Ingegneria navale

Carico idrodinamicoModifica

Nello stesso modo in cui gli ingegneri civili progettano per accomodare i carichi del vento su edifici e ponti, gli ingegneri marittimi progettano per accomodare una nave che viene flessa o una piattaforma che viene colpita dalle onde milioni di volte nella sua vita.

StabilitàModifica

Un architetto navale, come un progettista di aeroplani, è interessato alla stabilità. Il lavoro dell’architetto navale è diverso, nella misura in cui una nave opera in due fluidi contemporaneamente: acqua e aria. Gli ingegneri devono anche affrontare la sfida di bilanciare il carico man mano che la massa della nave aumenta e il centro di gravità si sposta più in alto man mano che i container aggiuntivi vengono impilati verticalmente. Inoltre, il peso del carburante rappresenta un problema perché il beccheggio della nave fa sì che il peso si sposti con il liquido causando uno squilibrio. Questo sbilanciamento è compensato dall’acqua all’interno di serbatoi di zavorra più grandi. Gli ingegneri devono affrontare il compito di bilanciare e tracciare il carburante e l’acqua di zavorra di una nave.

CorrosioneModifica

L’ambiente chimico affrontato dalle navi e dalle strutture offshore è molto più difficile che quasi ovunque sulla terraferma, salvo gli impianti chimici. Gli ingegneri navali si preoccupano della protezione della superficie e della prevenzione della corrosione galvanica in ogni progetto. La corrosione può essere inibita attraverso la protezione catodica utilizzando pezzi di metallo noti come anodi sacrificali. Un pezzo di metallo come lo zinco è usato come anodo sacrificale perché diventa l’anodo nella reazione chimica. Questo fa sì che sia il metallo a corrodersi e non lo scafo della nave. Un altro modo per prevenire la corrosione è l’invio di una quantità controllata di bassa corrente continua allo scafo della nave per prevenire il processo di corrosione elettrochimica. Questo cambia la carica elettrica dello scafo della nave per prevenire la corrosione elettrochimica.

Anti-foulingEdit

Anti-fouling è il processo di eliminazione degli organismi ostruttivi dai componenti essenziali dei sistemi di acqua di mare. Gli organismi marini crescono e si attaccano alle superfici delle bocche di aspirazione dei fuoribordo utilizzate per ottenere acqua per i sistemi di raffreddamento. L’elettroclorazione comporta l’esecuzione di un’elevata corrente elettrica attraverso l’acqua di mare. La combinazione di corrente e acqua di mare altera la composizione chimica per creare ipoclorito di sodio per eliminare qualsiasi materiale biologico. Un metodo elettrolitico di antivegetativa comporta l’esecuzione di corrente elettrica attraverso due anodi (Scardino, 2009). Questi anodi consistono tipicamente di rame e alluminio (o ferro). L’anodo di rame rilascia il suo ione nell’acqua creando un ambiente troppo tossico per la bio-materia. Il secondo metallo, l’alluminio, riveste l’interno dei tubi per aiutare a prevenire la corrosione. Altre forme di crescita marina come cozze e alghe possono attaccarsi al fondo dello scafo di una nave. Questo fa sì che la nave abbia una forma meno idrodinamica perché non sarebbe uniforme e liscia intorno allo scafo. Questo crea il problema di una minore efficienza del carburante in quanto rallenta la nave (IMO, 2018). A questo problema si può porre rimedio utilizzando vernici speciali che impediscono la crescita di tali organismi.

Controllo dell’inquinamentoModifica

Emissione di zolfoModifica

La combustione di combustibili marini ha il potenziale di rilasciare sostanze inquinanti dannose nell’atmosfera. Le navi bruciano diesel marino oltre all’olio combustibile pesante. L’olio combustibile pesante, essendo il più pesante degli oli raffinati, rilascia anidride solforosa quando viene bruciato. Le emissioni di anidride solforosa hanno il potenziale di aumentare l’acidità dell’atmosfera e degli oceani, causando danni alla vita marina. Tuttavia, l’olio combustibile pesante può essere bruciato solo in acque internazionali a causa dell’inquinamento creato. È commercialmente vantaggioso a causa dell’efficacia dei costi rispetto ad altri combustibili marini. Si prevede che l’olio combustibile pesante sarà gradualmente eliminato dall’uso commerciale entro l’anno 2020 (Smith, 2018).

Scarico di olio e acquaModifica

Acqua, olio e altre sostanze si raccolgono sul fondo della nave in quella che è nota come sentina. L’acqua di sentina viene pompata in mare, ma deve superare un test di soglia di inquinamento di 15 ppm (parti per milione) di olio per essere scaricata. L’acqua viene testata e scaricata se pulita o ricircolata in una cisterna per essere separata prima di essere testata di nuovo. Il serbatoio in cui viene rimandata, il separatore di acqua oleosa, utilizza la gravità per separare i fluidi a causa della loro viscosità. Le navi oltre le 400 tonnellate lorde sono tenute a trasportare l’attrezzatura per separare l’olio dall’acqua di sentina. Inoltre, come imposto dalla MARPOL, tutte le navi oltre le 400 tonnellate lorde e tutte le petroliere oltre le 150 tonnellate lorde sono tenute a registrare tutti i trasferimenti di olio in un registro dell’olio (EPA, 2011).

CavitazioneModifica

La cavitazione è il processo di formazione di una bolla d’aria in un liquido a causa della vaporizzazione di quel liquido causata da una zona di bassa pressione. Questa zona di bassa pressione abbassa il punto di ebollizione di un liquido permettendogli di vaporizzare in un gas. La cavitazione può avere luogo nelle pompe, il che può causare danni alla girante che muove i fluidi attraverso il sistema. La cavitazione si vede anche nella propulsione. Sacche di bassa pressione si formano sulla superficie delle pale dell’elica quando aumentano i giri al minuto (IIMS, 2015). La cavitazione sull’elica causa una piccola ma violenta implosione che potrebbe deformare la pala dell’elica. Per rimediare al problema, più pale permettono la stessa quantità di forza propulsiva ma ad un tasso di giri inferiore. Questo è cruciale per i sottomarini, poiché l’elica deve mantenere la nave relativamente silenziosa per rimanere nascosta. Con più pale dell’elica, l’imbarcazione è in grado di ottenere la stessa quantità di forza di propulsione a un minor numero di giri dell’albero.

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