S K ρn D C K ρn D 2 SV J K - Provincia di Venezia ... · coefficienti adimensionali di...
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Calcolo delle esigenze propulsive fondamentali per i battelli lagunari 1 Sia premesso che: 1) La conoscenza della “curva di resistenza totale” costituisce necessario ed
ineludibile riferimento preliminare.
2) Le curve che ci sono state fornite (dal prof. Zotti) si estendono fino ad una
certa velocità, che si deve ragionevolmente ritenere costituisca la massima
compatibile con le capacità d’indagine della Vasca di Trieste.
3) Pertanto, in via interlocutoria ed esemplificativa, si considera tale velocità
anche “limite” massimo consentito nell’ambito lagunare e si assume quale
“valore progettuale” per quanto concerne le seguenti considerazioni,
calcolazioni e previsioni.
In ciascun caso si è proceduto come segue.
Con riferimento alla Resistenza totale R della carena in corrispondenza della
predetta velocità massima Va, ovvero all’equivalente spinta S richiesta, viene
progettata l’elica che si stima tipologicamente più adeguata. A tale scopo
vengono impiegati gli strumenti ed i nomogrammi che fanno capo alle Serie
Sistematiche di WAGENINGEN.
Si perviene in tal modo alla definizione della curve che rappresentano i
coefficienti adimensionali di prestazione dell’elica “isolata”, precisamente il
Fattore di Spinta Kt, di Coppia Kq, il Rendimento η, in funzione del Fattore di
Avanzamento J=Va/(nD):
q
ta
q
t
KKJ
CSV
DnCK
DnSK
πωη
ρ
ρ
2
52
42
==
=
=
(1)
dove ρ rappresenta la densità del fluido operativo (acqua), n la velocità di
rotazione dell’elica (espressa in giri/secondo), D il diametro dell’elica, C la
1 Questa sezione è opera del prof. Prof. Vittorio Quaggiotti e dell’ Ing. Ernesto Benini, Dipartimento di Ingegneria Meccanica dell’Università di Padova.
2
coppia assorbita dall’elica, ω la velocità angolare dell’elica (espressa in
radianti al secondo).
Si individuano quindi alcuni ragionevoli valori del coefficiente di scia (1-w), del
fattore di deduzione della Spinta (1-t) e del coefficiente di riduzione
dell’efficienza dell’elica (1-ξ) dovuto all’inclinazione dell’asse portaelica,
pervenendo infine alla determinazione delle curve di prestazione effettive
dell’elica accoppiata alla carena.
Sulla base degli stessi strumenti progettuali dianzi utilizzati, viene codificato il
prevedibile comportamento (in regime stazionario) dell’elica per qualunque
valore di velocità inferiore alla predetta, massima, di progetto.
In particolare vengono dedotte le curve rappresentative - in condizione di
“stazionarietà” - di:
1) Rendimento propulsivo, al regime di progetto ed a regimi ridotti.
2) Spinta sviluppata dall’elica, al regime di progetto ed a regimi ridotti.
3) Potenza assorbita dall’elica, al regime di progetto ed a regimi ridotti.
Infine, ipotizzato un ragionevole valore del “rendimento di trasmissione”, viene
stimata la “Potenza minima necessaria” che deve avere il motore per
conseguire – in condizioni d’acqua calma ed in assenza di vento - la predetta
velocità di progetto (cioè quella massima di cui sopra).
La “Potenza effettiva installabile” si può dedurre assumendo il margine
d’eccesso richiesto dalla previsione d’impiego in condizioni d’acqua mossa e
vento contrario, nonché dalle necessità contingenti di manovra e d’emergenza.
In Tabella 1 vengono riportati i risultati delle calcolazioni relative al progetto
dell’elica per ogni tipologia di imbarcazione. In particolare:
- nella prima colonna è specificata la tipologia del natante nelle
due condizioni di carico previste (P/C: pieno carico, Z o M/C:
zavorra o medio carico);
- nella seconda colonna è indicata la velocità massima (in nodi)
presa in considerazione per il progetto dell’elica;
3
- nelle colonne dalla terza alla quinta sono indicati i valori del
coefficiente di scia, del fattore di deduzione della spinta e del
coefficiente di riduzione dell’efficienza dell’elica;
- nelle colonne dalla sesta alla decima sono riportate la
caratteristiche geometriche e funzionali dell’elica: la velocità
nominale di rotazione “n”, il diametro esterno “D”, il passo “p”, il
ricoprimento palare “Ae/Ao” e il numero delle pale “Z”;
- nell’undicesima colonna è indicato il valore assunto del
rendimento di trasmissione “ηtr”;
- nella dodicesima colonna è riportato il valore calcolato della
potenza minima necessaria da installare “P_min”.
Nelle figure dalla 2 alla 25 sono infine riportate, per ogni tipologia di
imbarcazione, le curve di prestazione delle rispettive eliche, e precisamente:
- nelle figure 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22 e 24:
le curve adimensionali di prestazione dell’elica isolata;
- nelle figure 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23 e 25:
la curva di resistenza e le curve di spinta ai regimi nominale e ridotti;
le curve della potenza assorbita dall’elica ai regimi nominale e ridotti;
il rendimento propulsivo ai regimi nominale e ridotti;
La procedura esemplificata sopra può essere in definitiva ripetuta per
qualunque altro valore massimo – ovvero “limite” - di velocità che si voglia
supporre imponibile dalle competenti autorità a ciascuna tipologica
d’imbarcazione. A titolo esemplificativo, in appendice (figure 26 e 27) si
riportano i risultati delle calcolazioni ottenute presupponendo, nel caso di
imbarcazione TAXI 1 (P/C), una velocità massima, ovvero di progetto,
superiore a quella precedentemente assunta in base alle risultanze della vasca
navale, vale a dire di 7 m/s (circa 14 nodi) anziché 5.55 m/s (circa 11 nodi), e
facendo riferimento ad una configurazione propulsiva con due eliche
controrotanti. I dati progettuali dell’elica ed i risultati che si riferiscono a tale
caso sono contenuti nella Tabella 2 dell’appendice.
4
Ogni altro valore della velocità limite potrebbe, in ogni caso, emergere molto
ragionevolmente dalla seguente procedura.
Dalle prove effettuate in “Vasca”, venga dedotta (prof. Zotti) la curva di
“Resistenza d’onda”. Sia essa rapportata al dislocamento dell’imbarcazione e
sia tale parametro assunto (tramite un opportuno quanto ragionevole
coefficiente di equivalenza) quale riferimento oggettivo per la quantificazione
dell’inquinamento idrodinamico, ovvero del potenziale danno alle “rive” dovuto
al moto ondoso. Se ne stabilisca la “soglia”, si deduca il corrispondente valore
della “resistenza d’onda” e si individui il corrispondente limite di velocità
(intersecando la stessa curva di “resistenza d’onda” con la retta orizzontale
che individua in ordinata tale soglia, e intercettando, con la corrispondente
retta verticale, il predetto limite di velocità in ascissa).
Per ogni caso o categoria di battello che si voglia considerare, lo strumento
che qui si propone e si esemplifica consente di :
1. Istituire un confronto immediato tra la “massima potenza installabile” e
quella effettivamente installata.
2. Istituire (in prima istanza anche empiricamente ed intuitivamente)
un’analisi comparativa fra l’elica progettata e quella effettivamente
installata (ove ne sia effettuabile l’ispezione).
3. Indicare un’eventuale riduzione di potenza, tramite sostituzione del
motore e riprogettazione dell’elica.
4. Indicare un’eventuale limitazione nella erogazione di potenza, da parte
del motore installato, con relativa riduzione del regime di rotazione
dell’elica stessa.
GUEST
Indicare un’eventuale riduzione di potenza, tramite sostituzione del motore e riprogettazione dell’elica.
GUEST
Indicare un’eventuale limitazione nella erogazione di potenza, da parte del motore installato, con relativa riduzione del regime di rotazione dell’elica stessa.
IM
BAR
CAZ
ION
EVa
1-
w1-
t1−ξ
nD
pAe
/Ao
Zη
trP_
min
(kno
ts)
(rpm
)(m
)(m
)(k
W)
TAXI
1 (P
/C)
10.8
90.
960.
920.
9717
000.
50.
315
0.71
53
0.95
70TA
XI 1
(Z o
M/C
)10
.89
0.96
0.92
0.97
1650
0.5
0.27
0.71
53
0.95
43
CH
IATT
A AM
AV (P
/C)
5.45
0.9
0.83
0.97
600
0.6
0.43
0.65
50.
9511
CH
IATT
A AM
AV (Z
o M
/C)
5.45
0.9
0.83
0.97
500
0.6
0.43
50.
655
0.95
5.5
TOPO
(P/C
)8.
170.
940.
870.
9775
00.
580.
590.
854
0.95
36TO
PO (Z
o M
/C)
8.71
0.94
0.87
0.97
650
0.58
0.57
0.85
40.
9516
GR
ANTU
RIS
MO
(P/C
)10
.89
0.95
0.92
0.97
900
0.66
0.62
0.82
40.
9597
GR
ANTU
RIS
MO
(Z o
M/C
)10
.89
0.95
0.92
0.97
800
0.66
0.67
50.
824
0.95
77
MO
TOSC
AFO
AC
TV (P
/C)
10.8
90.
950.
920.
9790
00.
660.
601
0.75
40.
9588
MO
TOSC
AFO
AC
TV (Z
o M
/C)
10.8
90.
950.
920.
9780
00.
6662
0.75
40.
9559
VAPO
RET
TO A
CTV
(P/C
)10
.89
0.95
0.92
0.97
900
0.69
0.61
0.77
40.
9510
6VA
POR
ETTO
AC
TV (Z
o M
/C)
10.8
90.
950.
920.
9785
00.
690.
630.
774
0.95
92
Tabe
lla 1
– C
arat
teris
tiche
pro
gettu
ali d
elle
elic
he in
funz
ione
del
tipo
di i
mba
rcaz
ione
.
TAVOLE GRAFICHE
Figura 1 – Curve di resistenza delle imbarcazioni. P/C = Pieno carico; Z (o M/C) = Zavorra (o mezzo carico).
Figura 3 – TAXI 1 (P/C): curve di prestazione dell’elica.
Il simbolo □ indica la condizione progettuale.
Figura 5 – TAXI 1 (Z o M/C): curve di prestazione dell’elica.
Il simbolo □ indica la condizione progettuale.
Figura 7 – CHIATTA AMAV (P/C): curve di prestazione dell’elica.
Il simbolo □ indica la condizione progettuale.
Figura 9 – CHIATTA AMAV (Z o M/C): curve di prestazione dell’elica.
Il simbolo □ indica la condizione progettuale.
Figura 11 – TOPO (P/C): curve di prestazione dell’elica.
Il simbolo □ indica la condizione progettuale.
Figura 13 – TOPO (Z o M/C): curve di prestazione dell’elica.
Il simbolo □ indica la condizione progettuale.
Figura 15 – GRANTURISMO (P/C): curve di prestazione dell’elica.
Il simbolo □ indica la condizione progettuale.
Figura 17 – GRANTURISMO (Z o M/C): curve di prestazione dell’elica.
Il simbolo □ indica la condizione progettuale.
Figura 19 – MOTOSCAFO ACTV (P/C): curve di prestazione dell’elica.
Il simbolo □ indica la condizione progettuale.
Figura 21 – MOTOSCAFO ACTV (Z o M/C): curve di prestazione dell’elica.
Il simbolo □ indica la condizione progettuale.
Figura 23 – VAPORETTO ACTV (P/C): curve di prestazione dell’elica.
Il simbolo □ indica la condizione progettuale.
Figura 25 – VAPORETTO ACTV (Z o M/C): curve di prestazione dell’elica.
Il simbolo □ indica la condizione progettuale.
Fi
gura
2 -
TAXI
1 (P
/C):
coef
ficie
nti d
i pre
staz
ione
del
l’elic
a is
olat
a.
Fi
gura
4 -
TAXI
1 (Z
o M
/C):
coef
ficie
nti d
i pre
staz
ione
del
l’elic
a is
olat
a.
Fi
gura
6 –
CH
IATT
A AM
AV (P
/C):
coef
ficie
nti d
i pre
staz
ione
del
l’elic
a is
olat
a.
Fi
gura
8 –
CH
IATT
A AM
AV (Z
o M
/C):
coef
ficie
nti d
i pre
staz
ione
del
l’elic
a is
olat
a.
Fi
gura
10
– TO
PO (P
/C):
coef
ficie
nti d
i pre
staz
ione
del
l’elic
a is
olat
a.
Fi
gura
12
– TO
PO (Z
o M
/C):
coef
ficie
nti d
i pre
staz
ione
del
l’elic
a is
olat
a.
Fi
gura
14
– G
RAN
TUR
ISM
O (P
/C):
coef
ficie
nti d
i pre
staz
ione
del
l’elic
a is
olat
a.
Fi
gura
16
– G
RAN
TUR
ISM
O (Z
o M
/C):
coef
ficie
nti d
i pre
staz
ione
del
l’elic
a is
olat
a.
Fi
gura
18
– M
OTO
SCAF
O A
CTV
(P/C
): co
effic
ient
i di p
rest
azio
ne d
ell’e
lica
isol
ata.
Fi
gura
20
– M
OTO
SCAF
O A
CTV
(Z o
M/C
): co
effic
ient
i di p
rest
azio
ne d
ell’e
lica
isol
ata.
Fi
gura
22
– VA
POR
ETTO
AC
TV (P
/C):
coef
ficie
nti d
i pre
staz
ione
del
l’elic
a is
olat
a.
Fi
gura
24
– VA
POR
ETTO
AC
TV (Z
o M
/C):
coef
ficie
nti d
i pre
staz
ione
del
l’elic
a is
olat
a.
![VERIFICA DEL Cd · 2017. 7. 17. · 2 2 Corso di Componenti e Impianti Termotecnici 1) Determinazione del Coefficiente di dispersione volumico Cd [W/m3 K] Rif. normativo: UNI 10379](https://static.fdocument.org/doc/165x107/61340820dfd10f4dd73b78da/verifica-del-cd-2017-7-17-2-2-corso-di-componenti-e-impianti-termotecnici-1.jpg?t=1695433682)
