Hydrodynamische BelastungBearbeiten
Wie Bauingenieure Gebäude und Brücken auf Windlasten auslegen, so legen Schiffsbauingenieure ein Schiff so aus, dass es sich biegt oder eine Plattform millionenfach von Wellen getroffen wird.
StabilitätBearbeiten
Ein Schiffsarchitekt befasst sich ebenso wie ein Flugzeugkonstrukteur mit der Stabilität. Die Aufgabe des Schiffbauingenieurs ist insofern anders, als ein Schiff in zwei Flüssigkeiten gleichzeitig arbeitet: Wasser und Luft. Die Ingenieure stehen auch vor der Herausforderung, die Ladung auszubalancieren, da die Masse des Schiffes zunimmt und sich der Schwerpunkt höher verlagert, wenn zusätzliche Container vertikal gestapelt werden. Außerdem stellt das Gewicht des Treibstoffs ein Problem dar, da sich das Gewicht durch die Neigung des Schiffes mit der Flüssigkeit verlagert und ein Ungleichgewicht entsteht. Diesem Ungleichgewicht wird durch Wasser in größeren Ballasttanks entgegengewirkt. Ingenieure stehen vor der Aufgabe, den Treibstoff und das Ballastwasser eines Schiffes auszugleichen und zu verfolgen.
Korrosion
Die chemische Umgebung, der Schiffe und Offshore-Konstruktionen ausgesetzt sind, ist weitaus rauer als fast überall an Land, außer in Chemieanlagen. Schiffsingenieure sind bei jedem Projekt auf den Oberflächenschutz und die Vermeidung von galvanischer Korrosion angewiesen. Korrosion kann durch kathodischen Schutz verhindert werden, indem man Metallstücke verwendet, die als Opferanoden bekannt sind. Ein Metallstück wie Zink wird als Opferanode verwendet, da es in der chemischen Reaktion zur Anode wird. Dadurch korrodiert das Metall und nicht der Schiffsrumpf. Eine andere Möglichkeit, Korrosion zu verhindern, besteht darin, eine kontrollierte Menge an Gleichstrom in den Schiffsrumpf zu leiten, um den Prozess der elektrochemischen Korrosion zu verhindern. Dadurch wird die elektrische Ladung des Schiffsrumpfes verändert, um elektrochemische Korrosion zu verhindern.
Anti-FoulingBearbeiten
Anti-Fouling ist der Prozess der Beseitigung von störenden Organismen an wesentlichen Komponenten von Meerwassersystemen. Meeresorganismen wachsen und setzen sich an den Oberflächen der Ansaugöffnungen der Außenbordmotoren fest, aus denen das Wasser für die Kühlsysteme gewonnen wird. Bei der Elektrochlorierung wird das Meerwasser mit hohem elektrischem Strom durchflossen. Durch die Kombination von Strom und Meerwasser ändert sich die chemische Zusammensetzung, so dass Natriumhypochlorit entsteht, das alle biologischen Stoffe beseitigt. Bei der elektrolytischen Methode des Bewuchsschutzes wird elektrischer Strom durch zwei Anoden geleitet (Scardino, 2009). Diese Anoden bestehen in der Regel aus Kupfer und Aluminium (oder Eisen). Die Kupferanode gibt ihre Ionen an das Wasser ab und schafft so eine Umgebung, die für Biomaterie zu giftig ist. Das zweite Metall, Aluminium, beschichtet die Innenseite der Rohre, um Korrosion zu verhindern. Andere Formen des Meeresbewuchses wie Muscheln und Algen können sich auf dem Boden des Schiffsrumpfes festsetzen. Dadurch wird die hydrodynamische Form des Schiffes beeinträchtigt, da sie nicht gleichmäßig und glatt um den Rumpf herum ist. Dadurch entsteht das Problem einer geringeren Treibstoffeffizienz, da das Schiff langsamer wird (IMO, 2018). Dieses Problem kann durch die Verwendung spezieller Anstriche behoben werden, die das Wachstum solcher Organismen verhindern.
VerschmutzungskontrolleBearbeiten
SchwefelemissionBearbeiten
Die Verbrennung von Schiffskraftstoffen hat das Potenzial, schädliche Schadstoffe in die Atmosphäre freizusetzen. Auf Schiffen wird neben Schweröl auch Schiffsdiesel verbrannt. Schweröl ist das schwerste der raffinierten Öle und setzt bei der Verbrennung Schwefeldioxid frei. Schwefeldioxidemissionen können den Säuregehalt der Atmosphäre und der Ozeane erhöhen und damit das Leben im Meer schädigen. Schweres Heizöl darf jedoch wegen der damit verbundenen Verschmutzung nur in internationalen Gewässern verbrannt werden. Es ist aufgrund seiner Kosteneffizienz im Vergleich zu anderen Schiffskraftstoffen kommerziell vorteilhaft. Es wird davon ausgegangen, dass Schweröl bis zum Jahr 2020 aus der kommerziellen Nutzung ausläuft (Smith, 2018).
Öl- und WassereinleitungBearbeiten
Wasser, Öl und andere Stoffe sammeln sich am Boden des Schiffes in der so genannten Bilge. Das Bilgenwasser wird über Bord gepumpt, muss aber einen Verschmutzungsgrenzwert von 15 ppm (parts per million) Öl aufweisen, um abgelassen werden zu können. Das Wasser wird getestet und entweder abgeleitet, wenn es sauber ist, oder in einen Sammeltank zurückgeleitet, wo es getrennt wird, bevor es erneut getestet wird. Der Tank, in den es zurückgeführt wird, der Öl-Wasser-Separator, nutzt die Schwerkraft zur Trennung der Flüssigkeiten aufgrund ihrer Viskosität. Schiffe mit mehr als 400 Bruttoregistertonnen müssen die Ausrüstung zur Trennung von Öl und Bilgenwasser mitführen. Darüber hinaus müssen gemäß MARPOL alle Schiffe mit mehr als 400 BRZ und alle Öltanker mit mehr als 150 BRZ alle Öltransporte in einem Öltagebuch aufzeichnen (EPA, 2011).
Kavitation
Kavitation ist der Prozess der Bildung einer Luftblase in einer Flüssigkeit aufgrund der Verdampfung dieser Flüssigkeit durch einen Bereich mit niedrigem Druck. Dieser Unterdruckbereich senkt den Siedepunkt einer Flüssigkeit, so dass sie zu einem Gas verdampfen kann. Kavitation kann in Pumpen auftreten und zu Schäden am Laufrad führen, das die Flüssigkeiten durch das System bewegt. Kavitation tritt auch in der Antriebstechnik auf. Mit zunehmender Drehzahl bilden sich an der Oberfläche der Propellerblätter Niederdrucktaschen (IIMS, 2015). Kavitation am Propeller verursacht eine kleine, aber heftige Implosion, die das Propellerblatt verformen kann. Um das Problem zu beheben, ermöglichen mehr Blätter die gleiche Antriebskraft, aber mit einer geringeren Umdrehungszahl. Dies ist für U-Boote von entscheidender Bedeutung, da der Propeller das Schiff relativ leise halten muss, um nicht entdeckt zu werden. Mit mehr Propellerblättern kann das Schiff die gleiche Antriebskraft bei geringerer Wellenumdrehung erreichen.