NOTA SUL RISPARMIO DI
CARBURANTE PER EFFETTO
DELLA SUPERFICIE
NATURALMENTE LISCIA DELL’HPDE CON ATTRITO DI TRASCINAMENTO MINIMO
A cura di ing. Giovanni
Cecconi, Venice Lab
gia’ dir. control room
MOSE
Ecco un riassunto della perdita di energia per una barca realizzata
in HDPE con superficie mantenuta liscia in confronto alle barche
realizzate in alluminio, acciaio e fibra di vetro che presentano una
maggiore rugosità superficiale:
Si sono considerate diverse velocità, utilizzando i coefficienti di
attrito caratteristici (Cf) per ciascun materiale in assenza di
fouling e stessa forma dello scafo calcolando la potenza dissipata
nell’avanzamento in Cv o HP e la forza di resistenza al moto in Kg
peso.
Questi valori rappresentano la perdita di energia nell’unita’ di
tempo per il solo attrito di parete o superficiale, per ciascuna
superficie. Come si può osservare nel seguito la perdita di energia
per attrito di parete e’ superiore del 50% per l’alluminio quando
questo non e’ particolarmente liscio, 75% per la fibra di vetro che
sempre si presenta piu’ rugosa e del 100% per l’acciaio
inossidabile non particolarmente trattato. N.B. In presenza di
fouling per assenza di manutenzione questi benefici scompaiono per
cui diventano fondamentali i trattamenti superficiali anti fouling
per acciaio alluminio e fibra di vetro , mentre per HPDE e’
sufficiente di tanto in tanto il semplice lavaggio con un getto
d’acqua della superficie non trattata, a seconda della permanenza
in acqua e dell’irraggiamento.
Potenza
dissipata in Cv o Hp (1Cv=
735,5W)
|
|
|
Cf
|
0,0020
|
0,0030
|
0,0040
|
0,0035
|
|
Velocità
(km/h)
|
HDPE
|
Alluminio
|
Acciaio
|
Fibra
di Vetro
|
|
10
|
1
|
+50%
|
+100%
|
+75%
|
|
Ad
esempio se lo scafo viaggia a 10 km/h la forza di resistenza di
attrito in e’ rispettivamente in kg.peso:
28
HDPE 41 Alluminio 55 Acciaio e 48 Fibra di Vetro.
Mentre la potenza relativa
dissipata è :
1
per HDPE , 1.5 Alluminio, 2.0 Acciaio, e 1.75 per la Fibra di
Vetro.
Perdita di Energia per i diversi materiali
Questi valori rappresentano la perdita di
energia di parete nell’unita’ di tempo per ciascun materiale a
diverse velocità. I valori sono calcolati sulla base di coefficienti
di attrito caratteristici. Come si può osservare nella tabella che
segue, la perdita di energia tende ad essere inferiore per l'HDPE
rispetto all'alluminio, all'acciaio e alla fibra di vetro, assumendo
i coefficienti di attrito dati desunti dalla letteratura disponibile.
E’ questa una stima di larga massima potendo la perdita effettiva
di energia variare in base a fattori come le condizioni reali delle
superficie per la presenza o meno di fouling, il design dello scafo e
le finiture superficiali, le condizioni dell'acqua. Ecco la
formulazione teorico-sperimentale completa con i valori dei
coefficienti di attrito per ciascun materiale rispettivamente per la
forza di resistenza di attrito R
e la potenza dissipata, P
:
R=0.5*ρ*Ab*Cf*v2
; P=R*v =0.5*ρ*Ab*Cf*v3
dove:
R e’
la Forza di resistenza al moto dello scafo per effetto dell’attrito
superficiale in N
per passare Kg
peso dividere per 9.81
P e’
la
potenza dissipata (W) per un
flusso d'acqua sulla superficie di uno scafo, per passare in Cv o Hp
dividere per 735,5
ρ
è la densità dell'acqua (1000 kg/m³)
Ab
è l'area della superficie bagnata dello scafo (m²) qui assunta pari
a 10m*3,5 m=35 m2
Cf
è il coefficiente di attrito caratteristico della superficie del
materiale vedi tabella Med.
v
è la velocità dell'imbarcazione (m/s), per passare a km/h
moltiplicare per 3,6.
Valori dei Coefficienti di Attrito
Caratteristici, Cf
, per Ogni Materiale:
HDPE
Min. = 0.0020 Max = 0.0030
Med = 0.0025
Alluminio Min.
= 0.0025 Max = 0.0040 Med =
0,0030
Acciaio
Min. = 0.0030 Max = 0.0050
Med = 0,0040
FibradiVetro
Min. = 0.0035 Max = 0.0055 Med
= 0.0035
Forza
di attrito in Kg peso (9,81N)
|
Cf
|
0,0020
|
0,0030
|
0,0040
|
0,0035
|
Velocità
(km/h)
|
HDPE
|
Alluminio
|
Acciaio
|
Fibra
di Vetro
|
5
|
7
|
10
|
14
|
12
|
10
|
28
|
41
|
55
|
48
|
20
|
110
|
165
|
220
|
193
|
40
|
440
|
661
|
881
|
771
|
Potenza
dissipata in Cv o Hp (1Cv= 735,5W)
|
Cf
|
0,0020
|
0,0030
|
0,0040
|
0,0035
|
Velocità
(km/h)
|
HDPE
|
Alluminio
|
Acciaio
|
Fibra di Vetro
|
5
|
0,1
|
0,2
|
0,3
|
0,2
|
7
|
0,3
|
0,5
|
0,7
|
0,6
|
10
|
1,0
|
1,5
|
2,0
|
1,8
|
15
|
3,4
|
5,2
|
6,9
|
6,0
|
20
|
8,2
|
12,2
|
16,3
|
14,3
|
25
|
15,9
|
23,9
|
31,9
|
27,9
|
30
|
27,5
|
41,3
|
55,1
|
48,2
|
35
|
43,7
|
65,6
|
87,5
|
76,5
|
40
|
65,3
|
97,9
|
130,6
|
114,2
|
Fig. 1
Perdita di energia (CV) per attrito superficiale di uno scafo di 10m
* 3,5m di area bagnata = 35m2
I
valori dei coefficienti impiegati sono stati scelti in via
preliminare considerando che in generale tra questi materiali c’è
questa variabilità.
Sono
range tipici dei coefficienti di resistenza al moto in acqua per
superfici piane in diverse applicazioni navali che possono variare in
base a vari fattori come la velocità e la rugosità superficiale:
HPDE
superficie liscia in moto laminare 0,0020 -
0,0030
Acciaio
inossidabile con rugosità superficiale media: 0,0060 - 0,0150
Alluminio
liscio:
0,0025 - 0,0040
Fibra
di vetro liscia:
0,0035 - 0,0055
Fibra
di vetro con rugosità superficiale significativa: 0,0150 -
0,0400
