obținut unghiul de bandare a cârmei de 360 și are valoare de 20.84 kNm.
În calculul de dimensionare momentul de calcul se determină prin majorarea momentului maxim cu coeficienții de siguranță pentru șocul cu obiecte tari și pentru sarcini neprevăzute.
M= K1K2Mac max==30 [kNm]
Conform RNR A-III-2.2.2. valorile convenționale de calcul ale forței și momentului care acționează asupra safranului cârmei se determină cu relațiile:
sarcina convențională de calcul care acționează asupra safranului la marș înainte.
F=F1+F2 [kN]
[kN]
[kN]
unde:
k1- coeficient egal cu 1 pentru cârmele trapezoidale și rectangulare suspendate
k2- coeficient egal cu 1 pentru cârmele ce lucrează în curentul elicei
A=4,5 [m2] aria cârmei
h= înălțimea medie a safranului [m]
Ak= suma ariilor safranului si suma ariilor laterale ale pintenului sau etamboului cârmei dacă există; dacă nu există pinten sau etambou al cârmei atunci As este egală cu aria cârmei .
Ak=A=4,5 [m]
b1=2,2 pentru cârmele aflate în planul diametral
CB=0,78 coeficientul bloc al navei
V [Nd]-viteza maximă a navei la mers înainte corespunzător liniei de încărcare de vară; V=12 Nd
T [kN] împingerea elicei la viteza maximă de deplasare a navei
R=103 [kN] rezistența la înaintare a navei, din tabelul de calcul al rezistenței la înaintare a navei.
t=0,2244 coeficientul de sucțiune la V=12 Nd
Dp=2,7 diametrul propulsorului
AS=Dpb=4,056 [m2] aria cârmei aflată în curentul elicei
F1=9,71 [kN]
F2=113,5 [kN]
F=123,18 [kN]
Conform 2.2.2.2. A-III valoare convențională de calcul al forței nu se va adopta mai mică decât cea calculată cu relația:
F3=k3A [kN]
k3- coeficient egal cu 18
F3=81 [kN] condiția este îndeplinită
momentul de torsiune convențional de calcul care acționează asupra instalației cârmei la marș înainte nu se va adopta mai mic decât cel determinat cu relația:
[kNm]
A1=1,338 m2 aria cârmei compensate
Mtc=14,59 [kNm]
momentul de torsiune convențional de calcul care acționează asupra instalației cârmei la marș înapoi nu se va adopta mai mic decât cel determinat cu relația:
[kNm]
k4- coeficient egal cu 0,185 pentru cârmele aflate în curentul elicei la marș înapoi
V3t=7 Nd viteza maximă de mers înapoi a navei
M3t=37 [kNm]
Pentru calculele ulterioare momentul de torsiune de calcul se va adopta egal cu M3t
calculul diametrului axului cârmei
Conform 2.3.1 A-III diametrul axului cârmei supus la torsiune nu trebuie să fie mai mic decât cel determinat cu relația:
[cm]
Mtc= momentul de torsiune de calcul [kNm]
ReH= limita superioară de curgere a materialului din care este confecționat axul cârmei; conform 2.1.5 A-III valoarea ReH minimă acceptată este de 390 N/mm2
Se adoptă ReH=390 N/mm2
k10 coeficient egal cu -26,1 la marș înainte
-23,3 la marș înapoi
se adoptă d0=11 [cm]
Calculul mașini de cârmă
mașina cârmei se adoptă cu rotor oscilant cu trei fețe de lucru montată pe axul cârmei
Ma=PRm=37 kNm momentul rezistiv la axul cârmei
P- forța de presiune ce acționează pe fețele de lucru a mașini de cârmă
Rm=(R+r)/2 raza medie față de care acționează forța de presiune
P=ΔpS
S=zb(R-r) suprafața activă a mașini de cârmă
z=3 numărul de pale ale rotorului
r=0.14 [m] raza interioară a camerei de lucru
R=0,26 [m] raza exterioară a camerei de lucru
b=0.3 [m] lățimea rotorului
Δp= diferența de presiune pe cele două fețe ale palei
– debitul pompei se determină din condiția RNR care imune ca bandarea cârmei dintr-un bord în celălalt să se realizeze în 28 secunde
Q=Sv [m3/s
v=ω(R+r)/2
ω – viteza unghulară
v=0,00872 m/s
Q=
Δp=pa-pr
Se consideră
pr=5 bar presiunea de pe fața reactivă care se opune rotiri axului fiind datorată rezistențelor hidraulice si inerției uleiului
Rezultă presiunea din camera activă:
pa= Δp+pr=22 bar
presiunea de refulare a pompei hidraulice:
pp=pa+ Δph
se adoptă: Δph=5 bar pierderile de presiune din instalația de guvernare
pp=30 bar
4.2 INSTALAȚIA DE STINS INCENDIU CU APĂ
4.2.1 Generalități
Incendiul constituie unul din cele mai frecvente pericole care afectează atât vitalitatea navei cât si integritatea personalului de deservire si a bunurilor materiale;
incendiul fiind un proces de oxidare cu degajare de căldură si lumină. Apariția unui incendiu este posibilă numai în cazul îndepliniri simultane a trei condiții, așa numitul triunghi de foc, acestea fiind:
– prezența materialului inflamabil
– cantitatea de oxigen care să inițieze și să întrețină procesul de oxidare
– sursa de aprindere sau de căldură
Dacă pentru evitarea apariției incendiului prima condiție nu poate eliminată de la bordul navelor, se încearcă controlarea si eliminarea celorlalte două condiții, acestea reprezentând de fapt principiile de acțiune a tuturor instalațiilor de stins incendiu aflate la bordul navelor.
Cantitatea minimă de oxigen care poate întrețină arderea se diferențiază pe categorii de produse fiind 11% pentru materialele solide, 9% pentru produsele lichide si 6% pentru produsele gazoase. Pentru prevenirea apariției incendiului în tancurile de marfă de pe tancurile petroliere sau în tancurile chimice care transportă produse inflamabile se procedează la introducerea de gaz inert care reprezintă de fapt produsele de ardere a unui combustibil lichid ( la care se obține ce mai mică valoare) în care concentrația de oxigen variază în jurul valori de 4,5%.
„Convenția internațională pentru ocrotirea vieții umane pe mare” SOLAS 1974 prevede măsuri si obligații ce trebuiesc îndeplinite și respectate de fiecare navă în situația când la bord a izbucnit un incendiu cât si condițiile acordări de ajutor unei nave incendiate.
Orice măsură antiincendiu nu-și va găsi eficiența dacă nu au fost respectate și anumite măsuri constructive menite a evita și apoi a limita sfera de extindere a unui incendiu; măsuri minime constructive au fost stabilite de Convenția SOLAS, principalele măsuri fiind următoarele :
– împărțirea corpului navei în zone de incendiu ( orizontale și verticale ) acestea reprezentând de fapt construcții metalice sau de orice alt material, rezistente la acțiunea focului si care nu permit extinderea acestuia dincolo de zona de amplasare a lor;
– eliminarea tuturor surselor de căldură și utilizarea numai a echipamentelor ce au un grad de etanșare corespunzător în compartimentele ce conțin de obicei produse inflamabile;
– separarea compartimentelor de locuit de celelalte compartimente;
– crearea de căi de evacuare de urgență a personalului si a pasagerilor;
– accesibilitatea tuturor căilor de evacuare și protejarea acestora cu puțuri până la puntea descoperită;
Agenți folosiți la stingerea incendiilor
Aceștia se aleg în funcție de natura materialului care arde cât si de întinderea incendiului si conform SOLAS agenții sunt:
Apa
– este cel mai utilizat agent deoarece se află la îndemână si în cantitate nelimitată, iar principiul de acțiune al acestuia constă în reducerea temperaturi focarului si a materialului care arde; introducerea acesteia în zona incendiului se realizează fie sub formă de jet cinetic fie în stare pulverizată.
Aburul
principiul de acțiune al acestuia constă în reducerea cantități de O2 din compartimentul incendiat prin umplerea în totalitate a acestuia cu abur ; se utilizează pentru stingerea incendiilor cauzate de combustibili lichizi în compartimente închise;
Bioxidul de carbon
– incolor si inodor acesta fiind mai greu decât aerul îl va înlocui având ca efect micșorarea concentrației de O2; se utilizează pentru stingerea incendiilor la instalațiile electrice, la motoare (în colectorul de baleaj și carter), în tancurile de combustibil.
Azotul
– are același mod de acțiune ca bioxidul de carbon
Tetraclorură de carbon
– este o hidrocarbură halogenată si acționează pe același principiu fiind întrebuințată pentru stingerea incendiilor în compartimente și încăperi închise.
Spuma
spumă chimică –este rezultatul unei reacții într-o soluție acidă și una bazică în prezența unor stabilizatori;
spumă mecanică- amestecul unei substanțe spumogene(1,5-3%)cu apă (dulce sau de mare 7-10%) si cu aer (85-90%)
Pulbere
– este un agent foarte eficient întrebuințat la combaterea incendiilor provocate de produse petroliere, instalațiile electrice, si la gazele combustibile; componentele de bază a pulberilor este bicarbonatul de sodiu sau de potasiu.
Gazul inert
– reprezintă produsele arderi unui combustibil , acestea sunt curățate si răcite până la 400C și trimise în compartimente pentru a preveni și a stinge incendiile în tancurile cu produse petroliere.
Orice nava pentru a-și asigură vitalitatea are în componența sa cel puțin un mijloc de stingere a incendiilor.
Pentru a avea eficiență maximă în realizarea scopului pentru care a fost construit sistemul de stins incendiu, acesta trebuie să îndeplinească la bordul navelor mai multe condiții:
– să fie capabilă a intra în funcțiune la capacitatea nominală în orice moment
– să fie sigură în exploatare și să aibă o vitalitate ridicată
– agenții de stins incendiu să nu fie toxici pentru organismul uman
– să nu activeze prin funcționare sa un nou incendiu
– să nu folosească agenți de stingere corozivi pentru instalații si pentru structura navei
– să aibă mijloace de acționare locală și de la distanță
– să folosească agenți de stingere care se găsesc ușor și care-și păstrează timp îndelungat proprietățile stingătoare
Instalațiile de stins incendiu cu apă
Este cel mai vechi tip de instalație de stins incendiu utilizat, folosind ca agent apă de mare sau apă dulce special depozitată la bord, acționând pe principiul răciri focarului de incendiu sub temperatura de ardere.
Tipuri de instalații de stins incendiu cu apă
instalații cu jet cinetic îndreptat asupra focarului
instalații cu apă pulverizată –sprinklere, pulverizare fină sau brută, stropire-cu care se realizează umplerea în totalitate a spațiului incendiat
instalații de stins incendiu prin inundarea spațiului afectat
Instalația de stins incendiu cu jet de apă
Este instalație de suprafață si se utilizează la stingerea incendiilor din interiorul încăperilor, din spațiile deschise ale punților și platformelor dar nu se folosește la produsele petroliere, lacuri, vopsele sau la instalațiile electrice.
4.2.2 Componența și descrierea instalației
O instalație de stins incendiu cu apă cuprinde pompe principale de apă , o pompă de avarie, filtre, un sistem de menținere a presiuni în sistem (hidrofoare sau acumulatoare hidropneumatice), hidranți, armături de izolare și tubulaturi ce fac legătura între toate aceste elemente.
Pompele principale sunt de tip centrifugal, ele putând asigura debitul ridicat pe care îl cere instalația, acestea se amplasează de regulă în CM admisia se face din magistrala de apă de mare.
Pompa de avarie se amplasează în afara CM sau a spațiului în care se află pompele principale, putând fi pompe cu piston sau centrifugale acționate fie electric (alimentare motorului se face de la tabloul de avarie) fie cu ajutorul unui motor diesel. Alimentare cu apă a pompei de avarie se face de la o priză independentă sau de la magistrala de apă de mare, astfel încât în cazul izbucniri unui incendiul în spațiul pompelor principale, alimentarea să nu aibă de suferit.
Gurile de incendiu se amplasează în coridoare, în încăperile mari în zona ieșirilor, pe scări si pe punți, în suprastructuri si rufuri la o distanță mai mică de 20 m una față de cealaltă iar în zonele descoperite sub 40m, asigurându-se accesul liber la ele, precum și protejarea lor împotriva avarierilor în timpul operațiilor de încărcare/descărcare.
Conform 3.2.6.2 A-VI amplasarea gurilor de incendiu trebuie să se facă astfel încât în cazul unui incendiu, indiferent de localizarea acestuia la bord, stingerea să se poată realiza cu jet de apă de la două guri de incendiu diferite.
Gurile de incendiu sunt din bronz, oferind posibilitatea racordări unor furtunuri flexibile care se termină cu un ajutaj al cărui rol este de a transforma energia potențială a apei în energie cinetică necesară pentru trimiterea acesteia spre focarul incendiului de la o distanță sigură (RNR impune ca valoare minimă a diametrului nominal al ajutajului să fie 12mm).
Tubulatura instalației este realizată din oțel tras la cald si protejat împotriva acțiuni corozive a apei de mare prin zincare .
Pentru creșterea vitalități instalației, aceasta se realizează din tronsoane prevăzute cu elemente de izolare la fiecare trecere a tubulaturi dintr-un compartiment în altul precum și în cazul în care lungimea unui tronson este mai mare de 20m.
Una din condițiile care asigură eficiența instalației este ca aceasta să se găsească în permanență sub presiune, astfel încât timpul de intrare în funcțiune să fie minim, acest lucru realizându-se prin montarea unui hidrofor. Hidroforul se alege astfel încât acesta să asigure o presiune suficientă pentru alimentarea instalației în intervalul de timp până când intră în funcțiune pompele principale de incendiu.
Întrucât instalația se află în permanență sub presiune, aceasta se poate utiliza în restul timpului la răcirea mecanismelor, la alimentarea instalației de producere a apei industriale, la instalația sanitară (ejectoarele tancului de apa murdară ), etc.
Se prevede o conexiune pentru alimentarea cu apa de mare a generatorului de spumă.
Pentru evitarea defecțiuni instalației prin creștere accidentală a presiuni, se prevăd valvule de siguranță pe refulare pompei care deschid cale evacuări peste bord a apei când presiunea în sistem depășește cu 25% presiunea nominală.
Alimentarea cu apă de mare se face prin două chesoane, una de fund și una de bordaj, prevăzute fiecare cu câte o valvulă Kingston și cu un dispozitiv de filtrare brută; pentru a se evita blocare chesoanelor cu murdărie sau înghețarea acestora se prevăd conexiuni de la instalația de aer comprimat și de la instalația de abur.
4.2.3 Calculul instalației
Calculul instalației de stins incendiu cu jet de apă se face respectând prescripțiile Registrului Naval Român parte A-VI-„Protecția contra incendiilor”.
Conform RNR, pentru tipul navei care face obiectul studiului, pentru instalația de stins incendiu se adoptă o singură pompă principală de incendiu si o singură pompă de avarie, ce să asigure o presiune minimă la hidrant de 2,6 bar.
Debitul pompei principale de incendiu
Conform 3.2.1.5 A-VI debitul minim al pompelor principale nu trebuie să fie mai mic decât cel determinat cu următoarea formulă:
Q=km2 [m3/h]
unde:
k= coeficient egal cu 0,008 pentru toate navele cu excepția pasagerelor
L=77 [m]-lungimea de calcul a navei
B=10 [m]-lățimea navei
H= 5,5 [m]-înălțimea de construcție a navei
Q=52,5 [m3/h]
Se adoptă o electropompă centrifugă cu următoarele caracteristici:
Q=53 [m3/h] și H=90 mCA
Verificare debitului pompei principale de incendiu
Conform 3.2.1.10 A-VI pompele principale de incendiu trebuie să asigure debitul necesar în cazul utilizări simultane a 2 guri de incendiu cu diametrele cele mai mari adoptate pentru ajutajele acestora.
Conform 5.1.5 A-VI dimensiunile diametrelor nominale ale ajutajelor se adoptă dintre valorile 12, 16 si 19mm, neacceptându-se valori mai mici de 12mm; valorile mai mici se vor adopta pentru gurile de incendiu situate în spațiile de locuit.
[m3/h]
unde:
ng=2 numărul de guri de incendiu considerate
d=16 [mm] diametrul ajutajului
μ=0,97 coeficient de consum al ajutajului
H=26 [m]-presiune minimă impusă la ajutaj
Qmin=31,7 [m3/h]<Q=53 [m3/h] debitul pompei principale adoptat se verifică
Pompa de avarie
Conform 3.2.4.7 A-VI pompa de avarie trebuie să fie capabilă a asigura un debit pentru operarea simultană a două guri de incendiu cu cele mai mari diametre ale ajutajului la presiune impusa, însă acest debit nu trebui să fie mai mic de 40% din debitul pompelor principale sau de 25 [m3/h].
Se adoptă o pompă centrifugă care este acționată de un motor diesel independent, amplasată într-un compartiment separat pe punte principală în pupa suprastructuri, accesul putându-se realiza direct de pe puntea dunetă, având următoarele caracteristici:
Qpav=32[m3/h] H=80 mCA
Calculul diametrului tubulaturi
Diametrul tubulaturi se determină cu relația:
mm
Q [m3/h]- debitul prin conducta considerată
v [m/s]-viteza de curgere a apei prin conductă
în calculul inițial se adoptă: v=2m/s pe tubulaturile de aspirație ale pompelor
v=4 m/s pe tubulaturile de refulare ale pompelor
– aspirația pompei principale
Q=53 [m3/h]
v=2 m/s
din STAS 404/2-80 se adoptă țeavă cu
diametrul interior real si viteza reală de curgere
d=98 mm; v=1,96 m/s
– refularea pompei principale de incendiu
Q=53 [m3/h]
v=4 m/s
din STAS 404/2-80 se adoptă țeavă cu
diametrul interior real si viteza reală de curgere
d=73,5 mm; v=3,48 m/s
– aspirația pompei de avarie
Q=32 m3/h
v=2 m/s
din STAS 404/2-80 se adoptă țeavă cu
diametrul interior real si viteza reală de curgere
d=79,9 mm v=1,78 m/s
-refularea pompei de avarie
Q=32 m3/h
v=4 m/s
din STAS 404/2-80 se adoptă țeavă cu
diametrul interior real si viteza reală de curgere
d=55,5 mm v=3,7 m/s
Calculul de verificare a grosimilor tubulaturilor
Calculul de rezistență a tubulaturilor se face conform RNR A-VIII-1.3.4.1, unde determinarea grosimi minime necesare se face cu relația:
S=S0+b+c [mm]
Unde: [mm]
b- adaos care tine seama de subțierea reală a țevii la îndoire
R=2d raza medie de îndoire a țevii
c=3 mm adaos pentru coroziune a țevi datorate apei de mare
d= diametrul exterior al tubulaturi [mm]
p=[bar] presiunea de calcul care reprezintă presiunea minimă la care valvulele se deschid
φ-coeficient de rezistență care pentru țevi trase este egal cu 1
σ [N/mm2]- tensiunea admisibilă
σ=min[Rm/2,7;Rel/1,8]=min[350/2,7;230/1,8]=127,78 [N/mm2]
– tubulatura
p=1,25pn=11,4 bar
S=3,4 [mm] <4 [mm]
– tubulatura
p=1,25pnav=10,13 bar
S=3.3 [mm]<4 [mm]
Concluzie: valorile grosimilor adoptate pentru tubulaturi sunt superioare celor necesare rezultate din calculul de rezistență în consecință rezistența tubulaturilor la presiunea din interior este îndeplinită.
Calculul hidraulic al instalației
Calculul hidraulic constă în determinarea pierderilor de presiune din instalație cu scopul de a verifica dacă sarcinile adoptate pentru pompa principală si pompa de avarie acoperă pierderile din instalație si asigură presiunea minimă la hidrant de 26mCA , acesta calcul realizându-se pentru trei trasee considerate cu cele mai mari pierderi:
a. -de la pompa principală de incendiu până la hidrantul de pe puntea teugă
b. – de la pompa principală de incendiu până la hidrantul de pe puntea de navigație
c. -de la pompa de avarie la hidrantul de pe puntea teugă
Pierderile de presiune se calculează cu relația:
Hh=HP-hl-hloc-Hr -Ha [mCA]
Hp= sarcina pompei [mCA]
hl= pierderile de sarcină liniară [mCA]
hloc= pierderile de sarcină locală [mCA]
Hr= Inălțimea geodezică de refularea pompei [m]
Ha= înălțimea geodezică de aspirație a pompei [m]
λ-coeficient de pierdere de sarcina locală; depinde de regimul de curgere prin tubulatură si de rugozitatea relativă a țevilor; pentru determinarea acestuia se vor folosi rezultatele obținute pe cale experimentală prezentate sistematizat în diagrama lui Moody (λ=f(Re,ε)
rugozitatea relativă echivalentă
vâscozitatea cinematică a apei la 100C
k= rugozitatea absolută care pentru țevi trase este egală cu 0,1
d= diametrul interior al tubulaturi considerate [mm]
l= lungimea traseului de tubulatură considerat [m]
v= viteza prin tubulatura considerată [m/s]
g=9,81 [m/s2] accelerația gravitațională
ζ= coeficient de pierdere de sarcină locală; se datorează modificărilor formei secțiuni de curgere
Calculul pierderilor de presiune pe traseului a.
Căderile de presiune pe aspirația pompei
d=0,098 m
v=1,96 m/s
ε=0,001
Re=1,4 105 regim turbulent λ=0,03
-pierderile liniare; se adoptă l=5m
hl=0,3 [mCA]
-pierderile locale
valvulă Kingston
valvulă cu reținere
cot la 900
teu
Căderea de presiune pe refularea pompei
d=0,0735 [m]
v=3,48 [m/s]
ε=0,0013
Re=1,99 105 regim turbulent λ=0,028
-pierderi liniare;
l=80 [m] hl=19,5 [mCA]
-pierderi locale
valvulă cu reținere
valvulă de izolare
cot 90o
teu
hidrant
Hr=8 [m]; Ha=-1,5 [m]
Hh=38,5 [mCA] care este mult mai mare decât sarcina impusă de RNR
Calculul pierderilor de presiune pe traseului b.
Căderile de presiune pe aspirație
– liniare hl=0,3 [mCA]
– locale hloc=2,09 [mCA]
Căderile de presiune pe refulare
-pierderi liniare
l=20 m hl=4,87 [mCA]
-pierderi locale
valvulă cu reținere
valvulă de izolare
cot
teu
hidrant
hloc=17,4 [mCA]
Hr=12 [m]; Ha=-1,5 [m]
Hh=52 [mCA] >26 [mCA]
Calculul pierderilor de presiune pe traseului c.
Căderile de presiune pe aspirație
d=0,0799 [m]
v=1,78 [m/s]
Re=1,08 105
ε=0,0012
λ=0,032
-pierderi liniare
l=8m hl=0,51 [mCA]
-pierderi locale
valvulă kingston
valvulă cu reținere
cot
teu
hloc=2,05 [mCA]
Căderi de presiune pe refulare
d=0,555 [m]
v=3,7 [m]
Re=1,5 105
ε=0,0018
λ=0,025
-pierderi liniare
l=80 [m] hl=25 [mCA]
-pierderi locale
valvulă cu reținere
valvulă de izolare
cot
teu
hidrant
hloc=22,53 [mCA]
Hr=2 [m]; Ha=2
Hh=27,5 [mCA] >26 [mCA]
Conform calculului hidraulic sarcinile pompelor adoptate acoperă pierderile de presiune pe tubulatură și asigură presiunea minimă la orice gură de incendiu.
Calculul debitului de apă necesar stropirii ieșiri de avarie a compartimentului mașini
Conform RNR partea A-VI-3.6.5.2 debitul de apă trebuie să asigure 30l/min pentru 1 m liniar al perimetrului orizontal al suprafeței stropite.
Qs=qp [m3/h]
q=30l/min=1,8 m3/h
p=8m –perimetrul orizontal al suprafeței protejate
Qs=14,4 [m3/h]
Numărul de pulverizatoare
-debitul unui pulverizator conform prescripțiilor este de 24 l/min adică 1,44 m3/h
-calculul tubulaturi
v=4m/s
se adoptă conform STAS 404/2 țeavă
Calculul puteri motoarelor de acționare
-pentru pompa de incendiu acționată de un motor electric
η=0,7
Q=53 m3/h
H=90 mCA; p=γH=9,05·105 N/m2
-pentru pompa de avarie acționată de un motor Diesel
η=0,7
Q=32 m3/h
H=80mCA; p=8,044bar
4.3 INSTALAȚIA DE UNGERE A MOTORULUI PRINCIPAL
4.3.1 Generalități
Instalația de ungere este destinată pentru a prelua, depozita, transvaza, filtra și debita uleiul pentru ungerea și răcirea tuturor organelor motorului care, în timpul funcționării, efectuează mișcări relative. Instalația de ungere are ca scop micșorarea pierderilor de energie prin frecare, deci creșterea randamentului mecanic.
Durabilitatea și economicitatea motoarelor cu ardere internă depinde în mare măsură de calitatea și eficiența sistemului de ungere, de calitatea materialelor din care sunt confecționate piesele ,de calitatea prelucrări suprafețelor de contact și de proprietățile uleiului de ungere.
Uleiurile sunt produși rezultați în urma prelucrări țițeiurilor și a gudroanelor de cărbune, fiind caracterizați de următoarele proprietăți fizico-chimice:
– onctuozitatea-reprezintă capacitatea uleiului de a adera la suprafețele metalice, formând o peliculă rezistentă de ulei care împiedică contactul direct între piese.
– vâscozitatea ce reprezintă rezistența opusă de fluid în timpul mișcări relative a particulelor sale
– compresibilitatea ce reprezintă variația unități de volum a unui fluid în cazul unei variații de presiune
– cifra de saponificare- exprimă descompunerea unor compuși organici (eteri, acizi grași) având ca rezultat formarea de săpunuri si de glicerină
– oxidarea și stabilitatea la oxidare-reprezintă capacitatea uleiurilor de a nu-și modifica caracteristicile inițiale cât mai mult timp, atât pe perioada folosiri lui cât și pe perioada depozitări
– cifra de aciditate-exprimă cantitatea de KOH necesară a neutraliza aciditatea unui gram de ulei; de regulă la uleiuri valoarea aceasta este cuprinsă între 1-1,5 mgKOH/g
– cifra de bazicitate sau de alcalinitate-reprezintă procentul de alcalinitate dintr-un ului capabil a neutraliza acizi ce apar în timpul funcționări motorului ca urmare a conținutului de sulf din combustibil
– dispersanța- este acea calitate a uleiului care împiedică formare depozitelor, realizând dispersia acumulărilor în particule fine ce pot fi antrenate si eliminate
– detergența- proprietatea uleiurilor de a îndepărta depunerile de pe suprafețele metalice
In scopul îmbunătățiri unor calități sau pentru menținerea acestora pentru perioade mai mari de timp se adaugă în masa uleiurilor aditivi ce reprezint produse chimice complexe de natură organică sau organo-metalică.
In funcție de calitățile aspra cărora acționează aditivi se clasifică în :
– pentru îmbunătățirea onctuozități
– pentru îmbunătățirea rezistenței peliculei de ulei
– anticongelanezistenței peliculei de ulei
– anticongelanți sau depresanți
– antioxidanți si anticorozivi
– antispumanți
Uleiul utilizat în sistemul de ungere îndeplinește următoarele funcții:
– micșorează lucrul mecanic consumat pentru învingerea forțelor de frecare
– reducerea uzurilor și temperaturilor pieselor aflate în mișcare relativă
– creșterea etanșeități camerei de ardere
– protecția suprafețelor metalice împotriva acțiuni corozive a combustibilului și a gazelor de ardere din cilindru
Uleiul ca să îndeplinească toate aceste funcții, trebuie să aibă următoarele proprietății:
– viscozitate optimă si o variație redusă a acesteia cu temperatură
– stabilitate chimică si termică ridicată adică să nu reacționeze cu elementele din combustibil la temperaturile și presiunile dezvoltate în camera de ardere
– temperatură de congelare redusă pentru a se facilita ungerea motorului la pornirea la temperaturi scăzute precum și pentru manevrarea ușoară a uleiului în instalația de ungere
– bune proprietăți antifricțiune la temperaturile și presiunile de lucru
– să aibă punctul de inflamabilitate ridicat
– conținutul de impurități să fie cât mai mic
Clasificare sistemelor de ungere:
I. După modul de introducere al uleiului între suprafețele de frecare:
sistem cu ungere forțată sub presiune (3-6 bar);
de joasă presiune cu recircularea uleiului
de înaltă presiune cu debitarea dozată a uleiului și fără recircularea uleiului
2) ungere gravitațională;
3) ungere prin barbotare (stropire);
4) ungere mixtă.
II. După locul unde se colectează uleiul de la locurile de ungere:
1) sisteme cu carter umed, la care uleiul se scurge și este colectat în carterul motorului;
sisteme cu carter uscat, la care uleiul este colectat într-un rezervor de circulație amplasat sub carterul motorului.
În cazul sistemului gravitațional de ungere, prin dispunerea rezervorului de ulei în CM la un nivel corespunzător, se poate obține, la locurile de ungere, o presiune a uleiului situată între limitele 0,7…1 bar. Sistemele de ungere cu trimiterea uleiului sub presiune și recircularea acestuia sunt aplicate pentru ungerea mecanismelor, puternic solicitate, cu viteze mari ale suprafețelor în frecare, cum sunt cele ale motoarelor cu ardere internă. Sistemele de ungere gravitaționale se aplică la ungerea mecanismelor cu mișcare de rotație solicitate moderat cum sunt: lagărele radiale și axiale ale turbinelor cu gaze, ale turbinelor cu vapori, ale turbosuflantelor, a reductoarelor. Pentru ungerea lagărului de împungere și a lagărelor liniei de arbori uleiul poate fi trimis de la motorul principal sau de la reductor, sau poate fi folosit un subsistem de ungere separat, de tip gravitațional.
4.3.2 Descrierea instalației
Caracteristicile constructive si functionale ale motorului:
– puterea nominală Pn=1360 kW
Pn=1850 CP
– numărul de cilindrii i=6 în linie
– turația nominală n= 700 rot/min
– numărul de timpi τ=4
– diametrul pistonului 250mm
– cursa pistonului 400 mm
– consumul specific de ulei cu=0,02 g/CPh
– consumul specific de combustibil cc=157 g/CPh
– tipul combustibilului motorină cu Qi=42200kJ/kg
Pentru ungerea motorului principal care este un motor semirapid la care vitezele relative de contact între piesele acestuia sunt mari, se adoptă sistemul de ungere cu introducerea forțată a uleiului si recircularea acestuia, colectarea realizându-se în carterul motorului.
Elementele componente ale instalației:
a) pompe de ulei
– electropompa de circulație (2-una de rezervă)
– electropompă transfer ulei (1buc)
b) separatoare de ulei (1buc)
c) schimbătoare de căldură (2buc)
-răcitor de ulei MP
d)filtre ulei
-filtru grosier
-filtru dublu
-filtru magnetic
e)valvule termoregulatoare (2buc)
f)tancuri de ulei
-tanc rezervă ulei (1buc)
-tanc ulei uzat (1buc)
-tanc scurgeri combustibil și ulei
g)aparatură de control si de avertizare
4.3.3 Calculul instalației
Debitul de căldură preluat de uleiul de ungere
[kJ/h]
unde:
– apr= debitul relativ de căldură preluat de ulei; valorile acestuia pentru motoarele principale utilizate la propulsia navelor sunt cuprinse în intervalul 0,4-0,45
se adoptă: apr=0,42
-Pe=1360 kW=1850 CP puterea efectivă a motorului
-ηm=0,91 randamentul mecanic al motorului
Q=203380 [kJ/h]
Debitul pompei de circulație a instalației de ungere
[m3/h]
unde:
– C=1,5-3 coeficient de rezervă care are în vedere reducerea debitului pompei datorită uzuri
se adoptă C=2
– ρ=860 [kg/m3] densitatea uleiului utilizat
– Cu=1,7-2,1 [kJ/kg grd] căldura specifică a uleiului
se adoptă Cu=2 [kJ/kg grd]
-(T2-T1)=5-15 diferența de temperatură a uleiului la ieșire respectiv la intrare în motor
se adoptă (T2-T1)=10
[m3/h]
Sarcina pompelor se adoptă astfel încât acestea să poată acoperi pierderile din instalație, iar la priza de intrare a uleiului în MP să se asigure o presiune cuprinsă între 4-7 bar, presiune care permite o circulație corespunzătoare a uleiului si o ungere cât mai eficientă.
Ca pompe de circulație se utilizează pompe cu roți dințate care pot realiză valori relativ ridicate ale presiuni la debitul cerut de necesitățile instalației.
Calculul volumului de ulei din instalația de ungere a motorului principal
Se determină prin admiterea numărului de circulație nc ce arată de câte ori în decursul unei ore întreaga cantitate de ulei va trece prin obiectul ungeri, adică prin motorul principal.
Pentru un sistemul de ungere adoptat, creșterea numărul de circulație are ca efect accelerarea procesului de îmbătrânire a uleiului și deci reducerea duratei de utilizare a acestuia.
Mărimea numărului de circulație nc depinde de tipul motorului, turația arborelui cotit, tipul sistemului de ungere adoptat și de calitățile uleiului.
-viteza medie a pistonului [m/s] deci motorul este semirapid
La sistemul de ungere al motoarelor semirapide cu colectarea uleiului în carter, conform datelor statistice numărul de circulație se încadrează în următorul interval nc=50-60 [h-1]
se adoptă: nc=55 [h-1]
Formula de calcul pentru determinarea volumului de ulei din instalația de ungere a motorului principal este următoarea:
[m3]
Tot din date statistice durata de funcționare până la schimbarea uleiului la motoarele semirapide și cu carter umed este de τu=500 h.
Calculul necesarului de ulei de rezervă
Conform regulilor registrului de clasificare, volumul de ulei de rezervă trebuie să asigure posibilitatea completări cu ulei până la nivelul la care funcționare motorului se realizează în deplină siguranță precum și posibilitatea înlocuirii totale a acestuia.
Înlocuirea uleiului din sistemul de ungere este determinată de reducerea calităților de lubrificare a acestuia, datorită reduceri vâscozități, coborâri temperaturi de aprindere, a creșteri cantității de reziduuri mecanice și organice, a creșteri conținutului de apă în ulei.
Pentru sistemul de ungere adoptat al sistemului energetic al navei se utilizează același tip de ulei, atât pentru MP cât și pentru diesel-generatoare avându-se în vedere faptul că ambele tipuri de motoare sunt semirapide
Volumul de ulei de rezervă pe durata unui voiaj pentru fiecare motor al sistemului energetic al navei se determină cu relația:
Vulei rez=nsVulei sis+cuPnτ /ρ [m3]
unde;
– cu [kg/kWh] consumul specific de ulei
– Pn [kW] puterea nominală a motorului pentru care se stabilește volumul de ulei de rezervă
– τ [h] durata de funcționare a motorului pentru care se stabilește volumul de ulei de rezervă pe durata voiajului
– ns=numărul de schimburi de ulei pe durata unui voiaj; lungimea voiajul pentru care se efectuează aceste calcule se adoptă egal cu autonomia navei
[h]
nsse va adopta egal cu 1
A=3000 Mm autonomia navei
v =11,5 Nd viteze de croazieră a navei
– deci pe durata unui voiaj cu lungimea egală cu autonomia navei nu este necesar schimbarea uleiului din sistemul de ungere, uleiul de rezervă utilizându-se doar în cazul unei avari la sistem ce a avut ca efect pierderea uleiului.
necesarul de ulei la MP
cu=6 10-4 [kg/kWh]
timpul de funcționare se majorează avându-se în vedere timpul de funcționare în gol al motorului precum și necesitatea unei rezerve de ulei la bord.
τ=300 [h]
necesarul de ulei la DG
c`u=9 10-4 [kg/kWh]
τ=300 [h]
– calculul volumului de ulei din sistemul de ungere al DG aflate în număr de 3 și considerând-se puterea totală a acestora
PDG=600 kW
ηm=0,92
a`pr=0,4
C`=1,5
n`c=50
T2-T1=10
[kJ/h]
[m3/h]
[m3/h]
volumul total de ulei de rezervă este:
[m3]
calculul separatoarelor
Calitatea și puritatea uleiului cu care se realizează ungerea influențează valoarea randamentului mecanic si procesul de uzură al motorului, de acea este necesar menținerea parametrilor uleiului în anumite limite prescrise de producător. Acest lucru se realizează prin utilizarea filtrelor dar si a separatoarelor centrifugale care prin procesul de separare elimină din ulei apa si corpurile străine cu diametre de până la 0,003-0,005 mm.
Procesul de separare se realizează datorită diferenței de greutăți specifice între ulei pe de o parte si apa sau impurități pe de altă parte.
De regulă separatoarele se racordează la rezervorul de serviciu , în cazul nostru la carterul motorului, de unde preiau o cantitate de ulei, o supun procesului de separație după care o refulează din nou în carter. De asemenea la separatoarele se prevăd conexiuni cu tancurile de ulei murdar sau la tancurile de colectare a scurgerilor de la pompele și filtrele de ulei.
In instalați se prevede un separator-purificator ce are ca scop separarea uleiului de apă datorită forței centrifuge. La pornirea acestui tip de separator se introduce mai întâi apă, de regulă la aceiași temperatură cu cea a uleiului, care are rolul de a etanșa spațiul de reziduuri evitând evacuare uleiului prin spațiul de refulare a apei.
Debitul separatoarelor se obține din condiția ca întregul volum de ulei existent în sistemul de ungere să poată fi curătat prin separare într-un interval de timp cuprins intre 1-3 ore. In funcție de volumul de ulei ce urmează a fi separat și de debitul separatoarelor se admite unul sau mai multe separatoare
[m3/h]
-τ [h] timpul în care are loc separația întregului volum de ulei din sistemul de ungere
-is=1 numărul de separatoare adoptat; pentru creșterea siguranței în exploatare se prevede posibilitatea interconectări instalației de ungere cu separatorul de combustibil, însă se iau măsuri de evitare a amestecări uleiului cu combustibilul.
Debitul calculat cu relația de mai sus este mic de acea se adoptă un separator care să satisfacă necesitățile pentru întreg sistemul de ungere al mecanismelor din compartimentul mașini ( reductor, linia axială, tub etambou, motoare axiale etc.)
Qs=4 [m3/h]
Filtrele
Filtrarea constituie operația de reținere a impurităților mecanice, corpurilor străine, rezultate în urma frecărilor dintre piesele aflate în mișcare relativa unele față de altele.
La sistemele de ungere, ca și la cele de combustibil, se folosesc filtre grosiere care se dispun la priza de introducere a uleiului în instalație, înainte de pompa de transfer și filtre fine pe magistrala de ungere, înaintea răcitorului de ulei.
Prin filtrul fin, în sistemele de ungere trece un debit de 10…25 kg/kwh ulei, adică de 50…100 ori mai mult decât în cazul filtrului fin al instalației de combustibil.
Pentru filtrarea unui asemenea debit este necesar: fie o reducere a fineții de filtrare. În majoritatea cazurilor se aplică a doua soluție; în acest sens prin filtru fin se rețin corpuri străine care au dimensiuni de 0,01 mm și mai mult. În succesiune cu filtrul fin, sau înglobat în acesta, se dispun și un filtru magnetic care reține corpurile metalice cu dimensiuni mai mici decât cele reținute de filtrul fin.
Conform A-VIII-9.2.3 din RNR pe tubulaturile instalațiilor de ungere trebuie montate următoarele tipuri de filtre:
– pe tubulatura de aspirație a pompei un filtru de filtrare brută
– pe tubulatura de aspirație a pompei un filtru magnetic
– pe tubulatura de refulare a pompei
Conform A-VIII-9.2.5 din RNR capacitatea de trecere a fiecărui filtru de ulei trebuie să depășească cu 10% debitul maxim al pompei.
Qf=1,1Qv=36,3 [m3/h]
Schimbătoare de căldură
1. Răcitoare de ulei
Pe perioada unui ciclu uleiul a preluat o cantitate de căldură de la piesele care constituie obiectul ungeri, si pentru ca acesta să poată repeta procesul este necesar aducerea parametrilor la valorile inițiale recomandate de producătorul echipamentului. Parametri principali ce se urmăresc pe perioada funcționări echipamentului sunt temperatura, presiunea si calitatea uleiului.
Reglarea temperaturi uleiului se realizează cu ajutorul unei valvule termoregulatoare, prevăzută cu un element sensibil (traductor de temperatură), care realizează o variație continua a debitului de ulei care trece prin răcitor funcție de temperatura uleiului la intrarea în MP.
Cele mai utilizate tipuri de schimbătoare de căldură la sistemele de ungere navale sunt cele în care schimbul de căldură se realizează prin suprafețe de contact, multitubulare sau prin plăci.
Pentru răcitoarele utilizate în instalațiile navale, la proiectarea, calculul și execuția lor trebuie ținut cont de regulile R.N.R. în ceea ce privește calculele de rezistență, materialele folosite, dotarea cu aparatură de măsură și control, dispozitivele de siguranță și purjare, tehnologia sudării, programul de încercări și piesele de rezervă.
Variațiile normale de temperatură și umiditate, condițiile existente la bordul navelor precum și vibrațiile, în limite normale, nu trebuie să influențeze negativ nici funcționarea și nici fiabilitatea răcitorului.
Funcționarea răcitoarelor în circuitele navale trebuie să asigure o serie de parametri uzuali în aceste instalații, adică:
-presiuni: pentru fluidul răcit: 10 bar
pentru fluidul de răcire. 3 bar
-presiunea de probă hidraulică:
pentru fluidul răcit: 15 bar
pentru fluidul de răcire: 4,5 bar
La răcitor adoptat de tip multitubular fluidul de răcire circulă prin interiorul țevilor iar fluidul răcit prin spațiul dintre țevi.
Pentru determinarea caracteristicilor răcitoarelor de ulei din instalația de ungere se adoptă următori parametri:
– temperatura de intrare a uleiului în răcitor Tui=65 0C
– temperatura de ieșire a uleiului din răcitor Tue=55 0C
– temperatura de intrare a apei de mare în răcitor Tai=32 0C conform RNR
– temperatura de ieșire a apei de mare din răcitor Tae=48 0C
– densitatea apei de mare ρam=1025 [kg/m3]
– căldura specifică a apei de mare cam=4,19 [kJ/kg grd]
– diametrul interior al țevilor di=10 mm
– diametrul exterior al țevilor de=15 mm
– lungimea țevilor l=1,5 m
– conductibilitatea termică a materialului țevi λ=210 [kJ/m2hgrd]
– pasul de montare a țevilor p=1.35
Calculul suprafeței schimbătorului de căldură
Cs- coeficient de sporire a debitului pentru a realiza regimuri de suprasarcină; variază între 1,15-1,3
Q- debitul de căldură schimbat în răcitor pentru care se dimensionează
Kc- coeficientul global de schimb de căldură între fluidele ce circulă prin răcitor
Pentru schimbătoare de căldură apa-ulei coeficientul global de schimb de căldură, din date experimentale, variază în intervalul 1260-3240 [kJ/m2 grd] [9]
ΔT- diferența medie logaritmică de temperatură între fluidele considerate
– pentru schema în contracurent acesta se calculează cu relația:
se adoptă:
Cs=1,18
Q=203380 [kJ/h]
Kc=2400 [kJ/m2 grd]
Fs=5 [m2]
– suprafață de schimb de căldura pentru o țeavă
A1=πdil=3,14ּ0,01ּ1,5=0,0471 [m2]
– numărul total de țevi care alcătuiesc suprafața de schimb de căldura
de țevi în paralel
Calculul diametrelor tubulaturi
Vitezele recomandate ale uleiului în tubulaturile instalației de ungere sunt cuprinse în intervalul 0,5-1,2 m/s pentru tubulaturile de aspirație și 1-1,9 m/s pentru cele din tubulaturile de refulare ale pompelor. Limitarea vitezei pe tubulatura de aspirație este condiționată de apariția fenomenului de cavitație ce reprezintă apariția fazei gazoase sau a golurilor de aer în fluid la scăderea presiuni sub presiunea de vaporizare, iar procesul de relichefiere fiind însoțit întotdeauna de creșterea locală a temperaturi și a presiuni având ca efect deteriorarea suprafețelor pe care se manifestă.
Pentru calculul preliminar se adoptă: va=0,85
vr=1,2
din STAS 40412-71 pentru țevi se adoptă valoarea imediat superioară celei rezultate din calcul:
– pe admisie țevi cu diametrul nominal mm
– pe refulare țevi cu diametrul nominal mm
viteza reală de curgere prin tubulaturi este:
Calculul pierderilor de presiune în circuitul principal al instalației de ungere și alegerea sarcini pompei de circulație
În vederea calcului se alege traseul cel mai lung acesta considerându-se cel care înglobează si schimbătorul de căldură.
– pierderile de presiune pe tubulaturi se împart în pierderi liniare și pierderi locale acestea determinându-se cu următoare relați:
unde:
l= lungimea traseului considerat
λ=f(Re)- coeficient de pierdere de sarcină liniară
v= viteza de curgere a fluidului prin elementul considerat
d= diametrul secțiuni considerate
g= accelerația gravitațională
ξ= coeficient de pierdere de sarcină locală
numărul Reynolds
ν= vâscozitatea cinematică a fluidului considerat
Pierderi de presiune pe aspirația pompei
da=0,118 m
va=0,838 m/s
νu=48ּ10-6 m2/s vâscozitatea cinematică a uleiului la temperatura de 250C
Re=2060 regim laminar de curgere
pierderi liniare
se adoptă l=6 m hl=0,056 mCA
pierderi locale hloc
– sorb cu sită lechiv=35 m hsorb=0,329 mCA
– filtru magnetic ξ=12
– valvulă de sens unic ξ=4,8
– cot 900 în număr de 3 ξ90=cξc+0,17λr/d=0,178
c=1 pentru cot de 900
r= raza de curbură, se adoptă r=0,3 m
ξc=0,165
mCA
pierderile totale pe tubulatura de admisie Δpa=1,005mCA=0,1005atm=0,1018 bar
Pierderi de presiune pe refulare
dr=0,099 m
vr=1,191 m/s Re=2456 λ=0,028
pierderi liniare
se adoptă l=20 m hl=0,4 mCA
pierderi locale
– valvulă de sens unic 5 buc ξ=4,5
– valvulă termoregulatoare ξ =8
– filtru automat ξ =14
– filtru indicator ξ =12
– răcitorul de ulei; se adoptă o cădere totală de presiune de h=12 mCA
hloc=0,4+2,78+12=15,18 mCA
pierderile totale pe refulare Δpr= 15,58mCA =1,558atm=1,57 bar
Sarcina pompei
p=Hr+Ha+Δpa+ Δpr+piu
Hr=1,8 m înălțimea geodezică de refulare a pompei
Ha=1 m înălțimea geodezică de absorție a pompei
piu =presiunea uleiului la priza de intrare în motor; se adoptă 6 bar
p=8 bar
Puterea motorului electric de acționare a pompei de ungere MP
Randamentul pompelor cu roții dințate sete cuprins între 0,6-0,85
Q=33 m3/h
p=8 bar
η=0,75
Cap.5 BILANȚUL ENERGETIC AL NAVEI SI ALEGEREA
GRUPURILOR DIESEL-GENERATOARELOR
Scop
Întocmirea bilanțului energetic are ca scop determinarea sarcinii electrice de calcul pentru întreaga navă, în vederea dimensionării surselor de energie electrică, respectiv pentru alegerea numărului și puterii grupurilor diesel generatoare.
2. Bilanțul energetic pentru consumatorii industriali
În cadrul bilanțurilor energetice întocmite pentru consumatorii electrici industriali, în general, sarcina electrică de calcul reprezintă o mărime care caracterizează consumul de energie electrică.
Mărimile fizice utilizate în acest scop sunt puterea activă P, reactivă Q și aparentă S.
Puterea activă care se ia în calcul se numește putere cerută sau de calcul și reprezintă o plutire activă convențională de valoare constantă care produce același efect termic ca și puterea reală.
Puterea cerută PC se determină din puterea instalată (nominală) Pi cu ajutorul coeficientului de cerere Kc
Coeficientul de cerere ține cont de gradul de încărcare și randamentul receptoarelor, de simultaneitatea funcționării acestora și de randamentul rețelei de distribuție. Ca urmare coeficientul de cerere este exprimat cu relația.
în care:
Ki – coeficient de încărcare
Ks – coeficientul de simultaneitate
– randamentul mediu al receptoarelor
r – randamentul rețelei între receptoare și punctul în care se calculează puterea cerută.
Puterea cerută de receptoarele de forță și de iluminat poate fi determinată prin următoarele metode:
– metoda coeficienților de cerere, aplicabilă la un număr mare de receptoare și care permite calcularea puterii cerute globale pe posturi de transformatoare sau pe o întreagă întreprindere;
– metoda formulei binome, care este mai precisă ca metoda coeficientelor de cerere, în special pentru un număr redus de receptoare;
– metoda duratei de utilizare a puterii maxime cerute;
– metoda statică.
2.1. Metoda coeficienților de cerere
Este una din metodele aproximative de calcul, mult utilizată, și ea presupune parcurgerea următoarelor etape de calcul:
– se stabilesc puterile Pik pe categoriile K de receptoare, categorii stabilite de obicei după serviciul de funcționare (continuu, intermitent, etc.)
– se calculează puterile cerute Pck pe categoriile K de receptoare cu relația:
unde: – coeficientul de cerere al categoriei K
– se calculează puterea reactivă cerută tot pe categoriile K de receptoare cu relația:
unde: – factorul de putere cerut al categoriei K
Mărimile și sunt determinate experimental pe baze statistice pentru diferite receptoare și sunt indicate în normative.
– se calculează puterile active și reactive totale cu relațiile:
– se calculează puterea totală aparentă cerută sau de calcul a tuturor consumatorilor:
– se alege o sursă de alimentare cu o putere instalată care să respecte condiția:
3. Bilanțul energetic pentru nave
Pentru întocmirea bilanțului energetic al unei nave poate fi utilizată orice metodă utilizată la consumatorii industriali. Dar de obicei se utilizează metoda coeficienților de cerere cu unele particularități specifice echipamentelor navale, a exploatării acestora precum și a regimurilor de exploatare a întregii nave.
Algoritmul de întocmire a bilanțului energetic după metoda coeficienților de cerere parcurge următoarele etape:
3.1. Gruparea consumatorilor
Consumatorii se grupează de obicei după criteriul tehnologic care permite introducerea unui coeficient de simultaneitate pe grupă ;se stabilesc șapte grupe principale de consumatori acestea fiind:
I. Mecanisme auxiliare MP
II. Mecanisme auxiliare compartiment mașini
III. Ventilație aer condiționat
IV. Instalații gospodărești
V. Mecanisme punte
VI. Instalații de punte
VII. Instalația radio
3.2. Regimurile de exploatare a navei
Calculul bilanțului se face separat pe diversele regimuri de exploatare a navei ce se stabilesc după destinația navei, regimuri care diferă după numărul receptoarelor utilizate în fiecare grupă.
Astfel bilanțul energetic al navei se realizează pentru următoarele regimuri de exploatare:
Marș
Staționare
Staționare cu descărcare
Manevră
Avarie
Următoarele subpuncte ale calculului se fac pentru fiecare regim de exploatare.
3.3. Puterea consumată de consumatori de același tip care formează o subgrupă.
Pentru fiecare tip de receptor se introduc și se calculează următoarele date:
– numărul de receptoare nr
– puterea instalată (nominală) Pi [KW]
– puterea absorbită din rețea
unde – randamentul receptorului
– puterea absorbită de subgrupă
– factorul de simultaneitate pe subgrupă
– factorul de încărcare a subgrupei
– puterea cerută pe subgrupă
3.4. Puterea total consumată pe grupă
Se însumează puterile cerute pe subgrupe rezultând
unde nsg este numărul de subgrupe
3.5. Puterea cerută pe subgrupă
Se introduce un coeficient, Ksg de similitudine pe fiecare grupă de receptori și pe fiecare regim de funcționare a navei, de o valoare rezultată din practica exploatării.
Puterea cerută pe subgrupă rezultă cu relația:
3.6. Puterea cerută totală simultană
Se introduce un coeficient de simultaneitate pentru grupele care pot să nu funcționeze simultan. . De obicei se elimină grupa 1 aferentă motorului principal deoarece din condiții de siguranța navigației acestea trebuie alimentate în orice situație.
Puterea cerută totală simultană rezultă cu relația:
3.7. Puterea cerută totală
Se calculează adăugând la grupa 1 de consumatori, utilizând relația:
3.8. Puterea cerută totală absorbită
Se determină luând în considerare și pierderile de putere în rețeaua de distribuție estimată la 5% din , utilizând relația:
3.9. Puterea aparent consumată
Se calculează puterea aparentă cerută totală luând în considerare o valoare medie a factorului de putere medie cerut de
Se utilizează relația:
3.10. Numărul și puterea generatoarelor în lucru:
Se aleg un număr de generatoare a căror putere aparentă însumată să îndeplinească condiția:
3.11. Numărul și puterea generatoarelor instalate.
În funcție de clasa navei și prevederilor de registru se alege numărul total de generatoare instalate.
De obicei se alege ca rezervă rece un grup diesel generator principal. Preferabil ca numărul total de DG-uri să nu depășească 3 pentru a nu complica condițiile de punere în paralel.
3.12. Coeficientul de încărcare
Se calculează pentru fiecare regim de exploatare a navei coeficientul de încărcare a centralei electrice, cu relația:
Se recomandă ca să nu depășească 8590%.
4. Calculul bilanțului energetic este prezentat în tab.5.1 …5.8 de unde rezultă necesitatea dotări navei cu un număr de 2 grupuri de 250 KVA.
PARTEA SPECIALA
CONDITIONAREA MARFURILOR PE PERIOADA
TRANSPORTULUI MARITIM
Generalități privind condiționarea mărfurilor chimice
Ca urmare a dezvoltării industriale si apariția de noi tehnologi, materiile prime naturale au început să fie înlocuite de substanțe chimice cu structuri complexe ce pot oferi posibilitatea obțineri unor produse cu calități superioare; acest lucru a condus la dezvoltarea rapidă a industriei chimice pe plan mondial cu efecte profunde asupra civilizației umane.
Necesitatea transportării produselor chimice între centrele industriale aflate în zone diferite a impus apariția navelor specializate în transportul acestora care să mențină calitatea și parametri nominali la valorile prescrise de producător.
Datorită diversității produselor chimice ce fac obiectul transportului, navele trebuie dotate cu sisteme si instalații ce pot fi adoptate pentru fiecare tip de produs în parte.
Mărfurile chimice sunt substanțe care în majoritatea cazurilor sunt nocive si prezintă un grad ridicat de pericol din aceasta cauză este necesar adoptarea unor măsuri suplimentare de siguranță pe perioada transportului față de alte categorii de mărfuri.
Produsele care fac obiectul transportului de către navele chimice sunt stabilite pe plan internațional în IBC-CODE „Internațional Bulk Chemical Code”
O copie a IBC trebuie să existe la bordul fiecărei nave ce intră sub incidența codului și cuprinde :
descrierea fizico-chimică a produsului
materialele admise de construcție a elementelor cu care marfa intră în contact
categoria produsului
tipul tancului în care poate fi depozitat
tipul sistemului de condiționare a atmosferei din tanc
tipul agentului de stins incendiu ce poate fi utilizat si modalitatea de intervenție
acțiunile și măsurile ce trebuie întreprinse în cazul scurgerilor de produse sau a cotaminărilor accidentale
Pericolele pe care le reprezintă mărfurile chimice pot fi:
Pericolul de incendiu definit de punctul de aprindere, limitele de explozie și de temperatura de autoaprindere ale substanțelor chimice.
Pericolul pentru sănătate definit de:
– efectul toxic sau iritant asupra pielii sau membranelor mucoase ale ochilor, esofagului, plămânilor datorită vaporilor substanței chimice.
– efectul iritant asupra pielii a substanței lichide.
– efectele toxice datorate absorbției prin piele.
c) Pericolul poluări apei definit de efectele toxice asupra omului, solubilitatea în apă, volatilitatea, miros sau gust și densitatea specifică.
d) Pericolul poluării aerului definit de:
– limita expunerii periculoase;
– presiunea vaporilor;
– solubilitatea în apă
– densitatea relativă a lichidului și vaporilor acestuia;
e) Pericolul interacțiunii cu:
– alte chimicale
– cu apa
– substanța chimică cu ea însăși incluzând și polimerizarea.
Pericolele ce le reprezintă substanțele chimice pentru mediul marin, luate în considerare sunt:
Bioacumularea și pericolul ce-l reprezintă pentru viața acvatică, pentru sănătatea omului și pentru diminuarea resurselor de hrană din mare.
Daunele cauzate resurselor vieții.
Pericolul pentru viața umană
Reducerea posibilităților de regenerare
Conform convenției IMCO „Internațiuonal Convențion for the Prevențion of Polluțion from Ships” adoptate la Londra 1973 substanțele chimice se clasifică în trei categorii funcție de gradul de toxicitate al acestora:
I. Categoria A-sunt substanțele care deversate în mare, prin apa de spălare a tancurilor sau prin operația de debalastare, prezintă un pericol major pentru resursele marine sau pentru sănătatea umană necesitând aplicarea unor măsuri speciale pentru prevenirea deversărilor în mediul înconjurător.
Substanțele din categoria A sunt bioacumulative și toxice pentru viața acvatică sau sănătatea umană;
II. Categoria B-sunt substanțele care deversate în mare pot reprezenta un pericol pentru resursele marine sau pentru sănătatea umană fiind necesare adoptarea unor măsuri de prevenire a poluări.
Substanțele din categoria B sunt bioacumulative pentru o perioadă scurtă de timp (cel mult o săptămână) având o toxicitate moderată asupra vieții acvatice.
III. Categoria C-sunt substanțele care deversate în mare prezintă un pericol minim pentru resursele marine sau pentru sănătatea umană necesitând condiții speciale de operare.
Substanțele din categoria C au o toxicitate scăzută asupra vieții acvatice, această categorie incluzând si produsele care sunt inofensive pentru viața acvatică.
Regulile convenției stabilește condițiile în care reziduurile pot fi deversate în mare pentru fiecare categorie de substanțe:
Apa rezultată în urma operațiilor de spălare poate fi deversată în mare numai dacă concentrația de substanței nu depășește 0.01% si numai în condițiile în care viteza navei este mai mare de 7Nd.
Condițiile de bază ce trebuiesc îndeplinită de navele de transport este ca degradarea produselor chimice pe durata transportului să se încadreze într-o limită acceptabilă (degradarea nu trebuie să depășească procentul de 1% pe an) iar transportul să se realizeze în deplină siguranță atât pentru personal cât si pentru mediul înconjurător.
Din cauza agresivității si toxicității ridicate a unor produse chimice, pe perioada transportului se va acorda o importanță deosebită sistemului de condiționare a mărfurilor la bordul navelor.
Condiționarea mărfurilor chimice reprezintă totalitatea operațiilor si procedurilor ce trebuie îndeplinite la bord pentru ca transportul să se realizeze în deplină siguranță; în principiu condițiile ce trebuie asigurate sunt :
Segregare produselor chimice de orice alte substanțe sau materiale cu care acestea pot reacționa violent sau care le pot contamina;
Menținerea parametrilor de temperatură și presiune ai produșilor chimici la valori la care procesul de degradare să nu se inițieze sau să aibă efecte minime;
Controlarea mediului din tanc astfel încât să se excludă posibilitatea acumulării de vapori de marfă ce pot reacționa violent la temperaturile si presiunile de exploatare;
O caracteristică a mărfurilor chimice o reprezintă ușurința cu care acestea se combină cu alte substanțe; amestecul accidental a unui produs chimic cu altul înăuntrul tancului sau pe tubulatură poate duce la reacții chimice violente cu degajare de căldură sau gaze periculoase pentru mediu sau pentru sănătatea personalului de deservire. Amestecul între produse se consideră periculos dacă temperatura produsului rezultant a crescut cu cel puțin 250C.
Între unele produse chimice în cazul amestecări în anumite proporții se poate declanșa o reacție violentă cu degajare de căldură putând duce la distrugerea structuri tancului si la deversarea acestora în mediul înconjurător, din acest motiv trebuie cunoscut gradul de compatibilitate între produse pentru evitarea realizări de amestecuri periculoase. Acest efect îl poate provoca și apa pentru unele substanțe cum ar fi acizi.
Conform regulamentelor internaționale produsele incompatibile trebuie depozitate în tancuri diferite, separate prin coferdamuri, tancuri goale sau tancuri încărcate cu produse compatibile pentru ambele produse. Important este separarea completă a sistemului de tubulaturi pentru a se evita posibilitatea amestecări produselor în timpul operaților de încărcare/descărcare, precum si existența unor tancuri de slop diferite pentru depozitarea reziduurilor acestora.
Tipul reacțiilor întâlnite la mărfuri pot fi:
Reacții chimice între substanțe incompatibile- în cazul amestecului acizilor cu alcalini sau cu apa fiind însoțite de procese de degajare de căldură .
Din acest motiv tancurile în care se transportă acizi nu trebuie să se învecineze cu tancurile de balast sau cu partea exterioara a bordajului navei; de asemenea acidul sulfuric poate reacționa cu hidrocarburile excepție făcând parafinele.
Oxidarea –ce reprezintă reacția compușilor mărfurilor cu oxigenul liber sau
legat.
De exemplu produsele bogate în oxigen pot reacționa cu aminele iar eterii în combinație cu oxigenul pot forma peroxizi care prezintă un grad ridicat de pericol de explozie.
Auto-reacția
Cu siguranță unele produse, ca de exemplu hidrocarburile, au tendința de a polimeriza, procesul fiind accelerat de căldură lumină și uneori de aer sau reziduuri.
Polimerizarea constă în aglomerarea unor molecule de același tip rezultând o moleculă de dimensiuni mult mai marii, având ca rezultat creșterea vâscozității produsului si uneori chiar solidificarea acestuia. Pentru evitarea fenomenului de polimerizare la unele produse se adaugă diverși inhibitori la care se specifică următoarele:
numele și cantitatea inhibitorului adăugată;
data când inhibitorul a fost adăugat și durata de acționare a acestuia;
intervalul de temperaturi care limitează eficiența inhibitorului;
acțiunile ce trebuie întreprinse pe durata voiajului pentru a asigura acțiunea inhibitorului;
În tabelul anexat sunt prezentate diferitele grupe de produse si gradul de compatibilitate între acestea, unde:
x =incompatibilitate, pericol de a reacționa violent în cazul amestecării acestora
P=incompatibilitate parțială între unele subcomponente din grupele respective
Grupele de la 1-19 conțin produse care sunt cele mai reactive chimic iar cele de la 20-28 sunt mai puțin reactive fiind periculoase numai în amestec cu produsele din prima grupă.
Instalațiile si sistemele care concură la asigurarea condițiilor optime pentru mărfurile chimice sunt:
instalația de spălare a tancurilor de marfă
instalația de încărcare descărcare
instalația de încălzire a mărfurilor
sistemul de condiționare al atmosferei din tanc
instalația de gas inert
instalația de ventilare
Eficiența sistemului de condiționare a mărfurilor la bordul navelor este influențată de măsurile constructive adoptate pentru zona tancurilor de marfă; astfel încă în faza de proiectare trebuie să se prevadă unele măsuri, cele mai importante fiind:
alegerea materialelor de construcție pentru elementele situate în zona tancurilor de marfă astfel încât acestea să reziste la acțiunea agresivă a mărfurilor chimice din întreaga gamă a categoriilor ce se intenționează a se transporta precum si pentru eliminarea pericolului de contaminare a acestora;
izolarea spațiului de depozitare a mărfurilor de spațiile de locuit și de lucru astfel încât să nu prezinte un pericol pentru sănătatea personalului de la bord;
izolarea instalaților ce deservesc zona tancurilor de marfă de celelalte instalații de la bord;
independența instalațiilor de condiționare ale mărfurilor pentru fiecare tanc sau cel mult pentru un grup de tancuri în parte astfel încât să existe posibilitatea transportări simultane a mai multor tipuri de produse;
DESCRIEREA INSTALAȚIILOR CE CONCURĂ LA CONDIȚIONAREA MĂRFURILOR CHIMICE LA BORDUL NAVELOR
INSTALAȚIA DE SPĂLARE
Scopul instalației este de a evita contaminările produselor ce se intenționează a se ambarca cu reziduurile mărfurilor inițiale si de a proteja suprafețele metalice ale tancului de acțiunea agresivă a reziduurilor.
După fiecare operație de spălare și înaintea operației de încărcare tancul se va supune unei inspecții amănunțite pentru descoperirea eventualelor degradări ale statului superficial de protecție sau a structuri tancului.
Operația de spălare este specifică fiecărui tip de marfă funcție de particularitățile acesteia, în principiu ea este cuprinde următoarele etape:
Prespălarea
Se realizează cu apă de mare dacă nu există restricții, rolul acesteia fiind îndepărtarea mecanică a depozitelor mari de reziduuri și asigurarea condițiilor optime pentru operația de spălare; temperatura apei trebuie să fie mai mare de 200C excepție făcând cazul în care reziduurile au tendința de a polimeriză unde prespălarea se realizează cu apă rece.
Prespălarea se realizează prin trimiterea apei sub formă de jet la o presiune ridicată pe toată suprafața tancului cu ajutorul unei mașini de spălare montată prin intermediul unui orificiu special practicat în plafonul tancului.
Concomitent cu trimiterea sub presiune a apei pe suprafața tancului se realizează operația de drenare a tancului astfel încât să nu ofere posibilitatea reziduurilor să se depună pe fundul tancului.
Pentru produsele cu solubilitate bună în apa prespălarea se realizează cu apă rece iar în cazul celor cu viscozitate ridicată prespălarea se realizează cu apa caldă la temperaturi de până la 800C.
La substanțele acide debitul de apă trebuie să fie suficient de mare astfel încât să se realizeze o diluare rapidă pentru eliminarea fenomenului de coroziune chimică.
La produsele volatile nu este necesar întotdeauna prespălarea ci numai ventilarea și eventual introducerea aburului saturat în tanc.
La hidrocarburi si la aditivi acestora operația de prespălare se realizează cu apă de mare la temperatura ambiantă sau încălzită la temperaturi maxime de 800C.
Pentru uleiurile animale si vegetale prespălarea se realizează direct cu apă fierbinte .
Durata operației de prespălare este influențată mai mult de natura reziduurilor ce trebuie îndepărtate si mai puțin de dimensiunile tancului. După operația de prespălare, tancul se va inspecta (dacă este posibil) pentru a se determina zonele cu concentrație mare de reziduuri, zone asupra cărora se va insista în timpul operației de spălare propriu-zisă.
Operația de spălare propriu-zisă
Se realizează cu ajutorul unor soluții alcătuite din 1-3% agenți chimici de spălare sau 0,1% detergenți dizolvate în apă. Soluția de spălare se poate aplica rece sau fierbinte(caldă) prin stropire directă în tanc sau în apă de spălare utilizând mașinile de spălare..
Dacă se alege varianta pulverizării cu soluție de curățat aceasta se lasă să acționeze minim 30 minute, după care este îndepărtată prin pulverizarea apei cu ajutorul mașini de spălat; se poate opta pentru recircularea soluției de spălat.
Procedura de spălare poate dura câteva ore si se repetă în funcție de produs până când rezultatele obținute sunt cele bune.
Se poate diviza procedura de spălare funcție de natura reziduurilor de marfă, astfel:
1. Uleiuri vegetale și animale grase
Acestea se coagulează ușor sau se transformă în suspensii când sunt combinate cu soda caustică prezentând însă dezavantajul că nu sunt solubile în apă. Se recomandă utilizarea hidroxidului de potasiu care creează amestecuri complet solubile în apă însă acesta se utilizează dacă tancul este realizat din inox sau oțel aliat sau dacă acesta a fost acoperit cu soluție epoxitică în prealabil.
Uleiuri minerale
Spălarea acestora se face cu apă si cu mixuri de detergenți emulsificatori sau săpun sintetic, uneori se adaugă în acestea solvenți.
Substanțe petrochimice si solvenți
Produsele cu punctul de fierbere scăzut si presiunea vaporilor ridicată la 200C pot fi îndepărtate prin evaporare prin ventilație forțată sau prin spălare usoară
Produsele cu punctul de fierbere ridicat (peste 1000C) sunt îndepărtate utilizând solvenți volatili petrochimici în combinație cu apa caldă sau abur.
Curățarea
Imediat după operațiile de spălare tacurile trebuie curățate cu apă rece sau caldă cu ajutorul mașinilor de spălare. Este important ca soluția de spălare să permită uscarea pentru ca acestea să nu îngreuneze operația de curățare.
Operația se realizează în mod normal până când nu se vor mai găsi reziduuri de marfă în tanc.
Pe perioada prespălări, spălări si operației de curățire by-pasul pompei de marfă, cu care se realizează drenarea, trebuie închis si deschis realizându-se curățarea cât mai bine si înlăturarea dopurilor.
Clătirea
Tancurile se clătesc in totalitate cu apă dulce stocată la bord în tancuri speciale sau preluată de la mal care este împroșcată sub formă de jet din vârful tancului până la fundul acestuia.
Uscarea
Se realizează cu aer cald sau cu aer comprimat uscat sau prin ventilarea forțată a tancului, acordându-se o importanță deosebită uscări pompelor: pentru îndepărtarea cantități de apă de pe fundul tancului se poate utiliza un ejector de aer.
DESCRIEREA INSTALAȚIEI
Instalația este alcătuită din mașini de spălare portabile care sunt fixate la gurile de spălare a tancurilor acționate electric alimentate cu apă de mare din instalația de stins incendiu cu apă sau cu apă dulce din tancul de apă dulce prin intermediul unei electropompei imersate. Mașinile trimit apa de spălare sub formă de jet pe toată suprafața tancului, apă ce poate fi încălzită în încălzitorul cu abur, comun cu cel utilizat în instalația de încălzire a mărfurilor. Drenarea tancurilor si recircularea apei se realizează cu pompele de marfă, existând posibilitatea trimiteri apei în tancurile de slop sau trimiterea acesteia la mal prin intermediul prizelor de la manifod comune cu cele din instalația de încărcare/descărcare.
Schema instalației de spălare este prezentată în planșa 6 anexată la proiect
INSTALAȚIA DE ÎNCĂRCARE/DESCĂRCARE
Generalități
Eficiența unei nave de transport este influențată de timpul acordat efectuări operaților la danele portuare din timpul total de exploatare, rezultând de aici importanța deosebită a fiabilității instalației de încărcare/descărcare.
Operația de încărcare a navei se realizează cu mijloace de la mal pe cânt operația de descărcare se realizează exclusiv prin intermediul mijloacelor proprii de la bord.
Nava este prevăzuta cu 8 tancuri integrale de marfă amplasate în zona centrală si în prova navei.
Tancurile se vor umple astfel încât să nu existe pericolul deversări de marfă peste bord ca urmare a modificării volumului la creșterea temperaturi pe perioada transportului și în nici un caz nu se vor umple mai mult de 98% din capacitate.
Înaintea efectuări operației de încărcare se va efectua calculul cantității de marfă ce poate fi ambarcată pentru fiecare tip în parte la diverse temperaturi ce se pot obține pe perioada transportului.
CALCULUL CANTITĂȚII DE MARFĂ
Volumul maxim de marfă ce poate fi ambarcat în fiecare tanc se determină cu relația:
unde: V= volumul tancului considerat
ρR= densitatea relativă a mărfii la temperatura de referință
ρL= densitatea relativă a mărfii la temperatura si presiunea de încărcare
Pentru determinarea exactă a cantității de marfă, din categoria produselor chimice lichide, aflată la bordul navei este necesară determinarea volumului unei greutăți cunoscute sau determinarea unui volum cunoscut. Aceste transformări se bazează pe proprietatea fizică a mărfii numită densitate (masă volumică), care este exprimată în termeni direcți de masă și volum. Întrucât densitatea unei substanțe variază cu temperatura este necesară definirea clară a temperaturii la care a fost stabilită densitatea. Densitatea se exprimă în kilograme pe litru (Kg/l) în aer, la temperatura măsurată. Când densitatea se determină la temperatura măsurată nu mai este necesară corecția de densitate. Când determinarea se face la o altă temperatură, mai scăzută sau mai ridicată, se impune determinarea corecției de densitate.
Este evident faptul că cele mai mici erori în determinarea valorii densității conduc la obținerea unor diferențe mari în determinarea greutății. În majoritatea cazurilor densitatea se determină numai la anumite temperaturi de referință cum ar fi: 20oC, 25oC sau 60oF (15,56oC).
Pentru produsele cu vâscozitate ridicată sau pentru cele care solidifică la temperaturi mai mari de 25oC, temperatura de referință va fi mult mai mare – uzual 50oC, astfel că erorile de măsurare datorită proprietăților scăzute de curgere la temperatură scăzută sunt în mare parte eliminate.
În cazul produselor volatile, la determinarea densității se va urmări reducerea evaporării mărfii. Atunci când densitatea de referință este folosită la determinarea greutății este necesar coeficientul de corecție a densității (density correction coeficient – d.c.c.) care dă corecția de densitate de la temperatura de referință la temperatura măsurată.
Relația dintre densitate și temperatură este dată de relația:
ρt = ρr + α(t – r) + β(t – r)2 + γ(t – r)3 + ……
dacă r = 0, ρt = ρ0 + αt + βt2 + γt3 + ……
unde: ρt – densitatea substanței la orice temperatură;
ρr – densitatea substanței la temperatura de referință;
t – temperatura în oC;
α, β, γ – coeficienții seriei de putere.
Influența celui de-al doilea și al treilea termen de putere β(t – r)2 și γ(t – r)3 este aproape neglijabilă, fapt ce face ca pentru multe produse chimice să nu fie determinate. Uzual valorile coeficienților seriei de putere (α, β, γ) se scot din Tabla ASTM 3505.
Din ecuația seriei de putere putem calcula factorul corecției de volum, care este dat de raportul dintre densitatea la diverse temperaturi și densitatea la temperatura de referință:
VCF = ρt/ρr = ρt/20
Densitatea, densitatea relativă și greutatea specifică
În industria chimică, uzual, cantitatea de marfă este exprimată prin termenul de greutate în aer, deci se cere densitatea aparentă în aer (exprimată în kilograme pe litru sau libre pe US gallon). În sistemul internațional (SI) unitatea de măsură pentru densitate este kilogramul pe metru cub (Kg/m3).
Trebuie avut în vedere faptul că dacă pentru produsele petroliere termenul de “greutate specifică” a fost înlocuit cu termenul de “densitate relativă”, pentru industria chimică cei doi termeni se folosesc în comun.
Termenii de “greutate specifică” au fost înlocuiți cu denumirea de “greutate specifică aparentă” fără ai modifica sensul.
Când temperatura materialului și a apei distilate sunt aceleași, greutatea specifică aparentă este x/x oC, unde x este temperatura materialului și a apei. Când temperaturile nu sunt aceleași, greutatea specifică aparentă se scrie x/y oC, unde x este temperatura materialului și y este temperatura apei.
Expresia greutății specifice aparente la 50oC/25oC înseamnă raportul dintre greutatea în aer al unui volum de material la 50oC și greutatea în aer a unui volum de apă distilată, de densitate egală la 25oC.
Uzual se întânlesc următoarele specificații:
greutatea specifică aparentă la 60oF/60oF;
greutatea specifică aparentă la 20oC/20oC;
greutatea specifică aparentă la 25oC/25oC;
greutatea specifică aparentă la 50oC/20oC;
greutatea specifică aparentă la 50oC/50oC;
greutatea specifică la 60oF/60oF;
greutatea specifică la 15oC/4oC.
Valorile densităților reale și aparente a apei distilate libere de gaze, la diverse temperaturi de referință sunt date în tabelul de mai jos:
Metodele de testare ale densității, greutății specifice sau a greutății API sunt recomandate de mai multe table ASTM, după cum urmează:
pentru țiței și lichide petroliere – tabla ASTM D 1298 recomandă metoda hidrometrului. Hidrometrul calibrat este introdus în proba de marfă aflată la temperatura de testare. Deplasarea hidrometrului este o funcție de greutate a probei care este citită pe scala hidrometrului la nivelul de menisc al probei.
pentru lichide cu ajutorul picnometrului bicapilar Lipkin – tabla ASTM 941. Proba de lichid este aspirată în picnometru și cântărită, apoi este echilibrată la temperatura de testare și se verifică poziția nivelului de lichid. Greutatea specifică a probei se calculează funcție de greutatea sa. Un factor de calibrare proporțional cu un volum egal de apă.
testul de densitate și greutate specifică a lichidelor cu picnometru Bringham – tabla ASTM D 1217. Proba de lichid este introdusă în picnometru, echilibrată la temperatura dorită și cântărită. Greutatea specifică este calculată prin greutatea ei și greutatea volumului de apă folosit pentru umplerea picnometrului. Ambele greutăți sunt corectate în aer.
testul de densitate și greutate relativă a lichidului prin densimetrul digital, tabla ASTM D 4052. Un mic volum din proba de lichid este introdus într-un tub oscilant iar modificarea în frecvența oscilației produsă de modificarea în masa tubului este folosită în configurație cu datele de calibrare la determinarea densității probei.
Proceduri de calcul a cantității de marfă
Pentru calculul cantității de marfă se procedează astfel:
se măsoară volumul de lichid și cu ajutorul tablei ASTM D 1085 se raportează la valoarea în litri;
se măsoară temperatura lichidului în mai multe puncte pentru a stabili temperatura medie cu o exactitate mai bună de 0,5oC, (ASTM D 1086);
se ia o probă reprezentativă din lichid (ASTM D 270);
prin una din metodele amintite mai sus se determină greutatea;
se transformă greutatea stabilită în laborator în densitate aparentă, la temperatura măsurată, exprimată în Kg/l sau libre/gallon;
se calculează greutatea aparentă în aer prin înmulțirea volumului măsurat cu densitatea aparentă la temperatura măsurată.
Metoda are o largă aplicabilitate în calculul cantităților de mărfuri chimice lichide și are la bază coeficientul de corecție a densității (d.c.c.).
Exemplu:
S-au măsurat în tancurile de marfă 146162 litri de izopropanol la temperatura de 12oC. Pentru aceasta se determină:
greutatea specifică aparentă la 20/20 oC este 0,7857;
d.c.c. pe grad Celsius este 0,00084;
dt = d12 + α(t – 12)
densitatea aparentă la 20oC = 0,7857×0,99717 = 0,7835 Kg/l;
densitatea aparentă la 12oC = 0,7835 + (20 – 12)0,00084 = 0,7835 + 0,00672 = 0,79022Kg/l;
greutatea comercială = 146162 x 0,79022 = 115497,2Kg.
O a doua metodă de calcul mai puțin folosită se bazează pe transformarea volumelor de lichide chimice în volume corespunzătoare la 60oF, prin înmulțirea volumului măsurat cu factorul de corecție a volumului (VCF). Se procedează astfel:
se măsoară volumul de lichid și se raportează în litri sau galoni (tabla ASTM D 1085);
se măsoară temperatura lichidului în mai multe puncte pentru a obține o temperatură medie cu o acuratețe mai bună de 0,5oC (tabla ASTM 10886);
se ia o probă reprezentativă de lichid (tabla ASTM D 270);
se transformă volumul de lichid măsurat într-un volum la temperatura de referință 60oF sau 20oC a factorului de corecție a volumului;
se transformă greutatea stabilită în laborator în densitate aparentă la temperatura de referință exprimată în Kg/l sau lbs/gallon;
se calculează greutatea în aer prin înmulțirea volumului la temperatura de referință cu densitatea aparentă la temperatura de referință.
Exemplu:
Ce greutate comercială au cele 8000 galoane US de acetonă la 30oF?
greutatea specifică la 20/20oC = 0,7928
volumul la 60oF = 8000 x 1,0235 = 8188 US gallon
densitatea aparentă la 60oF = 6630 lbs/US gallon
greutatea comercială = 8188 x 6630 = 54285 lbs. densitatea aparentă la 20oC = 0,7857×0,99717 = 0,7835 Kg/l;
Descrierea instalației de încărcare-descărcare
Instalația de Î/D este prevăzută cu câte o pompă de marfă si cu câte o pompă de strip pentru fiecare tanc de marfă în parte, acestea fiind de tip submersibile, amplasate pe plafonul dublului fund.
Pompa de marfă este o pompă centrifugă, motorul de acționare este electric, făcând parte din clasa motoarelor protejate contra exploziilor, fiind amplasat la nivelul punții principale, transmisia realizându-se mecanic.
Tubulatura de refulare ale pompelor tancurilor de marfă perforează puntea principală printr-un orificiu special care oferă posibilitatea introduceri sau evacuării aerului pe perioada operației de încărcare/descărcare precum si posibilitatea conexiuni tubulaturilor de aer comprimat ce asigură funcționarea pompei de strip; prin același orificiu practicat în puntea principală se introduce și axul de antrenare a pompei de marfă prevăzându-se elemente de etanșare a acestuia.
Tubulatura de refulare ale pompelor tancurilor alăturate se unesc într-o tubulatură comună ce face legătura cu priza de la manifod, condiționându-se din acest motiv transportul aceluiași produs în tancurile alăturate.
Sistemul de depozitare oferă posibilitatea segregării mărfurilor pentru fiecare pereche de tancuri în parte, sistemele de manipulare și condiționare fiind independente.
Numărul de produse diferite ce pot fi transportate simultan variază în funcție de compatibilitatea acestora:
-4 tipuri de produse care nu sunt incompatibile și care nu necesită măsuri severe de izolare unele față de altele.
-2(3) produse incompatibile, segregarea acestora realizându-se prin intermediul tancurilor de marfă care nu se încarcă sau se încarcă cu un produs ce este compatibil cu ambele tipuri de produse.
Instalația este prevăzută cu elemente de măsură și control astfel încât parametri instalației (presiunea din tubulatură, debitul prin tubulatură, temperatura de manipularea a produselor, presiunea sau depresiunea din tancul de marfă) să poată fi monitorizați si menținuți la valorile impuse pentru fiecare tip de produs în parte.
Pe perioada operației de încărcare/descărcare capacele și orificiile tancurilor de marfă se închid, controlul atmosferei din tanc realizându-se cu ajutorul instalației de ventilație care dozează cantitatea de aer introdusă sau scoasă astfel încât să se elimine pericolul acumulări de vapori de marfă care pot reacționa violent la anumite presiuni și temperaturi; la unele categorii de produse volatile, ai căror vapori au temperatura de autoaprindere apropiată de temperatura de manipulare, concomitent cu operația de încărcare/descărcare are loc introducerea în tanc a unui gaz inert care elimină posibilitatea apariției fenomenului de explozie.
Instalația de încărcare/descărcare trebuie prevăzută cu un sistem de oprire rapid al pompelor în cazul în care unul din parametri depășește valoarea admisă sau în cazul apariției unei avarii la sistem.
Prin manipularea corespunzătoare a valvulelor se pot realiza următoarele trasee :
– încărcarea mărfurilor prin priza de la manifod și trimiterea acestora în tancurile de marfă;
– descărcarea mărfurilor prin aspirația acestora și trimiterea lor spre manifod cu ajutorul pompei de marfă;
– încălzirea sau răcirea mărfurilor prin recircularea acestora prin schimbătorul de căldură amplasat pe puntea principală cu ajutorul pompei de marfă
Tubulaturile ca și celelalte elemente ale instalației se vor realiză din oțel inoxidabil sau din orice alt material care nu reacționează cu marfă si care este aprobat de societatea ce acordă certificatul de clasă al navei.
Tubulaturile de marfă vor fi împământate la corpul navei iar valvulele și îmbinările cu flanșe vor fi prevăzute cu continuitate electrică.
Îmbinărilor traseelor de tubulaturi sa realizat prin sudură cap la cap cu prelucrarea zonei iar îmbinarea tubulaturi cu valvule sa realizat cu ajutorul flanșelor.
Pentru evitarea solicitărilor suplimentare datorate fenomenului de dilatare se prevăd la distanțe corespunzătoare lire de dilatație.
Fixarea tubulaturilor de navă se realizează prin intermediul brățărilor de inox și a suporților, evitându-se prinderea acestora de învelișul navei.
Dimensiunile prizei de încărcare/descărcare de la manifod au valori standardizate pe plan internațional oferind posibilitatea operării navei în orice dană specializată.
După montarea tubulaturi și asamblarea elementelor componente, instalației se va supune la probe pentru verificare funcționări la parametri nominali și pentru verificarea etanșeități acesteia; presiune de probă este egală cu 1,5 ori presiunea de calcul a instalației, aceasta determinându-se prin adoptare unei greutăți specifice a mărfi egală cu cea a apei.
Pprobă=1,5γHpompă
Hpompă [mCA] -reprezintă sarcina pompei de marfă care conform calculelor următoare este egală cu 50mCA
Pproba=1,5·10,055·50=7,54 bar\
Schema instalației este prezentată în planșa 5 anexată la proiect.
Calculul instalației
La efectuarea calculului instalației este necesar cunoașterea următoarelor date inițiale:
– volumul total al tancurilor de marfă Vt=1980 m3
– volumul celui mai mare tanc de marfă v7=v8=278 m3
– volumul tancurilor de slop Vslop=110 m3
– numărul total al pompelor de marfă np=8
– numărul pompelor de marfă care lucrează simultan este egal cu n`p=4
Calculul debitului pompei de marfă
Debitul pompei de marfă se determină impunându-se timpul total de descărcare pentru tancul cu cea mai mare capacitate de depozitare acesta fiind unul din tancurile amplasate în prova CM.
[m3/h]
v=278 [m3] volumul celui mare tanc de marfă
τ [h]-timpul de golire a celui mai mare tanc de marfă; acesta se adoptă egal cu 4 h
[m3/h]
Timpul total de descărcare a navei încărcată la capacitatea maximă :
Calculul debitului pompelor de strip
– prizele de absorbție ale pompelor de marfă se găsesc la o înălțime de 60 mm față de plafonul dublului fund iar pentru golirea totală a tancurilor se utilizează pompele de strip ale căror debit este cuprins de regulă între 20%-25% din debitul pompelor de marfă.
Calculul debitului pompelor tancurilor de plop
– se adoptă timpul de golire a tancurilor de slop τ=1h
Vtkslop=110m3-volumul total al tancurilor de slop
npslop=2-numărul pompelor ce deservesc tancurile de slop
Calculul diametrelor tubulaturilor din instalație
Pentru calculul preliminar se consideră viteza de curgere a mărfii prin tubulatură egală cu 2 m/s
m
Q [m3/s] debitul prin tubulatura considerată
– pentru tubulatura de refulare a pompei de marfă
conform STAS 404/2-80 se adoptă țeavă
viteza reală de curgere și diametrul interior al țevi utilizate este:
v=2 m/s
di=0,111m
– pentru tubulatura de refulare a pompei de strip
conform STAS 404/2-80 se adoptă țeavă
viteza reală de curgere și diametrul interior al țevi utilizate este:
v=1,91 m/s
di=0,0509 m
– pentru tubulatura de refulare a pompelor de slop
conform STAS 404/2-80 se adoptă țeavă
di=0,0983 m
Pentru determinarea sarcini pompelor ce deservesc instalația de încărcare/descărcare este necesar determinarea pierderilor hidraulice pe traseele cele mai lungi, adoptându-se o valoare a sarcini la priza de la manifod egală cu 30mCA.
mCA
Hmanifod sarcina la manifod se adoptă egală cu 30 mCA
hl;hloc-pierderi de sarcină liniară respectiv locală
Ha;Hr-înălțimea geodezică de aspirație respectiv refulare a pompei
Pompele fiind amplasate în interiorul tancului de marfă, înălțimea geodezică de aspirație se adoptă convențional egală cu zero.
Puterea motorului electric de antrenare al pompei se determină cu relația:
[W]
Q [m3/s] debitul pompei
p [N/m2] sarcina pompei
η randamentul pompei
Calculul hidraulic
Calculul hidraulic se efectuează pentru un produs etalon ale cărui caracteristici reprezintă situația cea mai defavorabilă, acoperind toată gama de produse.
ν=50·10-6 [m2/s] vâscozitatea cinematică
ρ=1000 [kg/m3]
Determinarea sarcini pompelor de marfă
– traseul cel mai lung îl reprezintă cel de la tancurile de marfă 7-8 la priză de la manifod.
l=35 m
di=0,111 m
v=2 m/s regim turbulent de curgere
– pierderile liniare
– pierderi locale
valvulă de sens unic
valvulă cu cep
cot la 900
teu
coeficient de pierdere de sarcină locală la manifod
Hr=7 m
H=30+2,57+4,179+7=44,2 mCA
Se adoptă pentru pompa Hpompă=50 mCA
p=4,9·105 N/m2
Puterea motorului de antrenare :
η=0,87
Determinarea sarcini pompei de strip
calculul se realizează pe același traseu pentru care să calculat și pompa de marfă
di=0,0509 m
v=1,91 m/s
l=35 m regim laminar
– pierderile liniare
– pierderi locale
valvulă de sens unic
valvulă cu cep
cot 90
teu
reducție
coeficient de pierdere de sarcină locală la manifod
Hr=7 m
H=30+4,2+3,27+7=44,44 mCA
Se adoptă sarcina pompei de strip H=50 mCA
p=γH=4,9·105 N/m2
Determinarea sarcini pompei tancului de slop
v=2 m/s
d=0,098 m regim turbulent
λ=0,043
– pierderi liniare
l=45 m
– pierderi locale
valvulă de sens unic
valvulă cu cep
cot 90
teu
pierdere de sarcină la manifod
Hr=7 m
H=30+4,02+3,1+7=44,12 mCA
se adoptă sarcina pompei
H=50 mCA
p=γH=4,9·105 N/m2
Puterea motorului de antrenare adoptându-se randamentul pompei η=0,7
INSTALAȚIA DE ÎNCĂLZIRE A TANCURILOR DE MARFĂ
Generalități
La majoritatea produselor, pentru a-și păstra proprietățile chimice precum și capacitatea de pompare, pe întreaga durată a transportului, este necesar încălzirea acestora până la o valoare impusă de producător.
Datorită riscurilor și toxicității ridicate a majorități mărfurilor transportate, pe plan internațional s-au adoptat o serie de recomandări cu privire la sistemul de încălzire a tancurilor de marfă, cele mai importante fiind:
sistemul de încălzire trebuie utilizat numai pentru încălzire mărfurilor, nefiind
permise conexiuni cu alte sisteme de la bord;
agentul cu care se realizează încălzirea trebuie colectat într-un tanc situai în afara
compartimentului mașini, spațiilor de lucru sau de locuit și acesta trebuie
verificat în permanență pentru a se detecta eventualele contaminări;
sursa de căldură de la bord o constituie în principal caldarina sau generatorul de abur iar în cazul unei contaminări a acesteia cu produse chimice, ce pot provoca explozii sau pot cauza probleme de sănătate a personalului, este compromis întreg sistemul de încălzire al navei; de acea pentru creșterea siguranței în exploatare a navei se introduce încă o treaptă de schimb se căldura la sistemul de încălzire a tancurilor de marfă ce se amplasează în afara compartimentului mașini.
Cele mai utilizate sisteme de încălzire sunt prezentate în continuare:
Instalația de încălzire cu abur
aburul este cel mai comun agent de încălzire, temperatura acestuia este de
preferabil să fie cuprinsă între 1300C-1500C.
Sistemul de încălzire are ca dezavantaj variația într-un interval foarte larg a temperaturi aburului, neputând fi utilizat la produsele care necesită menținerea temperaturi lor într-un interval strâns de valori sau în cazul în care produsele necesită o încălzire moderată iar o supraîncălzire ar duce la compromiterea stabilități acestora (se poate ajunge la o instabilitate chimică însoțită de reacții violente cu degajare de căldură, ca în cazul sulfurilor).
Sistemul de încălzire cu ulei
este din ce în ce mai utilizat la navele moderne el oferind posibilitatea mențineri
temperaturii într-un interval foarte mic datorită stabilități termice a uleiului.
Uleiul ca agent termic este foarte penetrant el putând provoca contaminări ale mărfurilor prin compromiterea serpentinelor de încălzire, fiind necesar luarea unor măsuri de siguranță suplimentare.
– evitare supraîncălziri uleiului
– evitarea oxidări uleiului prin inertarea cu azot a tancului de expansiune
– montarea alarmelor de nivel și de temperatură
Sistemul de încălzire cu apă caldă
– este utilizat la produsele care nu necesită încălzirea la temperaturi ridicate, fiind
mai sigure în exploatare prin gradul mic de contaminare a mărfurilor în cazul
avarierii sau degradării sistemului de încălzire.
Descrierea instalației
Pentru încălzirea mărfii la nava de proiectat se adoptă sistemul de încălzire cu apă caldă ce este alcătuit din schimbătoare de căldură multi-tubulare, independente pentru fiecare tanc de marfă în parte, amplasate pe puntea principală, vehicularea mărfurilor realizându-se cu pompele sistemului de încărcare/descărcare pe întreaga durata a transportului.
Încălzirea apei se realizează cu abur saturat, abur la presiunea de 7 bar si temperaturi cuprinse între 2700C-3500C obținut la caldarină cu arzător lichid, într-un schimbător de căldură amplasat pe puntea principală, vehicularea apei realizându-se cu două pompe centrifugale acționate electric; rezervorul de apă tehnică cu o capacitate de Vath.=17 [m3] este amplasat intre cele două tancuri de slop simetric față de planul diametral al navei.
Sistemul de circulație a apei calde este închis, prevăzându-se un tanc de expansiune montat astfel încât sa compenseze eventualele pierderi de apă; tancul de expansiune este prevăzut cu aparate de măsurare a nivelului și cu sistem automat de umplere cu apă tehnică.
Reglarea cantități de căldură schimbată cu marfa se realizează cu ajutorul valvulelor termoregulatoare cu trei căi, montate la intrarea în fiecare schimbător, care dozează debitul de apă ce trece prin schimbător funcție de temperatura mărfii la ieșire; acest lucru este posibil datorită elementului sensibil la temperatură al valvulei care funcție de diferența de temperatură dintre cea a mărfii și cea setată comandă deschiderea sau închiderea după caz a secțiuni de curgere a apei prin schimbător cu ajutorul aerului comprimat. Prin posibilitatea variației valori de comparare a elementului sensibil se pot realiza mai multe regimuri termice de funcționare astfel încât să se adopte regimul cel mai adecvat pentru marfă din întreaga gamă de produse ce fac obiectul transportului.
Calculul instalației
Se consideră următoarele date inițiale:
– temperatura de intrare a mărfii în încălzitor tm1=15 [0C]
– temperatura de ieșire a mărfii din încălzitor tm2=70 [0C]
– temperatura apei calde la intrarea în încălzitor ta1=100 [0C]
– temperatura apei calde la ieșirea din încălzitor ta2=75 [0C]
– entalpia apei la ta1 ia1=419 [kJ/kg]
– entalpia apei la ta2 ia2=300 [kJ/kg]
– debitul pompei de circulație pentru cel mai mare tanc Q=30 [m3/h]
– densitatea de calcul adoptată a mărfi ρ=900 [kg/m3]
– căldura specifică adoptată a mărfii c=3 [kJ/kg grd]
Calculul fluxului de căldură ce trebuie preluat de marfă la trecerea prin încălzitor
[kJ/s]
Q=70/3600 m3/s debitul de marfă prin încălzitor
ρ=900 kg/m3 densitatea mărfi
c=3 kJ/kg grd căldura specifică a mărfii
Δt=550C cresterea de temperatură în încălzitor
Fluxul de căldură ce trebuie cedat de apa în încălzitor
η-reprezintă randamentul schimbătorului de căldură care este influențat de depunerile de murdărie și de piatră pe serpentinele de încălzire precum si de eficiența izolației; valorile randamentului sunt cuprinse de regulă între 0,96-0,98
se adoptă η=0,98
Debitul de apă necesar pentru a ceda acest flux de căldură
Δi=(ia1-ia2); [kJ/kg]-căderea de entalpie a apei calde în încălzitor
Calculul suprafeței de schimb de căldură necesară a încălzitorului
se determină cu relația:
kc [W/m2h grd]-coeficient global de schimb de căldură, acesta caracterizează intensitatea schimbului de căldură fiind influențat de natura și temperaturile celor două fluide între care se realizează schimbul precum si de conductivitatea termică a mediului care le separă; în literatura de specialitate[8] pentru schimbătoarele de căldură de suprafață în care nu se realizează modificarea stării de agregare cu fluidul cald reprezentat de apă iar fluidul rece reprezentat de solvenți organici, coeficientul global de schimb de căldură variază între 550-1150[W/m2hgrd]
se adoptă: kc=0,9 [kW/m2grd]=
Δtm- diferența medie de temperatură între cele două fluide; pentru sistemul de încălzire în contracurent adoptat diferența medie de temperatură se determină cu relația:
Calculul numărului de țevi necesare
– pentru realizare suprafeței de schimb de căldură se utilizează țevi cu diametrul de d=0,035m și cu lungimi de l=2,5m
– suprafața de schimb de căldură a unei țevi este
S1=dπl=0,274 [m2]
– numărul de țevi necesare
Calculul necesarului de abur supraîncălzit
– debitul total de apă caldă
Qtot=nsQapa=8·38,4=308 m3/h
– pentru circulația apei calde se adoptă două pompe centrifuge fiecare alimentând câte 4 schimbătoare de căldură
ns=8 numărul de încălzitoare ce lucrează simultan
temperatura de intrare a aburului în încălzitor tabur1=3400C
temperatura de ieșire a aburului în încălzitor tabur2=140
temperatura de intrare a apei din încălzitor ta1=500C
temperatura de ieșire a apei din încălzitor ta2=900C
presiunea aburului p=7 bar
entalpia aburului la intrare i1=3140 kJ/kg
entalpia aburului la ieșire i2=580 kJ/kg
fluxul necesar de căldură necesar pentru a încălzi apa de la ta1 la ta2
Q1=Qtotρc(ta2-ta1)
ρ=996 [kg/m3] densitatea apei la temperatura medie de lucru
c=4,2 [kJ/kg grd] căldura specifică a apei
diferența de temperatură 1000C
Q1=17900 kJ/s
– debitul de abur necesar
η=0,98 randamentul serpentinelor de încălzire
Calculul tubulaturilor
– magistrala de refulare a pompei de circulație apă caldă
vitezele recomandate în tubulaturile ale apei dulci sunt cuprinse în intervalul 1,8-2,7m/s; pentru calculul inițial se adoptă v=2,6 m/s
Q=154 m3/h d=0,144m
Conform STAS 404/2 se adoptă țeavă
– tubulaturile de legătură a magistralei cu schimbătoarele de căldură
Q=38,5 m3/h
v=1,9 m/s d=0,084m
Conform STAS 404/2 se adoptă țeavă
SISTEMUL DE CONDIȚIONARE A ATMOSFEREI DIN TANC
Vapori de marfă în anumite condiții de temperatură si presiuni specifice pentru fiecare tip în parte se pot autoaprinde provocând explozii, de acea este necesar controlarea atmosferei din tanc pentru evitarea situațiilor periculoase.
Controlul atmosferei din tanc se poate realiza prin 4 metode ce acționează pe principiul eliminări O2 astfel încât să nu poată iniția procesul de ardere sau pe principiul controlări concentrației de vapori de marfă astfel încât să nu se depășească limita de siguranță. Limita de siguranță o reprezintă situația în care concentrația de vapori de marfă nu depășește 70% din limita de inflamabilitate iar temperatura este cu cel puțin 600C sub temperatura de autoaprindere. Cela patru metode de control al atmosferei sunt:
INERTAREA
Umplerea si menținerea în interiorul tancului, a tubulaturilor si a spațiilor de aferente a unui gaz sau vapori inerți care nu pot întreține arderea si nu contaminează sau reacționează cu marfa.
Tipurile de gaze utilizate ca agenți de inertare sunt:
1) Gazele obținute prin arderea unui combustibil lichid sau gazos în care concentrația de oxigen este cuprinsă în intervalul 3-5%, valorile mai mici fiind obținute la arderea combustibililor gazoși. Gazele de ardere sunt în prealabil spălate, răcite si uscate abia după acea acestea pot fi trimise în compartimentul care se intenționează a se inerta.
Acest tip de agent este cel mai utilizat datorită disponibilități sale si a costului mic de producere, practic acesta se obține prin recuperarea gazelor de ardere de la caldarina cu combustibil lichid sau de la motorul principal.
2) Azotul N2–acesta este livrat de la mal si depozitat în butelii sub presiune sau în formă lichidă la temperatura de –1960C; este cel mai utilizat la tancurile de ulei aditivate la care pericolul oxidării acestuia este ridicat, iar ca dezavantaj se poate menționa costul relativ ridicat al acestuia.
3) Bioxidul de carbon CO2-depozitat în aceleași condiții ca azotul însă prezintă ca dezavantaj posibilitatea contaminări mărfurilor precum si pericolul apariției sursei de explozie datorită electricități statice dezvoltate la vehicularea acestuia.
4) Gaze inerte livrate de la terminalele specializate concomotint cu operația de încărcare/descărcare.
Bandajarea
Umplerea si menținerea în interiorul tancului, a tubulaturilor si a spațiilor aferente a unui lichid, gaz sau vapori care să separeu marfă de restul volumului de aer din tanc.
Uscarea
Umplerea si menținerea în interiorul tancului, a tubulaturilor si a spațiilor aferente cu un vapor uscat care va preveni ca marfa să se contamineze cu apă sau vapori de apă. Vapori uscați reprezintă vapori care la presiunea atmosferică prezintă o temperatură de condensare scăzută (de aproximativ –400C).
Ventilarea
Constă în eliminarea vaporilor din spațiul de deasupra suprafeței mărfi care prin acumularea acestora în anumite condiții de presiune si temperatură s-ar putea autoaprinde ducând la explozii violente.
Funcție de modul de vehiculare a vaporilor de marfă putem deosebi sisteme:
– cu circulație naturală
– cu circulație forțată
Cerințe ale sistemului de control a atmosferei din tanc
O sursă adecvată de producere si livrare a gazului inert trebuie să fie amplasată la bord cu excepția cazului când acesta este livrat de la mal, în plus o sursă suplimentară de gaz inert trebuie amplasată la bord pentru a compensa pierderile pe timpul transportului.
Sistemul de gaz inert de la bord trebuie să fie capabil a menține o presiune în interiorul spațiilor inertate pe toată durata voiajului însă aceasta nu va fi mai mare decât cea la care este reglată valvula de siguranță.
Unde atmosfera tancurilor este controlată prin procedeul bandajării sunt valabile aceleași cerințe ca si la inetare.
Tancurile trebuie prevăzute cu dispozitive de control si monitorizare a atmosferei din spațiul de ulaj.
La manipularea mărfurilor inflamabile, sistemul de inertare sau bandajare va fi astfel conceput încât să se elimine pericolul apariției surselor de aprindere electrostatice la alimentarea cu agent inertant.
Unde atmosfera este controlată prin procedeul uscării, agentul fiind azotul uscat cerințele de la sistemul de inertatre rămân valabile , în plus ținând cont de variațiile de temperatură si umiditate din timpul voiajului o rezervă de agent de uscare va fi menținută în permanență la toate intrările din tancurile de marfă.
INSTALAȚIA DE VENTILAȚIE A TANCURILOR DE MARFĂ
Funcțiile principale ale instalației de ventilație:
Să controleze scăpările de vaporii de marfă la creșterea presiuni în tanc peste o valoare impusă;
Să asigure dispersarea în atmosferă a vaporilor de marfă periculoși;
Să asigure alimentarea cu aer pentru înlocuirea vidului parțial produs prin contracția lichidului sau în timpul operației descărcare;
IMCO-CODE stabilește condițiile în care vaporii de marfă pot fi eliberați în atmosferă; în nici un caz nu se va permite eliberarea vaporilor de marfă prin gurile de vizită ale tancurilor, prin gurile de spălare sau de sondare.
Toate tancurile de marfă trebuiesc prevăzute cu un sistem eficient de ventilație compatibil cu marfa de transportat, conceput în așa fel încât să minimalizeze posibilitatea ca vaporii de marfă să se acumuleze pe punțile navei, să pătrundă în spațiile de locuit și în compartimentul mașini sau în compartimentele ce conțin surse de aprindere; acesta trebuie să minimalizeze posibilitatea pulverizării mărfii pe punți iar orificiile de evacuare să prevină pătrunderea apei în tancurile de marfă; vaporii trebuiesc dirijați sub formă de jet pe direcție verticală în sus.
Tubulaturile de ventilație trebuiesc prevăzute cu dispozitive de drenaj corespunzătoare, materialele de construcție ale tubulaturilor trebuiesc protejate anticoroziv în mod similar cu tancurile de marfă sau construite din același material.
Conform IMCO funcție de natura mărfurilor depozitate se pot adopta următoarele tipuri de sisteme de ventilație:
I. Ventilație deschisă
Sistemul de ventilație deschisă nu opune nici o rezistență evacuării vaporilor de marfă din tanc pe timpul unei operări normale , cu excepția frecărilor naturale si a ecranelor para scântei. Acest sistem se va folosi numai pentru mărfurile cu un punct de aprindere mai mare de 600C si care nu prezintă un pericol semnificativ pentru sănătate în cazul inhalării.
Sistemul poate consta din venturi pentru fiecare tanc în parte sau din coloane de ventilație care să combine mai multe venturi ținându-se cont de criteriile de separare a mărfurilor. Nu se vor monta pe venturi sau coloanele de ventilație valvule de închidere.
II. Ventilație forțată
Sistemul de ventilație controlată este prevăzut cu supape de presiune si de vacuum pentru fiecare tanc în parte pentru controlul presiunii si a depresiuni din tanc în parte pentru controlul presiunii si a depresiuni din tanc fiind utilizat pentru mărfurile care nu permit folosirea unui sistem de ventilație deschis. Nu se vor monta valvule de închidere deasupra sau dedesubtul supapelor, aceste pot fi cel mult pe by-pass.
O atenție deosebită se va acorda proiectării si locului de amplasare a supapelor de presiune/vacuum pentru evitarea posibilității blocării acestora de către vapori de marfă datorită temperaturilor scăzute sau datorită polimerizări.
Orificiile de evacuare nu se vor monta la o distanța mai mică de 15 m față de partea frontală a suprastructuri si la o distanță mai mică B/6 sau 6 m fața de puntea principală sau de pasarela de acces.
Sistemul adoptat pentru nava de proiectat este cu ventilație forțată prevăzut cu supape de presiune/vacuum pentru fiecare tanc în parte și cu tubulaturi de ventilație comun pentru perechile de tancuri alăturate.
BIBLIOGRAFIE :
1. Registrul Naval Român – “Reguli generale de supraveghere
(partea 0)”-1990
2. Viorel Maier – “Mecanica și construcția navei” – vol. I – “Statica navei”;
3. Viorel Maier – “Mecanica și construcția navei” – vol. II – “Dinamica navei”;
4. Viorel Maier – “Mecanica și construcția navei”– vol. III –“Construcția navei”;
5. Teodor Popa, Kunsel-Ozel Izet –“Instalații de guvernare”
6. Ioniță Ion – “Instalații navale de bord” ;
7. Iamandi. – “Mecanica fluidelor și mașini hidropneumatice”;
8. Mihai Pop –„Tabele termodinamice”;
9. Anastase Pruiu-„Instalații energetice navale”;
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Conditionarea Marfurilor Chimice PE Perioada Transportului Maritim (ID: 108379)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.