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Imbarcazioni da lavoro e diporto in polietilene ad alta densità termosaldato HDPE
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Fig. 1
Perdita di energia (CV) per attrito superficiale di uno scafo di 10m
* 3,5m di area bagnata = 35m2
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
Pe’ 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 | |
5 | 7 | 10 | 14 | 12 |
10 | 28 | 41 | 55 | |
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
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