Download - TCN Cursuri

© Conf.dr.ing. Laurenţiu Chiotoroiu 1

TTEEOORRIIAA,, CCOONNSSTTRRUUCCŢŢIIAA ŞŞII VVIITTAALLIITTAATTEEAA NNAAVVEEII CCUURRSSUULL 11 1.1. CALITĂŢI NAUTICE 1.2. CLASIFICAREA SUMARĂ A NAVELOR Nava este un solid rigid etanş, capabil să plutească şi să se deplaseze pe apă într-o direcţie voită, cu o viteză stabilită şi cu un scop bine determinat. Pentru ca o navă să poată naviga în siguranţă, ea trebuie să îndeplinească o serie de condiţii speciale, numite calităţi nautice. 1.1. CALITĂŢI NAUTICE Sunt însuşiri obligatorii ale navei, care determină interacţiunea dintre navă şi mediu înconjurător. Calităţile nautice sunt:

1. Flotabilitatea 2. Stabilitatea 3. Nescufundabilitatea 4. Calitatea de a efectua oscilaţii line 5. Calităţi de marş 6. Manevrabilitatea 7. Stabilitatea de drum

Statica navei - reprezintă prima parte componentă a „Teoriei şi Construcţiei Navei” care studiază calităţile nautice statice: flotabilitatea, stabilitatea şi nescufundabilitatea. Dinamica navei – este a doua parte componentă a „Teoriei şi Construcţiei Navei” care studiază calităţile nautice dinamice ale acesteia: calitatea de a efectua oscilaţii line, stabilitatea de drum, manevrabilitatea şi calităţile de marş. Construcţia navei – reprezintă partea a treia a „Teoriei şi Construcţiei Navei” ce studiază fenomenele care stau la baza construcţiei unei nave. Sunt analizate nomenclatura elementelor de construcţie în cazul diverselor tipuri de nave comerciale, solicitări ale corpului navei atât în regim static cât şi dinamic. 1. Flotabilitatea – reprezintă calitatea nautică ce presupune plutirea navei la un anumit pescaj într-un mod impus şi controlat. Se asigură din construcţie, prevăzând nava cu un înveliş etanş ce închide în interior un volum de aer, producând forţa de flotabilitate. În exploatare se menţine printr-o întreţinere adecvată atât a corpului navei (rugina) cât şi a deschiderilor din acest înveliş. Nava dispune şi de o rezervă minimă de flotabilitate, ce depinde de tipul navei (prin înălţimea bordului liber) şi de zona în care navigă. Pierderea flotabilităţii (scufundarea) anulează celelalte calităţi nautice ale navei. 2. Stabilitatea – este calitatea nautică ce presupune redresarea navei anterior înclinate sub acţiunea unor forţe exterioare, atunci când cauzele îşi încetează acţiunea.


Stabilitatea se asigură constructiv printr-o distribuţie adecvată a greutăţilor fixe (centrul de greutate cât mai coborât) iar în exploatare prin amplasarea corectă a mărfii şi a rezervelor. Pierderea stabilităţii (răsturnarea) atrage în mod automat pierderea flotabilităţii. Situaţia ideală de navigaţie o reprezintă cea pe chilă dreaptă, adică greutăţi distribuite uniform şi simetric la bord cu planul diametral al navei în poziţie verticală. Deseori în practică, nava se înclină în borduri în mod: Temporar:

- ruliu (în jurul axului longitudinal) - tangaj (în jurul axului transversal)

Permanent:

- canarisire într-un bord (atunci când nava bandată nu revine la poziţia iniţială)

Figura 1.1. Mişcarea unei nave după cele 6 grade de libertate O navă are asietă dreaptă sau este pe chilă dreaptă dacă pescajele prova şi pupa sunt egale.

Dacă o navă este înclinată longitudinal, asieta navei, ca diferenţă între pescaje, poate fi:

- apupată (când pescajul pupa este mai mare ca pescajul prova) - aprovată (când pescajul pupa este mai mic ca pescajul prova).

3. Nescufundabilitatea – reprezintă capacitatea navei de a pluti şi de a-şi menţine stabilitatea în cazul când unul sau mai multe compartimente sunt inundate în urma unor avarii la corp. Se mai poate defini şi astfel: calitatea nautică care presupune menţinerea flotabilităţii şi stabilităţii în condiţii de avarie în cazul perforării învelişului etanş (coliziuni, eşuări, explozii interne etc.)


Se asigură prin mijloace constructive (compartimentarea etanşă a corpului navei şi bord liber minim suficient de mare) sau mijloace active (la acţiunea echipajului). 4. Calitatea de a efectua oscilaţii line – este calitatea nautică ce presupune efectuarea de oscilaţii line indiferent de condiţiile de navigaţie (atât în apă calmă cât şi pe mare agitată). Nava, privită ca sistem oscilator este excitată de suprafaţa ondulată a mării şi astfel capătă oscilaţii întreţinute transversale – ruliu şi longitudinale – tangaj. Oscilaţiile pot fi: line (perioadă mare, acceleraţie mică) şi dure (per. mică, acc.mare). Oscilaţiile dure provoacă 2 fenomene negative:

- asupra părţilor mobile ale instalaţiei de propulsie – suprasarcini - asupra echipajului – rău de mare.

Este o calitate nautică antagonistă cu stabilitatea. În practică se asigură stabilitatea, iar oscilaţiile se reduc cu mijloace suplimentare (stabilizatoare de ruliu etc.). 5. Calităţi de marş – este calitatea nautică ce presupune deplasarea navei cu o anumită viteză şi într-un sens impus şi controlat. Se referă la obţinerea de viteze mari de deplasare, în condiţiile unor consumuri reduse de combustibil. Pentru aceasta, nava este dotată cu un propulsor ce produce o forţă egală şi de sens contrar cu rezistenţa la înaintare a navei. Propulsorul consumă putere de la o instalaţie de forţă aflată pe navă sau exterioară acesteia (în cazul navelor cu vele). 6. Manevrabilitatea – este calitatea nautică ce presupune schimbarea drumului (a direcţiei de deplasare) navei aflate în mişcare, într-un mod impus şi controlabil. Drumul este unghiul făcut de direcţia de marş cu un anumit reper. În acest scop, nava este dotată cu instalaţie de guvernare capabilă să efectueze schimbări rapide de direcţie. 7. Stabilitatea de drum – este calitatea nautică ce presupune revenirea la drumul iniţial atunci când nava a fost deviată de o cauză, după încetarea acesteia. Este o calitate nautică antagonistă cu manevrabilitatea. Compromisul se rezolvă în funcţie de tipul navei: în cazul remorcherelor manevrabilitatea este mai importantă, la navele de cursă lungă (linere) se sacrifică manevrabilitatea în folosul stabilităţii de drum. Manevrabilitatea scăzută se compensează prin remorcherele de manevră sau mijloace auxiliare (bow thrustere). 1.2. CLASIFICAREA SUMARĂ A NAVELOR În conformitate cu bibliografia de specialitate, navele se pot clasifica după mai multe criterii: zonă de navigaţie, tipul mărfii transportate, sistem de propulsie, material de construcţie etc. În Diagrama 1.1. şi 1.2. sunt prezentate principalele tipuri de nave maritime şi fluviale, clasificate după criteriul „zona de navigaţie”.

În afară de criteriile amintite, navele maritime se mai clasifică după: destinaţie şi modul în care navigă. Vor fi prezentate în continuare numai o parte din cele ilustrate în Diagrama 1.1. şi anume acele nave maritime de transport mărfuri considerate de importanţă practică deosebită pentru viitorii ofiţeri de marină dar şi cele la care bibliografia de specialitate nu a făcut întotdeauna referire. În plus, se prezintă în Tabelul 1.1. navele de transport mărfuri, clasificate după clase şi categorii, cu denumirea acestora în română şi engleză.


Diagrama 1.1. Clasificarea sumară a navelor maritime

• Cargouri • Mineraliere • Vrachiere • Tancuri • Port-containere • Ro –Ro • Nave portbarje • Frigorifice

• Pacheboturi • Hidrobuze • Nave cu aripi portante • Nave pe pernă de aer • Feriboturi

• Traulere • Sainere • Toniere • Baleniere • Colectoare

frigirifice

CLASIFICARE DUPĂ ZONA DE NAVIGAŢIE

NAVE MARITIME NAVE FLUVIALE

După modul în care navigă: După destinaţie:

De suprafaţă În imersiune

• De deplasament • Semi- deplasament

(sau semi-glisare) • Glisoare • Cu aripi portante • Pe pernă de aer

• Submarine • Batiscafuri TehniceDe serviciuDe pescuitTransport

PasageriTransport Mărfuri

Destinaţie specială

• Remorchere • Pilotine • Tancuri de

bunkeraj • Nave stins

incendiu

• Nave şcoală • Nave

hidrografice şi de cercetare

• Spărgătoare de gheaţă

• Nave far

• Drăgi • Şalande • Macarale

plutitoare • Platforme

plutitoare


Diagrama 1.2. Clasificarea sumară a navelor fluviale

• Remorchere de linie • Împingătoare de linie • Barje autopropulsate • Şlepuri autopropulsate • Tancuri autopropulsate

• Pasagere clasice • Nave semiglisoare • Nave cu aripi portante (pasagere rapide) • Nave pe pernă de aer • Feriboturi

CLASIFICARE DUPĂ ZONA DE NAVIGAŢIE

NAVE FLUVIALE

Nepropulsate: Autopropulsate:

De transport

• Şlepuri • Barje • Ceamuri • Tancuri

TehniceDe serviciu Transport Pasageri

De transport Mărfuri

Destinaţie specială

• Remorchere de manevră

• Pilotine • Tancuri de bunkeraj • Nave stins incendiu • Şalupe de diverse

servicii

• Nave şcoală • Nave

hidrografice • Spărgătoare de

gheaţă • Nave de salvare

• Drăgi • Şalande • Macarale

plutitoare

Nave Maritime

După materialul de fabricaţie: • Nave din lemn • Nave din metal: oţel sau Al • Nave din material plastic • Nave din fibră de sticlă • Nave din ferociment

După sistemul de propulsie: • Nave cu maşini alternative de abur cu piston • Nave cu turbine cu abur sau gaze • Nave cu M.A.I. • Nave cu motoare electrice • Nave cu propulsie nucleară • Nave cu vele

După propulsor: • Elice navală cu P.F. sau E.P.V. • Roţi cu zbaturi • Nave cu sistem Voith - Schneider • Nave cu elice aeriană • Nave cu jet de apă • Nave cu propulsie magneto-hidro-dinamică


Tabelul 1.1. Tipuri de nave maritime de transport marfuri (cargo ship type)

Criteriu Categorie Clasa Tipul Denumire

I. Transport mărfuri generale

1. Nave mărfuri generale (General cargo ships)

• Cargouri (Multipurpose cargo ships) • Nave frigorifice (Reefers ship) • Cargouri specializate (Heavy-lift

ships)

1. Nave containiere • Nave portcontainer (Container ships) • Nave portcontainer combinate (CON-

RO, CON-BULK ships)

2. Nave Roll on/Roll off • Nave RO/RO (Ro/RO ships) • Nave RO/RO specializate (PCC,

PCTC, RO-PAX ferry)

II. Transport marfă specializată

3. Nave port barje • Nave Lash • Nave SeaBee • Nave BACO

1. Nave transport marfă uscată în vrac • Vrachiere specializate (Ore carriers, Grain carriers) III. Transport marfă în

vrac (Vrachiere) 2. Nave transport marfă combinată în vrac

• Vrachiere combinate (O/O -oil/ore carriers)

• Vrachier universal (OBO -oil bulk ore)

1. Petroliere (ţiţei, petrol brut) (Crude Oil Tankers)

2. Nave tanc produse petroliere (Product Carriers = Parcel Tankers)

• Handysize Dw: 15000 – 25000 tdw • Panamax Dw: 40000 – 70000 tdw • Aframax Dw: 70000 – 120000 tdw • Suezmax Dw: 120000 – 180000 tdw • VLCC Dw: 180000 – 300000 tdw • ULCC Dw: > 300000 tdw IV. Transport produse

lichide în vrac (Nave cisternă)

3. Nave tanc produse chimice (Chemical carriers = Chemical Tankers)

• Tancuri chimice multiparcelate (Chemical Parcel Tankers)

• Tancuri chimice specializate (Specialised Chemical Tankers)

• Tancuri chimice de cabotaj (Small Shortsea Chemical Tankers)

Destinaţie Nave

transport mărfuri

V. Transport gaze lichefiate 1. Nave transportoare de gaze lichefiate

• Tancuri produse gazoase lichefiate (LPG): propaniere, butaniere etc.

• Tancuri produse gazoase naturale lichefiate (LNG) - metaniere

• Etileniere (LEG) • Hibride (LPF/LEG/Chemical)


I. Nave maritime de transport mărfuri generale CARGOURI MĂRFURI GENERALE (engl. General dry cargo ships)– sunt nave destinate transportului diverselor categorii de mărfuri uscate ambalate (saci, lăzi, cutii, butoaie, bale etc.) sau neambalate. Sunt prezentate în continuare câteva din caracteristicile acestui tip de navă: • Datorită duratei mari petrecute la încărcare/descărcare, cargourile au dimensiuni şi

deplasamente reduse: lungimi cuprinse între 100 – 170 m, iar DW = 1500....20.000 tdw, la viteze economice de 12....22 Nd (limita superioară pentru linere). În exploatare, din raţiuni economice, se urmăreşte marşul plin-plin, evitând marşul în balast.

• Sunt prevăzute cu mijloace proprii de încărcare-descărcare: bigi, macarale, vinciuri, dispuse de regulă între magazii.

Figura 1.2. Cargou mărfuri generale în exploatare

Raportul viteză-lungime LvN / este aproximativ 0,87 sau chiar mai mic, valori mai mari ale acestuia indicând o navă mai puţin economică. Marfa cu densitate mare se transportă în compartimentele inferioare, în timp ce marfa mai puţin densă se transportă în „tween decks”. Nava este prevăzută din construcţie cu dublu fund în care se află de obicei tancurile de combustibil şi balast. Încă din anii '70 ponderea acestui tip de navă era în scădere, deşi tonajul flotei mondiale de cargouri era în creştere. Acest fapt s-a datorat în principal dezvoltării în paralel a navelor specializate dar şi a cheltuielilor de transport însemnate pe care acest tip de navă le dezvoltă. Se poate concluziona că, deşi ne aflăm în era containerizării ce presupune o reducere dramatică a construcţiei acestui tip de navă, cargourile de mărfuri generale există şi vor mai exista, din simplul motiv că nu toate tipurile de mărfuri pot fi paletizate sau containerizate. Ca argumente, pot fi menţionate: echipamentele industriale, materiale de construcţii precum şine sau profile de oţel, role de tablă, maşini agricole etc. NAVE FRIGORIFICE (engl. Reefers; Refrigerated ships) - sunt nave de construcţie specială destinate pentru transportul produselor perisabile în stare proaspătă la

© Maik Ebel@ www.ship-photos.de


temperaturi scăzute, prin refrigerare sau congelare.

Figura 1.3. Vedere generală a unei nave frigorifice După natura mărfurilor transportate şi după regimul de răcire, există 4 categorii de nave frigorifice:

1. Nave ce transportă produse răcite prin ventilaţie (t ≥ +3°C) - (rute scurte -fructe proaspete). Ventilaţia este forţată cu aer răcit.

2. Nave ce transportă produse refrigerate (- 4° C ÷ +7°C ) - citrice (2 ÷ 6°C) / banane (+7°C) / ouă (0 ÷ 1°C) / carne (-6 ÷ -3°C ) / peşte (- 3 ÷ 0°C). Navele sunt dotate cu instalaţii frigorifice proprii.

3. Nave ce transportă produse congelate (t ≤ - 6°C) - navele asigură prin instalaţiile frigorifice proprii temperaturi constante sub 6°C.

4. Nave frigorifice universale - asigură transportul produselor perisabile de orice natură prin toate regimurile de răcire amintite. Reeferele au urmatoarele caracteristici generale:

• Au capacitate de încărcare cuprinsă între 6.000…15.000 tdw şi viteze economice cuprinse în gama 18…23 Nd;

• Capacitatea de transport este mai mică decât a unui cargo echivalent ca mărime, ajungând cu 25% mai mică în cazul mărfurilor răcite prin ventilaţie şi cu 35% mai mică în cazul mărfurilor congelate;

• Navele frigorifice politerme au volumul rezervat mărfii fragmentat în 4 – 5 compartimente pentru ca tipurile diferite de marfă să fie transportate separat şi la temperaturi diferite, dacă este necesar (de la -25°C la +13°C), sistemul frigorific fiind astfel descentralizat;

• Mărfurile sunt de obicei paletizate, iar operaţiunile de încărcare-descărcare se fac cu ajutorul transportoarelor sau motostivuitoarelor electrice. În unele cazuri, manipularea mărfurilor precum citricele se face prin deschideri laterale în bordaje.

În ultima perioadă, în afara „tradiţionalelor” nave frigorifice, mărfurile perisabile sunt preluate din ce în ce mai des la bordul navelor portcontainer, în containere frigorifice dotate cu compresoare proprii, ce folosesc agenţi frigorifici ecologici, racordate la instalaţia electrică a navei. Şi asta din simplul motiv că o navă portcontainer are o capacitate de transport mărfuri refrigerate mult mai mare decât un reefer convenţional şi în plus un timp de operare mult mai scăzut. Containerele frigorifice pot fi de mai multe feluri, după cum urmează:

• Containere izoterme (Conair) – nu au instalaţie frigorifică proprie, ci două racorduri pentru legarea la tubulatura de circulaţie a agentului de răcire; ventilarea fiind făcută pe verticală, iar temperatura monitorizată cu ajutorul calculatoarelor de bord.

Sursa: www.njscuba.net


• Containerele frigorifice (Reefers) – au propria instalaţie frigorifică însă necesită racordarea la instalaţia electrică a navei cu care sunt transportate; pot fi debranşate temporar, comportându-se astfel ca cele izoterme.

• Containerele cu atmosferă controlată – utilizate la transporturi mai scurte de 3 săptămâni; refrigerantul este în acest caz azot lichid iar atmosfera este condiţionată de gazul carbonic pulverizat prin injectoare şi monitorizată de un micro computer. Autonomia acestora este de o săptămână, după care containerele trebuie reîncărcate cu agent refrigerant - azot lichid.

NAVE HEAVY-LIFT – sunt nave specializate ce transportă mărfuri agabaritice, dotate cu macarale rotative speciale şi proiectate cu punţi, guri de magazii sau alte structuri întărite. Se mai întâlnesc şi sub numele de „crane vessels”.

Figura 1.4. Vedere generala a unei nave heavy lift

Fac parte din categoria navelor cargou specializate, proiectate să transporte mărfuri speciale, cu gabarit depăşit, ce necesită operaţiuni de încărcare/descărcare cu totul deosebite. Macaralele/cranicele acestor tipuri de nave operează de obicei în tandem, adică pot ridica, susţine şi deplasa o marfă agabaritică. Aceste nave prezintă şi o versatilitate deosebită, ele putând transporta atât mărfuri generale, containere cât şi greutăţi agabaritice de genul yachturi, nave de pescuit, componente fabrici, generatoare/ transformatoare electrice sau locomotive. O atenţie deosebită este acordată instalaţiei de balast, special proiectată pentru a asigura stabilitatea navei şi a realiza coborârea centrului de greutate la navei în cazul transportului produselor agabaritice.

Figura 1.5. Navă heavy lift semi-submersată pentru transportul platformelor Din punct de vedere constructiv, navele heavy lift se întâlnesc în două variante: monococă şi semi-submersibile (cu puntea imersată), cele din urmă fiind destinate transportului platformelor marine şi în general construcţiilor offshore.

Sursa: www.solentwaters.co.uk

Sursa: GSP Constanta


TTEEOORRIIAA,, CCOONNSSTTRRUUCCŢŢIIAA ŞŞII VVIITTAALLIITTAATTEEAA NNAAVVEEII CCUURRSSUULL 22 1.2. CLASIFICAREA SUMARĂ A NAVELOR - CONTINUARE II. Nave maritime de transport mărfuri specializate II.1 NAVE PORT CONTAINERE (engl. Containerships) – sunt nave specializate destinate transportului de containere. Portcontainerele se clasifică după cum urmează: 1. Portcontainer tip „celular”- cele mai întâlnite în practică; containerele nu necesită manevre de deplasare după ce au fost coborâte în cală. Astfel, magaziile sunt prevăzute cu ghidaje verticale din bare de oţel pentru poziţionarea containerelor, fără ca acestea să se înţepenească, şi suficient de sigure pentru a preveni fenomenul de alunecare în cazul schimbării asietei (shifting).

Figura 1.6. Vedere generală a unei nave portcontainer 2. Semi portcontainere, ce pot transporta containere dar şi marfă vrac sau alte tipuri de mărfuri generale. 3. Portcontainere parţiale, care au o mare porţiune din spaţiul de depozitare dedicat transportului de containere iar restul spaţiului destinat altor tipuri de mărfuri, ce pot fi încărcate în maniera tipică navelor RO/RO. 4. Nave cu capacitate limitată de transport containere – proiectate iniţial pentru transportul altor tipuri de marfă decât containerele, însă au fost echipate în timp şi cu mijloace de amarare specifice containerelor. Caracteristicile generale ale navelor portcontainere sunt următoarele: • DW = 10.000....50.000 tdw, la viteze economice de 20....30 Nd; • Tranzitul de containere se execută la terminale specializate, iar mijloacele de

manipulare sunt la cheu: macarale de cheu cu consolă, macarale portal. • Majoritatea navelor portcontainer au magaziile de marfă dispuse în prova castelului,

astfel încât puntea de navigaţie, compartimentul maşini sunt în pupa sau într-o poziţie apropiată de pupa (1/3 de la perpendiculara pupa);

Dintre avantajele containerizării mărfii amintim:

Sursa: www.maersksealand.com


- Reducerea semnificativă a timpului de operare şi mâna de lucru necesară, în special la navele portcontainer de tip celular;

- Mărfurile containerizate permit transportul intermodal al mărfurilor cu timp minim alocat transferului de marfă;

- Spre deosebire de marfa în vrac, marfa containerizată, dacă este bine amarată în interiorul containerelor la punctul de origine, este puţin probabil să se deterioreze pe durata tranzitului;

- De vreme ce containerele pot fi închise ermetic şi sigilate la punctul de origine, acest tip de marfă face mai puţin subiectul litigiilor;

- Containerele păstrează marfa în interior ferită de intemperii, astfel încât capacitatea de încărcare a navei poate fi mărită prin aşezarea unui număr însemnat de containere pe puntea principală.

Deoarece puntea trebuie să fie deschisă, gurile de magazie sunt foarte mari. După ce magaziile sunt încărcate cu containere, capacele gurilor de magazii sunt închise, peste acestea fiind aşezate alte containere care, prin capacitatea de încărcare câştigată, compensează de fapt utilizarea ineficientă a volumului interior. Asta pentru că, prin forma paralelipipedică a containerelor nu pot fi umplute spaţiile curbate de lângă bordaj. II.2. NAVE RO-RO (engl. Roll-on/Roll-off ships) – sunt nave specializate destinate transportului de vehicule rutiere, pe roţi sau şenile, cu încărcare-descărcare pe orizontală. În trecut erau cunoscute sub numele „trailerships”.

Figura 1.7. Vedere generală a unui RO/RO ferry cu rampă prova

Dintre caracteristicile navelor RO/RO pot fi amintite: • Capacitatea de încărcare variază în limita DW = 4.000....30.000 tdw, la viteze

economice de 18....24 Nd. Fac parte din grupa navelor cu un timp extrem de redus de staţionare în porturi pentru operaţiuni de încărcare-descărcare;

• Au de obicei mai multe punţi, distanţa între acestea fiind dată de gabaritul vehiculelor transportate;

• Datorită spaţiilor neocupate din magazii şi volumului specific mare al vehiculelor, navele RO/RO au raporturi între dimensiuni diferite de cele uzuale în cazul celorlalte nave comerciale, astfel: B/T mare (bună stabilitate şi mişcări de ruliu dure la pescaje reduse) şi H/T mare (capacitate mare de încărcare şi bord liber mare);

• Prezintă un sistem de ventilaţie eficient şi fiabil instalat în magaziile de marfă pentru înlăturarea noxelor produse de vehicule pe durata operaţiunilor de încărcare-descărcare;

• Pentru a reduce volumul de spaţiu pentru marfă care se pierde, multe din navele RO/RO moderne folosesc cărucioare pe roţi care manevrează containerele încărcate,


în locul camioanelor obişnuite de pe navele trailership convenţionale. Pentru operaţiunile de încărcare-descărcare, navele RO/RO sunt dotate cu rampe articulate de navă care se sprijină cu capătul liber de cheu, dispuse la prova (etrava este rabatabilă), la pupa sau lateral pe bordaj;

• Rampele sunt reglabile astfel încât nava poate opera la diverse niveluri ale mareei. În plus, sunt prevăzute la interior cu rampe fixe şi lifturi pentru deplasarea vehiculelor pe verticală;

Rampele unei nave RO/RO tipice sunt proiectate să servească tuturor punţilor navei. În caz contrar, navele RO/RO devin nave hibride sau combinate, proiectate cu un design particular, „la comandă”. Din această categorie fac parte navele: Pure Car Carriers (PCC) sau simplu Car Carriers; RO-PAX şi CON-RO. 1. NAVELE CAR CARRIER sau PCC (Pure Car Carrier) – sunt nave RO/RO specializate, cu un aspect diferit de cele convenţionale, cu formă paralelipipedică întinsă pe toată lungimea navei şi de lăţime egală cu cea a navei.

Figura 1.8. Vedere generală a unei nave PCC Figura 1.9. Rampă laterală PCC Ca trăsături caracteristice, navele de tip Car Carriers au o rampă la pupa şi una laterală pentru încărcarea simultană a autovehiculelor şi în plus un sistem automatizat performant de prevenire şi stingere a incendiilor.

Figura 1.10. Vedere axonometrică a unei nave Car carrier

Capacitatea de transport a acestor nave este de ordinul miilor de autovehicule, putând ajunge la 8.000 buc. transportate. Rutele de transport ale acestor tipuri de nave leagă SUA de Europa şi Asia, fiind de fapt un angrenaj esenţial în procesul de producţie şi comercializare al industriei de automobile. Evoluţia recentă a acestor nave a condus la un nou design – un anumit număr de punţi proiectat şi adaptat diferitelor înălţimi ale autovehiculelor transportate – navele PCTC (Pure Car and Truck Carriers).

© Boris Paulien Team „Shiplovers.de”



2. NAVELE RO-PAX - sunt nave RO/RO specializate de mare viteză, destinate transportului pe distanţe scurte atât al vehiculelor rutiere cât şi al unui număr redus de pasageri. Caracteristicile principale sunt următoarele:

• Posedă spaţiu atât pentru amplasarea cabinelor de pasageri, dar mai ales pentru serviciile adiţionale oferite acestora: restaurante, baruri, cinema, cazinouri, mall-uri etc.;

• Sunt nave de mare viteză (de obicei peste 25 noduri); • Au forma carenei fină, asemănătoare celor militare, pentru a dezvolta viteze mari în

condiţiile unei rezistenţe de val scăzute.

Figura 1.11. Vedere axonometrică a unei nave Ro-Pax 3. NAVELE CON-RO ŞI CON-BULK

Navele Con-Ro sunt un hibrid între navele RO/RO şi portcontainere. Acest tip de nave foloseşte zona interioară de sub puntea principală pentru depozitarea vehiculelor pe punţi tip Ro/Ro, iar pe puntea superioară sunt stocate containerele.

Figura 1.12. Vedere axonometrică a unei nave Con-Ro Configuraţia unei astfel de nave prezintă o largă varietate din punctul de vedere al poziţionării şi tipurilor de rampe, dar în general toate posedă rampe şi lifturi ce permit mărfii să fie încărcată de către mijloacele de transport de lângă navă. Spre deosebire de navele portbarje ce pot încărca sau descărca şlepurile la depărtare de facilităţile portuare, diguri de larg sau radă, navele RO/RO trebuie să acosteze la dane specializate.




II.3. NAVE PORT BARJE (engl. Barge Carriers) – sunt nave specializate destinate transportului de şlepuri sau barje purtate, şi eventual al containerelor. Portbarjele se clasifică în 3 categorii, după tipul de încărcare/descărcare al mărfii: 1. NAVE LASH (engl. „Lighter Aboard Ship”) – încărcarea se face cu ajutorul unei

macarale mobile. 2. NAVE SeaBee (engl. „Sea Barge”) – încărcarea se face cu ajutorul unui elevator. 3. NAVE BACO (engl. „Barge Container ship”) – încărcarea se face prin inundarea

compartimentului rezervat depozitării şi împingerea barjelor pe suprafaţa apei în interior.

Caracteristici generale ale navelor portbarje:

• În general deadweight-ul acestor nave se încadrează în gama DW = 25.000....50.000 tdw, la viteze economice de 18....25 Nd;

• Pot avea de la 2 – 4 punţi.

Barjele sunt descărcate de pe nava mamă în apă sau invers. Acest tip de nave au timp redus de staţionare în porturi, iar una din principalele caracteristici se referă la separarea fizică dintre navă şi magaziile de marfă, fiecare din acestea putând să plutească şi să fie manevrate de către remorchere sau împingătoare atât în zona portuară cât şi pe rutele fluviale navigabile. Sistemul de transport operează în mod similar ca în cazul portcontainerelor (aici, marfa este stocată în şlepuri specializate cu dimensiuni standardizate). Staţionarea de scurtă durată în porturi sau avanporturi se datorează atât manevrei unui număr relativ mic de barje sau şlepuri, dar şi faptului că acest tip de navă nu necesită docuri, dane sau instalaţii de încărcare-descărcare speciale din partea portului. De aici, barjele sau şlepurile sunt remorcate sau împinse până la destinaţie. 1. Nave în sistem LASH - o macara portal mobilă (de 500 tone) asigură manipularea şlepurilor, care sunt ridicate prin pupa până la nivelul punţii principale şi deplasate apoi cu ajutorul unei platforme până în dreptul magaziilor în care se depozitează. Barjele suplimentare sunt aşezate pe punte, deasupra capacelor gurilor de magazie. Fiecare barjă sau şlep poate încărca până la 370 tone de marfă. Navele LASH au diverse mărimi, cea mai mare având o capacitate maximă de 89 de barje. Aceste nave sunt relativ mari, ajung până la 46.000 tdw şi pot atinge 22 Nd.

Figura 1.13. Vedere generală a unei nave portbarje LASH de 29.000 tdw

2. Nave în sistem Seabee – sunt proiectate să încarce barje de dimensiuni mai mari. Acestea se încarcă în pereche prin pupa navei cu ajutorul unui elevator puternic ce le ridică până la nivelul punţii de depozitare pe care sunt introduse, apoi, pe rând, prin culisare pe un cărucior cu role. Spre deosebire de Lash, navele Sea Bee au trei punţi fără

Sursa: www.globalsecurity.org


deschideri, iar elevatorul are platforma de lăţimea pupei, la încărcare platforma fiind imersată pentru a permite încărcarea barjelor. Barjele încărcate în acest sistem pot cântări până la 834 tone fiecare.

Figura 1.14. Navă portbarjă Seabee şi navă portbarjă BACO

2. Nave în sistem BACO – proiectate cu sistem de încărcare prin balastare. Nava este balastată până când spaţiul de depozitare al mărfii este inundat; barja este împinsă pe suprafaţa apei în interior după care se închid porţile etanşe; la final nava debalastează spaţiul inundat. Deşi navele portbarje sunt încă populare în Europa (canalul Rin, Rotterdam, Antwerp etc.), Asia (Vietnam, China, India) sau S.U.A. (fluviul Mississippi), opinia specialiştilor este că perioada de glorie (sfârşitul anilor ’70 şi începutul anilor ’80) a trecut şi în prezent acest tip de transport naval se află într-un con de umbră, datorită în principal dominaţiei containerizării. El rămâne totuşi de actualitate deoarece reprezintă unul din cele mai ieftine mijloace de transport intern, fiind prezent acolo unde există limite de pescaj (şi navele maritime nu pot pătrunde), unde porturile au productivitate scăzută şi nu sunt dotate cu instalaţii de încărcare-descărcare sau în domeniu militar. III. Nave maritime de transport mărfuri în vrac III.1. Nave transport marfă uscată în vrac Vrachierele (engl. Dry bulk carriers) – sunt nave destinate transportului mărfurilor uscate cu diferite greutăţi specifice în vrac, precum: minereu, cereale, bauxită, cărbuni, fosfaţi, ciment etc.

Figura 1.15. Vedere generală a unei nave vrachier

Sursa: www.globalsecurity.org Sursa: www.globalsecurity.org


Dintre caracteristicile navelor vrachier pot fi menţionate: • Vrachierele au lungimi cuprinse între 130 – 300 m, iar DW = 20.000....200.000 tdw, la

viteze economice de 12....16 Nd. • Operaţiunile de încărcare-descărcare se efectuează atât cu instalaţiile de la bord cât şi

cu cele portuare (graifere). Navele vrachier pot fi clasificate în trei categorii distincte, funcţie de modalitatea de transport. Astfel există: 1. Vrachiere specializate – transportul unui anumit tip de marfă, ex.: minereu

(mineraliere), cereale (cerealiere), cărbune (carboniere) etc.; 2. Vrachiere combinate – transportul a 2 tipuri de marfă, ex.: minereu–ţiţei (O/O),

minereu-cereale, minereu-cărbune, bauxită-fosfaţi etc. 3. Vrachiere universale ce transportă orice marfă solidă în vrac, ex.: OBO –ore bulk-oil

carrier, PROBO (OBO + produse petroliere) etc. O altă clasificare a vrachierelor este realizată în funcţie de capacitatea de încărcare:

• Handy bulk carrier (10.000 – 30.000 tdw) • Handymax BK (30.000 – 50.000 tdw) • Panamax BK (50.000 – 80.000 tdw) • Capesize BK ( > 80.000 tdw)

Vrachiere specializate - Mineraliere (engl. Ore carriers) – sunt acele nave ce transportă minereuri sau alte încărcături uscate cu greutăţi specifice foarte mari.

• DW = 20.000....100.000 tdw, la viteze economice de 14....20 Nd. • Minereurile fiind mărfuri cu densitate specifică mare rezultă o rezistenţă longitudinală

sporită a corpului şi adoptarea unor forme specifice constructive a magaziilor de marfă, care să evite deplasarea minereului la ruliu dur.

Formă specială: Mineralierele de pe Marile Lacuri (între Lake Superior şi Lakes Huron şi Erie): foarte lungi (305 m) înguste (30 m) şi cu pescaj redus (9,5 m).

Figura 1.16. Navă mineralier de pe Marile Lacuri III.2. Nave transport marfă combinată în vrac Vrachiere combinate – O/O (engl. Ore/Oil carriers) – sunt nave hibride, numite şi mineralier-petrolier, fiindcă transportă în vrac atât produse petroliere (ţiţei) cât şi minereuri. De obicei, marfa transportată are densitate mare fiind dispusă în compartimentele centrale, dacă este sub formă solidă, sau poate fi distribuită în toate compartimentele destinate mărfii, dacă este sub formă lichidă. Compartimentele de marfă sunt construite în planul diametral al navei, în aşa fel încât să cuprindă aproximativ jumătate din lăţimea navei, în timp ce tancurile laterale încorporează

© Scott Golin


secţiunile principale de rezistenţă. Pentru siguranţă, navele sunt prevăzute cu dublu fund pe toată lungimea fundului, atât în CM, cât şi sib magaziile de marfă. Vrachiere universale - OBO (engl. Ore/Bulk/Oil carriers) – sunt nave hibride ce transportă o multitudine de mărfuri solide sau produse petroliere lichide în vrac. Compartimentele de marfă sunt extinse pe aproape toată lăţimea navei. Acest tip de navă dispune în plus şi de tancuri superioare, inferioare, precum şi de dublu fund. În unele situaţii de navigaţie, se permite ca mărfurile lichide să fie transportate şi în tancurile superioare care în mod normal sunt destinate balastului. IV. Nave maritime de transport produse lichide în vrac IV.1/2. Nave tancuri petroliere (ţiţei, petrol brut) (engl. Crude Oil Tankers/Product Carriers) – sunt nave destinate transportului de produse lichide (ţiţei) şi a produselor petroliere în vrac. Tancurile petroliere de transport produse lichide în vrac, se clasifică la rândul lor în tancuri transport ţiţei brut (Crude Oil Tanker) respectiv tancuri transport produse petroliere rafinate (Product Carrier). • Crude Oil Tanker – sunt în general mari, cu capacitate de încărcare mai mare de

85.000 tdw; • Product Carrier – sunt nave destinate transportului de produse rafinate: benzine,

motorine etc. Au dimensiuni mai reduse ca Crude Oil Tanker, de obicei între 25.000 – 50.000 tdw.

Există şi o altă clasificare a celor două tipuri prezentate anterior, după dimensiunile acestora. Astfel, flota mondială poate fi divizată în tancuri: 1. Handysize, cu Dw: 15.000 – 25.000 tdw 2. Panamax, cu Dw: 40.000 – 70.000 tdw 3. Aframax, cu Dw: 70.000 – 120.000 tdw 4. Suezmax, cu Dw: 120.000 – 180.000 tdw 5. VLCC, cu Dw: 180.000 – 300.000 tdw 6. ULCC, cu Dw: 300.000 – 550.000 tdw Există şi supertancuri (jumbo sau mammoth) cu DW = 500.000...1.000.000 tdw. Dintre caracteristicile navelor cisternă, pot fi amintite:

• Tancurile petroliere au viteze economice de 15....22 Nd. Au bord liber redus, guri de magazii mici (cu capace etanşe). Puntea e străbătută de reţele de tubulaturi pentru încărcare-descărcare şi încălzire a mărfii (cu abur). După 1990, toate tancurile sunt prevăzute cu dublu fund şi dublu bordaj;

• Toate instalaţiile de bord sunt acţionate hidraulic sau cu abur pentru a preveni explozii şi incendii la tancurile de marfă. Sunt prevăzute de asemenea şi cu instalaţii de gaz inert ce injectează în partea superioară a tancurilor de marfă gaze sărace în O2 pentru a preveni aprinderea şi explozia mărfii din tanc;

• Nescufundabilitatea este mai bună decât în cazul celorlalte nave fiindcă în cazul unei avarii la corp, densitatea apei este mai mare decât a produselor petroliere transportate, iar apa va pătrunde până la umplerea spaţiilor libere din tancuri.


Figura 1.17. Vedere generală a unei nave VLCC Crude Oil Tanker IV.3. Nave tanc produse chimice (engl. Chemical Tankers/Carriers) – sunt nave proiectate să transporte substanţe chimice lichide periculoase, volatile şi puternic corozive în vrac. Funcţie de numărul de produse chimice transportate, se împart în trei mari categorii:

A. Tancuri multiparcelate (engl. Chemical Parcel Tankers) – sunt nave destinate transportului simultan a mai multor tipuri de produse chimice, depozitate şi operate în mod individual şi deservite de instalaţii complet separate şi independente.

B. Tancuri chimice specializate (engl. Specialised Chemical Tankers) – sunt nave destinate şi proiectate ca atare transportului unui singur sortiment de marfă (produs chimic).

C. Tancuri chimice de cabotaj (engl. Small Shortsea Chemical Tankers) – sunt nave cu deplasament de max. 60.000 tdw, angajate în special în comerţul costier.

Figura 1.18. Vedere generală a unei nave tanc chimic

Indiferent de numărul de produse chimice transportate, Organizaţia Maritimă Mondială (IMO) reglementează transportul pe mare al mărfurilor periculoase şi clasifică acest tip de navă în trei categorii. Astfel, există:

1. Tancuri chimice de tip I – se referă la lichidele cu gradul cel mai mare de risc/pericol. Aceste produse chimice sunt reprezentate de cele care nu sunt bio-degradabile (în sensul că dacă sunt deversate accindental peste bord, ele reprezintă un pericol pentru mediului înconjurător). Tancurile din această categorie posedă dublu fund la spaţiile de marfă, care în plus trebuie să fie localizate în zona centrală a navei, pentru a reduce poluarea în cazul unei coliziuni sau eşuări.

2. Tancuri chimice de tip II – trebuie să fie construite în sistem dublu corp, cu coferdamuri laterale, iar marfa tranmsportată poate fi stocată la o distanţă de 10 inch de bordaj. De asemenea sunt proiectate similar cu cele de tip I din punct de vedere al dublului fund.

3. Tancuri chimice de tip III – sunt folosite la transportul mărfurilor chimice lichide cu gradul cel mai scăzut de pericol. Aceste nave sunt cele standard, la care nu sunt


solicitate modificări constructive sau funcţionale adiţionale. Totuşi, codul IMO dă recomandări privind localizarea spaţiilor de cazare, a ventilaţiei camerei pompelor, tancurilor de marfă, cu scopul minimizării efectelor asupra mediului înconjurător şi sănătăţii echipajului.

A. Tancuri multiparcelate (Chemical Parcel Tankers) Sunt tancuri desemnate să transporte simultan o largă gamă de produse chimice lichide în vrac, în cantităţi mici. Navele sunt proiectate cu o multitudine de tancuri individuale, pentru a transporta cantităţi reduse de ordinul 2000 – 6000 tone. Produsele chimice transportate în mod uzual la bordul acestor nave sunt: uleiurile vegetale, soda caustică, melasa precum şi o largă gamă de produse chimice speciale. Caracteristici generale:

• Capacitatea de încărcare la aceste nave este relativ mică (în comparaţie cu deplasamentul altor tancuri petroliere), fiind în general cuprinsă în gama 5.000 – 40.000 tdw, datorită produselor specializate transportate şi restricţiilor de mărime impuse de terminalele portuare.

• Curăţarea tancului de marfă după descărcarea mărfii este o operaţiune importantă în cazul acestor tipuri de nave, deoarece tancurile ce nu sunt curăţate adecvat de reziduuri pot afecta negativ puritatea următorului sort de marfă încărcat. Ca regulă, înainte de curăţarea tancului, acesta se ventilează şi se verifică să fie degazat.

Deoarece tancurile de marfă sunt numeroase şi de diferite dimensiuni, sistemul de operare al acestora trebuie să fie eficient şi flexibil, cu posibilitatea de operare a conţinutului fiecărui tanc în mod separat. Aceasta se realizează de obicei cu ajutorul pompelor submersibile montate individual în fiecare tanc de marfă. B. Tancuri chimice specializate (Specialised Chemical Tankers) Din această categorie menţionăm existenţa următoarelor:

1. Tancurilor chimice ce transportă solvenţi (engl. solvents’ carriers) – sunt de fapt primele şi cele mai simplu constructiv tipuri de tancuri chimice construite (unele dintre ele sunt clasificate ca tancuri produse petroliere). Solvenţii transportaţi de aceste nave sunt în mare parte produse rafinate cum ar fi: nafta benzen, toluen, xilen, alcool şi derivatele lor.

2. Tancuri chimice specializate – sunt special proiectate pentru transportul unor produse precum: melase, uleiuri vegetale sau uleiuri de ungere.

3. Tancuri de transport sulf topit (engl. molten sulphur carriers) - sunt nave specializate folosite numai la transportul sulfului, marfă ce necesită menţinerea constantă la valoarea de cel puţin 80 °C a temperaturii pe timpul întregului voiaj.

Figura 1.19. Vedere generală a unei nave tanc chimic de tip III

© Arne Jürgens


Aceste nave sunt dotate cu echipamente speciale, cum ar fi serpentine de încălzire (prin care circulă abur supraîncălzit), tancuri şi tubulaturi din oţel inox, valvule speciale şi sisteme de gaz inert care să prevină exploziile ce se pot produce pe durata operaţiunilor de încărcare-descărcare (datorită atmosferei explozive din tancurile de marfă). V. Transport gaze lichefiate V.1. Tancuri gaze lichefiate (engl. Gas tankers or Gas Carriers) - sunt nave destinate transportului în vrac, în stare lichefiată, a gazelor naturale sau de rafinărie. Reglementările internaţionale, numite Gas Carrier Codes, referitoare la construcţia şi exploatarea acestor nave sunt următoarele:

1. Existing Ship Code, ce face referire la navele construite până în 1977; 2. Gas Code, care se referă la navele construite în perioada de după 1976 şi până în

iunie 1986; 3. IMO Gas Carrier Code, care se aplică navelor noi, construite după iulie 1986.

Clasificarea navelor gaze lichefiate se face în general după două criterii: A. După codul IGC (IMO Gas Carriers Code), care împarte navele după gradul de pericol

pe care îl reprezintă marfa transportată. Astfel, navele pot fi:

• Nave 1G – grad maxim de pericol. Navele din această categorie pot transporta numai unul din cele patru tipuri de marfă, considerate cele mai periculoase: clor, oxid etilenic, bromură de metil şi dioxid de sulf;

• Nave 2G/2PG - grad mediu de risc. Transportă majoritatea produselor gazoase (ex. NG, PG, EG etc.);

• Nave 3G – grad minim de risc. Transportă numai 2 tipuri de marfă: nitrogen şi gaze refrigerante.

B. După tipul/natura gazelor transportate se clasifică în:

1. Nave LPG (Liquefied petroleum gas) - sunt nave care transportă gaze petroliere „grele”, de rafinărie (ex. propan, butan, propilenă) în stare lichefiată.

2. Nave LNG (Liquefied natural gas) - sunt nave care transportă gaze naturale „uşoare” (metan) lichefiate, în condiţii de refrigerare. Datorită temperaturii criogenice necesare lichefierii acestui gaz (-162,2°C), construcţia acestui tip de navă este cea mai complexă dintre navele ce transportă gaze lichefiate.

3. Nave LEG (Liquefied ethylene gas) - sunt nave specializate ale industriei petrochimice care transportă gaze chimice (cu predilecţie etilenă) în stare lichidă, la temperatura de fierbere de aprox. -104°C, în condiţii de refrigerare totală.

4. Nave LPG/LEG/Chemical - sunt nave hibride polivalente, capabile să transporte în stare lichidă simultan atât gaze chimice (ex. amoniac, etilenă), cât şi gaze LPG (propan, butan) în condiţii de semipresurizare.

B.1. Nave LPG (Liquefied Petroleum Gas) – sunt nave ce transportă gaze de sondă grele în stare lichidă, în trei condiţii de stocare:

• LPG refrigerate complet, • LPG semi-presurizate (numită uneori şi „semirefrigerate”), • LPG presurizate, în funcţie de tipul mărfii transportate.


Figura 1.20. Vedere generală a unei nave LPG presurizate Caracteristicile generale ale acestui tip de navă:

• Vitezele economice sunt în gama 16 – 19 noduri; • Gama de variaţie a deplasamentului volumetric la navele LPG este foarte mare, fiind

cuprinsă între 1.000 – 100.000 m3, funcţie de natura şi condiţia de transport; • Navele LPG refrigerate sunt cele mai mari, cu o capacitate de transport de 30.000 -

100.000 m3. Cele cuprinse în gama 30.000 – 60.000 m3 se referă de obicei la transportul produselor butan, propilenă şi pot fi echipate şi cu mijloace necesare transportului produselor chimice (amoniac);

• Navele LPG refrigerate cu capacitate de transport peste 70.000 m3 sunt numite VLGC (Very Large Gas Carrier);

• Tipic, marfa transportată de o navă LPG refrigerate este constituită din propan sau butan, stocată în condiţii de refrigerare (butanul la -5°C, respectiv propanul la -42°C) şi la presiune apropiată de cea atmosferică (0,2 – 0,3 bari);

• Navele LPG semipresurizate, ca şi cele refrigerate, au presiunea de lucru de max. 7,2 bari, ceea ce permite gazelor lichefiate din tancuri să vaporizeze (boil-off). În scopul menţinerii constante a temperaturii şi presiunii mărfii, precum şi pentru retransformarea în lichid a vaporilor creaţi, aceste nave sunt echipate cu instalaţie de relichefiere;

• Navele LPG semipresurizate se caracterizează prin forma constructivă a tancurilor (semi-lobi în secţiune transversală). Capacitatea acestora de transport nu depăşeşte 20.000 m3;

• Navele LPG presurizate sunt nave mici (1.000 - 4.000 m3), cabotiere, ce transportă pe distanţe scurte gaze lichefiate la temperatura ambientului şi la presiuni de max. 20 bari (pentru propan 19,6 bari). Se disting prin forma constructivă a tancurilor de marfă (cilindrici sau sferici), ce sunt proeminenţi peste puntea principală.

B.2. Nave LNG (engl. Liquefied Natural Gas) - sunt nave care transportă produse gazoase naturale lichefiate (în special metan).

Figura 1.21. Vedere generală a unei nave LNG

Sursa: www.nyk.com

Sursa: www.ngl.co.jp


• Navele au capacitate de transport situată în jurul valorii de 125.000 m3 şi viteze de serviciu în gama 16 -20 noduri. Siunt nave mari, echivalente cu tancurile petroliere de 100.000 tdw;

• Tancurile de marfă pot fi independente sau cu membrană, forma acestora fiind sferică sau prismatică şi purtând numele persoanei sau companiei ce le-a proiectat (Kvaerner-Moss, IHI SPB, Technigaz, Gaz Transport);

• Navele LNG se caracterizează prin transportul metanului în stare lichidă la presiune atmosferică şi în condiţii de refrigerare completă - temperatură criogenică (-162,2°C).

• Avantajul transportului pe apă al metanului lichefiat îl constituie factorul de 1/600 de reducere al volumului acestuia din volumul normal ocupat în stare gazoasă.

• O altă trăsătură caracteristică navelor LNG se referă la posibilitatea captării vaporilor de gaze din tancurile de marfă (boil-off control) şi folosirea lor pentru propulsia navei. Marea majoritate a navelor LNG nu sunt echipate cu instalaţie de relichefiere, existenţa acesteia implicând dificultăţi tehnice şi costuri nejustificate.

B.4. Nave LPG/LEG/Chemical - sunt nave moderne care transportă în condiţii de semipresurizare mai multe sorturi de gaze lichefiate precum etan, LPG (propan, butan), amoniac, butadienă etc. • Au mai multe sisteme de operare a mărfii independente, pentru a se evita

contaminarea sorturilor, în special în procesul de relichefiere; • Sunt nave reduse ca număr în flota mondială, cu deplasament volumetric cuprins în

general între 1.000 – 15.000 m3; • Fac parte din categoria navelor de mare risc, ce necesită personal instruit şi cu mare

experienţă.


TTEEOORRIIAA,, CCOONNSSTTRRUUCCŢŢIIAA ŞŞII VVIITTAALLIITTAATTEEAA NNAAVVEEII CCUURRSSUULL 33 3.1. PLANE DE REFERINŢĂ ŞI DIMENSIUNI PRINCIPALE ALE NAVEI 3.2. PLANUL DE FORME AL NAVEI 3.3. RAPOARTE ÎNTRE DIMENSIUNI Corpul navei, numit şi cocă, este partea structurală principală a navei, care asigură exploatarea acesteia corespunzător cerinţelor navigaţiei şi destinaţiei ei. Forma exterioară a corpului navei a rezultat în urma unei practici îndelungate şi ea nu corespunde unui corp geometric regulat, astfel că această formă nu poate fi exprimată prin relaţii matematice. Corpul teoretic al navei este delimitat de suprafaţa interioară a învelişului corpului real, în cazul navelor metalice, sau de suprafaţa exterioară a corpului real – în cazul navelor de lemn, ferociment sau răşini. Corpul navei are o formă complexă, apropiată de forma cilindrică în regiunea de mijloc şi ascuţită la extremităţi în scopul micşorării rezistenţei opuse la apă la înaintarea navei, trecerea de la o regiune la alta a corpului se face lin, fără frângeri. Forma extremităţilor poate varia de la un tip de navă la altul: la navele de viteză mare, extremităţile sunt mult mai alungite ca la cele de viteză mică, la care rezistenţa întâmpinată de navă la deplasarea sa în mediul lichid este, de asemenea, mai mică. În vederea descrierii complete a formei corpului teoretic al navei, acesta se intersectează imaginar cu trei plane ortogonale, ce se numesc plane principale; secţiunile astfel obţinute se numesc secţiuni principale. 3.1. PLANE DE REFERINŢĂ ŞI DIMENSIUNI PRINCIPALE 1. Planul diametral (P.D.), este planul vertical longitudinal ce trece prin mijlocul navei şi o împarte în două părţi simetrice (tribord, babord ). Această secţiune indică forma longitudinală a corpului, forma etravei şi a etamboului precum şi forma punţii (selatura punţii ) şi a chilei (linia chilei ). Puntea este structura etanşă care închide corpul navei în partea superioară. Curbura longitudinală a punţii se numeşte selatură. Ea a apărut în mod firesc, reducând ambarcarea prematură a apei pe punte la navigaţia pe mare agitată. Tipurile de selatură sunt: - selatura parabolică (standard ) - este o parabolă cu concavitatea în sus. Se

întâlneşte la navele mici sau mijlocii; - selatura linie frântă la care parabola se înlocuieşte cu o linie frântă. Este folosită la

aproape toate navele în special la cele medii şi mari şi au avantajul că are un preţ accesibil.

- selatura dreaptă la care linia punţii este o dreaptă orizontală şi se completează la prova cu o suprastructură numită teuga sau dacă aceasta lipseşte cu un parapet de înălţime mare. Se întâlneşte la navele mari sau foarte mari şi este cea mai ieftină.

- selatura negativă apare la ambarcaţiunile rapide, fiind o parabolă cu concavitatea în jos. Motivul este asigurarea unei vizibilităţi către prova îmbunătăţite şi cel estetic.


Etrava este structura etanşă care închide corpul navei în partea din faţă. Forma etravei este extrem de diversă ţinând cont atât de considerente hidrodinamice, funcţionale sau estetice. Ca tipuri de etrave, există: - etrava dreaptă înclinată către faţă. - etrava cu bulb cuplat cu o etravă dreaptă. Bulbul are rolul de a reduce rezistenţa

de val a navei. - etrava eliptică se foloseşte la navele mari şi foarte mari. - etrava de spărgător de gheaţă – sparge gheaţa prin urcarea navei pe gheaţă. Se

poate sparge gheaţa până la 5 metri grosime. - etravă tip „lingură”, prezentă la majoritatea navelor fluviale. - etravă lingură cu crinolină, caracteristică navelor fluviale la navigaţia prin

împingere. Fundul este structura etanşă care închide corpul navei în partea inferioară. Poate avea diferite forme; de obicei este orizontală, dar poate fi o dreaptă oblică înclinată pe spate la remorchere sau pescadoare, sau oblică pe faţă. Etamboul este o structură etanşă ce închide corpul navei în partea din spate şi la navele cu număr impar de elice (1 sau 3 ) este străbătut de o structură numită tub etambou prin care se face trecerea axului portelice în exterior. Etamboul susţine de asemenea şi cârma prin intermediul unui pinten. Putem deosebi două tipuri de etambou: - pupa de tip crucişător; - pupa cu oglindă apare oglindă ce provine din retezarea cu un plan a unei pupe tip

crucişător. Are avantajul unei construcţii simple şi oferă volum deasupra apei pentru diverse amenajări.

- pupa cu boltă, caracteristică remorcherelor de manevră. - pupa cu semitunele, prezentă la împingătoare fluviale.

2. Planul cuplului maestru ⊗ este planul vertical transversal ce trece prin mijlocul lungimii navei. Acest plan împarte nava în două părţi: partea din prova (extremitatea anterioară a navei ) şi partea din pupa (extremitatea posterioară a navei ). Intersecţia acestui plan cu suprafaţa corpului se numeşte secţiune maestră. Aceasta indică forma transversală a corpului navei în zona centrală, respectiv forma bordajului, a fundului şi a părţii de racordare între fund şi bordaj (gurna). Pentru navele comerciale, în general, forma gurnei este rotunjită; 3. Intersecţia corpului cu planul reprezentat de suprafaţa apei se numeşte planul plutirii de plină încărcare (CWL) (este un plan convenţional). Secţiunea astfel obţinută se numeşte linia de plutire sau linia de apă de plină încărcare, iar suprafaţa delimitată de această linie poartă denumirea de suprafaţă de plutire notată SCWL.


Planul CWL sau planul plutirii împarte corpul navei în două părţi: - Partea imersă, care se află sub nivelul apei şi care se numeşte carenă sau opera vie; - Partea emersă, situată deasupra nivelului apei este numită opera moartă. 1. Planul de bază (P.B.) este planul orizontal paralel cu CWL (planul plutirii de plină încărcare). Pentru navele aşezate pe “chilă dreaptă”, acest plan este paralel cu suprafaţa apei. DIMENSIUNI PRINCIPALE ALE NAVEI

- Lungimea maximă Lmax (LOA), este distanţa, măsurată pe orizontală în planul diametral, între punctele extreme ale navei;

- Lungimea la linia de plutire LWL este distanţa, măsurată pe orizontală, între punctele de intersecţie ale liniei etravei şi etamboului cu plutirea de plină încărcare;

- Lungimea între perpendiculare Lpp sau lungimea de calcul L, este lungimea, măsurată pe orizontală, între perpendiculara prova şi perpendiculara pupa . Perpendiculara prova (Ppv ) este perpendiculara pe planul de bază dusă prin punctul de intersecţie a liniei etravei cu planul plutirii de plină încărcare, iar perpendiculara pupa (Ppp) este perpendiculara pe planul de bază care trece prin punctul de intersecţie dintre etamboul cârmei şi CWL sau, când acesta nu există, prin axul cârmei.

- Lăţimea maximă Bmax este lăţimea cea mai mare a secţiunii maestre; - Lăţimea de calcul B este lăţimea, măsurată în planul cuplului maestru, la nivelul

plutirii de plină încărcare, între punctele de intersecţie ale acesteia cu liniile teoretice ale bordajelor (interiorul învelişului). In general, se foloseşte o singură lăţime a navei şi anume cea de la cuplul maestru “B”.

Figura 2.1. Vedere laterală şi transversală a unei nave

- Pescajul navei T sau d (în notaţie internaţională) este distanţa, măsurată pe verticală în planul cuplului maestru, între linia chilei (P.B.)şi plutirea de plină încărcare (planul CWL). La navele comerciale obişnuite, pescajul navei este şi pescajul mediu (Tm) , care se calculează ca media aritmetică a pescajelor prova şi pupa ( ) 2/pppvm TTT += . Pescajul prova Tpv este distanţa dintre planul de bază şi linia de plutire, măsurată pe perpendiculara prova, iar pescajul pupa Tpp este distanţa măsurată pe perpendiculara pupa, dintre planul de bază şi linia plutirii.

- Înălţimea de construcţie a navei H sau D (în notaţie internaţională) este distanţa, măsurată pe verticală în planul cuplului maestru, de la planul de bază până la punctul de intersecţie a liniei punţii cu linia bordajului.


- Bordul liber F este distanţa, măsurată în planul cuplului maestru, de la linia de plutire la intersecţia punţii cu bordajul sau mai este definit ca diferenţa dintre înălţimea de construcţie şi pescajul navei. El caracterizează rezerva de flotabilitate a navei. 3.2. PLANUL DE FORME Reprezintă grafic forma navei, sau altfel spus este rezultatul intersecţiei corpului navei cu plane echidistante, paralele între ele, după trei direcţii, astfel: 1. Plane paralele cu P.D. = longitudinale (se notează cu cifre romane I, II, III, IV,....). Numerotarea se face de la P.D. spre exterior. 2. Plane paralele cu O = cuple (se notează cu cifre arabe 1, 2, 3,....). Sunt 20 de cuple, notate de la perpendiculara pupa spre prova. 3. Plane paralele cu P.B. = plutiri (se notează cu WL1, WL2,... sau cu procente din pescaj 0,25⋅T, 0,5⋅T, 0,75⋅T,...). Numerotarea se face de la planul de bază în sus.

Figura 2.2. Vedere laterală şi transversală a unei nave Planul de forme are trei proiecţii: - longitudinalul planului de forme (vedere laterală) - orizontalul planului de forme (vedere de sus) şi - transversalul planului de forme (vedere spate-faţă). Longitudinalul: - plutirile sunt drepte orizontale; - cuplele sunt drepte verticale; - longitudinalele sunt reprezentate în adevărata formă şi mărime. Orizontalul: - plutirile sunt reprezentate în adevărata formă şi mărime; - cuplele sunt drepte verticale; - longitudinalele sunt drepte orizontale. Din motive de simetrie a cuplelor cu P.D., se reprezintă numai jumătatea lor: cuplele din prova în dreapta şi cele din pupa în partea stângă. Transversalul:


- plutirile sunt drepte orizontale; - cuplele sunt reprezentate în adevărata formă şi mărime; - longitudinalele sunt drepte verticale.

Tot din motive de simetrie, în orizontal plutirile se reprezintă numai pentru un singur bord (de regulă babord). Planul de forme se reprezintă pe o structură numită caroiaj, care este alcătuit din dreptele amintite mai sus. 3.3. RAPOARTE ÎNTRE DIMENSIUNI Rapoartele între dimensiuni ale carenei navei caracterizează calităţile nautice ale acesteia. Principalele rapoarte între dimensiuni sunt: L/B; L/H; B/T; B/H şi H/T. L/B = 4......14 Caracterizează viteza, manevrabilitatea şi stabilitatea de drum a navei. Valorile mici L/B ≈ 4 indică nave scurte, viteze mici şi manevrabilitate mare (remorchere de manevră, nave portuare);

Valorile mari L/B ≈ 14 indică nave subţiri şi lungi mai puţin stabile, viteze mari şi stabilitate de drum mare (navele fluviale).

L/H = 6......14 Caracterizează rezistenţa longitudinală a navei (robusteţea) şi siguranţa în navigaţie. Valorile mici L/H ≈ 6 indică nave scurte şi robuste (ambarcaţiuni si remorchere); Valorile mari L/H ≈ 14 indică nave cu rezistenţă longitudinală mai mică (nave flexibile longitudinal). B/T = 2......11 Caracterizează stabilitatea navei.

Valorile mici B/T ≈ 2 indică nave cu stabilitate de formă mai redusă şi cu o bună comportare în valuri (nave maritime). Valorile mari B/T ≈ 10 indică nave cu o bună stabilitate, însă cu mişcări de ruliu dure (cu perioadă mică) şi cu pescaje reduse (nave fluviale).

B/H = 1,3......2,3 Caracterizează rezistenţa transversală a navei. Valorile mici B/H ≈ 1,3 indică nave cu lăţime mică, stabilitate redusă şi rezistenţă transversală mare; Valorile mari B/H ≈ 2,3 indică nave cu rezistenţă transversală mică şi o bună stabilitate. H/T = 1,05......2 Caracterizează navigaţia în ape interioare cu adâncime limitată şi

capacitatea de încărcare a navei. Valorile mici H/T ≈ 1,05 indică nave cu bord liber foarte mic (remorchere, spărgătoare de gheaţă) ; Valorile mari H/T ≈ 2 indică nave cu capacitate mare de încărcare şi cu bord liber mare (nave pasageri).


TTEEOORRIIAA,, CCOONNSSTTRRUUCCŢŢIIAA ŞŞII VVIITTAALLIITTAATTEEAA NNAAVVEEII CCUURRSSUULL 44 4.1. COEFICIENŢI DE FINEŢE 4.2. DEPLASAMENT. DEADWEIGHT.TONAJE 4.3. MĂRCI DE BORD LIBER ŞI SCĂRI DE PESCAJ 4.1. COEFICIENŢI DE FINEŢE Reprezintă raportul adimensional al unei curbe închise sau volumul unui corp şi figura geometrică regulată sau poliedrul regulat care-l încadrează. Coeficienţii de fineţe ai unei nave sunt de două feluri: de arie (2) şi de volum (3). 1. Coeficientul plutirii de plină încărcare CWP (sau "α") Coeficientul plutirii de plină încărcare este un coeficient de fineţe de arie şi este definit ca fiind raportul dintre aria suprafeţei plutirii şi aria dreptunghiului cu laturile L şi B, în care se înscrie.

Relaţia de definiţie este:

BLSC CWL

WP ⋅==α unde

SCWL – aria plutirii de plină încărcare, în [m2] L – lungimea navei, în [m] B – lăţimea navei, în [m]

Relaţiile de calcul, deoarece în general SCWL nu se cunoaşte, sunt relaţii experimentale funcţie de coeficientul bloc CB sau de forma secţiunilor navei la extremităţi. Valorile uzuale se încadrează în gama: CWP = α = 0,65 – 0,88, valorile mai scăzute corespunzătoare unor CB scăzuţi. Pentru nave fluviale gama este mai restrânsă: 0,73 – 0,85. 2. Coeficientul secţiunii maestre CM (sau "β") Coeficientul secţiunii maestre CM = β este un coeficient de fineţe de arie ce reprezintă raportul dintre aria suprafeţei imerse ωO şi aria dreptunghiului cu laturile B, T în care ea se înscrie.


TBCM ⋅

== ⊗ωβ unde

⊗ω – aria secţiunii imerse la cuplul maestru, în [m2]

B – lăţimea navei, în [m] T – pescajul navei, în [m]


Valorile uzuale se încadrează în gama: CM = β = 0,50 – 0,99, valorile mai mari fiind caracteristice navelor cu forme pline, navigaţiei în ape interioare, valorile medii navelor tip remorchere de linie iar cele mai mici navelor mici de pasageri şi remorcherelor portuare. 3. Coeficientul bloc CB (sau "δ")

Coeficientul bloc este un coeficient de fineţe volumic şi este definit ca raportul dintre volumul carenei V (∇) şi volumul paralelipipedului cu laturile L, B, T în care se înscrie carena navei.


TBLTBLVCB ⋅⋅

∇=

⋅⋅== δ unde

V = ∇ – volumul carenei, în [m3] L – lungimea navei, în [m] B – lăţimea navei, în [m] T – pescajul navei, în [m]

Coeficientul bloc BC depinde de tipul navei şi de viteza acestuia prin intermediul unui criteriu de similitudine adimensional: criteriul Froude (Fn), ce are expresia:

LgvFn N

⋅= unde vN – viteza navei, în [m/s]

g – acceleraţia gravitaţională, în [m/s2] L – lungimea navei, în [m] Dacă coeficientul bloc CB nu se cunoaşte, se pot folosi relaţii experimentale de forma :

FnACB ⋅−= 68,1 unde A are diverse valori, funcţie de tipul şi numărul de elice. Valori uzuale CB la diverse nave:

Şlepuri de mică viteză (Fn <0,15) 0,85 – 0,95 Nave de mică viteză (Fn <0,22) 0,80 – 0,85

Nave de viteză medie(0,22<Fn <0,35) 0,65 – 0,75 Nave rapide de pasageri (Fn >0,35) 0,55 – 0,65 Remorchere, spărgătoare de gheaţă 0,45 – 0,55

4. Coeficientul prismatic vertical CVP (sau "χ") Coeficientul prismatic vertical CVP este un coeficient de fineţe volumic ce reprezintă raportul dintre volumul carenei ∇=V şi volumul prismei cu aria bazei SCWL, înălţimea T în care se înscrie carena navei.



TSC

CWLVP ⋅

∇== χ unde

∇=V – este volumul carenei, în [m3] SCWL – aria plutirii de plină încărcare, în [m2] T – pescajul navei, în [m]

Ca verificare, valoare lui CVP =χ determinată mai sus trebuie să fie identică cu valoarea

obţinută din relaţia: αδ

==WP

BVP C

CC .

Valorile uzuale se încadrează în gama: CVP = χ = 0,75 – 0,97, valorile mai scăzute corespunzătoare unor CB şi CWP scăzuţi. Influenţează distribuţia volumului carenei pe înălţime. 5. Coeficientul prismatic longitudinal sau cilindric CP (sau "ϕ") Coeficientul cilindric CP = ϕ este un coeficient de fineţe volumic ce reprezintă raportul dintre volumul carenei ∇=V şi volumul prismei cu aria bazei ωO şi înălţimea L, în care se înscrie carena navei.


LC

OP ⋅

∇==ω

ϕ unde

∇ = V – volumul carenei, în [m3]

⊗ω – aria secţiunii imerse la cuplul maestru, în [m2] L – lungimea navei, în [m]

Ca verificare, valoarea lui CP = ϕ din relaţia de mai sus trebuie să fie identică cu cea obţinută pe baza relaţiei:

βδ

==M

BP C

CC

Valorile uzuale pentru nave se încadrează în gama: CP = 0,45 – 0,65, după cum urmează: 2. remorchere 0,45 – 0,60 3. nave mici de pasageri 0,50 – 0,65 4. nave rapide 0,55 – 0,63 4.2. DEPLASAMENT. DEADWEIGHT. TONAJE In conformitate cu principiul lui Arhimede, asupra oricărui corp scufundat în apă acţionează două forţe opuse, fenomenul aplicându-se şi asupra navei în acelaşi fel. Prima


forţă notată cu P este determinată de însăşi greutatea navei, ea are punctul de aplicaţie în centrul de greutate al navei G şi este îndreptată pe verticală în jos. Sub influenţa acestei forţe nava tinde să se scufunde (să intre în imersiune) A doua forţă este determinată de presiunea apei asupra corpului navei. Această forţă de împingere notată cu D acţionează pe verticală în sus şi are punctul de aplicaţie în centrul de greutate al volumului imers al navei C care se numeşte centru de carenă. Mărimea acestei forţe de presiune D, care acţionează de jos în sus este egală cu greutatea apei dezlocuite de navă:

D = γ. V sau ∇⋅=Δ γ

în care :D - este greutatea apei dezlocuite de navă în stare de plutire; γ - greutatea specifică a apei; V - volumul carenei (partea navei scufundată în apă). Pentru ca o navă să plutească în stare de echilibru este necesar să fie îndeplinite următoarele două condiţii:

• Greutatea apei dezlocuite să fie egală cu greutatea navei . D = P = γ. V (ecuaţia flotabilităţii)

• Centrul de greutatea al navei şi centrul de carenă să se găsească pe aceeaşi verticală.

Forţe care acţionează asupra navei: P - greutatea navei (cu punct de aplicaţie în G - centrul de greutate); D - deplasamentul (forţa de flotabilitate, cu punct de aplicaţie în C - centrul de carenă). Deplasamentul Greutatea volumului de apă dezlocuit de carena navei se numeşte deplasament. Tot prin deplasament se mai înţelege şi greutatea totală a navei, pentru că o navă pluteşte numai atunci când greutatea ei P este egală cu greutatea apei D dezlocuită de carena ei:

D = γ. V Deplasamentul se măsoară în tone forţă [tf] (deplasament masic) sau în metri cubi (deplasament volumetric), acesta din urmă reprezentând volumul carenei V sau ∇. In mod obişnuit greutatea navei se poate obţine prin însumarea tuturor greutăţilor aflate la

bord ∑=n

ipD1

, cu alte cuvinte prin însumarea greutăţii corpului navei, maşinilor şi

instalaţiilor, rezervelor de combustibil, lubrifianţi, apă, echipajului şi încărcăturii utile (marfa). Este evident că deplasamentul navei nu este întotdeauna aceeaşi, ci diferă de la o situaţie de încărcare la alta. Din acest motiv în practică se folosesc două noţiuni pentru exprimarea deplasamentului:

D = DO + DW [kN]

1. deplasamentul navei goale (D0) reprezintă greutatea navei goale fără combustibili, lubrifianţi, apă, balast, echipaj, provizii, marfă. Aceasta este o mărime constantă calculată de şantierul constructor şi înscrisă în documentaţia tehnică a navei;

2. deplasamentul de plină încărcare (D) reprezintă greutatea navei încărcate până la linia de plutire de plină încărcare. Se compune din deplasamentul navei goale, combustibili, lubrifianţi, apă, balast, echipaj, provizii, marfă;


1. Deplasamentul navei goale DO Mai este numit şi deplasamentul uşor (light ship).

DO = DCE + DAM+INST + DMP [kN] Are în compunere următoarele grupe de mase:

- Corpul etanş al navei; - Amenajări, instalaţii şi echipament; - Motor de propulsie complet instalat şi instalaţii aferente;

2. Deplasamentul de plină încărcare D Este deplasamentul gol la care se adaugă următoarele grupe de mase:

- încărcătura utilă (marfa); - rezervele de apă, combustibil, ulei pentru maşini şi instalaţii; - provizii pentru echipaj.

În afara deplasamentului, pentru caracterizarea capacităţii de transport a navelor se folosesc două noţiuni: capacitate de încărcare şi tonaj. Diferenţa dintre deplasamentul de plină încărcare şi deplasamentul gol se numeşte Deadweight sau capacitatea de încărcare şi se notează DW.

DW = DU + DComb + DRez + DEch [tdw] Deadweight-ul DW este deci capacitatea maximă de transport a unei nave, exprimate în tone şi reprezintă greutatea maximă ce se poate încărca pe o navă până la pescajul maxim permis. Capacitatea de încărcare cuprinde:

- greutatea marfă - greutatea combustibili şi lubrifianţi - greutatea apă tehnică, potabilă, sanitară şi de balast - greutatea echipaj, bagaje, provizii.

Deadweight-ul se măsoară ca şi deplasamentul în t, însă pentru a se înţelege că este vorba despre capacitatea de încărcare a navei se notează tdw. Capacitatea netă de încărcare sau deadweight net cuprinde numai greutatea mărfurilor ce pot fi transportate şi se obţine din deadweightul navei la linia de plină încărcare prin scăderea tuturor greutăţilor ce constituie mărfuri. Capacitatea utilă de încărcare este greutatea maximă a mărfurilor şi pasagerilor cu bagaje. Tonajul In limbajul marinăresc expresia tonaj este folosită pentru a exprima mărimea navei (volumul interior al navei). Prin tonaj se înţelege capacitatea volumetrică a compartimentelor interioare ale navei.

Tonajul este o măsură de volum exprimată în tone registru TR, iar tona registru este egală cu volumul a 100 picioare cubice sau 2,83 m3. In practică, mărimea navelor se exprimă în două feluri:


• Tonaj Registru Net (TRN) - volumul compartimentelor destinate transporturilor mărfurilor şi pasagerilor.; Redă capacitatea de utilizare a unei nave.

• Tonaj Registru Brut (TRB) - volumul tuturor compartimentelor destinate pentru maşini şi instalaţii, magazii de marfă, tancuri de combustibil, compartimente de locuit (inclusiv suprastructuri). El redă dimensiunile maxime ale unei nave.

Tonajul net este o fracţiune din tonajul brut ce reflectă capacitatea economică a navei. În funcţie de tonaj, navele plătesc diferite taxe în timpul realizării contractului de transport, printre care:

- taxe portuare – pentru intrare şi operarea navei în port; - taxe de pilotaj – funcţie de tonaj, pescaj, distanţa pe care nava o parcurge şi

timpul de pilotaj; - taxe pentru faruri; - taxe de canal – funcţie de tonajul net; - taxe de remorcare – funcţie de tonaj, timp, loc etc.

Din 1982 denumirea corectă este: Tonaj net (NT) şi tonaj brut (GT). Noul concept de tonaj simplifică procedurile de măsurare a navelor şi se aplică uşor tuturor tipurilor de nave, fără a influenţa soluţiile constructive în detrimentul siguranţei navei. 4.3. MĂRCI DE BORD LIBER ŞI SCĂRI DE PESCAJ Rezerva de flotabilitate Rezerva de flotabilitate este volumul etanş VT al navei dispus deasupra liniei de plutire. Este interpretată ca fiind volumul de apă care ar trebui ambarcat la bord pentru ca nava să se scufunde. Mărimea rezervei de flotabilitate depinde de înălţimea bordului liber F.

[ ]%100⋅−

=V

VVr T funcţie de tipul navei. Astfel, valoarea rezervei de flotabilitate este:

- 10 – 15% la navele fluviale - 15 – 20% la navele maritime comerciale - 75 – 100% la navele de pasageri şi - 100 – 120% la navele militare. Mărci de bord liber Înălţimea bordului liber minim admis pentru diverse tipuri de nave este reglementată prin convenţii internaţionale. În practica serviciului la bord, înălţimea bordului liber se determină cu ajutorul mărcii de bord liber.

Rez. de flotabilitate

F VT

V


Orice navă cu propulsie mecanică are o linie de încărcare maximă, în funcţie de zonă şi anotimp, materializată prin marca de bord liber, aplicată pe bordaj în dreptul cuplului maestru în ambele borduri şi formată din: - linia punţii (o bandă metalică superioară orizontală de 300 mm lungime şi 25 mm

lăţime fixată în planul cuplului maestru la LPB. - discul Plimsoll format dintr-un inel metalic (cerc Plimsoll) intersectat de o bandă

orizontală a cărei margine superioară trece prin centrul inelului. - liniile de încărcare, pentru diferite zone geografice şi anotimpuri. Aceste linii,

marcate cu litere, sunt următoarele:

o Linia de încărcare maximă de vară V (S) – banda ce trece prin mijlocul discului Plimsoll;

o Linia de încărcare maximă în apă de mare, iarna – marcată cu I (W) o Linia de încărcare maximă de iarnă, în Atlanticul de Nord - IAN (WNA) o Linia de încărcare maximă în apă de mare, la tropice - T (T) o Linia de încărcare maximă, de vară, în apă dulce - D (F) o Linia de încărcare maximă în apă dulce, la tropice - TD (TF)

Liniile de încărcare sunt indicate prin marginea superioară a benzilor respective; cele pentru apă de mare sunt spre prova în raport cu discul de bord liber iar cele pentru apă dulce spre pupa. Observaţii:

- Discul Plimsoll, literele şi liniile trebuie să fie de culoare albă dacă se aplică pe fond închis şi invers.

- De o parte şi alta a discului şi deasupra benzii orizontale ce trece prin centrul său se aplică marca Societăţii de clasificare sau a Registrului naval de care aparţine nava.

Scări de pescaj Pentru a determina pescajul navei, se utilizează un număr de scări numerice aplicate pe bordaj, în fiecare bord, numite scări de pescaj. Acestea permit măsurarea pescajului prova şi pupa şi, în final, a pescajului mediu Tm. Orice navă la care pescajul poate să atingă 1 m trebuie să poarte spre pupa o scară de pescaj. Scările trebuie să fie gradate cel puţin în decimetri (dm) de la planul de plutire până la linia de încărcare maximă, sub formă de benzi vizibile, vopsite în alb.

300 mm

540 mm

R R

N TDD

T V I IAN

230 mm

460 mm

LPB


La navele mari maritime se prevăd scări de pescaj şi la mijlocul navei, ceea ce permite măsurarea directă a pescajului mediu. Gradarea se face în decimetri sau în picioare în raport cu linia chilei. Se întâlnesc deci 2 sisteme de marcare:

• Sistemul internaţional: Pentru scările de pescaj gradate în decimetri, numărătoarea se face din 2 în 2 dm cu cifre arabe ce au o înălţime de 1 dm (10 cm).

• Sistemul englez: Pentru scările de pescaj gradate în picioare, numerotarea se face la fiecare picior cu cifre ce au o înălţime de 6 inch ( 1 inch = 25,4 mm )- o jumătate de picior.

Datorită formelor navelor la extremităţi, scările de pescaj nu se pot marca în dreptul perpendicularelor prova şi pupa şi deci pescajele ce se citesc pe scările de pescaj nu sunt cele din dreptul perpendicularelor prova şi pupa (Tpr şi Tpp ). De obicei, dacă nu se specifică altfel, în calculele ce se execută în mod curent în exploatarea navelor se folosesc pescajele prova şi pupa, Tpr şi respectiv Tpp, măsurate pe perpendicularele prova şi pupa. Pentru trecerea de la pescajele citite pe scările de pescaj la pescajele de calcul Tpr şi Tpp; în documentaţia navei există diagrame de corecţie a pescajelor, sau la întocmirea documentaţiei se iau direct în considerare aceste pescaje.


TTEEOORRIIAA,, CCOONNSSTTRRUUCCŢŢIIAA ŞŞII VVIITTAALLIITTAATTEEAA NNAAVVEEII CCUURRSSUULL 55 5.1. FORŢE CE ACŢIONEAZĂ ASUPRA NAVEI 5.2. ECHILIBRUL NAVEI ÎN RAPORT CU SUPRAFAŢA CALMĂ A APEI 5.3. PLUTIRI CU ASIETA 5.1. FORŢE CE ACŢIONEAZĂ ASUPRA NAVEI Asupra unei nave care se află în repaus, acţionează în mod permanent următoarele categorii de forţe:

1. Forţele de greutate 2. Forţele de presiune hidrostatice 1. Forţele de greutate - Greutăţile elementare ce compun masa unei nave sunt cunoscute încă din faza de

proiectare şi au o distribuţie oarecare la bord. În mod fictiv, mecanicist, se poate înlocui această distribuţie reală de greutăţi printr-o singură forţă P ce concentrează aceste forţe elementare într-un punct de aplicaţie numit centru de greutate.

∑=

=n

iipD

1 (5.1.)

- Cu alte cuvinte, rezultanta forţelor de greutate ale navei (greutatea părţilor componente şi încărcăturii navei) este notată cu P (sau Δ = D) şi intitulată greutatea totală sau deplasamentul navei. Această rezultantă acţionează pe verticală de sus în jos şi este aplicată în centrul de greutate al navei G, de coordonate XG, YG, ZG.

- Centrul G de greutate se determină de proiectant şi se verifică de fapt, după construcţie.

- Unităţile de măsură pentru deplasament sunt [ tf ] sau [kN]. 2. Forţele de presiune hidrostatice - Rezultanta forţelor de presiune hidrostatică acţionează asupra părţii imerse a carenei

navei şi este intitulată forţă de flotabilitate sau împingere, şi egală cu R = γ∇. - În conformitate cu legea lui Arhimede, această forţă este egală cu greutatea volumului

de apă dezlocuit de corpul navei. - Forţa de flotabilitate R = γ∇acţionează pe verticală de jos în sus şi are ca punct de

aplicaţie centrul de greutate al volumului carenei, numit centru de carenă, şi notat cu C, de coordonate XC, YC, ZC.

Figura 5.1.


Pentru ca o navă să fie în echilibru, trebuie să fie îndeplinite următoarele condiţii:

1. Cele două forţe să se anuleze reciproc, adică să fie egale ca mărime: P=Δ=γ⋅∇; 2. Cele două forţe să aibă acelaşi suport. Aceasta înseamnă că atât punctele de

aplicaţie cât şi centrul de carenă, respectiv de greutate trebuie să se găsească pe aceeaşi verticală.

Condiţiile de mai sus sunt cunoscute drept condiţiile de echilibru corespunzătoare plutirii drepte a navei. Dacă nava se află în mişcare, asupra navei mai acţionează şi forţele de presiune hidrodinamice. Ele apar datorită faptului că nava navigă într-un mediu fluid iar deplasarea carenei are loc la suprafaţa de separaţie între două medii cu densităţi diferite. Astfel apar nişte forţe în înveliş, numite forţe de presiune elementare care acţionează perpendicular pe acesta. 5.2. ECHILIBRUL NAVEI ÎN RAPORT CU SUPRAFAŢA LINIŞTITĂ A APEI Ecuaţiile fundamentale ale flotabilităţii. Echilibrul navei faţă de suprafaţa liniştită a apei Condiţiile de echilibru sunt:

I. Suma proiecţiilor forţelor după axele de coordonate este egală cu 0 (corpul nu are translaţii în raport cu axele );

II. Suma momentelor acestor forţe în raport cu un punct arbitrar ales ( de obicei originea ) este nulă ( nu avem rotaţii ale corpului ).

Echilibrul navei pe chilă dreaptă în raport cu suprafaţa liniştită a apei presupune ca planul de bază să fie paralel cu suprafaţa apei ( PB ║ CWL ║ Ox ) → chilă dreaptă.

Figura 5.2.

Condiţia 1: 0=− DR ⇒ VRD ⋅== γ sau altfel spus: ∇⋅=Δ γ (5.2.) Interpretarea fizică: • La orice modificare de deplasament (de greutate) a navei, pentru a se păstra

egalitatea va apărea o modificare a volumului carenei. Modificările sunt de acelaşi sens (greutatea creşte, rezultă că volumul carenei creşte).


• Invers, o modificare de volum de carenă în absenţa modificării deplasamentului va duce la o mişcare accelerată în sensul refacerii egalităţii. Deci, din oricare parte ar veni modificarea, egalitatea trebuie refăcută.

Altă interpretare: O modificare a lui γ duce la modificarea lui V. Deci, în cazul variaţiei de densitate a apei, deplasarea rămânând constantă, va apărea o variaţie a volumului carenei care tinde să refacă egalitatea e inversă variaţiei densităţii (la densitate mărită, volumul carenei scade).

Condiţia 2: 0=⋅−⋅ CG xRxD

Cum DR = ⇒ 0)( =−⋅ CG xxD

Dar: 0≠D ⇒⎩⎨⎧

===

0CG

CG

yyxx

(5.3.)

Interpretarea fizică: Dacă direcţiile de acţionare ale celor două forţe nu sunt coliniare (ca în Figura 5.2.) echilibrul nu este îndeplinit şi rezultă că ea va efectua o mişcare de rotaţie (se va înclina); înclinarea va duce la modificarea formei volumului carenei, iar centrul de greutate al volumului carenei C se va deplasa. Deplasarea se va face până când coliniaritatea celor două forţe se reface, iar nava va rămâne înclinată cu unghiul respectiv. Ieşirea din coliniaritate poate avea loc fie din partea deplasamentului fie din partea împingerii. Concluzie: Împingerea şi deplasamentul se urmăresc reciproc atât ca mărime cât şi din punct de vedere al coliniarităţii suportului pe care acţionează. Acest proces duce la mişcări de translaţie şi mai ales la mişcări de rotaţie. Dacă caracterul modificării mărimii sau coliniarităţii este periodic (modificarea din partea volumului carenei = hulă), mişcarea de rotaţie capătă un caracter oscilatoriu (ruliu, tangaj). Convenţie: În cazul în care nava este înclinată (canarisită) planul diametral se reprezintă tot vertical însă suprafaţa apei se reprezintă înclinată. 5.3. PLUTIRI CU ASIETA Reprezintă plutirea navei în raport cu suprafaţa navei, considerată orizontală. Pentru o plutire oarecare, se notează cu:

- ψ unghiul de înclinare longitudinală, făcut cu axa ox; - θ unghiul de înclinare transversală, făcut cu axa oy; - Tm pescajul mediu.

Cazuri caracteristice:

1. θ =0 şi ψ=0 – plutire pe chilă dreaptă; 2. θ =0 şi ψ≠0 – navă cu asietă (longitudinală); 3. θ ≠0 şi ψ=0 – navă cu asietă (transversală); 4. θ ≠0 şi ψ≠0 – plutire oarecare.


Figura 5.3.

Ecuaţiile de echilibru ale navei pe plutiri cu asietă: Pentru ca nava să plutească în poziţie dreaptă, centrul de greutate G trebuie să se afle pe aceeaşi verticală cu centrul de carenă C iar amândouă să fie conţinute în planul diametral. Altfel spus:

⎩⎨⎧

===

0GC

GC

yyxx

(5.4.)

Cazul 2: θ =0 şi ψ≠0 – Navă înclinată longitudinal Dacă nava are o poziţie pentru care xC ≠ xG, ea se va înclina cu un unghi ψ până când suporturile celor două forţe coincid. Aceasta înseamnă că punctele G şi C sunt pe aceeaşi verticală, perpendiculară pe urma planului de plutire în planul diametral PD. Parametrii: Tm,ψ Tm = pescaj mediu iniţial Ψ = unghi de asietă Ψ > 0 ⇒ Navă aprovată Ψ < 0 ⇒ Navă apupată

Ecuaţiile de echilibru în această situaţie sunt următoarele:

1. Condiţia ca forţa de greutate să fie egală cu forţa de flotabilitate este exprimată prin

ecuaţia: ∇⋅=Δ γ

2. Condiţia ca cele două forţe să aibă acelaşi suport este exprimată, pentru o navă înclinată longitudinal cu unghiul ψ prin ecuaţia:


ψtgzzxx CGGC ⋅−=− )( ⇒CG

GC

zzxxtg

−−

=ψ ⇒( )

⎩⎨⎧

=−⋅−=−

0GC

CGGC

yytgzzxx ψ

(5.5.)

Cazul 3: θ ≠0 şi ψ=0 – Navă înclinată transversal Dacă nava are o poziţie pentru care yC ≠ yG, ea se va înclina cu un unghi transversal θ până când suporturile celor două forţe coincid. Aceasta înseamnă că punctele G şi C sunt pe aceeaşi verticală, perpendiculară pe urma planului de plutire în planul diametral PD. Parametrii: Tm,θ Tm = pescaj mediu iniţial θ = unghi de ruliu (de asietă transversală)

Ecuaţiile de echilibru în această situaţie sunt următoarele: 1. Condiţia ca forţa de greutate să fie egală cu forţa de flotabilitate este exprimată prin

ecuaţia: ∇⋅=Δ γ

2. Condiţia ca cele două forţe să aibă acelaşi suport este exprimată, pentru o navă înclinată transversal cu unghiul θ prin ecuaţia:

θtgzzyy CGGC ⋅−=− )( ⇒CG

GC

zzyytg

−−

=θ ⇒( )

⎩⎨⎧

=−⋅−=−

0GC

CGGC

xxtgzzyy θ

(5.6.)

Cazul 4: θ ≠0 şi ψ≠0 – Navă pe plutire oarecare Generalizând cele menţionate anterior, se poate spune că cele două condiţii de echilibru pot fi exprimate matematic cu ajutorul ecuaţiilor:

∇⋅=Δ γ

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

−−

=

−−

=

CG

GC

CG

GC

zzxxtg

zzyytg

ψ

θ⇒

( )( )⎩

⎨⎧

⋅−=−⋅−=−ψθ

tgzzxxtgzzyy

CGGC

CGGC (5.7.)

Din ecuaţiile de mai sus se observă că pentru verificarea poziţiei de echilibru, trebuie să se cunoască următorii parametrii: Greutatea navei P (sau deplasamentul Δ); coordonatele centrului de greutate G ( XG, YG, ZG ); coordonatele centrului de carenă C ( XC, YC, ZC ) şi volumul carenei V (sau ∇). Metode de determinare a acestor parametrii sunt prezentate în cursul urmator.


TTEEOORRIIAA,, CCOONNSSTTRRUUCCŢŢIIAA ŞŞII VVIITTAALLIITTAATTEEAA NNAAVVEEII

CCUURRSSUULL 66 6.1. CALCULUL ANALITIC DE CARENE DREPTE 6.2. REPREZENTAREA DIAGRAMEI DE CARENE DREPTE 6.1. CALCULUL DE CARENE DREPTE Elementele diagramelor de carene drepte folosesc în calculele de stabilitate şi asietă făcute la navă cu ocazia operării de greutăţi la bordul navei. Există trei categorii de elemente: 6.1.1. Calculul elementelor liniei de plutire (ce definesc suprafaţa plutirii drepte) 6.1.2. Calculul elementelor cuplelor (care definesc suprafaţa cuplei teoretice) 6.1.3. Calculul elementelor ce definesc carena navei Denumirea de „carene drepte” provine de la faptul că nava este în poziţie perfect dreaptă, adică ψ = θ = 0 (planul de bază este paralel cu planul de plutire). 6.1.1. Calculul elementelor liniei de plutire Elementele liniei de plutire sunt următoarele: 1. Aria de plutire SCWL 2. Coordonatele centrului de greutate al plutirii xF şi yF 3. Momentele de inerţie IX şi IyF ale ariei plutirii în raport cu axele principale şi centrale. 1. Calculul ariei suprafeţei plutirii Si În figura 6.1. de mai jos este indicată linia de plutire a unei nave, încadrată în sistemul de axe Oxyz. Fie o jumătate din linia de plutire (Figura 6.2.), iar dSi o suprafaţă elementară cu laturile y şi dx. Atunci:

dxydSi ⋅⋅= 2 pentru Figura 6.1. dxydSi ⋅= pentru Figura 6.2.

Pentru determinarea întregii arii de plutire SCWL este necesar să se integreze ecuaţia de mai sus în limitele variaţiei lui x, adică de la –L/2 la +L/2:

∫−

⋅⋅==2/

2/

2L

LCWLi dxySS

-L/2 L/2

OxFi

x

x

y

dx

dSi

2y

Fi

Figura 6.1.

dxFi

x

y

O

y

y

F

xxFi

dSi

Figura 6.2.


2. Calculul abscisei centrului de greutate al suprafeţei plutirii xFi Centrul de greutate al ariei de plutire SCWL se află evident pe linia de simetrie, adică yF=0. Abscisa xF se determină din relaţia cunoscută din mecanică:

CWL

yF S

Mx = unde

My – momentul static al ariei de plutire în raport cu axa Oy. Pentru calculul lui My se determină mai întâi momentul static al suprafeţei elementare în raport cu aceeaşi axă Oy:

( )32143421micFoartedS

iy dxydxxydxxdxydxxdSdMi

222

22

⋅+⋅⋅⋅=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +⋅⋅⋅=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ +⋅=

Neglijând mărimile de ordin inferior dx2, momentul static al suprafeţei elementare devine:

dxxydM y ⋅⋅⋅= 2 ⇒ ∫−

⋅⋅⋅=2/

2/

2L

Ly dxyxM

prin integrare între –L/2 şi +L/2. Atunci se poate scrie pentru abscisa centrului de greutate al suprafeţei plutirii:

CWL

yF S

Mx = ⇒

∫

∫

−

−

⋅

⋅⋅

= 2/

2/

2/

2/L

L

L

LF

dxy

dxyxx

xFi poate fi mai mare decât 0 după cum semilăţimile y mai mari vor fi în prova sau pupa. 3. Calculul momentelor de inerţie ale plutirii IX , Iy şi IyF - după axa x: Ix; - după axa y: Iy; - după o axă paralelă cu axa Oy ce trece prin F: IyF.

Momentul de inerţie al ariei de plutire Si în raport cu axa centrală Ox este egal cu produsul dintre suprafaţa elementară dSi şi pătratul distanţei la axa Ox (Figura 6.3.):

( )22

22

2⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +⋅⋅⋅=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ +⋅=

dyydydxdyydSdI ix

4444 34444 21micf

x dydxdydxydydxydI

.

322

2122 ⋅+⋅⋅⋅+⋅⋅⋅=

Neglijând termenii de ordin inferior:

dydxydI x ⋅⋅= 22 Momentul de inerţie al întregii suprafeţe se determină prin integrare dublă:

dx

x

y

O

x

dSi

dyy

Figura 6.3.


∫∫ ∫−−

⋅⋅=⋅⋅=2/

2/

32/

2/

3/

0

2

322

3

L

L

L

L

y

y

x dxydyydxI43421

∫−

⋅⋅=2/

2/

3

32 L

Lx dxyI

Momentul de inerţie al ariei de plutire Si în raport cu axa principală Oy este egal cu

produsul dintre suprafaţa elementară dSi şi pătratul distanţei la axa Oy:

( ) ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +⋅⋅⋅=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ +⋅=

22

2dxxdxydxxdSdI iy

4444 34444 21micf

y dxydxyxdxyxdI

.

322

2122 ⋅⋅+⋅⋅⋅+⋅⋅⋅=

Neglijând termenii de ordin inferior:

dxyxdI y ⋅= 22

dx

x

y

O

y

x

dSi

-L/2 +L/2

Figura 6.4.

Momentul de inerţie al întregii suprafeţe se determină prin integrare de la –L/2 la +L/2:

∫−

⋅⋅⋅=2/

2/

22L

Ly dxyxI

Momentul de inerţie central IyF al ariei de plutire Si ce trece prin centrul de greutate al F al ariei de plutire. Se determină cu teorema lui STEINER:

„Momentul de inerţie al unei suprafeţe în raport cu o axă oarecare este egal cu momentul de inerţie al acelei suprafeţe în raport cu o axă ce trece prin centrul de greutate al suprafeţei şi este paralelă cu axa dată, plus produsul dintre suprafaţă şi pătratul distanţei dintre cele două axe”:

2FiyFy xSII ⋅+=

de unde se obţine: 2FiyyF xSII ⋅−=

6.1.2. Calculul elementelor cuplelor Elementele cuplelor sunt următoarele: 1. Aria AM până la nivelul pescajului de calcul 2. Coordonatele centrului de greutate xE şi yE


1. Calculul ariei AM Aria imersă a cuplei AM se determină ca şi Si. Se detaşează o suprafaţă elementară:

dzydAM ⋅= şi se integrează în limitele variaţiei ordonatei z, de la 0 la Tm :

∫ ⋅⋅=mT

M dzyA0

2 yO

z

dz

Tm

y

z

EzE

dAM

Figura 6.5. 2. Calculul coordonatelor centrului de greutate xE şi yE Centrul de greutate E al suprafeţei AM se află pe axa Oz, de unde:

yE = 0

Ordonata zE se determină din raportul:

M

yE A

Mz =

unde My este momentul static al suprafeţei AM în raport cu axa Oy. Pentru calculul lui My se determină mai întâi momentul static al suprafeţei elementare în raport cu aceeaşi axă Oy:

( )32143421micFoartedA

My dzydzzydzzdzydzzdAdMM

222

22

⋅+⋅⋅⋅=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +⋅⋅⋅=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ +⋅=

Neglijând mărimile de ordin inferior dz2, momentul static al suprafeţei elementare devine:

dzzydM y ⋅⋅⋅= 2 ⇒ ∫ ⋅⋅⋅=mT

y dzzyM0

2

prin integrare între 0 şi Tm. Atunci se poate scrie pentru ordonata centrului de greutate al suprafeţei AM :

M

yE A

Mz = ⇒

∫

∫

⋅

⋅⋅

=T

T

E

dzy

dzzyz

m

0

0

6.1.3. Calculul elementelor ce definesc carena navei Elementele carenei sunt următoarele: 1. Volumul carenei V sau ∇


2. Coordonatele centrului de carenă xC şi zC 1. Calculul volumului carenei V Se presupune că nava se află pe plutirea WL0. Volumul carenei corespunzător acestei plutiri se poate calcula în două moduri:

- definind un volum elementar ∞ mic transversal; - definind un volum infinit mic orizontal longitudinal.

Figura 6.6. a) Determinarea volumului carenei pe lungime: În această situaţie, ca volum elementar se consideră volumul situat între două cuple infinit apropiate la distanţa dx. Atunci volumul elementar este dat de:

dxAdV M ⋅=1 Se integrează de la –L/2 la +L/2, obţinându-se:

∫−

⋅=2/

2/1

L

LM dxAV

Cum AM are expresia dată de ecuaţia de la 7.1.

∫ ⋅⋅=mT

M dzyA0

2 rezultă pentru volum expresia:

∫ ∫−

⋅⋅⋅=2/

2/ 01 2

L

L

T

dxdzyV

Figura 6.7.

b) Determinarea volumului carenei pe înălţime: În această situaţie, se detaşează un volum elementar cuprins între două plutiri infinit apropiate la distanţa dz. Atunci volumul elementar va fi dat de:

dzSdV i ⋅=2

Se integrează de la 0 la +T, obţinându-se:

∫ ⋅=T

i dzSV0

2

Cum Si are expresia dată de ecuaţia din cursul 6: ∫−

⋅⋅==2/

2/

2L

LCWLi dxySS rezultă pentru

volum expresia:


∫ ∫ ⋅⋅⋅=−

T L

L

dzdxyV0

2/

2/2 2

Teoretic 21 VV = , însă în practică cele două volume nu sunt niciodată egale. Diferenţa între ele trebuie să fie mai mică decât 1%. Din punct de vedere matematic, se observă că diferă numai ordinea integrării, ceea ce nu influenţează rezultatul dacă funcţia este continuă. 2. Calculul coordonatelor centrului de carenă xC şi zC (engleză: xB şi BK ) Centrul de carenă reprezintă centrul de greutate al volumului imers al carenei. Este notat cu C ( xc, yc, zc ) şi se determină cu raportul = momentul static / volumul carenei:

VM

zV

My

VM

x xoyC

xozC

yozC === ;; unde

Myoz, Mxoz, Mxoy – momentele statice ale volumului V în raport cu planele de proiecţie; V – volumul carenei. Momentul static în raport cu secţiunea maestră Myoz se determină cu relaţia:

( )dxAdxxdM Myoz ⋅⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

2 sau

2

2dxAdxxAdM MMyoz ⋅+⋅⋅=

Prin neglijarea termenului de ordin inferior şi prin integrare de la –L/2 la L/2 se obţine:

∫−

⋅⋅=2/

2/

L

LMyoz dxxAM

Astfel, abscisa centrului de carenă are relaţia:

∫−

⋅⋅⋅=2/

2/

1 L

LMC dxxA

Vx

Centrul de carenă este evident situat în planul diametral al navei, de aceea întotdeauna:

0=Cy

Momentul static în raport cu planul de bază Mxoy se determină cu relaţia:

( )dzSdzzdM ixoy ⋅⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

2 sau

2

2dzSdzzSdM iixoy ⋅+⋅⋅=

Prin neglijarea termenului de ordin inferior şi prin integrare de la 0 la T se obţine:

∫ ⋅⋅=T

ixoy dzzSM0

Astfel, cota centrului de carenă are relaţia:

∫ ⋅⋅⋅=T

iC dzzSV

z0

1


6.2. REPREZENTAREA DIAGRAMEI DE CARENE DREPTE Denumirea de „carene drepte” provine de la faptul că nava este în poziţie perfect dreaptă, adică ψ = θ = 0 (planul de bază este paralel cu planul de plutire). În acest caz, poziţia navei pe apă este determinată de un singur parametru: pescajul mediu Tm sau simplu T. Diagrama de carene drepte reprezintă graficul de variaţie al elementelor de carenă la diferite pescaje. Elementele de carenă reprezentate în diagrama de carene drepte sunt: - volumul carenei V; - aria plutirii Si ; - abscisa centrului de plutire xF; - abscisa centrului de carenă xC; - cota centrului de carenă zC; - momentul de inerţie al suprafeţei de

plutire în raport cu axa Ox - IX; - momentul de inerţie al suprafeţei de

plutire în raport cu axa Oy – Iy; - momentul de inerţie al suprafeţei de

plutire în raport cu axa ce trece prin centrul de greutate al suprafeţei - IyF;

- raza metacentrică transversală r; - raza metacentrică longitudinală R.

Observaţie:

1. Alura curbelor curbele xC şi xF este una oarecare, în funcţie de formele navei; Dacă cele două curbe se intersectează, punctul lor de intersecţie este un punct de extrem al funcţiei xC = f(z);

2. Curbele zC, V, D sunt tangente în origine la curba ordonatelor Oz. Diagrama de carene drepte dă astfel posibilitatea determinării cu rapiditate a elementelor de carenă în funcţie de pescajul mediu T, atât în faza de proiectare cât şi în faza de exploatare a navei. De exemplu, prin citirea pescajului mediu Tm (de pe scările de pescaj ale navei) şi prin aşezarea, la scara lungimilor, a pescajului Tm pe axa ordonatelor, corespunzător în abscisă se poate determina atât volumul carenei ∇ cât şi deplasamentul Δ. Dacă nava are un anume deplasament, se poate determina variaţia de pescaj δT dacă pe navă se mai ambarcă o masă P etc.

O fund plat fund stelat

S0

wL0

wL1

wL2

wL3

CwL

T [m]

xc zc V D Si r Ix R IyF Iy


TTEEOORRIIAA,, CCOONNSSTTRRUUCCŢŢIIAA ŞŞII VVIITTAALLIITTAATTEEAA NNAAVVEEII CCUURRSSUULL 77 7.1. STABILITATEA NAVEI. ÎNCLINĂRI ŞI PLUTIRI IZOCARENE. TEOREMA EULER 7.2. DEPLASAREA CENTRULUI DE CARENĂ. METACENTRE ŞI RAZE

METACENTRICE 7.3. CALCULUL MOMENTULUI DE REDRESARE. ÎNĂLŢIMI METACENTRICE 7.4. COMPONENTELE MOMENTULUI DE REDRESARE 7.1. STABILITATEA NAVEI. ÎNCLINĂRI ŞI PLUTIRI IZOCARENE.

TEOREMA EULER 7.1.1. Stabilitatea navei Funcţie de caracterul forţelor care scot nava din poziţia de echilibru, stabilitatea se împarte convenţional în două părţi:

- stabilitate statică - stabilitate dinamică.

Stabilitatea statică studiază echilibrul navei sub acţiunea forţelor aplicate static (deplasarea de greutăţi la bord; manevre de combustibil la bord etc.) – cu alte cuvinte studiază momentul stabilităţii. Stabilitatea dinamică studiază echilibrul navei sub acţiunea forţelor aplicate dinamic care provoacă viteze unghiulare considerabile (rafale de vânt; unda de şoc a unei explozii etc.) – cu alte cuvinte lucrul mecanic al stabilităţii. In plus, funcţie de planul în care se produc înclinările se deosebesc:

- stabilitatea transversală a navei, ce studiază înclinările în planul yoz şi - stabilitatea longitudinală, ce studiază înclinările din planul xoz.

Studiul stabilităţii unei nave este împărţit în două etape:

- stabilitatea statică la unghiuri mici de înclinare 0 – 15° (sau stabilitate iniţială) - stabilitatea statică şi dinamică la unghiuri mari de înclinare (peste 15°)

7.1.2. Stabilitatea iniţială. Plutiri izocarene. Teorema Euler Stabilitatea la unghiuri mici sau iniţială studiază înclinările transversale si longitudinale care nu depăşesc 15°. Sinusul şi tangenta unghiului de înclinare se aproximează cu valoarea unghiului, [rad] iar cosinusul cu 1. Pe timpul înclinărilor, deplasamentul rămâne constant şi corespunde situaţiei de încărcare a navei. De asemenea, volumul carenei rămâne constant ca mărime, dar variabil ca formă. Inclinări izocarene – sunt înclinările navei, cărora le corespunde acelaşi volum de carenă (păstrează constant volumul carenei). Plutiri izocarene - sunt plutirile corespunzătoare înclinărilor izocarene sau - sunt plutirile inclinate cu diverse unghiuri, ce delimitează acelaşi volum. Cu privire la plutirile izocarene, EULER a formulat următoarea teoremă: „Două plutiri izocarene succesive, pentru un unghi infinit mic de înclinare dθ, se intersectează după o dreaptă ce trece prin centrul de greutate al fiecăreia”.


Demonstraţie: Fie suprafaţa de plutire iniţială WL0 şi suprafaţa de plutire pe care se află nava în urma unei înclinări izocarene cu unghiul dθ în jurul unei axe oarecare WL1. ve – onglet emers (volumul v2 ce iese din apă în urma înclinării navei) vi – onglet imers (volumul v1 ce intră în apă în urma înclinării navei) Volumul elementar dv cu aria bazei dS şi înălţimea dx este egal cu:

dxdSdv ⋅= ; ( ) θθ dydtgyydS ⋅⋅=⋅⋅⋅= 2

21

21

dxdydv ⋅⋅⋅= θ211 2

1⇒

2

2/

2/

211

θddxyvL

L

⋅⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅= ∫

−

dxdydv ⋅⋅⋅= θ222 2

1⇒

2

2/

2/

222

θddxyvL

L

−⋅⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅= ∫

−

Figura 7.1.

In ipoteza că înclinarea este izocarenă, volumul suplimentar imers vi este egal cu volumul suplimentar emers ve:

∫∫−−

⋅⋅=⋅⋅⇒=2/

2/

22

2/

2/

2121 22

L

L

L

L

dxyddxydvv θθ⇒ 21 yy =

Rezultă că relaţia de mai sus este posibilă numai în cazul când axa centrală trece prin centrul de greutate al suprafeţei de plutire WL0. In mod identic se deduce că axa centrală trece şi prin centrul de greutate al suprafeţei de plutirie WL1. Observaţii:1. Teorema lui Euler enunţată pentru înclinări în plan transversal, este valabilă şi în cazul înclinărilor în plan longitudinal. 2. Pentru navele cu borduri verticale teorema Euler este valabilă pentru orice unghi de înclinare în limitele în care plutirea înclinată nu intersectează puntea sau gurna. 7.2. DEPLASAREA CENTRULUI DE CARENĂ. METACENTRE.

RAZE METACENTRICE La o înclinare infinit mică izocarenă a navei în jurul oricărei axe centrale din planul plutirii, volumul carenei ca mărime rămâne constant, dar variază forma sa. Centrul de carenă este centrul de greutate al volumului carenei şi deci poziţia sa depinde şi de forma acestui volum. Din aceasta cauză la înclinări izocarene, centrul de carenă îşi schimbă poziţia în funcţie de forma volumului carenei. Fie nava reprezentată în planul cuplului maestru (Figura 7.2.) pe plutirea iniţială WL0 şi cu centrul de carenă în C0. Sub acţiunea momentului exterior, nava se înclină în plan transversal cu unghiul dθ. In urma înclinării, plutirea navei devine WL1 iar centrul de carenă se deplasează în C1. Deplasarea centrului de carenă este cauzată de deplasarea


volumului v din centrul geometric g2 al ongletului emers în centrul geometric g1 al ongletului imers. Ca regulă generală, volumul v se deplasează întotdeauna în direcţia înclinării şi ca urmare, centrul de carenă se va deplasa şi el în direcţia înclinării. Notaţii:

• g1 – centrul de greutate al ongletului imers • g2 – centrul de greutate al ongletului emers • 10CC - deplasarea centrului de carenă

Figura 7.2.

Figura 7.3. Teoremă din Mecanica teoretică adaptată teoriei navei: La înclinările infinit mici ale navei, centrul de carenă C0 se deplasează după o direcţie paralelă cu dreapta ce trece prin centrele geometrice (de greutate) g1, g2 ale celor două onglete şi are mărimea proporţională cu 21gg respectiv cu volumul v şi invers proporţională cu volumul carenei. Din triunghiul mC0C1: ( ) θθ drCCdtgrCC ⋅≈⇔⋅= 1010 şi în plus 2110 ggCC (Figura 7.3.)

Vv

ggCC

=21

10 ⇒V

ggvCC 2110

⋅= (expresia matematică a teoremei-condiţia generală de

deplasare a centrului de carenă la înclinări izocarene) Expresia anterioară se poate scrie sub forma: 2110 ggvVCC ⋅=⋅ unde termenul din stânga expresiei reprezintă variaţia momentului static al volumului carenei în raport cu un plan perpendicular pe 21gg ce trece prin g1, iar membrul doi momentul static al volumului v în raport cu acelaşi plan, care se determină din relaţia:

44 344 21321444 3444 21XI

L

LggongletVolum

L

L

dxydydxdyggv⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅⋅=⋅ ∫∫

−−

2/

2/

322/

2/21 3

2232

21

21

θθ ⇒ θdIggv X ⋅=⋅ 21 unde IX este

momentul de inerţie al suprafeţei plutirii drepte faţă de axa longitudinală centrală de inerţie.


Concluzii generale privind deplasarea centrului de carenă:

1. Centrul de carenă se deplasează întotdeauna în direcţia înclinării. 2. Pe direcţie verticală, centrul de carenă se deplasează întotdeauna în sus în raport

cu nava. 3. Dacă axa de înclinare este axă centrală principală de inerţie a suprafeţei plutirii,

atunci centrul de carenă se deplasează numai într-un plan paralel cu planul de înclinare.

4. Tangenta dusă la curba C0C1 într-un punct oarecare este paralelă cu urma liniei de plutire.

Din relaţia anterioară rezultă:

VdICC X θ⋅

=10 ⇒VIr X= - raza metacentrică transversală.

Concluzie: Deplasarea centrului de carenă la deplasările infinit mici în plan transversal este proporţională cu momentul de inerţie central al suprafeţei plutirii faţă de axa de înclinare şi invers proporţională cu volumul carenei.

- Raza de curbură r se numeşte rază metacentrică transversală, iar centrul de curbură corespunzător (punctul m) – metacentru transversal sau micul metacentru.

- Deoarece IX şi V sunt mărimi pozitive, raza metacentrică transversală va fi întotdeauna pozitivă iar m se va situa deasupra lui C0 la distanţa r.

In mod similar, se poate pune în evidenţă metacentrul M şi raza metacentrică R, în cazul înclinărilor în jurul celeilalte axe principale de inerţie (longitudinale).

Astfel, raza metacentrică longitudinală va fi egală cu: VIR YF= unde

M se numeşte în acest caz metacentru longitudinal sau marele metacentru. Din cele de mai sus rezultă că la înclinările transversale raza metacentrică depinde de cel mai mic moment de inerţie în raport cu axele centrale principale, iar raza metacentrică longitudinală depinde de momentul de inerţie cel mai mare. Din acest motiv, razele metacentrice se mai numesc şi raza mică metacentrică, respectiv raza mare metacentrică. Pentru o navă în formă de ponton paralelipipedic, de dimensiuni LxBxT, expresiile razelor metacentrice vor fi:

T

BTBL

BL

VIr X

⋅=

⋅⋅

⋅

==12

122

3

T

LTBL

BL

VIR YF

⋅=

⋅⋅

⋅

==12

122

3

Raportul razelor este: 2

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

BL

rR

Cum raportul L/B variază în limitele (4......14), rezultă că raportul razelor metacentrice se va situa în gama (16......196). In general, se apreciază că raza metacentrică longitudinală


R este de ordinul de mărime al lungimii navei L ( ( )LrR 5,11÷=⟩⟩ ), iar raza metacentrică transversală r se află în limitele (1/6.....1/3)B. 7.3. CALCULUL MOMENTULUI DE REDRESARE. ÎNĂLŢIMI METACENTRICE 7.3.1. Moment de redresare Fie nava In poziţie de echilibru iniţial pe linia de plutire WL0 cu centrul de carenă în C0 şi centrul de greutate în G. Se dă navei o înclinare izocarenă de unghi θ produsă de momentul exterior Mext. Când planul de plutire devine WL1 (Figura 7.4.), nava este supusă acţiunii a două forţe egale şi de sens contrar, normale pe WL1, şi anume greutatea P=D=Δ, aplicată în G şi respectiv forţa de flotabilitate γV, aplicată în centrul de carenă înclinată C1.

Figura 7.4. Aceste forţe formează un cuplu numit cuplu de redresare. Momentul cuplului de redresare se numeşte moment de redresare (sau momentul stabilităţii transversale) şi are expresia:

GKGKDMr ⋅Δ=⋅=θ [Nm]

Segmentul GK reprezintă braţul cuplului şi, după cum reiese din Figura 7.4., se calculează din triunghiul dreptunghic Δ mGK:

( ) θθ ⋅≅⋅−= harGK sin pentru unghiuri θ mici, unde r – raza metacentrică transversală; a – este distanţa dintre centrul de greutate şi centrul de carenă iniţial; h – înălţime metacentrică transversală. Astfel, expresia momentului de redresare devine:

( ) θθθθ ⋅⋅≅⋅⋅=⋅−⋅= hDhDarDMr sinsin Relaţia de mai sus se numeşte formula metacentrică a stabilităţii transversale. Se observă că mărimea şi semnul acestui moment depind direct proporţional de mărimea şi semnul înălţimii transversale „h”. Se deosebesc astfel următoarele cazuri de echilibru:


Cazuri de echilibru: 1. Echilibru stabil - Momentul de redresare Mr este pozitiv (înălţimea metacentrică h

este pozitivă) iar metacentrul m este situat deasupra centrului de greutate G:

0;0 >> hM rθ

Când metacentrul „m” se află deasupra centrului de greutate G (Figura 7.4.), momentul de redresare tinde să redreseze nava la poziţia iniţială de echilibru stabil. Această situaţie este caracteristică navelor comerciale şi militare. 2. Echilibru instabil - Momentul de redresare Mr este negativ (înălţimea metacentrică h este negativă) iar metacentrul m este situat sub centrul de greutate G:

0;0 << hM rθ

Dacă metacentrul „m” se află sub centrul de greutate G (Figura 7.5.), momentul de redresare este negativ şi nava este în poziţie de echilibru instabil. Se spune că stabilitatea iniţială este negativă. In practică nu este admisă o astfel de situaţie de navigaţie.

3. Echilibru indiferent - Momentul de redresare Mr este nul iar metacentrul m coincide cu centrul de greutate G:

0;0 == hM rθ

Dacă metacentrul „m” coincide cu centrul de greutate G (Figura 7.6.), momentul de redresare este zero şi nava este în poziţie de echilibru instabil. Se spune că nava este canarisită. In practică nu este admisă o astfel de situaţie de navigaţie. La înclinările longitudinale (Figura 7.7.), prin analogie, momentul de redresare va fi:

( ) ψψψψ ⋅⋅≅⋅⋅=⋅−⋅= HDHDaRDM r sinsin [Nm] unde

D – deplasamentul navei (notat şi cu simbolul Δ); R – este raza metacentrică longitudinală; ψ - unghi infinit mic de înclinare longitudinal al navei.

Figura 7.5. Figura 7.6.


Figura 7.7.

Condiţia echilibrului longitudinal stabil este ca metacentrul longitudinal sau marele metacentru să fie situat deasupra centrului de greutate G al navei. Concluzii: 1. Stabilitatea iniţială transversală este cu atât mai bună cu cât centrul de greutate este

mai coborât. Aceasta se asigură de obicei printr-o dispunere corespunzătoare a greutăţilor la bord.

2. Stabilitatea iniţială longitudinală este întotdeauna pozitivă şi cu mult mai mare decât cea transversală.

7.3.2. Inălţimi metacentrice Inălţimea metacentrică – este distanţa măsurată pe verticală dintre metacentru şi centrul de greutate al navei. In planul de înclinare transversal, înălţimea metacentrică transversală se notează cu „h” (Figura 7.5.) şi are expresia:

arh −= [m]

Distanţa „a” dintre centrul de greutate G şi centrul de carenă C (Figura 7.4.) se poate scrie sub forma:

CG zza −= [m] Astfel, expresia generală a înălţimii metacentrice transversale devine:

GC zzrh −+= [m] unde

h – înălţime metacentrică transversală iniţială, [m]; r – raza metacentrică transversală, [m]; zc – cota centrului de carenă, [m]; zG – cota centrului de greutate, [m] Pentru înclinările în plan longitudinal, înălţimea metacentrică longitudinală notată cu „H”, este egală cu (Figura 7.7.):

GC zzRH −+= [m]

Inălţimile metacentrice se pot calcula dacă se dispune de diagrama de carene drepte a navei analizate. Valorile uzuale ale lui „h” variază, functie de tipul navei, în limite relativ largi: 0,5 ÷ 2,5 [m].


Inclinările metacentrice longitudinale au valori mult mai mari, de ordinul zecilor sau sutelor de metri. De aceea, la studiul stabilităţii iniţiale a unei nave se analizează în special stabilitatea transversală, pierderea stabilităţii longitudinale producându-se extrem de rar. 7.4. COMPONENTELE MOMENTULUI DE REDRESARE Expresia momentului de redresare transversal este:

θθθ ⋅⋅≅⋅⋅= hDhDM r sin . Ea mai poate fi scrisă, în baza expresiilor anterioare astfel:

( ) ( ) θθθθ ⋅−⋅−⋅⋅=⋅−+⋅= CGGCr zzDrDzzrDM .

In continuare dacă înlocuim relaţiile: VD ⋅= γ şi VI

r X= în expresia anterioară obţinem:

( ) ( ) θγθγθθθ ⋅−⋅⋅−⋅⋅=⋅−⋅−⋅⋅=⋅

CG

ggv

XCGr zzVIzzDrDM321

21

.

Figura 7.8.

După cum s-a demonstrat la 6.3., θdIggv X ⋅=⋅ 21 şi astfel forma finală a momentului de redresare capătă forma:

( )444 3444 2143421

gf M

CG

M

r zzVggvM θγγθ ⋅−⋅⋅−⋅⋅= 21 ⇒ gfr MMM −=θ [Nm] unde

Mf – momentul stabilităţii de formă. El acţionează întotdeauna în sensul redresării navei. Mg – momentul stabilităţii de greutate. Acesta depinde de greutatea navei P=D=Δ şi de dispunerea centrului de greutate al navei G pe înălţime. Interpretare fizică: Se poate spune că momentul de redresare este pozitiv sau negativ după cum momentul stabilităţii de formă Mf este mai mare sau mai mic decât momentul stabilităţii de greutate Mg. Cum la o navă construită, momentul Mf are o valoare bine determinată (funcţie de dimensiunile şi forma suprafeţei de plutire), modificarea stabilităţii se face de fapt numai pe seama momentului stabilităţii de greutate (prin reaşezarea pe verticală a greutăţilor la bord).


TTEEOORRIIAA,, CCOONNSSTTRRUUCCŢŢIIAA ŞŞII VVIITTAALLIITTAATTEEAA NNAAVVEEII CCUURRSSUULL 88 8.1. INFLUENŢA DEPLASĂRILOR DE MASE LA BORD ASUPRA POZIŢIEI ŞI STABILITĂŢII NAVEI 8.2. INFLUENŢA AMBARCĂRII/DEBARCĂRII DE GREUTĂŢI ASUPRA STABILITĂŢII NAVEI 8.1. INFLUENŢA DEPLASĂRILOR DE MASE LA BORDUL NAVEI ASUPRA POZIŢIEI ŞI STABILITĂŢII NAVEI La acest capitol, se va studia influenţa greutăţilor mici, deplasate la bordul navei după direcţiile axelor sistemului de coordonate Oxyz, asupra stabilităţii iniţiale a navei. Facem menţiunea că „greutăţi mici” sunt considerate acelea ce nu depăşesc 10% din deplasamentul navei. De asemenea, ca ipoteză de lucru, trebuie reţinut faptul că deplasamentul (deci şi volumul carenei) rămâne constant pe durata unor astfel de deplasări, precum şi pescajul mediu al navei. În practica curentă de la bordul oricăror tipuri de nave comerciale, pot fi întâlnite următoarele tipuri de deplasări:

1. Deplasări orizontal – longitudinale (în lungul axei Ox); 2. Deplasări orizontal – transversale (în lungul axei Oy); 3. Deplasări verticale (în lungul axei Oz).

În oricare din cele trei cazuri, se aplică teorema deplasării: „Deplasarea centrului de greutate are loc atunci când momentul greutăţii navei este egal cu momentul cauzat de greutatea deplasată”:

dpGG ⋅=⋅Δ 1 unde

Δ - deplasamentul navei (notat şi cu D); GG1 – distanţa de deplasare a centrului de greutate p – greutatea (masa) ce se deplasează la bord d – distanţa de deplasare a greutăţii mici p. Teorema enunţată este valabilă pentru orice direcţie de deplasare a greutăţii p, iar în plus direcţia de deplasare a lui G (GG1) este întotdeauna paralelă cu d şi se produce în acelaşi sens. 8.1.1. Deplasarea orizontal-longitudinală În acest caz, deplasarea are loc pe direcţia axei longitudinale Ox. Fie nava pe plutirea iniţială WL0, cu centrul de greutate în G (xG ,yG ,zG). Fie o greutate „p” care se deplasează după Ox din punctul A (x,y,z) în punctul A1 (x1 ,y1 ,z1).

Această deplasare va modifica echilibrul navei, iar aceasta va răspunde pentru a restabili echilibrul. Efectul deplasării longitudinale a greutăţii p este indicată în Figurile (a-d) de mai jos:


Deplasarea longitudinală a greutăţii „p” cauzează deplasarea centrului de greutate din G în G1 (Figura a). Distanţa pe care centrul de greutate s-a deplasat este „GG1”. Aceasta modifică echilibrul navei, după cum se vede şi în (Figura b) prin apariţia unui cuplu.

Nava răspunde printr-o înclinare de unghi dψ astfel încât centrul de carenă B se deplasează în B1 ce aparţine verticalei duse prin G1 (Figura c). Câtă vreme unghiul de înclinare este mic (sub 10 grade) deplasarea centrului de carenă se va face pe o curbă-arc de cerc. În acest caz, suportul forţei de flotabilitate Δ trece prin metacentrul M, ca în (Figura d), B1G1M formând o linie verticală dreaptă. Să determinăm în continuare influenţa acestei deplasări asupra poziţiei şi stabilităţii navei.

În imaginea de mai sus am notat deplasarea centrului de greutate GG1 cu Gxδ . În conformitate cu teorema deplasării se poate scrie:

dpGG ⋅=⋅Δ 1 sau dpxG ⋅=⋅Δ δ Rezultă:

Δ⋅

=dpxGδ [m]

Determinarea unghiului de înclinare se face din (Figura d):


( )LL

G

L GMdp

GMx

GMGG

dtg⋅Δ⋅

===δ

ψ 1

Relaţia este valabilă în cazul unghiurilor mici, adică se poate considera ( ) ψψ ddtg = :

LGMdpd

⋅Δ⋅

=ψ [rad] unde

GML – înălţimea metacentrică longitudinală a navei, în [m]. Cu valoarea unghiului astfel determinată se poate trasa noua plutire WL1. Ca metodă practică de trasare a plutirii WL1 (deoarece unghiul dψ este foarte mic), se determină întâi pescajele prova şi pupa şi apoi prin unirea punctelor, se obţine plutirea WL1. Astfel, din figură se observă că:

[ ]

[ ]mdxLdddd

mdxLdddd

Fpppp

Fpvpv

ψδ

ψδ

⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +−=−=

⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −+=+=

2

2

pentru că ψψδ dxLdtgxLd FFpv ⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −=⋅⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −=

22 (pentru unghiuri mici, în radiani).

OBS: Unghiul de înclinare dψ se consideră pozitiv dacă nava este aprovată şi negativ dacă nava este apupată. Dacă introducem în cele două relaţii anterioare şi expresia unghiului de înclinare dψ rezultă:

[ ]

[ ]⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

⋅Δ⋅

⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +−=−=

⋅Δ⋅

⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −+=

mGM

dpxLdddd

mGM

dpxLdd

LFpppp

LFpv

2

2

δ

CONCLUZII: 1. Deplasarea greutăţilor la bord pe direcţie longitudinală, de-a lungul axei Ox,

modifică numai asieta navei, prin înclinarea navei cu un unghi dψ în sensul deplasării greutăţii.

2. Influenţa asupra stabilităţii navei în cazul deplasării orizontal-longitudinale este neglijabilă, pentru că valoarea înălţimii metacentrice rămâne neschimbată (metacentrul nu se deplasează - înclinare cu unghi foarte mic).

8.1.2. Deplasarea orizontal-transversală Fie nava cu centrul de greutate în G (xG ,yG ,zG) şi pe plutirea iniţială WL0. În această situaţie, deplasarea greutăţii „p” are loc după axa transversală Oy, din punctul A (x,y,z) în punctul A1 (x1 ,y1 ,z1).

Această deplasare va modifica echilibrul navei, iar aceasta (nava) va răspunde pentru a restabili echilibrul. Efectul deplasării transversale a greutăţii p este indicată în Figurile (a-d) de mai jos:


Deplasarea transversală a greutăţii „p” cauzează deplasarea centrului de greutate din G în G1 (Figura a). Distanţa pe care centrul de greutate s-a deplasat este „GG1”. Aceasta modifică echilibrul navei, după cum se vede şi în (Figura b) prin apariţia unui cuplu.

Nava răspunde printr-o înclinare de unghi dθ după cum centrul de carenă B s-a deplasat în B1, punct ce aparţine verticalei duse prin G1 (Figura c). Câtă vreme unghiul de înclinare este mic (sub 10 grade), deplasarea centrului de carenă se va face pe un arc de cerc. În acest caz, suportul forţei de flotabilitate Δ trece prin metacentrul M, ca în (Figura d), B1G1M formând o linie verticală dreaptă.

Să determinăm în continuare influenţa acestei deplasări asupra poziţiei şi stabilităţii navei.

În imaginea de mai sus am notat deplasarea centrului de greutate GG1 cu Gyδ . În conformitate cu teorema deplasării se poate scrie:

dpGG ⋅=⋅Δ 1 sau dpyG ⋅=⋅Δ δ . Rezultă că:

Δ⋅

=dpyGδ [m]

Ca şi în cazul anterior, nava se va înclina cu un unghi dθ în bordul în care are loc deplasarea greutăţii p:


TGMdpd

⋅Δ⋅

=θ [rad] unde

Δ - deplasamentul navei (notat şi cu D); h = GMT – înălţimea metacentrică transversală dθ – unghi mic de înclinare transversală. Cum raza metacentrică transversală este mult mai mică (de ordinul zecilor chiar sutelor de ori) decât cea longitudinală: TGM << LGM , rezultă că şi unghiul de înclinare transversală dθ va fi mult mai mic în comparaţie cu cel longitudinal dψ. CONCLUZIE:

1. Deplasarea greutăţilor la bord pe direcţie transversală determină numai înclinarea navei în plan transversal cu un unghi dθ în sensul deplasării greutăţii.

2. Influenţa asupra stabilităţii navei în cazul deplasării orizontal-transversale este neglijabilă, pentru că valoarea înălţimii metacentrice rămâne neschimbată (metacentrul nu se deplasează - înclinare cu unghi foarte mic).

3. Deplasarea orizontal – transversală, deşi nu influenţează stabilitatea iniţială a navei, modifică caracteristicile curbei de stabilitate în sensul înrăutăţirii lor: maximul curbei de stabilitate se deplasează către dreapta; braţul de stabilitate se micşorează iar unghiul de răsturnare de asemenea. Aceste modificări sunt cu atât mai importante cu cât deplasarea centrului de greutate al navei

GyGG δ=1 este mai mare. 8.1.3. Deplasarea verticală Fie nava cu centrul de greutate în G (xG ,yG ,zG) şi pe plutirea iniţială WL0. În această situaţie, deplasarea greutăţii „p” are loc după axa verticală Oz, din punctul A (x,y,z) în punctul A1 (x1 ,y1 ,z1).

În imaginea de mai sus am notat deplasarea centrului de greutate GG1 cu Gzδ . În conformitate cu teorema deplasării se poate scrie:

dpGG ⋅=⋅Δ 1 sau dpzG ⋅=⋅Δ δ . Rezultă că:

Δ⋅

=dpzGδ [m]

Deoarece greutatea se deplasează pe verticală, nu se produc înclinări ale navei. În schimb, stabilitatea iniţială transversală şi longitudinală se modifică, după cum urmează:


OBS: Când analizăm stabilitatea unei nave, facem întotdeauna referire la valoarea înălţimii metacentrice. Pentru că înălţimea metacentrică transversală (GMT) sau longitudinală (GML) este o măsură a stabilităţii transversale, respectiv longitudinale. Expresia înălţimii metacentrice este:

KGKBBMGM TT −+= )( respectiv KGKBBMGM LL −+= )(

Cum volumul carenei ∇ nu se modifică, metacentrul va rămâne în poziţia sa iniţială, deci

.)()( constKBBMKBBM LT =+=+

Deci variaţia înălţimii metacentrice ( ) ( ) ( ) GLT zKGGMGM δδδδ =−==

Înlocuind Δ⋅

=dpzGδ în expresia anterioară se obţine variaţia înălţimii metacentrice

de forma:

( ) ( )Δ⋅

−==dpGMGM LT δδ [m]

Noile înălţimi metacentrice vor fi:

Δ⋅

−=dpGMGM TT1 [m]

Δ⋅

−=dpGMGM LL1 [m]

CONCLUZIE:

1. La deplasarea pe direcţie verticală în jos a unei greutăţi, centrul de greutate al navei coboară iar stabilitatea iniţială a navei se îmbunătăţeşte ( ( ) )0>GMδ .

2. Dacă deplasarea pe verticală se face de jos în sus, centrul de greutate se ridică iar stabilitatea iniţială se micşorează ( ( ) )0<GMδ .

3. În plus, la deplasarea de jos în sus a greutăţii p, pe lîngă stabilitatea iniţială şi caracteristicile curbei de stabilitate statice la unghiuri mari se înrăutăţesc: maximul curbei de stabilitate se deplasează către stânga; braţul de stabilitate şi unghiul de răsturnare scad.

8.2. INFLUENŢA AMBARCĂRII SAU DEBARCĂRII UNOR GREUTĂŢI ASUPRA STABILITĂŢII NAVEI Ambarcarea/debarcarea de greutăţi la/de la bord determină modificarea deplasamentului şi a poziţiei centrului de greutate (KG). Astfel, şi pescajul şi înălţimea metacentrică vor suferi modificări ce conduc în final la modificarea stabilităţii şi a poziţiei navei în raport cu suprafaţa liberă a apei. În continuare, va fi analizat numai efectul ambarcării de mase în prima din cele două variante:

1. Ambarcarea de mase mici (p < 0,1 Δ) 2. Ambarcarea de mase mari (p > 0,1 Δ).


Ambarcarea de greutăţi mici Fie greutatea „p” ce se ambarcă la bord în punctul oarecare A (x,y,z). Pentru uşurinţa calculelor, manevra de ambarcare poate fi descompusă imaginar în două etape:

1. Ambarcarea în punctul A0 ∈ P.D. pe aceeaşi verticală cu centrul de greutate al suprafeţei de plutire (nu există deci înclinări ale navei) şi 2. Deplasarea din A0 până în punctul A unde este ambarcată greutatea în mod real.

În urma ambarcării masei p în punctul A0: - deplasamentul se va modifica: p+Δ=Δ1 - centrul de greutate se va deplasa pe verticală în jos cu distanţa ( )KGδ - pescajul creşte, de la d la ddd δ+=1 - centrul de carenă îşi va modifica poziţia, datorită volumului suplimentar de carenă ∇δ .

- stabilitatea navei se va modifica, datorită modificării valorii înălţimilor metacentrice transversale şi longitudinale cu valoarea ( )TGMδ respectiv ( )LGMδ . Variaţia pescajului:

( )∇+∇⋅=+Δ=Δ δρp1 de unde ρ

δ p=∇

dAWL δδ ⋅=∇ de unde WLA

pd⋅

=ρ

δ

Variaţia centrului de greutate KG:

( ) ( )KGzp

pKG −⋅+Δ

= 1δ

Variaţia centrului de carenă KB:

( ) ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −+⋅

+Δ=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −+⋅

∇+∇∇

= KBddp

pKBddKB22δδ

δδδ

Variaţia înălţimii metacentrice transversale: KGKBBMGM T −+=

( ) ( ) ( ) ( )KGKBBMGM T δδδδ −+= . Se obţine:

( ) ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −−+⋅

+Δ= TT GMzdd

ppGM 12

δδ şi asemănător

( ) ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −−+⋅

+Δ= LL GMzdd

ppGM 12

δδ în cazul navelor cu borduri verticale în

vecinătatea plutirii.


Înălţimile metacentrice corectate sunt:

( )

( )( )p

GMzddp

pGMGMGMGM

GMzddp

pGMGMGMGM

LLLLL

TTTTT

+Δ⋅

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −−+⋅

+Δ+=+=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −−+⋅

+Δ+=+=

/

2

2

11

11

δδ

δδ

( ) ( ) ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −+⋅=⋅Δ=⋅Δ−⋅+Δ 11 2

zddpGMGMGMp Tδδ . Se desprind următoarele

situaţii:

a) Dacă 21ddz δ

+< atunci ( ) 0>GM⋅Δδ , deci stabilitatea iniţială a navei va creşte;

b) Dacă 21ddz δ

+= atunci ( ) 0=⋅Δ GMδ , adică stabilitatea iniţială a navei rămâne

neschimbată;

c) Dacă 21ddz δ

+> atunci ( ) 0<GM⋅Δδ , deci stabilitatea iniţială a navei se

micşorează; Variaţia înălţimii metacentrice longitudinale:

Cum TGM << LGM , rezultă că în relaţia ( ) ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −−+⋅

+Δ= LL GMzdd

ppGM 12

δδ se

poate neglija suma ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −+ 12

zdd δ. Astfel se obţine:

( ) ( ) LLL GMp

pGMp

pGM ⋅+Δ

−=−⋅+Δ

+=δ . Înlocuind:

( ) LLLLLL GMp

GMp

pGMGMGMGM ⋅+ΔΔ

=⋅+Δ

−=+= δ1 ceea ce înseamnă o

variaţe nulă a coeficientului de stabilitate longitudinală: ( ) 0=Δ LGMδ . 2. Deplasarea din A0 în punctul final A: Aceasta determină modificarea poziţiei navei, înclinând-o atât longitudinal cât şi transversal. Unghiurile de înclinare vor fi:

( ) TGMpyptg⋅+Δ⋅

== θθ

LGMdptg

⋅Δ⋅

==ψψ .

Dacă nava avea o înclinare iniţială θ0 după ambarcarea masei „p”, noua înclinare va fi:

θθθ +⋅=1

01 GMGM

Dacă nava se înclină la tribord, înclinarea este pozitivă şi dacă se înclină la babord, înclinarea este negativă. Noile pescaje prova şi pupa sunt:


[ ][ ]mddd

mddd

pppp

pvpv

δ

δ

+=

+=

Ele se vor modifica cu următoarele valori:

[ ]

[ ]mGM

dpxLdtgxLdd

mGM

dpxLdtgxLdd

LFFpp

LFFpv

⋅Δ⋅

⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +−=⋅⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ +−=

⋅Δ⋅

⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −+=⋅⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −+=

22

22

δψδδ

δψδδ

Atunci când nava nu este pe chilă dreaptă, ci are o poziţie definită de pescajele dpv şi dpp, pescajele finale în urma ambarcării greutăţii „p” vor fi:

[ ]

[ ]⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +−+=

⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −++=

mtgxLddd

mtgxLddd

Fpppp

Fpvpv

ψδ

ψδ

2

2

1

1


TTEEOORRIIAA,, CCOONNSSTTRRUUCCŢŢIIAA ŞŞII VVIITTAALLIITTAATTEEAA NNAAVVEEII CCUURRSSUULL 99 9.1. STABILITATEA LA UNGHIURI MARI DE ÎNCLINARE 9.2. DIAGRAMA DE STABILITATE STATICĂ. PROPRIETĂŢI 9.3. TIPURI DE DIAGRAME DE STABILITATE STATICĂ 9.1. STABILITATEA LA UNGHIURI MARI DE ÎNCLINARE 9.1.1. Generalităţi În cazul stabilităţii la unghiuri mari, ipotezele făcute pentru stabilitatea iniţială nu mai sunt valabile, adică:

Momentul de redresare nu mai variază liniar cu unghiul de înclinare transversală θ; Deplasarea centrului de carenă nu mai este pe un arc de cerc, ci traiectoria lui C este

o curbă oarecare (evolută şi evolventă). Deplasarea metacentrului se face după o curbă oarecare (asemenea unui sfert de

elipsă); Plutirile nu se mai întretaie, iar teorema Euler nu mai este valabilă.

9.1.2. Calculul braţului cuplului de redresare

Fie lGK = braţul cuplului de redresare. Translăm sistemul de axe cu originea în CO. Braţul cuplului de redresare GK este în conformitate cu Figura 9.2.:

ECHCEHGK 00 −=≡

IHICHC += 00

Din ( ) θθ cos: 00 ⋅=Δ yICISC

Se poate afirma că: PCIH 1≡

Din ( ) θθ sin: 11 ⋅=Δ zPCPSC

Deci ( ) ( ) θθθθ sincos0 ⋅+⋅= zyHC

Din θsin: 00 ⋅=Δ aECEGC . Se obţine astfel relaţia pentru braţul cuplului de redresare:

( ) ( ) 3214444 34444 21gf

ll

azylGK θθθθθ sinsincos ⋅−⋅+⋅==

Figura 9.1.

Figura 9.2.


Se notează cu: lf – braţul stabilităţii de formă: ( ) ( ) θθθθ sincos ⋅+⋅= zyl f

lg – braţul stabilităţii de greutate: θsin⋅= alg (ca şi în cazul stabilităţii iniţiale). Momentul de redresare este:

θ⋅⋅= hDMr Cum θθ sin⋅=⋅≅ hhl şi GC zzrh −+= (expresia înălţimii metacentrice transversale) se poate scrie: ( ) θθ sinsin ⋅−=⋅= arhl ⇔ 321321

gf ll

arl θθ sinsin ⋅−⋅= ⇔ gf lll −=

9.1.3. Calculul coordonatelor centrului de carenă C (Y(θ);Z(θ))

Figura 9.3.

( ) === θrCmCm 2111 constant. Presupunem că nava se înclină cu unghiuri infinit mici θd . Deplasarea fiind infinit mică ⇒ raza metacentrică este constantă. Ca urmare, metacentrul nu se deplasează (este fix) ⇒ se poate aproxima coarda cu arcul de cerc:

θdrCCCC ⋅=≅ 2121

( ) θθθθ drCCdy ⋅⋅=⋅= coscos21

( ) θθθθ drCCdz ⋅⋅=⋅= sinsin21 Ca urmare:

( ) ( )

( ) ( )⎪⎪

⎩

⎪⎪

⎨

⎧

⋅⋅==

⋅⋅==

∫∫

∫∫θθ

θθ

θθθθ

θθθθ

00

00

sin

cos

drdzz

drdyy

Cum raza metacentrică transversală are expresia: ( )V

Ir FX=θ , atunci se poate scrie:

( )

( )⎪⎪

⎩

⎪⎪

⎨

⎧

⋅⋅=

⋅⋅=

∫

∫θ

θ

θθθ

θθθ

0

0

sin1

cos1

dIV

z

dIV

y

FX

FX

- ecuaţiile curbei centrelor de carenă.

y(θ) şi z(θ) – ne dau traiectoria lui C prin puncte – „evolventa” Y(θ) şi Z(θ) – ne dau traiectoria lui m prin puncte – „evoluta”. Din Figura 9.3. (măsurând de la C0) se determină în final coordonatele centrului de carenă:

( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )⎩

⎨⎧

⋅+=⋅−=

θθθθθθθθ

cossin

rzZryY


Un interes practic îl prezintă de obicei intervalul de unghiuri de la 0° la 90°. In figura 9.4. de mai jos este prezentată diagrama numită diagrama polară a stabilităţii, care este alcătuită din evoluta metacentrică şi evolventa acesteia, curba C. Această diagramă permite evaluarea cu uşurinţă a variaţiei razei metacentrice şi a braţului de stabilitate statică.

Figura 9.4.

Astfel, în punctul 0m , raza metacentrică iniţială 00 Cm are un minim, iar braţul de stabilitate este nul. Când nava se înclină, raza metacentrică creşte, având un maxim pentru punctul 1m ; de asemenea cresc şi braţele de stabilitate GK obţinute prin coborârea unor perpendiculare din centrul de greutate G al navei, pe suportul forţei de flotabilitate, respectiv pe raza metacentrică corespunzătoare unghiului de referinţă. Din punctul 1m până la 2m (aflat imediat înaintea punctului rm ) raza metacentrică descreşte

iar braţul de stabilitate are un maxim GKm după care începe să scadă. In rm există o poziţie de echilibru instabil, pentru că metacentrul se află sub centrul de greutate. In continuare braţul de stabilitate devine negativ, deci nava nu mai este capabilă în nici un fel să revină la poziţia iniţială de echilibru. Punctele caracteristice ale diagramei depind de forma şi de modul cum este încărcata nava.


9.2. DIAGRAMA DE STABILITATE STATICĂ. PROPRIETĂŢI Diagrama de stabilitate statică reprezintă graficul funcţiei ls = f(θ) sau Mr = f(θ). Amintim expresiile acestora:

( ) ( ) θθθθθ sinsincos ⋅−⋅+⋅== azyll s θsin⋅⋅= hDM r

θD – unghi de apus (de declin) θM – unghi la care puntea intră în apă M – maximul diagramei OM – ramura crescătoare (ascendentă) MD – ramura descrescătoare (descendentă) O – originea (nava este pe chilă dreaptă cu Mr =0) A – un punct curent de pe diagramă

Figura 9.5. Unghiul de declin θD reprezintă o valoare teoretică, redresarea presupune deplasarea centrului de greutate iar stabilitatea presupune păstrarea etanşeităţii. Proprietăţile diagramei de stabilitate statică 1. „Funcţia l(θ) este o funcţie impară, adică l(-θ) = - l(θ)”

Figura 9.6.

Demonstraţie:

( ) ( ) ( ) θθθθθθ sinsincos ⋅−⋅+⋅= azyl

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( θθθθθθ −⋅−−⋅−+−⋅−=− sinsincos azyl

( ) ( ) ( )

( ) ( )( )

( )θθθθθθ

θθθθθθ

θ

lazy

azyl

l

−=⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡⋅−⋅+⋅−=

=⋅+⋅−⋅−=−

444444 3444444 21sinsincos

sinsincos

2. „Aria cuprinsă între diagramă, axa absciselor şi verticala dusă în dreptul unghiului de înclinare respectiv, este numeric egală cu lucrul mecanic al momentului de redresare”

Figura 9.7.

( ) θθ dMdLr ⋅=

( ) ( )∫ =⋅=θ

θθθ0

OABr SdML

rL = rezervă de stabilitate dinamică.


3. „Panta tangentei la diagramă într-un punct A este numeric egală cu înălţimea generalizată (înălţimea metacentrică la unghiul corespunzător”

Figura 9.8.

( )−θh distanţa măsurată pe suportul forţei de împingere, între punctele K şi m (Figura 9.2.)

−0h înălţimea metacentrică iniţială.

Se demonstrează că ( )θ

θddlh = ;

Atgddl

A

αθ θθ

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

=

Cazuri particulare: I) Dacă A = originea (O) ⇒ 00 htg =α (tangenta în origine intersectată cu °== 3,571 radθ ); II) Dacă M = punct de maxim ⇒ 0=Mtgα adică hM = 0. III) Dacă există un punct B pe ramura descendentă, atunci 0≤Btgα ⇒ 0≤Bh .

4. „Pentru unghiuri mici (în radiani), tangenta se suprapune cu curba”

θθθ

⋅=⇒⋅=⇒= hldhdlhddl

Pentru unghiuri ( ) θθ sin20....10 ⋅=⇒°°∈ hl .

9.3. TIPURI DE DIAGRAME DE STABILITATE STATICĂ I. „Tangenta la diagramă în origine nu intersectează diagrama”

Figura 9.9.

S-a notat cu I diagrama tipică navelor cu bord liber mare (portcontainere, pasagere) pentru care:

5,1...6,00 =h m °≅ 100IDθ

°°≅ 70...60IMθ şi cu II diagrama pentru nave cu bord liber mic (ex.petroliere VLCC sau ULCC), pentru care:

5,1...6,00 =h m °°≅ 100...90IIDθ °°≅ 35...30IIMθ


II. „Tangenta la diagramă în origine intersectează diagrama”

Figura 9.10.

Acest caz este frecvent întâlnit la navele cu bord liber mare (pasagere, RO-RO). Rezerva de stabilitate este mai mare decât la primul tip de diagramă. Astfel:

6,0...4,00 =h m °°≅ 110...100Dθ

°°≅ 70...60Mθ

III. „Tangenta în origine se află sub curbă (diagrama cu stabilitate iniţială negativă”

Figura 9.11.

Se notează cu Cθ± - unghiul de canarisire. În acest caz 0h este negativ. Nava se spune că „fuge” din θC în -θC. Unghiul θC nu dispare decât prin manevra de greutăţi pe verticală. Acest tip de diagramă este caracteristică cargourilor ce transportă cherestea pe punte („havalea”).

În timpul înclinării, nava parcurge arcul cu diagrama OAC până în A, înălţimea metacentrică este negativă apoi ea scade spre zero, iar din punctul A este nulă. De la A către C, h este pozitivă. În C, h este destul de mare ca nava să rămână canarisită cu θC. La navele ce transportă cherestea, se permite navigaţia cu stabilitate iniţială negativă cu un θC maxim de 8° (se recomandă valoarea 4,5°).


APENDIX LA CURSUL 9 Criteriile de stabilitate intactă stabilite de către IMO pentru toate tipurile de nave comerciale (mai puţin pasagere) se referă în principal la următoarele condiţii de încărcare:

1. Nava pe plutire de plină încărcare – cu marfă omogenă 100% şi rezerve 100% (voiaj spre port de descărcare)

2. Nava în balast spre port de încărcare – fără marfă 0% şi rezerve 10%. Criteriile IMO 749 referitoare la cerinţele de stabilitate sunt prezentate în figura de mai jos:


TTEEOORRIIAA,, CCOONNSSTTRRUUCCŢŢIIAA ŞŞII VVIITTAALLIITTAATTEEAA NNAAVVEEII CCUURRSSUULL 1100 -- NESCUFUNDABILITATEA. VITALITATEA NAVEI 10.1. Calitǎţi nautice. Cauze ce determinǎ perforarea învelişului. Clasificarea

gǎurilor de apǎ. 10.2. Mǎsuri de asigurarea vitalitǎţii navei. Mǎsuri pasive de asigurarea

nescufundabilitǎţii. 10.3. Mǎsuri de asigurarea vitalitǎţii navei. Mǎsuri active de asigurarea

nescufundabilitǎţii. 10.1. Calităţi nautice. Cauze ce determină perforarea învelişului etanş. Clasificarea gǎurilor de apǎ Calităţile nautice sunt însuşiri obligatorii ale navei, care determină interacţiunea dintre navă şi mediu înconjurător:

1. Flotabilitatea 2. Stabilitatea 3. Nescufundabilitatea – reprezintă capacitatea navei de a pluti şi de a-şi menţine

stabilitatea în cazul când unul sau mai multe compartimente sunt inundate în urma unor avarii la corp. Se mai poate defini şi astfel: calitatea nautică care presupune menţinerea flotabilităţii în Vitalitatea navei reprezintă capacitatea acesteia de a-şi menţine caracteristicile tehnice, de exploatare şi proprietăţile nautice în condiţii de avarie. Vitalitatea se asigură prin mijloace constructive (compartimentarea etanşă a corpului navei şi bord liber minim suficient de mare) sau mijloace active (la acţiunea echipajului). La menţinerea activităţii la bordul navei concură trei factori principali: - vitalitatea corpului - constituie capacitatea navei de a-şi menţine proprietăţile atunci când datorită avariei, în interiorul corpului pătrunde o masă de apă, prin găurile de apă produse. Vitalitatea este prevăzută chiar din faza de proiectare printr-un compartiment corespunzător care să asigure suficientă rezervă de flotabilitate şi stabilitate. - vitalitatea mijloacelor tehnice - reprezintă capacitatea navei de a-şi menţine flotabilitatea, stabilitatea şi de a guverna prin luarea tuturor măsurilor necesare, care să conducă la înlăturarea avariei. - vitalitatea echipajului - se înţelege capacitatea membrilor de echipaj de a-şi păstra forţa fizică şi morală în orice condiţii, încât să poată contribui astfel la asigurarea vitalităţii navei. O importanţă majorǎ este acordată luptei împotriva pătrunderii apei şi a răspândirii ei. Pătrunderea apei ca şi infiltraţiile duc la apariţia de suprafete libere de lichid, înrăutăţind stabilitatea navei. Cauze ce determinǎ perforarea învelişului etanş: O gaură de apă este o spărtură în opera vie indiferent de cauza care a produs-o şi prin care pătrunde apă în interiorul navei. De obicei, găurile de apă sunt produse ca urmare a unor fenomene cum ar fi:


- rugina - fenomen care acţioneaza în timp, atât în interior cât şi în exterior. În locurile unde apa si aerul pătrund sub stratul de vopsea cu care este acoperită tabla, oţelul se oxidează (rugineşte). În cazul unor lovituri, rugina sare şi în locul respectiv este posibilă apariţia unei găuri de apă. De obicei, locurile cele mai frecvente pentru astfel de găuri sunt în santină unde se adună apă. - sărirea niturilor - în cazul navelor la care tablele bordajului sunt prinse în nituri, gaura de apă apare frecvent din cauza săririi sau slăbirii niturilor. Dacă niturile se rup sau capetele lor se tocesc, presiunea apei din afară împinge nitul înăuntru şi prin gaura lăsată liberă pătrunde în navă. - tăierea tablelor - când nava loveşte un fund stâncos sau se izbeşte de cheu, de cele mai multe ori tabla fundului sau a bordajului se rupe sau se taie. Marginea tăieturii se îndoaie spre interior sau câteodată spre exterior după cum a fost lovită tabla. - eşuarea (datoritǎ fundului stancos). Aici gǎurile de apǎ au o mǎrime medie spre mare; - coliziuni cu alte nave (gǎuri de apǎ mari sau foarte mari); - explozii interne sau externe. Cele interne se datoreazǎ tancurilor de marfǎ (ţiţei, gaze) sau a celor de combustibil. Clasificarea gǎurilor de apǎ: O deosebită importanţă în combaterea şi limitarea efectelor avariilor, este determinarea caracteristicilor găurilor de apă şi clasificarea acestora. Astfel, gǎurile de apǎ se clasificǎ: a) după provenienţă: - găuri de apă produse în urma coliziunii cu o altă navǎ; - găuri de apă provocate de coliziunea cu corpuri străine care plutesc la suprafaţa apei sau între ape; - găuri de apă provocate de coliziunea cu obiecte de pe fundul apei (epave, stânci etc.); - găuri de apă provocate de defecţiuni ivite la corpul navei (fisuri, crăpături, nituri sărite, hublouri); - găuri de apă provocate de defecţiuni ivite la tubulaturile instalaţiilor care comunică cu exteriorul. b) după dimensiuni: - găuri de apă mici, cu suprafeţe sub 0,05 mp; - găuri de apă mijlocii, cu suprafeţe sub 0,2 mp; - gǎuri de apǎ mari, cu suprafeţe pînǎ la 2 mp; - gǎuri d apǎ foarte mari, ce depǎşesc 2 mp. c) după poziţia în raport cu suprafaţa apei: - găuri de apă dispuse deasupra liniei de plutire; - găuri de apă dispuse în zona de plutire, care pot fi pe bordaj sau pe fundul navei (cu distrugerea sau fără distrugerea dublului fund). d) după aspect: - găuri de apă cu aspect neregulat şi margini deformate; - găuri de apă cu aspect regulat şi margini netede. Funcţie de aceste criterii şi de aspectul găurii se stabilesc şi măsurile ce urmează a fi luate în vederea limitării şi eliminării efectelor avariei. 10.2. Mǎsuri de asigurarea vitalitǎţii navei. Mǎsuri pasive de asigurarea

nescufundabilitǎţii – compartimentarea navei.


Aceste mǎsuri (mijloace) se numesc astfel deoarece ele contribuie la vitalitatea navei indiferent de modul cum funcţioneaza echipajul. Ele constau în totalitatea măsurilor constructive care să concure la asigurarea unei rezerve de flotabilitate şi stabilitate. Astfel, Convenţia SOLAS 1974 ("Convenţia Internaţională pentru Ocrotirea Vieţii Umane pe Mare") prevede prescripţii speciale pentru compartimentarea navei în zona prova şi în zona pupa, deoarece în aceste zone se montează cei doi pereţi etanşi de coliziune. Un alt perete etanş este montat obligatoriu în prova compartimentului de maşini. Ceilalţi pereţi etanşi transversali ca şi numărul lor minim se stabilesc de Registrul Naval. Compartimentarea se face şi funcţie de tipul navei: navele comerciale au între 5 şi 10 compartimente etanşe în timp ce navele militare depǎşesc 100. Exemplu de compartimentare la o navǎ cargou:

Din punct de vedere constructiv, cargourile au de obicei 3....5 magazii de marfă în prova castelului şi 1 sau 2 dispuse în pupa castelului. În unele cazuri, toate magaziile de marfă sunt situate în prova castelului. Ca măsură de asigurare a nescufundabilităţii, magaziile de marfă sunt despărţite de pereţi transversali etanşi. Cargourile se caracterizează de asemenea şi prin numărul mare de punţi, de obicei 1...3 punţi.

Sunt prevăzute cu mijloace proprii de încărcare-descărcare: bigi, macarale, vinciuri, dispuse de regulă între magazii.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.

Punte teuga Puţul lanţului de ancoră Magazii superioare de marfă (coridor) Coloane pentru bigi Punte intermediară Castel Magazii inferioare de marfă (cală) Magazii de marfă pupa din interpunte Coloane bigi pupa Punte duneta Maşina cârmei Pic (tanc de asietă) pupa - afterpeak

13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24.

Cârmă Elice navală Tub etambou cu ax portelice Tancuri combustibil dublu fund Motor principal de propulsie Pereţi transversali etanşi Tancuri (comb.sau balast) dublu fund Tancuri laterale Pic (tanc de asietă) prova - forepeak Bordaj Gură de magazie Punte principală

Compartimentarea se asigurǎ din construcţie prin pereţi transversali etanşi ce se extind pînǎ la puntea etanşǎ (puntea principalǎ). Pereţii şi punţile etanşe se închid cu mijloace speciale ce asigurǎ etanşeitatea:

- în pereţi – capace etanşe; - în punţi – porţi şi uşi etanşe.


Porţile etanşe se manevreazǎ prin culisǎ şi se acţioneazǎ local sau de la distanţǎ. Manevra de la distanţǎ e însoţitǎ de semnalizare acusticǎ şi luminoasǎ, diferitǎ de alte semnale din CM. 10.3. Mǎsuri de asigurarea vitalitǎţii navei. Mǎsuri active de asigurarea

nescufundabilitǎţii. Imediat ce a avut loc o avarie la corpul navei, o primă măsură ce trebuie luată imediat constă în determinarea locului şi a caracteristicilor găurii de apă. După stabilirea caracteristicilor avariei şi dimensiunile găurii de apă se procedeaza astfel:

- se aduc de la postul de avarie cel mai apropiat, materialele necesare; - se pun in funcţiune instalaţiile pentru eliminarea apei din compartimentele inundate; - utilizarea şi a altor mijloace de la bord ca motopompe de incendiu (portative, găleţi, etc.);

Compartimentul inundat se izolează de cele învecinate prin închiderea porţilor etanşe şi a ventilaţiilor. Închiderea ventilaţiilor creează o pernă de aer care va conduce la micşorarea efectului de pătrundere a apei în interiorul navei. Dacă avaria este mare se recomandă, când este posibil, să se stopeze motorul sau, cel puţin, să se reducă viteza, astfel încât, în nici un caz mişcarea de înaintare, să nu faciliteze mărirea vitezei de inundare. Când este posibil se va folosi mişcarea în direcţia opusă jetului, pentru a reduce viteza de inundare a apei. Mǎsurile active întreprinse de echipaj pentru a asigura nescufundabilitatea, se pot diviza în douǎ categorii:

- Mijloace de reducere a debitului de apǎ; - Mijloace de golire a apei pǎtrunse prin gaura de apǎ

10.3.1. Mijloace de reducere a debitului de apǎ In aceastǎ categorie se înscriu materialele aflate la bord la posturile de avarie, cu care echipajul va acţiona, dupǎ ce în prealabil, avaria a fost cercetatǎ, localizatǎ şi s-au determinat caracteristicile gǎurii de apǎ. a) Astuparea găurilor de apă mici Acestea apar ca urmare a unor defecţiuni ale corpului navei (nituri sărite, spargerea hublourilor, fisuri). Găurile mici se astupă cu dopuri sau cu pene, iar dacă sunt mari, cu perne de câlţi sau cu panouri (plasturi) îmbibaţi cu seu.

1 – Dop de lemn (de avarie) 2 – Bordaj 3 – Infǎşurare pentru etanşare

Figura 10.1. Dop de lemn de avarie


Dacă găurile vor fi situate la o distanţă mai mică de 4 metri faţă de suprafata apei, dopurile se infăşoara cu câlţi impregnaţi cu minium de plumb, vaselină sau seu, apoi vor fi bătute, adâncite. Dacă găurile de apă vor fi situate însă la o adâncime mai mare de 4 metri faţă de suprafaţa apei, dopurile şi penele se bat fără a fi înfăşurate în câlţi, după care se călăfătuiesc împotriva infiltraţiilor. Găurile cu diametru de până la 350 mm se pot astupa cu pene şi plasturi. În Figura 10.2. este prezentată astuparea unei găuri cu un plasture din scânduri având margini moi şi cu ajutorul clemei de avarie.

1 – Bordaj (corp navǎ) 2 – Panou cu margini moi 3 – Piuliţǎ ghidon 4 – Garniturǎ etanşare 5 – Clemǎ de avarie cu şurub

Figura 10.2. Panou (plasture) cu margini moi şi clemă de avarie Din figură se poate observa modalitatea de fixare a clemei 5, care poate fi introdusă prin gaura de apă din interior spre exteriorul navei. Clema 5 este mobilă datorită articulaţiei. După fixarea clemei la poziţie, se montează panoul cu margini moi 2, pe corpul navei 1. Se aplică apoi stratul din scândură 2 pe bolţul 5. În faza finală, se strânge piuliţa ghidon 3, pe scândura 2, până când marginile moi vor etanşa zona găurii de apă, împiedicând infiltraţiile ulterioare. b) Astuparea găurilor de apă mijlocii Găurile mijlocii de apă, se astupă de regulă din interiorul compartimentului inundat. Mijloacele folosite vor fi tot plasturii sau panourile cu margini moi. În lipsa unor astfel de panouri de dimensiunile găurilor se vor confecţiona alte panouri, la dimensiuni, din scandură de brad şi vor fi prinse cu scoabe.

1 – Bordaj avariat 2 – Panou cu margini moi 3 – Dulap sau grindǎ de pin 4 – Pene pentru fixare 5 – Element de sprijin 6 – Margine moale, din material (umpluturǎ) vegetalǎ 7 – Strat de scîndurǎ exterior 8 – Pînzǎ velǎ îmbibatǎ în seu 9 – Strat de scîndurǎ interior

Figura 10.3. Panoul cu margini moi În Figura 10.3., se poate vedea modul de astupare a unei astfel de găuri de apă mijlocii. Pe bordajul avariat 1, se aplică panoul din scândură cu margini moi 2, peste care se aplică o pânză din velă 8 şi peste care se aplică la final, un alt strat de scândură 9. După ce a fost uns cu seu pe marginea moale, panoul se fixează cu ajutorul dulapilor sau grinzilor din pin 3, sprijinite de elementele de structură ale navei 5. Între elementele 5 şi grinzile 3, se


aplică penele de lemn 4. Marginea moale 6, este confecţionată din material vegetal îmbibat cu seu, înfăşurat în pânză de velă şi prins cu cuie de panoul 2. Înainte de astuparea găurii de apă, în porţiunea avariată se va îndepărta (dacă există) căptuşeala, fardajul, tubulaturile şi cablurile, iar la nevoie se vor tăia sau îndrepta marginile găurii. Dimensiunile unui astfel de panou trebuie să fie cu 150 – 300 mm mai mari decât dimensiunile găurii. Dacă o astfel de fixare prezentată anterior nu este posibilă, se va proceda ca în cazul Figurii 10.4. De bordajul navei 1, se vor suda suporţii 2, sau când este cazul se poate apela la coastele bordajului.

1 – Clemǎ cu şurub 2 – Panoul cu margini moi 3 – Suporţi sudaţi de bordaj 4 – Bordajul navei

Figura 10.4. Panoul cu margini moi şi dispozitiv universal de strîngere Va fi utilizat tot un panou cu margini moi 2. Strângerea panoului, peste gaura de apă, se realizează cu ajutorul unui dispozitiv universal de strângere de la bord, sau cleme cu şurub 1. În cazul în care dimensiunea clemei este mai mică decât a găurii de apă, ca în cazul Figurii 10.4., de clemă se pot suda bare de oţel de dimensiuni corespunzătoare. c) Astuparea găurilor de apă mari şi foarte mari Găurile de apă mari şi foarte mari, nu se pot astupa din interior din cauza presiunii şi debitului mare de apă care intră în navă. Din această cauză se utilizează alte mijloace specifice asigurării vitalităţii cum ar fi paietele Macarov.

1 – Plasǎ de sîrmǎ 2 – Cusǎturi rotunde 3 – Legǎturi 4 – Umpluturǎ vegetalǎ 5 – Grandee 6 – Rodanţǎ 7 – Paiet 8 – Ochiuri intermediare 9 – Ochi de rodanţǎ 10 – Ochiuri de capǎt

1 – Gaura de apǎ 2 – Paietul Macarov 3 – Volte pe punte

Figura 10.5. Paietul Macarov


Paietul 2, confecţionat din pânză de vele impermeabilă, impregnată, se duce prin exterior la locul avariei, la gaura de apă 1, cu ajutorul parâmelor de manevră 3 şi a parâmelor de fund 10. Presiunea apei care apasă din exterior, va fixa astfel paietul pe gaură asigurând etanşarea, căci astfel de găuri mari au de cele mai multe ori marginile îndreptate spre interior. Paietul 2, după ce a fost montat pe gaura de apă 1, va fi întins şi asigurat prin braţele 3, lanţurile sau cablurile de întindere 8 şi legăturile 10. d) Astuparea găurilor de apă cu ajutorul chesoanelor de ciment Cele prezentate anterior sunt valabile şi posibile acolo unde corpul navei prezintă suprafeţe plane. Dacă gaura de apă s-a produs în zona gurnei sau a chilei, astuparea se va putea face numai cu ajutorul chesoanelor de ciment ca în Figura 10.6.

1 – Grindǎ verticalǎ de lemn 2 – Paiet Macarov 3 – Gaurǎ de apǎ acoperitǎ cu pînzǎ de velǎ sau pîslǎ 4 – Bordaj în zona gurnei 5 – Pene de lemn pentru fixare 6 – Element de structurǎ al navei (stringher de bordaj) 7 – Cofraj de lemn 8 – Cheson cu ciment rapid 9 – Grindǎ (dulap) orizontalǎ de lemn 10 – Panǎ de fixare 11 – Element de sprijin

Figura 10.6. Chesonul de ciment rapid Mortarul se va pregăti folosind apă dulce, ciment cu priza rapidă şi nisip. Folosirea apei de mare la prepararea mortarului reduce rezistenţa cu 10% nefiind indicată astfel utilizarea ei. Modul de lichidare a avariei se desfăşoara astfel: 1. Se astupă gaura de apă cu paiet din exterior; 2. Se evacueaza apa din compart. respectiv cu mijloacele de care dispune nava; 3. Se va confecţiona un cheson din lemn, după forma bordajului sau a fundului navei în locul avariat; 4. În regiunea unde se va monta chesonul, se va curăţa în prealabil locul găurii de apă; 5. Se va pregăti mortarul alcătuit din două părţi de nisip şi o parte ciment, adăugându-se şi substanţele necesare pentru priză rapidă în proporţiile stabilite în instrucţiunile de utilizare; 6. Peste mortarul obţinut se va turna apă curată, amestecându-se până rezultă o pastă omogenă, apoi pasta se va turna în chesonul montat la locul avariei. La confecţionarea chesonului se va ţine cont de următoarele: - în timpul turnării în cofraj, betonul trebuie bătut continuu cu mai, turnarea făcându-se neîntrerupt; - dacă betonul se va aşeza direct pe tabla de bordaj, locul de contact trebuie bine raşchetat de vopsea şi ulei, pentru a face o priză cât mai bună; - pe timp rece, betonul se pregăteste cu apă caldă, astfel ca să nu îngheţe înainte de fixare; - pentru a rezulta un beton cât mai bun, cimentul de priză rapidă se va păstra la bord în cutii etanşe pentru a fi ferit de umezeală. În Figura 10.6. este reprezentat un mod de astupare a unei găuri de apă cu ajutorul unui cheson de ciment. Pentru acoperirea găurii de apă 3, se va proceda astfel: se întinde paietul 2, în exterior asigurându-se prin legături. Din exteriorul găurii de apă se va pune o


pânză de velă sau pâsla 3. Se confecţionează cofrajul din lemn 7, în care se toarnă chesonul de ciment 8. Cofrajul este susţinut de grinzile verticale 1 şi orizontale 9. Grinzile de susţinere se sprijină prin intermediul penelor 5, 10 de elementele de structură ale navei: stringherul 6 şi elementul de sprijin 11. 10.3.2. Mijloace de golire a apei pǎtrunse prin gaura de apǎ În unele situaţii de avarie mijloacele pasive nu pot asigura o vitalitate satisfăcătoare a navei şi atunci se va apela la intalaţii suplimentare, uneori cu rol de salvare. Astfel de instalaţii folosite la evacuarea apei din compartimentele inundate sunt instalaţia de santină, instalaţia de balast şi de stins incendiu. Instalaţia de santină Instalaţia de santină va trebui să excludă posibilitatea pătrunderii apei din exterior sau dintr-un compartiment într-altul.Pompele instalaţiei de santină sunt de obicei pompe autoramorsabile, iar una dintre ele poate fi cu piston. Tubulaturile şi sorburile trebuiesc astfel amplasate încât evacuarea apei să se poată face cu oricare dintre pompe. Tubulatura de santină va fi amplasată în dublul fund. Toate conductele de santină se vor termina cu sorburi cu reţinere cu excepţia celor din camera maşinii. Sorburile instalaţiei de santină vor fi în număr suficient pentru asigurarea drenării în orice situaţie de asietă şi de înclinare. Compartimentul maşinii trebuie să aibă prevăzută o instalaţie de drenare de avarie, care de obicei este asigurată de către pompele de răcire ale motorului principal. Compartimentul de maşini va fi prevăzut cu puţuri de santină în prova şi pupa în fiecare bord. Aceste puţuri vor fi prevăzute cu cutii pentru noroi. Magaziile vor fi prevăzute fiecare cu două puţuri de santină amplasate în pupa. Conductele vor fi din oţel zincate la cald. Armăturile vor avea corpul din oţel turnat iar organele de închidere din bronz sau oţel inoxidabil. Sorburile vor fi din oţel, sudate şi zincate la cald.

Figura 10.7. Exemplu de instalaţie de santinǎ

1 – Pompǎ de santinǎ 2 – Pompǎ de balast 3 – Pompǎ de santinǎ 4 – Separator de santinǎ


Figura 10.8. Exemplu de instalaţie de balast


TTEEOORRIIAA,, CCOONNSSTTRRUUCCŢŢIIAA ŞŞII VVIITTAALLIITTAATTEEAA NNAAVVEEII CCUURRSSUULL 1111 -- RREEZZIISSTTEENNŢŢAA LLAA ÎÎNNAAIINNTTAARREE AA NNAAVVEEII 11.1. GENERALITĂŢI 11.2. STRATUL LIMITĂ 11.3. REZISTENŢA DE FRECARE 11.4. REZISTENŢA DE FORMĂ (TURBIONARĂ) 11.5. REZISTENŢA DE VAL 11.6. REZISTENŢA SUPLIMENTARĂ LA ÎNAINTARE 11.1. GENERALITĂŢI Rezistenţa la înaintare reprezintă rezistenţa pe care o întâmpină o navă în marş din partea mediului în care se deplasează. Ne amintim de la „forţele ce acţionează asupra navei” că acestea sunt forţe de greutate şi forţe de presiune hidrostatice sau hidrodinamice. Forţele de presiune hidrodinamice acţionează în timpul marşului navei şi se datorează deplasării învelişului prin mediul vâscos. Ele se pot descompune pe orizontală, rezultanta fiind „Rezistenţa la înaintare” sau pe verticală cu rezultanta numită „Portanţă”. Pentru a menţine o anumită viteză de marş, este necesară crearea unei forţe egale şi de sens opus cu rezistenţa la înaintare, forţă numită Tracţiune. Ea se creează cu ajutorul aparatului propulsor ce consumă energie primită de la aparatul motor de la bordul navei. Rezistenţa mediului la înaintarea unei nave se poate determina prin mai multe metode:

Metoda analitică - Se bazează pe teoriile hidrodinamicii şi are în vedere particularităţile formelor geometrice ale carenei. Întrucât formele geometrice complexe ale carenei actuale nu pot fi reprezentate prin relaţii matematice riguroase, utilizarea metodei analitice, pe lângă complicaţiile de ordin matematic, necesită multe ipoteze şi aproximări, care conduc la erori însemnate. De aceea, această metodă nu are o utilizare extinsă.

Metoda diagramelor şi a relaţiilor de calcul - Se folosesc frecvent în stadiul preliminar de proiectare şi au la bază formule aproximative şi diagrame, rezultate din date statistice sau în urma experimentărilor efectuate pentru diverse tipuri de nave.

Metoda experimentării fizice a modelelor de navă în bazinele de carene - Presupune construcţia modelului navei de proiectat şi determinarea rezistenţei la înaintare a acestuia prin tractarea lui în bazin, asigurând condiţii similare cu cele reale. Rezultatele obţinute se transpun, cu ajutorul teoriei similitudinii, la nava în mărime naturală. Aceasta reprezintă cea mai utilizată metodă, datorită rezultatelor bune ce se obţin cu preţuri de cost relativ scăzute.

Metoda încercărilor prin remorcaj a navei în mărime naturală - Presupune construcţia unei nave în mărime naturală şi remorcarea ei prin apă calmă, măsurându-se forţa ce se exercită în cablu de remorcaj. Prin repetarea testului la diferite viteze, forţa de tracţiune va creşte odată cu viteza navei, iar relaţia de variaţie rezultată, a forţei de remorcare funcţie de viteză reprezintă o măsură a rezistenţei navei la înaintare. Deşi metoda are gradul de precizie cel mai ridicat, este evident că nu reprezintă o cale


practică de determinare a puterii de remorcare, deoarece nu se justifică construcţia unei nave înainte de a stabili ce putere instalată necesită aceasta !

Metoda testării modelelor de navă în mare liberă - Presupune ca printr-un sistem de grinzi situat la prova unei nave bază, modelul de navă să fie tractat de aceasta, evoluând astfel în condiţii identice cu nava reală.

Prima ipoteză privind componentele rezistenţei totale la înaintare, RT aparţine, de peste un secol, lui W. Froude. In afară de ea, pe parcurs s-au emis şi alte ipoteze, din care amintim:

B. Componentele rezistenţei totale la înaintare în concordanţă cu eforturile de la suprafaţa corpului

C. Componentele rezistenţei totale la înaintare în concordanţă cu mecanismul de disipare al energiei

A. În concordanţă cu ipoteza lui W. Froude componentele rezistenţei sunt:

1. Rezistenţa de frecare, RF, egală cu rezistenţa plăcii plane echivalente, care are aceeaşi lungime şi suprafaţă udată cu a navei.

2. Rezistenţa reziduală, RR

RFT RRR += B. În concordanţă cu eforturile de pe suprafaţa corpului componentele rezistenţei

totale la înaintare sunt:

1. Rezistenţa de frecare, RF obţinută prin integrarea eforturilor tangenţiale de pe suprafaţa corpului navei în direcţia de mişcare a navei (această rezistenţă de frecare nu este aceeaşi cu rezistenţa de frecare din ipoteza lui W. Froude).

2. Rezistenţa de presiune, RP

PFT RRR +=

C. În concordanţă cu mecanismul de disipare a energiei componentele rezistenţei totale la înaintare sunt (aceasta împărţire reprezintă şi practica standardului ITTC):

1. Rezistenţa vâscoasă sau de vâscozitate, RV, 2. Rezistenţa de val, RW

( ) ( )nWVT FRRR += Re 11.2. STRATUL LIMITĂ La deplasarea navei apare un strat numit „strat limită” aderent la carena navei. Stratul limită reprezintă regiunea lichidului din imediata apropiere a corpului navei în care vâscozitatea se manifestă intens. Mişcarea lichidului în interiorul stratului limită poate fi laminară sau turbulentă. Totdeauna însă, în stratul limită turbulent se formează un substrat laminar foarte subţire în imediata apropiere a suprafeţei corpului navei. Regimul de mişcare turbulent se întâlneşte cel mai frecvent în studiul mişcării navelor. Grosimea stratului limită, notată cu δ, depinde de viteza navei şi reprezintă distanţa de la suprafaţa navei până în punctul în care vvm

rr≅ , unde v este viteza curentului exterior.

Grosimea stratului limită creşte de-a lungul corpului navei de la prova spre pupa.


O altă mărime convenţională o reprezintă frontiera stratului limită, notată Σ, ce separă curgerea reală de cea considerată ideală.

Figura 11.1. Formarea stratului limită în imediata apropiere a peretelui unui corp imers Distribuţia de viteze în cazul curgerii laminare se prezintă ca în Figura 11.1., şi anume vitezele sunt dispuse perpendicular pe normala la suprafaţa corpului şi au o distribuţie parabolică. Din cauza gradientului de viteză ce apare în stratul limită şi vâscozităţii apei, apar eforturi tangenţiale paralele cu bordajul ce generează frecări. Însumându-le se obţine o componentă a rezistenţei la înaintare numită „Rezistenţa de frecare RF”. Din cauza desprinderii stratului limită în zona pupa, rezultanta eforturilor normale în această zonă e mai mică decât rezultanta eforturilor normale din prova, şi astfel rezultă o componentă orientată în sens opus deplasării „Rezistenţa de formă sau turbionară”. 11.3. REZISTENŢA DE FRECARE După cum s-a precizat, rezistenţa totală se descompune în cele două componente principale, şi anume rezistenţa de frecare şi rezistenţa reziduală (în concordanţă cu ipoteza Froude). Pentru navele de deplasament convenţionale, cea mai mare pondere a rezistenţei întâmpinată de navă se datorează rezistenţei de frecare. Pe baza experimentelor efectuate, s-a arătat că rezistenţa de frecare reprezintă între 80 şi 85 % din rezistenţa totală la înaintare în cazul navelor lente şi mai mult de 45 % în cazul celor rapide cu forme fine. Rezistenţa de frecare depinde de vâscozitatea lichidului şi reprezintă proiecţia pe direcţia mişcării navei a rezultantei forţelor tangenţiale aplicate suprafeţei imerse a navei. Dacă într-un lichid real ale cărui particule se deplasează cu viteza vr este fixată o navă, atunci în jurul corpului acesteia apar trei zone distincte:

• Zona I, a lichidului neperturbat, în care nu se simte influenţa corpului navei asupra regimului de curgere şi în consecinţă viteza particulelor rămâne vr .

• Zona a II-a, a stratului limită, în care regimul de curgere suferă influenţa forţelor de frecare dintre lichid şi corp şi în consecinţă vitezele particulelor suferă modificări esenţiale;

• Zona a III-a, a dârei de vârtejuri, care apare datorită desprinderii stratului limită, de pe suprafaţa udată a corpului navei.


Fenomenele ce stau la baza apariţiei rezistenţei de frecare, se produc în zona a II-a, cea a stratului limită, format în vecinătatea corpului navei (Figura 11.2.)

Figura 11.2. Zone ca apar în cazul unei nave ce se deplasează într-un curent real

Pe măsură ce ne depărtăm de bordaj, viteza lichidului creşte rapid şi se apropie de viteza curentului exterior în care frecarea este neglijabilă.

Figura 11.3. Formarea stratului limită în cazul curgerii în jurul unei plăci şi a unui corp de navă

Desprinderea stratului limită se produce în punctul D (Figura 11.2.) în care particulele de lichid se opresc. S-a constatat experimental că poziţia acestui punct depinde de formele geometrice ale carenei şi de regimul de curgere al lichidului. La navele rapide, cu forme fine şi borduri lise, punctul D este foarte apropiat de pupa, formând o zonă îngustă ce se deplasează în sensul de mişcare al navei, zonă numită curent favorabil. Navele cu raport L/B mic, deci forme pline, nu au formă hidrodinamică bună, iar desprinderea stratului limită se face în zona cuplului maestru. În prezent, rezistenţa de frecare dezvoltată la deplasarea unui corp în lichid se determină cu ajutorul teoriei stratului limită. În interiorul stratului limită sunt posibile două regimuri de curgere: laminar ( Re = 105 ÷9x106) şi turbulent (Re = 2x106 ÷1010) , la care repartiţia vitezelor şi tensiunilor tangenţiale este diferită. Din acest motiv, valoarea rezistenţei de frecare depinde de regimul de curgere stabilit în stratul limită. Se calculează aşadar rezistenţa de frecare a unei plăci netede echivalente (placă fixă, cu suprafaţa de aceeaşi rugozitate ca a navei, cu lungimea L a navei şi cu aceeaşi suprafaţă udată) situată în curent laminar şi apoi turbulent, urmând ca rezistenţa de frecare a navei


să rezulte din extrapolarea funcţiilor stabilite pentru rezistenţa de frecare a plăcii. Rezistenţa de frecare RF se calculează cu ajutorul formulei:

2

2 NUFF vSCR ⋅⋅⋅=ρ

[N]

ρ - densitatea lichidului, în [Kg/m3], US - suprafaţa imersă (udată) a navei, în [m2], Nv - viteza de deplasare a navei, în [m/s] iar FC - coeficient adimensional al rezistenţei de frecare, a cărui valoare depinde de viteza navei. O mare importanţă îl are gradul de rugozitate al suprafeţei udate a navei, ce influenţează într-o mare măsură rezistenţa de frecare. Bordajul prezintă denivelări datorate îmbinărilor sudate ale tablelor, a caplamalelor etc., denivelări ce introduc un mare grad de rugozitate a suprafeţei imerse. Rugozitatea bordajului se accentuează în mod deosebit în timpul exploatării navei din următoarele cauze:

- distrugerea piturii - coroziunea tablelor (ruginirea) - depuneri de alge marine şi scoici (aşa numita „barbă”)

În scopul micşorării rezistenţei de frecare a navei, se urmăreşte să se execute suprafeţe cât mai netede ale corpului. Aceasta se poate realiza prin „carenaje” periodice, adică curăţarea „bărbii” şi folosirea de pituri speciale antivegetative, ce conţin substanţe otrăvitoare împotriva microorganismelor marine (pituri self-polishing). O altă metodă de înlăturare a coroziunii bordajului se realizează prin folosirea protecţiei catodice, ce constă în aplicarea pe bordaj a unei tensiuni electrice ce micşorează viteza de coroziune electrochimică a metalelor. 11.4. REZISTENŢA DE FORMĂ (TURBIONARĂ) Interacţiunea dintre stratul limită al unei nave şi curentul exterior este mai accentuată în zona de desprindere de bordaj a stratului limită. Acest fenomen este ilustrat în figura 11.4. de mai jos, ce prezintă curgerea lichidului de-a lungul unei suprafeţe curbilinii, după punctul M de presiune minimă.

Figura 11.4. Desprinderea stratului limită în cazul curgerii lichidului de-a lungul unei suprafeţe curbilinii, din zona posterioară a unui corp Începând din M presiunea creşte, viteza scade şi ca urmare energia cinetică se micşorează continuu. În stratul limită, pierderile de energie cinetică sunt mai mari decât în curentul exterior, deoarece se adaugă efectul de frânare al forţelor de frecare. În


momentul când energia cinetică se consumă integral, particulele de lichid se opresc, ca după aceea, sub acţiunea căderii inverse de presiune, aceste particule să înceapă să se deplaseze în sens invers. Particulele cele mai îndepărtate de bordaj, care au viteze mai mari vor continua să se deplaseze în sensul iniţial de mişcare. Se formează astfel în stratul limită două curente de sens opus, al căror efect se manifestă prin îndepărtarea bruscă a liniilor de curent şi transformarea stratului limită în turbioane. Punctul în care particulele de lichid se opresc se numeşte punct de desprindere. În acest punct derivata parţială ( ) 0/ 0 =∂∂ =yyv adică axa y este tangentă la profilul vitezelor. După acest punct, diagrama vitezelor prezintă o buclă aparte, iar derivata ( ) 0/ 0 <=∂∂ yyv . Fenomenul de desprindere a turbioanelor influenţează asupra valorii presiunii la pupa, care rămâne mai mică decât cea din prova navei. Cu cât dâra de vârtejuri este mai lată cu atât rezistenţa de presiune este mai mare. Deplasarea spre pupa a punctului de desprindere D duce la micşorarea valorii lui RP. Rezistenţa de formă se determină pe cale experimentală. Valoarea rezistenţei turbionare depinde în special de forma corpului navei: forma optimă este cu bordul de fugă ascuţit (pupa) şi cu prova rotunjită. Ca procent din rezistenţa totală, rezistenţa de formă este mică pentru o navă cu o carenă bine profilată:

11.5. REZISTENŢA DE VAL Rezistenţa de val este definită de forţa care se opune mişcării datorită formării valurilor de către navă şi este cauzată de modificarea distribuţiei presiunii pe suprafaţa udată a carenei. Ea apare în cazul mişcării navei la suprafaţa apei sau la imersiune mică. La viteze mari ale navei, ea capătă ponderea cea mai însemnată din rezistenţa totală la înaintare. Pentru navele cu zonă cilindrică mare (cazul frecvent al navelor comerciale), valurile se formează în locurile unde au loc cele mai importante modificări în scurgerea fluidului în jurul navei. Orice navă creează un sistem tipic de valuri proprii ce contribuie la rezistenţa totală la înaintare. Sistemul de valuri proprii se descompune într-un sistem primar, respectiv unul secundar de valuri: 1. Sistemul primar de valuri – Într-un fluid ideal fără vâscozitate, o carenă de navă tractată în imersiune completă nu va întâmpina nici o rezistenţă din partea mediului (paradoxul lui D’Alembert). Curgerea va fi încetinită în extremităţile prova şi pupa ale navei şi mult mai rapidă în zona cuplului maestru. În mod corespunzător, presiunea va fi maximă în zona extremităţilor navei atingând într-un punct o presiune de stagnare iar presiunea de la cuplul maestru va fi minimă (Figura 11.5.).


Figura 11.5. Sistemul primar de valuri 2. Sistemul secundar de valuri – La suprafaţa liberă a apei, nava produce un model tipic de val care se deplasează în aval şi care va crea o rezistenţă la înaintare, chiar în cazul unui lichid ideal fără vâscozitate. Acest model de val este format din:

Valuri transversale şi Valuri divergente.

O altă clasificare a sistemului secundar de valuri generate de mişcarea navei se poate face pe grupe:

Sistemul sau grupa valurilor prova Sistemul sau grupa valurilor pupa.

Atât sistemul valurilor prova cât şi cel al valurilor pupa este format din valuri divergente şi transversale (Figura 11.6.). Sistemul de valuri prova începe cu puţin înapoia etravei, iar cel pupa se formează cu puţin înaintea etamboului. În apă adâncă, valurile divergente, de prova şi pupa, au crestele scurte şi sunt dispuse în şiruri separate, fronturile lor formând unghiul α = 18....20° cu planul diametral al navei. Acest unghi este independent de forma carenei navei şi de viteza de marş. În situaţia navigaţiei în ape cu adâncimi limitate, semiunghiul prova al valurilor transversale prova şi pupa atinge valori de 90º (la numere Froude Fn=1), urmând ca odată cu creşterea vitezelor supercritice (Fn>1,0) valoarea semiunghiului să scadă din ce în ce mai mult.

Figura 11.6. Sistemul secundar de valuri La viteze mici de deplasare a navei, se disting numai valurile divergente. La viteze mari, apar şi cele transversale, care sunt cu atât mai pronunţate cu cât deplasarea este mai rapidă.

α ≅


Valurile transversale de prova şi de pupa care interferează între ele, conduc la un val cu caracteristici noi, care apare în zona unde există schimbări majore în geometrie în apropierea suprafeţei apei, ca de exemplu la bulbul prova şi la pupa navei. Rezistenţa de val nu poate fi determinată cu exactitate prin simple relaţii empirice. Ea se măsoară de obicei în cadrul testărilor din bazine a modelelor de navă. Cu toate că eforturile de a calcula rezistenţa de val cu ajutorul metodelor teoretice datează de mai bine de un secol, problema nu este încă rezolvată complet în mod satisfăcător. Interferenţa valurilor transversale prova şi pupa Interferenţa reprezintă fenomenul ce apare ca urmare a întâlnirii valurilor transversale prova cu cele pupa. Valurile divergente, indiferent de viteza navei, nu interferează.

Lungimea de val se noteaza cu λ si variază cu pătratul vitezei navei: gvN /2 2⋅⋅= πλ . Interferenţa valurilor transversale influenţează curba de variaţie a rezistenţei, în sensul că în anumite intervale, RW creşte mai repede, iar în altele mai încet, în comparaţie cu legea sa medie. Dacă după interferenţa valurilor creşte nivelul apei la pupa, atunci se produce o creştere a presiunii şi o micşorare a rezistenţei de val, caz în care viteza şi lungimea navei sunt denumite optime.

Figura 11.7. Formarea sistemului de valuri transversale prova şi pupa Distanţa L’ se numeşte lungimea de formare a valurilor şi depinde de lungimea la plutire LWL , viteza navei vN şi formele geometrice ale navei. Valul rezultat la pupa, în urma interferenţei, determină modificarea distribuţiei presiunii suplimentare (presiunea de la prova este mai mare ca cea de la pupa). Astfel, va apare o forţă de presiune orientată de la prova spre pupa care reprezintă rezistenţa de val. În practică, se întâlnesc două cazuri de interferenţe:

1. Interferenţa rezultată din suprapunerea golului valului pupa cu creasta valului prova. Valul rezultat are o înălţime mică, nesemnificativă.

2. Interferenţa ce rezultă din suprapunerea golului valului pupa cu golul valului prova. Golul de val rezultat are o înălţime considerabilă.

În cel de-al doilea caz, diferenţa de presiune prova – pupa este mai mare, de unde rezultă o rezistenţă de val mai mare. Cazul doi reprezintă interferenţă nefavorabilă şi conduce la o rezistenţă de val maximă. În practica navală, se utilizează noţiunile de viteză optimă şi neoptimă, unde prin viteză optimă se înţelege viteza navei ce asigură o interferenţă favorabilă a valului prova cu cel pupa. De aceea, pentru o rezistenţă minimă de val este necesară stabilirea unei game de viteze optime de exploatare. Dacă viteza de exploatare este impusă de armator (caz frecvent în construcţiile navale) atunci trebuie stabilite valori corespunzătoare pentru LWL în vederea obţinerii unei interferenţe favorabile. Numerele Froude nefavorabile trebuie astfel evitate.


Lungimea trebuie variată cu aproximativ o jumătate de lungime de undă (λ/2), dar de obicei, astfel de distorsiune nu este compatibilă nici cu caracteristicile cerute şi nici justificată economic: puterea motorului principal va scădea odată cu lungirea navei, la deplasament şi viteză constante. In practică, pentru micşorarea rezistenţei de val, se foloseşte bulbul prova.

Va rezulta o reducere a rezistenţei de val cu aproximativ 15%. Rezistenţa de val nu are o valoare semnificativă la o navă ce se deplasează cu viteză mică (sub 14 Nd), dar capătă valori semnificative până la 40% din rezistenţa la înaintare la navele rapide, cu viteze în gama 16 – 25 Nd. 11.6. REZISTENŢA SUPLIMENTARĂ LA ÎNAINTARE

Rezistenţa la înaintare suplimentară R S , reprezintă o fracţiune din rezistenţa la înaintare totală şi este determinată de interacţiunea dintre apă şi apendici, de acţiunea valurilor mării respectiv a aerului atmosferic asupra corpului navei, la deplasarea acesteia cu o anumită viteză.

R S = R AP +R AA +R VM Rezistenţa apendicilor RAP Este creată de vâscozitatea fluidului, de volumul şi forma apendicilor navei care sunt, de fapt, cârmele, bulbul, suporturile liniilor de axe, ştuţuri amplasate pe opera vie, zincuri, chilele de ruliu etc. Rezistenţa apendicilor se determină prin suflarea în tunele aerodinamice. Rezistenţa datorată apendicilor poate ajunge la 10 – 15 % din rezistenţa totală la înaintare şi chiar mai mult în cazul submarinelor (20 – 40%). Pentru a micşora rezistenţa apendicilor, se adoptă din construcţie o formă raţională a apendicilor şi o dispunere judicioasă a lor pe corp. Rezistenţa aerului RAA Rezistenţa aerului acţionează asupra operei moarte, a suprastructurii navei şi asupra diferitelor instalaţii de punte, când nava se află în mişcare şi reprezintă doar un mic procent, în jurul a 3%, din rezistenţa totală. Valoarea RAA poate creşte foarte mult în condiţii de vânt puternic, când acesta suflă din sectorul prova, sub un unghi ε = 0 - 30°. În ipoteza unei atmosfere calme, rezistenţa la înaintare datorate aerului este foarte redusă. Relaţia de determinare este:

TN

aerAA Av

CR ⋅⋅

⋅=2

2ρ


unde Caer este un coeficient adimensional determinat pe cale experimentală, în tunele aerodinamice. Pentru navele fluviale şi cele de pasageri cu suprastructuri aerodinamice, coeficientul Caer = 0,4....0,5 iar pentru nave fluviale de pasageri cu suprastructuri obişnuite Caer = 0,8....0,9. Ca măsură de reducere a rezistenţei, este necesar ca suprastructurile să aibă o bună formă aerodinamică (ex. coşurile de fum de la MP au forma eliptică sau ovală şi nu rectangulară). Rezistenţa valurilor create de vânt RWM Pe timpul unei furtuni, viteza navei scade simţitor. Această componentă a rezistenţei suplimentare are deosebită importanţă pentru navele cu viteză mică de marş. Micşorarea vitezei se datorează:

- creşterii rezistenţei la înaintare ca urmare a existenţei valurilor; - creşterii rezistenţei aerului asupra operei moarte şi a suprastructurii; - micşorării randamentului propulsoarelor; - imposibilităţii folosirii integrale a puterii mecanismelor.


TTEEOORRIIAA,, CCOONNSSTTRRUUCCŢŢIIAA ŞŞII VVIITTAALLIITTAATTEEAA NNAAVVEEII CCUURRSSUULL 1122 12.1. INSTALAŢII DE PROPULSIE 12.2. CLASIFICAREA PROPULSOARELOR 12.3. ELICEA NAVALĂ. CARACTERISTICI GEOMETRICE 12.1. INSTALAŢII DE PROPULSIE Pentru învingerea rezistenţei la înaintare RT generate la deplasarea navei în regim de marş este necesară aplicarea unei forţe egale şi de sens contrar, numită tracţiune (împingere). Tracţiunea este generată de un aparat numit propulsor, ce consumă putere de la o instalaţie de forţă, ce poate fi interioară sau exterioară navei. Instalaţiile de forţă (de propulsie) de la bordul unei nave sunt:

A. Instalaţii de forţă cu abur B. Instalaţii de forţă cu gaze C. Instalaţii de forţă cu motoare cu ardere internă D. Instalaţii de forţă cu motoare electrice şi E. Instalaţii de forţă atomice.

A. Instalaţii de forţă cu abur Funcţie de maşina principală de propulsie, instalaţiile de forţă cu abur (IFA) pot fi: Maşini alternative de abur cu piston (MAAP) sau Turbine cu abur (TA). • IFA foloseşte destinderea aburului produs de generatorul de abur GA în interiorul unei maşini principale (MAAP sau TA) şi îl transforma în lucru mecanic. Randamentul efectiv al IFA este scăzut (22....30)%. • Schema de principiu a unei IFA: 1-generator de abur (GA), numit şi căldare navală 2- maşina principală cu abur (MAAP sau TA) 3- ax portelice 4- propulsor 5-condensator, răcit cu apă de mare 6- pompă extracţie condens 7- başă 8- pompă alimentare căldare 9- preîncălzitor apă de alimentare • Principiu de funcţionare al unei IFA: Apa din căldarea (1) se încălzeşte, începe vaporizarea, iar aburul obţinut se transformă treptat din abur saturat umed în abur saturat uscat. Acesta intră în maşina principală (2)


unde se destinde, acţionând asupra pistonului (MAAP) sau paletelor (TA), şi produce lucru mecanic, necesar acţionării elicei (4) prin axul portelice (3). Aburul destins este evacuat într-un condensator K (5) unde prin schimb de căldură cu temperatura apei de mare devine apă = condens. Condensul este aspirat de pompa (6) şi trimis în başa (7) unde se filtrează mecanic şi chimic. Din başă, pompa de alimentare (8) a căldării aspiră apa şi o refulează la presiune mare în căldare. Inainte de GA, apa e trecută printr-un schimbător de căldură PI (9) pentru a-şi mări temperatura, preluând căldură de la aburul prelucrat în instalaţiile auxiliare. Instalaţiile auxiliare livrează aburul necesar altor necesităţi decât propulsia, cum ar fi:

- instalaţia de încălzire cabine - instalaţia de încălzire tancuri de combustibil - instalaţia de apă tehnică (apă caldă bucătării) - suflare valvule Kingstone la instalaţia de balast - acţionare mecanisme de punte la navele tancuri petroliere etc.

Generatorul de abur este deservit şi de o instalaţie de aer (ce asigură procesul combustiei printr-un ventilator acţionat de electromotor, TA sau TG) şi una de combustibil. Instalaţia de combustibil e compusă din tancuri de comb., tubulaturi, filtre reci, pompe combustibil (de regulă cu roţi dinţate), preîncălzitor de combustibil, filtru cald şi pulverizatoare. MAAP – Maşina Alternativă de Abur cu Piston

• Nu se mai regăsesc la navele actuale ca maşini principale de propulsie. In prezent sunt instalate la bordul tancurilor petroliere ca maşini auxiliare, datorită siguranţei deosebite ce o au în prezenţa atmosferelor inflamabile. Sunt folosite cu predilecţie pentru antrenarea mecanismelor de punte (vinciuri, cabestane etc.) şi a pompelor de marfă, de strip etc.

• Prima MAAP a fost construită în 1807 şi avea 18 CP. Ca observaţie, Titanicul avea 2 MAAP pentru propulsie ce dezvoltau câte 16.000 CP (un exemplu de MAAP cu triplă expansiune ca cele de la bordul Titanicului, în imaginea de mai jos).

• Avantajele MAAP în comparaţie cu celelalte instalaţii de forţă:

- schimbarea rapidă a sensului de mers al motorului principal de propulsie - timp foarte scurt (5 min) de punere la cald şi funcţionare al motorului

principal. • Dezavantajele MAAP constau în:

- putere dezvoltată mică - gabarit mare şi centru de greutate ridicat


- consum specific de combustibil mare (0,74 g/kWh) – cel mai ridicat în comparaţie cu celelalte instalaţii de propulsie.

- randament efectiv cel mai scăzut 16.....20%. • Principiu de funcţionare al unei MAAP:

1- cilindru 2- piston 3- canal introducţie 4- orificiu evacuare abur 5- cameră de distribuţie 6- sertar 7- tijă piston

8- cap cruce 9- tija sertar 10- bielă MAAP 11- bielă sertar 12- manivelă arbore cotit 13- excentric

Imaginea prezintă momentul de introducţie maximă a aburului (sertarul are poziţia extremă, iar pistonul poziţia medie). Ambele canale sunt descoperite. Prin rotirea A.C., pistonul continuă să se deplaseze spre dreapta (în realitate în jos). Aburul lucrat, din ciclul anterior, va fi evacuat prin canalul 4, iar sertarul începe să se deplaseze în sens opus (spre stânga), acoperind la un moment dat canalele. Etanşarea sertarului pe canale este asigurată de presiunea aburului de admisie. In acest moment, procesul de introducţie al aburului este întrerupt. Prin rotirea în continuare a A.C., sertarul se deplasează, procesul fiind reluat cu un nou ciclu. TA – Turbina cu Abur

• Turbina cu abur (TA) este o maşină de forţă ce transformă energia acumulată în aburul produs de o caldarină (energie termică) în energie mecanică, prin intermediul unor palete în mişcare de rotaţie. Este folosită la navele foarte rapide (distrugătoare) sau la cele de puteri mari (peste 50.000 CP).

• Ansamblul ajutajelor (al reţelelor de palete) ce servesc la transformarea en. potenţiale EP a aburului în en. cinetică EC poartă numele de STATORUL turbinei, iar ansamblul paletelor solidare cu arborele, al pieselor ce execută mişcare de rotaţie în jurul axului poartă numele de ROTORUL turbinei. Elementele fixe ale unei TA sunt: carcasa. postamentul, lagărele, diafragmele şi ajutajele, iar elementele mobile ale TA sunt: paletele mobile, discurile rotorului, arborele, cuplajele şi virorul.

• Avantajele TA în comparaţie cu celelalte instalaţii de forţă: - uzura extrem de mică a pieselor ce compun o turbină cu abur - compartiment maşină redus, datorită gabaritului mai mic al grupului de

turbine, în comparaţie cu MAAP - posibilitatea realizării de turaţii şi puteri foarte mari.

• Dezavantajele TA constau în:


- consum specific de combustibil mediu (0,40 g/kWh) - turaţia mare impune folosirea unui reductor pentru propulsie - randament efectiv redus 25.....30% - la mers înapoi, puterea generată scade cu 30% faţă de cea dezvoltată la

mers înainte. • Principiu de funcţionare al unei TA:

1- Racord intrare abur 2- Etanşare exterioară 3- Lagăr de sprijin 4- Rotor 5- Canal inelar 6- Carcasă 7- Ajutaje 8- Palete mobile 9- Racord ieşire abur 10- Diafragme

Aburul intră în turbină prin racordul de intrare (1), repartizând-se prin canalul inelar (5) la unul sau mai multe ajutaje (7). Interiorul carcasei TA e împărţit în mai multe compartimente de presiuni diferite prin nişte pereţi numiţi diafragme (10). În aceste diafragme, perpendicular pe axul de rotaţie, sunt fixate pe un cerc concentric ajutajele (7). In timpul trecerii prin ajutaje, aburul se destinde mărindu-şi viteza, fiind apoi dirijat către paletele mobile (8), fixate pe discuri ale rotorului. Rotorul se pune astfel în mişcare, producând energie cinetică. B. Instalaţii de forţă cu gaze In acest caz, maşina principală de propulsie este o Turbină cu gaze (TG).

• Turbina cu gaze (TG) este o maşină de forţă ce funcţionează după ciclul Joule. Este folosită în special la navele militare (putere specifică mare şi greutate mică) sau în industria aeronautică.

• Agentul motor la TG navale îl reprezintă de regulă gazele de ardere de la motorul principal. Componentele de bază ale unei TG sunt: turbina, camera de ardere (de combustie) şi compresorul. Turbina, ca şi în cazul TA, poate fi radială, axială, cu acţiune sau cu reaţiune, monoetajată sau multietajată.

• Avantajele TG în comparaţie cu celelalte instalaţii de forţă: - pornirea rapidă chiar cu motoarele reci (max.5 min) - consumul redus de apă - putere dezvoltată mare şi turaţii ridicate - înlocuirea cu uşurinţă a motorului - lipsa vibraţiilor în funcţionare - greutate şi dimensiuni medii.

• Dezavantajele TG constau în: - consum specific de combustibil mediu spre mare(0,50 g/kWh) - preţ de cost ridicat - turaţia mare impune folosirea unui reductor-inversor. - randament efectiv mediu 25.....35%


- la mers înapoi, puterea generată scade cu 30% faţă de cea dezvoltată la mers înainte.

• Principiu de funcţionare al unei TG:

Aerul atmosferic este comprimat la presiune înaltă în compresor şi trimis apoi în camera de ardere. In camera de combustie este injectat combustibil (la avioane sau elicoptere kerosene, propan sau gaze naturale). La nave, gazele de ardere sunt rezultate în urma procesului de ardere al motorinei sau păcurii din cilindru motor. Combustibilul este ars rezultând gaze de ardere de înaltă presiune şi viteză. Turbina transformă energia gazului în energie cinetică de rotaţie a paletelor. La ieşirea din turbină (grup turbocompresor) gazele sunt dirijate pe coloane către coş. C. Instalaţii de forţă cu motoare cu ardere internă In acest caz, maşina principală de propulsie este un motor Diesel navalizat.

• Motoarele Diesel sunt cele mai răspândite în industria navală. La bordul navelor comerciale, există în general două tipuri:

- lente (în 2 timpi), cu turaţia n = 60....150 rot/min. Acestea sunt direct cuplate cu elicea (nu necesită reductor) şi sunt reversibile (nu necesită inversor).

- semirapide (în 4 timpi), cu turaţia n = 160....1000 rot/min. Acestea nu sunt direct cuplate cu elicea (posedă reductor) şi sunt ireversibile (au şi inversor).

• Avantajele MAI în comparaţie cu celelalte instalaţii de forţă: - cel mai bun randament efectiv (40....55)% (în special cele lente) - consum specific de combustibil scăzut (0,150 g/kWh) - timp relativ scurt pentru pregătirea motorului pentru lnsare - asigură autonomie mare navelor - nivel relativ scăzut dal temperaturii în CM

• Dezavantajele MAI constau în: - preţul de cost pentru construcţie este ridicat - gabaritul mare al motorului - zgomot (la cele semirapide) şi vibraţii în funcţionare - motoarele semirapide sunt retenţioase în exploatare.


12.2. CLASIFICAREA PROPULSOARELOR În funcţie de principiul de acţionare, propulsoarele pot fi divizate în două mari categorii, şi anume:

• Propulsoare active - vela care funcţionează în regim portant cu vânt din pupa şi ca aripă de avion (navigaţie în depresiune) cu vânt prova;

• Propulsoare reactive – se bazează pe principiul acţiunii şi reacţiunii. Acestea deplasează o masă de apă în sens opus înaintării navei. Aici se încadrează majoritatea propulsoarelor navale utilizate în prezent.

O clasificare sumară a propulsoarelor reactive poate fi făcută ţinând cont de principiul de funcţionare. Astfel, propulsoarele se clasifică în:

1. Roata cu zbaturi (Paddle wheels sau steam paddle) 2. Propulsorul cu aripioare Voith-Schneider 3. Propulsorul azimutal Schottel 4. Propulsorul cu reacţie sau cu jet (waterjet propeller) 5. Propulsorul magneto-hidro-dinamic 6. Elicea navală.

1. Roata cu zbaturi • Navele dotate cu acest tip de propulsor au jucat un rol hotărâtor în trecut în segmentul

navelor fluviale. În prezent sunt înlocuite de propulsoarele cu jet de apă. Mai se regăsesc pe Mississippi sau Elba ca muzee sau cu întrebuinţare exclusiv turistică.

• Roata cu zbaturi este un propulsor rotativ cu ax orizontal-transversal • Zbaturile sunt de două feluri: rigide sau articulate • Amplasarea roţilor cu zbaturi poate fi făcută în zona centrală (side-wheeler) sau la pupa

(stern-wheeler). Cele cu roata în zona centrală au manevrabilitate crescută, nava putând manevra numai cu o roată, cealaltă fiind blocată.


• Avantajele acestui propulsor: - constanţă în funcţionare, indiferent de adâncimea apei - pot fi folosite în ape puţin adânci (fluvii, delte etc.)

• Dezavantajele constau în: - randamentul total este scăzut în comparaţie cu alte propulsoare - sunt foarte sensibile la navigaţia pe mare agitată - la ruliu funcţionează defectuos.

2. Propulsorul cu aripioare Voith Schneider • Este un propulsor rotativ cu ax vertical. Funcţionează la turaţii reduse (la aprox. 25% din turaţia unei elice navale de mărime comparabilă). • Acest tip de propulsor este folosit la navele cu manevrabilitate ridicată (remorchere de manevră etc.) şi la nave la care tracţiunea azimutală se poate modifica rapid (nave de foraj cu poziţionare dinamică, nave de cercetări oceanografice etc.). • Este alcătuit dintr-un platou rotativ în care sunt articulate pale cu axul de rotaţie vertical. În timpul rotaţiei unghiul de atac al palei este variabil fiind comandat de un excentric prin bielete. Pentru a genera împingere, fiecare pală verticală execută o mişcare oscilatorie în jurul axei verticale proprii.

• Avantajul major al acestui tip de propulsor este că produce tracţiune azimutală (aprox. 360 grade), printr-o simplă deplasare a excentricului. Dacă excentricul are o poziţie axială cu butucul, tracţiunea este nulă. Deplasându-l spre prova, tracţiunea se orientează spre prova. 3. Propulsorul azimutal Schottel • Este de fapt o elice montată pe o coloană verticală rotativă. Prin rotirea elicei în jurul axului vertical, în timpul funcţionării, tracţiunea devine azimutală (orice direcţie). • Acest tip de propulsor este folosit la nave ce necesită manevrabilitate crescută (remorchere) sau nave ce necesită simplitate constructivă: bacuri, nave tehnice. In plus, apar şi la navele rapide sau cele ce navigă în ape cu adâncime limitată. • Elicea este antrenată de motorul fix din interiorul navei prin transmisia în Z din cele două trunchiuri conice. De obicei, elicea este situată într-o duză, astfel se combină elicea şi cârma într-o singură instalaţie ce se poate roti cu 360 grade.


1- arbore orizontal de antrenare 2- grup conic superior 3- roată de antrenare coloană 4- coloană 5- arbore vertical de antrenare 6- lagăr 7- grup conic inferior 8- gondolă 9- arbore portelice 10- fundul navei 11- pala elicei 12- motor rotire

4. Propulsorul cu reacţie (cu jet) • Este alcătuit dintr-o pompă axială ce aspiră apa de sub navă şi o refulează prin pupa cu viteză mare în aer, în sens opus mişcării. Astfel se dezvoltă o forţă de reacţie care reprezintă forţa de propulsie aplicată navei.

• Este folosit la navele rapide, pentru pescaje reduse sau la cele la care din motive constructive nu se poate monta alt tip de propulsor (de ex. aripi portante). Unul din principalele avantaje îl reprezintă zgomotul şi vibraţiile reduse în comparaţie cu celelalte propulsoare. In plus, manevrabilitatea este deosebită iar faptul că nu poate fi supraturat înseamnă o durată de viaţă mai lungă. 5. Propulsorul magneto-hidro-dinamic • Din p.d.v. constructiv, poate fi: cu electrozi sau cu inducţie. Propulsorul cu inducţie se bazează pe principiul motorului liniar, pentru a evita zgomotul bulelor degajate. • Acest tip de propulsie este întâlnită la bordul submarinelor nucleare. Avantajul major este că este foarte silenţios, nivelul de zgomot fiind mult mai redus dcât în cazul elicelor.


• Dacă într-o zonă oarecare coexistă un câmp electric şi unul magnetic, coplanare şi perpendiculare unul pe celălalt şi injectăm în zona respectivă un fluid conducător de electricitate (apă de mare), sub influenţa celor două câmpuri, purtătorii de sarcină se vor deplasa după regula mâinii stângi (forţa Lorenz). • Pentru a obţine un randament acceptabil, electromagneţii sunt criogenici (superconductori). Dezavantajul este că electromagneţii trebuie răciţi cu azot lichid sau chiar heliu. Un alt dezavantaj apare datorită electrolizei apei (apariţi bulelor de O2 şi H2) evacuate prin tub. Aceasta se produce datorită câmpului electric aplicat. 6. Elicea navală • Este cel mai răspândit propulsor naval, datorită randamentului acceptabil pentru o gamă largă de viteze (η = 0,40...0,60).Reprezintă un propulsor rotativ cu ax longitudinal orizontal, amplasat la pupa şi acţionând propulsiv prin împingere. Elementul ce realizează tracţiunea se numeşte pala elicei . În acest scop, elicele au între 2...8 pale. Numărul de pale este z. Pentru navele mari, z = 4..7 pale, iar la ambarcaţiuni z = 2...4 pale. • Elicele care se rotesc în sensul acelor de ceasornic, văzute din pupa se spune că au „pas dreapta”. La navele cu două propulsoare pupa elicea din Tribord e de obicei cu „pas dreapta” iar cea din babord este „pe stânga”. Astfel, elicele au sens de rotaţie opus, spre afară. • La navele moderne de tipul portcontainere, ferryboat, spărgătoare de gheaţă, elicele pot fi dispuse şi la prova pentru a spori manevrabilitatea. Ele se numesc bow thrustere şi crează depresiune sub prova navei. 12.3. ELICEA NAVALĂ. CARACTERISTICI GEOMETRICE Elicea este cel mai răspândit tip de propulsor naval. Din p.d.v. constructiv, orice elice este alcătuită din:

- Butuc. Acesta este fixat prin pană sau presat pe arborele portelice şi pus în legătură cu arborele motor (A.C. al MP) prin intermediul liniei de axe. El preia mişcarea de rotaţie a arborelui portelice.

- Pe butuc sunt fixate rigid sau articulat un număr de pale ale elicei. Elicele care au palele rigide, fixe se numesc E.P.F., respectic cele cu palele articulate elice cu pale variabile E.P.V.

La E.P.V., schimbarea sensului de marş al navei se face numai prin reglarea unghiului palelor, fără a schimba sensul de rotaţie al elicei. Dezavantajul E.P.V. constă în construcţia complicată şi siguranţă mică în exploatare


Geometria elicei: Geometria complexă a unei elice navale este caracterizată în principal de următorii parametrii:

1. Diametrul elicei D – este diametrul circumferinţei descrise de vârfurile palelor (D = 2R, R este raza elicei). Are valori cuprinse între 3...10 metri funcţie de dimensiunile navei. Depinde în principal de pescajul T al navei.

2. Diametrul butucului d – în general are valoarea d = 0,2 R. Partea palei alăturată butucului se numeşte rădăcină, iar iar partea exterioară vârf.

3. Numărul de pale z – este un parametru important din p.d.v. al vibraţiilor induse de elice. În general un număr impar de pale induce vibraţii mai scăzute decât elicele cu nr. par de pale. Un număr crscut de elice reduce de asemenea problema vibraţiilor, dar măreşte preţul de cost. Numărul de pale z nu trebuie să fie un divizor comun al numărului i de cilindrii ai MP.

4. Raportul de disc θ = AE/A0 – la navele comerciale, valorile uzuale sunt cuprinse între 0,4....1,2. AE este aria suprafeţei desfăşurate a palei, iar A0 este aria discului elicei. Valorile mari corespund navelor rapide iar cele mici navelor lente.

5. Pasul geometric P – este distanţa măsurată pe generatoarea dintre 2 spire succesive ale elicoidei, altfel spus este distanţa în sens axial cu care avansează curba elicoidă la o rotaţie completă în jurul axului său geometric.

Fie o linie AB perpendiculară pe AA’. AB execută o mişcare de rotaţie în jurul lui AA’ cu viteză unghiulară uniformă şi în acelaşi timp o mişcare de translaţie în lungul lui AA’ cu viteză constantă. AB va forma astfel o suprafaţă elicoidală. Pasul P este chiar distanţa AA’. Pasul poate fi constant sau variabil şi se spune că elicea este cu pas fix respectiv variabil.

6. Raportul de pas P/D – are valori cuprinse în gama 0,6....2,0. 7. Forma în plan a palei elicei poate fi:

• Simetrică (elice Gawn) • Asimetrică (Wageningen) • Tip Kaplan cu vârful retezat – la elicele montate în duze. Pala este simetrică:

• Cu skew – elice cu pala întoarsă inapoi • Supercavitantă – bordul de atac este curb iar cel de fugă este retezat rectiliniu.


TTEEOORRIIAA,, CCOONNSSTTRRUUCCŢŢIIAA ŞŞII VVIITTAALLIITTAATTEEAA NNAAVVEEII CCUURRSSUULL 1133 –– CCOONNSSTTRRUUCCŢŢIIAA NNAAVVEEII 13.1. EXTREMITATEA PROVA A NAVEI 13.2. EXTREMITATEA PUPA A NAVEI 13.3. SISTEME DE OSATURĂ. ELEMENTE COMPONENTE ALE CORPULUI 13.4. SISTEM TRANSVERSAL DE OSATURĂ 13.5. SISTEM LONGITUDINAL DE OSATURĂ 13.1 EXTREMITATEA PROVA A NAVEI Prova navei este închisă de o construcţie metalică numită ETRAVĂ. Din punct de vedere al formei etravele sunt de mai multe feluri:

• Etravă dreaptă (clasică)

• Etrava cu bulb

• Etrava eliptică

• Etrava tip spărgator de gheaţă

Din punct de vedere constructiv, etrava se clasifică în: Turnată (din fontă rezistentă) 1 Etrava masivă

Forjată (laminată la cald) 2 Etrava din tablă fasonată

1. Etrava masivă turnată 2. Etrava din tablă fasonată 3. Brachet 4. Varange 5. Carlinga centrală

6. Plafon dublu fund

7. Inveliş punte 8. Inveliş perete pic prova 9. Puţ lanţ 10. Inveliş plafon tanc 11. Stringher


Structura extremităţii prova este compusă din etrava masivă turnată ce prezintă pe partea ce se sudează la osatură o serie de nervuri ce delimitează nişte alveole. Nervurile sunt transversale, sudate cap la cap cu varangele şi există o nervură longitudinală ce se sudează în carlinga centrală. Deasupra liniei de plutire, intervine etrava de tablă întărită cu bracheţi. De etrava masivă se prind şi întăriturile orizontale care împreună cu varangele asigură transmiterea şocurilor de la etravă la osatură. 13.2 EXTREMITATEA PUPA A NAVEI Pupa navei este închisă de construcţia metalică numită ETAMBOU. Acesta reprezintă o structură ce susţine (la nave cu 1 elice sau număr impar de elice) cârma, şi reprezintă şi capătul de ieşire al tubului etambou. La navele cu număr par de elice el susşine doar cârma (dacă au cârma în P.D.). Din punct de vedere al formei, etamboul poate fi:

Închis: Deschis: Masiv Din punct de vedere constructiv, etamboul este Din table fasonate şi sudate

1. Etambou masiv 2. Bucşă ax cârmă 3. Varange 4. Diafragmă 5. Tub etambou

6. Bucşă presetupă ax portelice 7. Plafon DF 8. Inveliş fund 9. Perete pic pupa


Structura extremităţii pupa este compusă din etambou masiv de tip închis. Construcţia este similară cu etrava având nervuri longitudinale şi transversale ce se leagă de osatură prin sudură. Etamboul prezintă o decupare în care se introduce capătul pupa al tubului etambou. El asigură sprijinirea şi etanşarea axului portelice la unele etambouri apare şi sprijinirea cârmei într-un lagăr inferior (crapotină) şi o bucşă superioară. Zona picului pupa este foarte strâmptă şi greu accesibilă. 13.3 SISTEME DE OSATURĂ. ELEMENTE COMPONENTE ALE CORPULUI NAVEI

• Nava este o construcţie etanşă şi rigidă alcatuită în principal dintr-un înveliş care este rigidizat cu ajutorul osaturii.

• Invelişul poartă mai multe denumiri: învelişul fundului, bordajului, punţii. • GURNA este locul de îmbinare între bordaj şi fund, iar CENTURA reprezintă linia

de îmbinare punte - bordaj. Grosimea învelişului e variabilă şi depinde de distanţa de la fibra neutră. Invelişul punţii şi al fundului are grosimi mai mari, fiind solicitate la încovoiere.

• Construcţia învelişului este facută din file de tablă aşezate longitudinal. Gurna şi centura sunt şi ele întărite.

• OSATURA reprezintă un sistem de grinzi încrucişate care rigidizează învelişul navei şi care preia sarcinile ce acţionează asupra corpului.

• INVELIŞUL reprezintă partea constructivă a navei ce îmbracă osatura şi asigură etanşeitatea corpului navei, primeşte sarcinile exercitate de mediul extern pe care le transmite osaturii.

Osatura împreună cu învelişul alcatuiesc planşeele ortotrope (unghi de încrucişare = 90°)

- planşeele dispuse orizontal – longitudinal = punţi; - planşeele dispuse vertical – transversal = pereţi transversali; - planşeele dispuse longitudinal – vertical = pereţi longitudinali

Osatura se clasifică după numărul grinzilor pe cele două direcţii (longitudinală şi transversală):

- mai multe grinzi pe o direcţie = grinzi principale; - grinzi pe cealaltă direcţie = grinzi de încrucişare.

Grinzile de încrucişare sunt mai rezistente ca cele principale şi se execută din profile compuse în formă de „T” sau „L” în timp ce grinzile principale sunt continue (nu se întrerup în dreptul grinzilor de încrucişare) şi se execută din profile laminate (cornier sau profile cu bulb). Dacă inima profilului este înaltă, ea se rigidizează cu nervuri perpendiculare. Platbanda are o înălţime mai mică, dar grosimea mai mare ca inima. La ambele osaturi, la calculul modulului de rezistenţă, se consideră şi o fâşie din înveliş numită fâşie adiţională. Sisteme de osatură După direcţia grinzilor principale, osatura se grupează în patru sisteme:


1. Sistemul transversal; 2. Sistemul longitudinal; 3. Sistemul combinat; 4. Sistemul mixt. 1. Sistemul transversal

• grinzile principale formează cadre transversale • folosit la nave mici şi medii sau la navele mari în zona extremităţilor.

2. Sistemul longitudinal • direcţia grinzilor principale este paralelă cu planul diametral P.D. • folosit îndeosebi la nave mari care sunt puternic solicitate la încovoiere

longitudinală pe mare agitată • grinzile de încrucişare sunt transversale

3. Sistemul combinat

• un sistem longitudinal – transversal care se aplică în general navelor cu L < 200 m. • se caracterizeazăprin faptul că zonele puternic solicitate la încovoiere (puntea,

fundul) se construiesc în sistem longitudinal, iar celelalte zone (bordaj, punţi) în sistem transversal.

4. Sistemul mixt

• spre deosebire de sistemul combinat unde sistemul transversal şi sistemul longitudinal coexistă dar în zone diferite, acest sistem este format tot din sistem transversal şi longitudinal care coexistă în aceleaşi zone, de exemplu spre extremităţi

• în cadrul unor planşee ortotrope apar atât sistemul longitudinal cât şi cel transversal.

1. Etrava 2. Etambou 3. Inveliş fund 4. Inveliş bordaj 5. Inveliş punte principală 6. Inveliş punte teuga 7. Inveliş punte duneta 8. Inveliş punte castel central 9. Perete transversal etanş

10. Punte intermediară coridor 11. Platformă CM 12. Capac etanş gură de magazie 13. Roof timonerie 14. Ramă transversală gură magazie 15. Ramă longitudinală gură de magazie 16. Parapet 17. Plafon DF


Corpul navei constă într-un inveliş ce se închide la extremitatea prova cu o structură numită etravă iar la extremitatea pupa cu o structură numită etambou. In interior, corpul navei este rigidizat prin osatura, şi compartimentat prin pereţi transversali etanşi, punţi intermediare (în CM pot apărea platforme). Nava poate prezenta dublu fund DF. Nava prezintă şi suprastructuri peste puntea principală; acestea sunt construcţii etanşe care pot fi continue, pe toată lăţimea punţii sau doar pe o porţiune din aceasta (ex: rufuri, teuga, etc). La navele cu CM la centru, castelul este poziţionat central. La navele ce transportă mărfuri uscate, în puntea principală sunt practicate deschideri (guri de magazii); ele sunt mărginite de rame şi acoperite cu capace etanşe. 13.4 SISTEM TRANSVERSAL DE OSATURĂ In acest sistem grinzile principale formează cadre transversale. Grinzile principale poartă denumiri diferite după învelişul pe care-l rigidizează. Astfel:

• In zona fundului – VARANGE (apar şi la simplu şi la DF ); • In zona bordajului – COASTE; • In zona punţii – TRAVERSE sau semitraverse.

Imbinarea între grinzi se face:

• Intre varange şi coaste – GUSEU de gurnă;

• Intre coaste şi traversă – BRAŢOLI (gusee). Cadrele transversale sunt amplasate pe lungime la intervale bine definite; aceste intervale sunt considerate distanţele intercostale. Distanţa intercostală este variabilă pe lungime, micşorându-se la extremităţi. Coastele pot fi simple din profil laminat sau întărite (la 3 – 4 intervale de coastă) cu forma profilului „T”. Grinzile de încrucişare au secţiunea mărită şi au denumire specifică învelişului ce-l rigidizează:

• In zona fundului – CARLINGĂ (1 centrală şi 2 laterale); • In zona bordajului – STRINGHERI sau curenţi de bordaj; • In zona punţii – CURENŢI DE PUNTE.

Aceste grinzi de încrucişare sunt alcătuite tot din profile compuse.


SECŢIUNE TRANSVERSALĂ PRINTR-O NAVĂ TRANSPORT MĂRFURI USCATE

1. Inveliş fund; 2. Inveliş DF (plafon DF); 3. Carlingă centrală; 4. Carlingă laterală; 5. Varange cu inimă; 6. Varange etanşe; 7. Nervura de rigidizare; 8. Guseu de gurnă; 9. Stringher de bordaj; 10. Guseu simplu; 11. Coastă simplă; OBS. Dacă nava secţionată era un cargou, apărea o punte intermediară:

12. Traversă simplă; 13. Curent de punte; 14. Bracheţi; 15. Montant parapet (guseul parapetului) 16. Parapet (înveliş) 17. Copastie; 18. Traversă întărită; 19. Guseu întărit; 20. Coasta întărită; 21. Orificiu de uşurare.

Parapetul nu este sudat de bordaj ci prezintă un spaţiu liber. Motivul este ca acesta să nu participe la încovoierea longitudinală.


13.5 SISTEM LONGITUDINAL DE OSATURĂ

SECŢIUNE TRANSVERSALĂ PRINTR-UN PETROLIER CU DOI PEREŢI LONGITUDINALI

1. Inveliş fund; 2. Inveliş bordaj; 3. Inveliş punte; 4. Inveliş perete longitudinal; 5. Guseu; 6. Varange; 7. Carlingă centrală; 8. Carlingă laterală; In sistem longitudinal, grinzile principale sunt longitudinale şi se denumesc în funcţie de zona în care se amplasează. Ele sunt continue pe toată suprafaţa navei. Grinzile de încrucişare formează cadre întărite amplasate la 4 – 5 coaste fiind străbătute de decupări de formă specială. Guseele sunt rigidizate cu platbandă pe marginea liberă.

Sistem longitudinal de osatură

9. Coastă cadru; 10. Traversă cadru; 11. Longitudinală de bordaj; 12. Longitudinală de fund; 13. Longitudinală de punte; 14. Curent de punte; 15. Nervură de rigidizare.


TTEEOORRIIAA,, CCOONNSSTTRRUUCCŢŢIIAA ŞŞII VVIITTAALLIITTAATTEEAA NNAAVVEEII CCUURRSSUULL 1144 -- PPAARRTTIICCUULLAARRIITTĂĂŢŢII CCOONNSSTTRRUUCCTTIIVVEE AALLEE NNAAVVEELLOORR CCOOMMEERRCCIIAALLEE Prezentul curs prezintă câteva din particularităţile navelor comerciale prezentate în cursul 1 şi 2 (nave comerciale maritime). I. Nave maritime de transport mărfuri generale Cargouri mărfuri generale (engl. General dry cargo ships)– sunt nave destinate transportului diverselor categorii de mărfuri uscate ambalate (saci, lăzi, cutii, butoaie, bale etc.) sau neambalate. Caracteristicile acestui tip de navă:

Din punct de vedere constructiv, cargourile au de obicei 3....5 magazii de marfă în prova castelului şi 1 sau 2 dispuse în pupa castelului. În unele cazuri, toate magaziile de marfă sunt situate în prova castelului (vezi figura). Ca măsură de asigurare a nescufundabilităţii, magaziile de marfă sunt despărţite de pereţi transversali etanşi. Spaţiul de încărcare şi gurile de magazii sunt suficient de largi, capacele fiind mecanizate, cu acţionare electrică, hidraulică sau mecanică. Cargourile se caracterizează de asemenea şi prin numărul mare de punţi, de obicei 1...3 punţi.

Sistemul de osatură folosit este poate fi transversal sau mai rar combinat, prezentând următoarele particularităţi:

• Planşeele de fund pot fi cu simplu fund (sistem transversal de osatură) sau cu dublu fund (sistem longitudinal sau transversal de osatură)

• Planşeele de bordaj sunt construite numai în sistem transversal de osatură.

Figura 14.1. Secţiune longitudinală şi transversală printr-un cargou

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.

Punte teuga Puţul lanţului de ancoră Magazii superioare de marfă (coridor) Coloane pentru bigi Punte intermediară Castel Magazii inferioare de marfă (cală) Magazii de marfă pupa din interpunte Coloane bigi pupa Punte duneta Maşina cârmei Pic (tanc de asietă) pupa

13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24.

Cârmă Elice navală Tub etambou cu ax portelice Tancuri combustibil dublu fund Motor principal de propulsie Pereţi transversali etanşi Tancuri (comb. sau balast) dublu fund Tancuri laterale Pic (tanc de asietă) prova Bordaj Gură de magazie Punte principală


Nave frigorifice (engl. Reefers; Refrigerated ships) - Sunt nave de construcţie specială destinate pentru transportul produselor perisabile în stare proaspătă la temperaturi scăzute, prin refrigerare sau congelare. Constructiv, navele frigorifice se aseamănă cu cargourile pentru mărfuri generale, dar cu următoarele deosebiri:

- magaziile de marfă sunt mai mici; - pereţii sunt căptuşiţi cu izolaţii termice speciale (vată de sticlă etc.); - gurile de magazii sunt bine izolate termic şi mai mici ca dimensiuni; - instalaţiile frigorifice sunt de mare capacitate.

Volumul rezervat depozitării mărfii este un factor ce necesită o deosebită atenţie, ţinând cont de felul în care se depozitează marfa. In cazul refrigerării, marfa se stivuieşte până la o înălţime de 6 metri pentru a nu altera partea inferioară prin strivire, în timp ce, în cazul răcirii prin ventilaţie, aceasta se agaţă în cârlige speciale, având o distanţă de cel puţin 0,3 metri de punte pentru a permite circulaţia aerului. In general, agentul frigorific folosit este freon 12 (R-12), freon 22 (R-22). În prezent, în conformitate cu protocolul Montreal, se doreşte trecerea la o clasă de agenţi frigorifici ecologici ca de exemplu: R-410A, R-134 A sau R-409 C.

Figura 14.2. Secţiune longitudinală şi transversală printr-o navă frigorifică de 10.500 tdw

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Punte teuga Puţul lanţului de ancoră Gură de magazie izolată termic Granic Coş de fum Castel Compartiment maşini Punte duneta

9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16.

Cârmă Pic (tanc de asietă) pupa Tub etambou cu ax portelice Tancuri (comb.) dublu fund Tancuri (comb. şi balast) dublu fund Magazii frigorifice de marfă Tanc depozit (deep tank) combustibil Pic (tanc de asietă) prova

II. Nave maritime de transport mărfuri specializate II.1 Nave portcontainere (engl. Containerships) – nave specializate destinate transportului de containere.


Figura 14.3. Secţiune longitudinală şi transversală printr-o navă portcontainer

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Punte teuga Containere Capace guri de magazie Castel Coş de fum Cârmă Elice

8. 9. 10. 11. 12. 13.

Tub etambou cu ax portelice Compartiment maşini Tancuri (comb. şi balast) dublu fund Pic (tanc de asietă) prova Puţul lanţului de ancoră Cala

Caracteristicile acestui tip de navă sunt următoarele:

Majoritatea navelor portcontainer au magaziile de marfă dispuse în prova castelului, astfel încât puntea de navigaţie, compartimentul maşini sunt în pupa sau într-o poziţie apropiată de pupa (1/3 de la perpendiculara pupa).

Sistemul de osatură folosit este de obicei cel combinat. La portcontainerele mari, se foloseşte şi cel longitudinal.

Capacele gurilor de magazii sunt tip ponton, capabile să suporte greutatea containerelor ambarcate pe punte.

Magaziile au la interior o structură aparte, cu ghidaje ce permit stivuirea şi impiedică deplasarea containerelor.

Datorită suprafeţei velice mari, aceste nave au centru de greutate coborât. În plus, dispun de măsuri suplimentare de atenuare a oscilaţiilor de ruliu dure.

Capacitatea cargoului este exprimată în TEU (sau FEU „Foot Equivalent Units”) şi reprezintă numărul total de containere care pot fi transportate în cazul în care respectă dimensiunile standard. Containere pentru mărfuri uscate cu înălţimea de 8,5 picioare sunt comune, iar cele pentru mărfuri lichide, mărfuri refrigerate, materiale granulare pot avea înălţimi ce variază considerabil. Deoarece puntea trebuie să fie deschisă, gurile de magazie sunt foarte mari. După ce magaziile sunt încărcate cu containere, capacele gurilor de magazii sunt închise, peste acestea fiind aşezate alte containere care, prin capacitatea de încărcare câştigată, compensează de fapt utilizarea ineficientă a volumului interior (forma paralelipipedică a containerelor nu permite umplerea spaţiilor curbate de lângă bordaj). Containerele au dimensiuni standardizate (ISO): Lăţime: 8 picioare (2,435 m), Înălţime: 4, 8 sau 8,6 picioare (2,6 m) Lungime: 20” (6,055 m) sau 40” (12,19 m).


După 1990, există în operare şi containere cu lungimea de 45”. Greutatea maximă a containerului standard 20” x 8” x 8” este de 20,2 tone cu un volum de 30 m³, iar 40” x 8” x 8” este de 30,4 tone cu un volum de 63 m³. II.2. RO-RO (engl. Roll-on/Roll-off ships) – nave specializate destinate transportului de vehicule rutiere, pe roţi sau şenile, cu încărcare-descărcare pe orizontală. În trecut erau cunoscute sub numele „trailerships”.

Figura 14.4. Secţiune longitudinală şi transversală printr-o navă RO/RO cu rampă pupa

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Punte principală Castel prova Magazii Lifturi Coş de fum Camera cârmei Rampă articulată pupa Elice navală Pic (tanc de asietă) pupa

10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19.

Tub etambou cu ax portelice Motor principal de propulsie Tancuri (comb.) dublu fund Tancuri laterale Tancuri (comb. şi balast) dublu fund Rampe fixe Pic (tanc de asietă) prova Puţul lanţului de ancoră Punte intermediară I Punte intermediară II

Caracteristicile tipului de navă RO/RO sunt:

Trăsătură caracteristică acestui tip de navă este existenţa unor deschideri foarte mari în pereţii transversali etanşi (necesari pentru limitarea compartimentelor inundate în situaţia unei coliziuni). Aceste deschideri sunt înlocuite de cadre transversale întărite. Deschiderile sunt prevăzute cu porţi etanşe masive dotate cu garnituri ce permit trecerea vehiculelor pe timpul efectuării operaţiunilor de încărcare-descărcare.

Sistemul de osatură folosit este cel combinat: planşee de fund (în sistem longitudinal) iar planţeele de bordaj construite în sistem transversal de osatură.

Punţile şi rampele fixe de la interior sunt în sistem de osatură longitudinal. II.3. Nave port barje (engl. Barge Carriers) – nave specializate destinate transportului de şlepuri sau barje purtate, şi eventual al containerelor. Portbarjele se clasifică în 3 categorii, după tipul de încărcare/descărcare al mărfii: 1. LASH („Lighter Aboard Ship”) – încărcarea se face cu ajutorul unei macarale mobile. 2. Seabee (Engl. „Sea Barge”) – încărcarea se face cu ajutorul unui elevator. 3. BACO („Barge Container ship”) – încărcarea se face prin inundarea compartimentului

rezervat depozitării şi împingerea barjelor pe suprafaţa apei în interior.


Figura 14.5. Vedere laterală şi secţiune transversală printr-o navă LASH

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.

Punte teuga Puţul lanţului de ancoră Castel prova Gură de magazie Şlep (barjă) Magazii depozitare barje Coş de fum Macara portal Consolă pupa manevră şlepuri Maşina cârmei Cârmă Elice navală

13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23.

Tub etambou cu ax portelice Pic (tanc de asietă) pupa Tanc balast pupa Tancuri combustibil dublu fund Compartiment maşini Tancuri (comb.sau balast) dublu fund Tanc depozit combustibil Tanc balast prova Tancuri laterale Pic (tanc de asietă) prova Bordaj

Caracteristici:

Pot avea de la 2 – 4 punţi iar în general modul de construcţie este asemănător cu cel al portcontainerelor.

III. Nave maritime de transport mărfuri în vrac III.1. Nave transport marfă uscată în vrac Vrachierele (engl. Dry bulk carriers) – sunt destinate transportului mărfurilor uscate în vrac, precum: minereu, cereale, bauxită, cărbuni, fosfaţi, ciment etc.


Dupa modalitatea de transport se împart în trei categorii: 1. Vrachiere specializate – transportul unui anumit tip de marfă, ex.: minereu

(mineraliere), cereale (cerealiere), cărbune (carboniere) etc.; 2. Vrachiere combinate – transportul a 2 tipuri de marfă, ex.: minereu–titei (O/O),

minereu-cereale, minereu-carbune, bauxita-fosfati etc. 3. Vrachiere universale ce transportă orice marfă solidă în vrac, ex.: OBO –ore bulk-oil

carrier, PROBO (OBO + produse petroliere) etc.

Figura 14.6. Secţiuni transversale prin diferite nave vrachier

Sistemul de osatură folosit la construcţia vrachierelor este cel combinat sau longitudinal.

Corpul navei are o singură punte (principală) construită în sistem de osatură longitudinal.

Tancurile laterale inferioare (de antiruliu) sunt construite în sistem longitudinal de osatură.

Vrachierele specializate prezintă particularităţi constructive din care amintim: volumul tancurilor de gurnă şi antiruliu, dar şi a celor de balast laterale este comparabil cu celk al magaziilor de marfă.

IV. Nave maritime de transport produse lichide in vrac IV.3. Nave tanc produse chimice (engl. Chemical Tankers/Carriers) - Reprezintă tancuri petroliere proiectate să transporte substante chimice lichide periculoase, volatile şi puternic corozive în vrac. Caracteristici generale:

Sistemul de osatură folosit poate fi combinat sau longitudinal. Pereţii transversali sau longitudinali asigură o compartimentare riguroasă şi pot fi plaţi

sau gofraţi. De regulă, pereţii transversali se construiesc în sistem vertical, respectiv cu gofre orizontale sau verticale.


Planşeele de punte şi de fund sunt construite în sistem longitudinal, iar planşeele de bordaj pot fi şi în sistem transversal de osatură.

Multe din tancurile chimice moderne sunt construite în sistem dublu corp având instalaţie separată, adică fiecare tanc are pompă şi tubulatură individuală, putând astfel opera marfa fără amestecul cu alte sortimente de mărfuri de la bord.

1. 2. 3. 4.

Propulsor prova Coferdam Punte principală Castel

5. 6. 7. 8.

Coferdam Tancuri dublu fund Tancuri laterale balast Tancuri de marfă

Figura: 14.7 Dispunerea compartimentelor de marfa si balast intr-o nava tip tanc chimic de tip II

V. Transport gaze lichefiate (Gas tankers) LPG (Liquefied petroleum gas). Acestea transportă gazele grele în stare lichidă, în trei condiţii de stocare:

• semi-presurizare • presurizare totala sau • refrigerare totală, în funcţie de tipul mărfii.

• Nava LPG transport marfă complet presurizată Sunt nave mici, ce navigă costier şi care transportă marfă presurizată la temperatura ambientului (ex. propan). Tancurile de marfă sunt pure vase de presiune, de formă cilindrică sau sferică, fără construcţie specială pentru menţinerea unor temperaturi joase. Dublu fund „magazii marfă” şi restul spaţiului ce înconjoară vasele de presiune acţionează pe post de tancuri de balast.


1. 2. 3. 4.

Perete coliziune prova Vase de presiune Castel Dublu fund compartiment maşini

5. 6. 7.

Dublu fund magazii marfă Tancuri cilindrice de marfă Spaţii pentru balast

Figura 14.8. Sectiune longitudinală şi transversală printr-o navă LPG complet presurizată

• Nava LPG transport marfă complet refrigerată Sunt nave mari, cu capacitate de până la 100.000 m.c.

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Punte teuga Punte principală Perete coliziune pupa Castel Coş de fum Tanc asieta pupa (afterpeak)

7. 8. 9. 10. 11. 12.

Dublu fund compartiment maşini Tancuri (comb. sau balast) dublu fund Perete coliziune prova Tanc de marfa in forma prismatica Izolatie tanc de marfa Tancuri de balast

Figura 14.9. Sectiune longitudinala si transversala printr-o nava LPG marfa complet refrigerata

Marfa presurizată total este transportată în tancuri cilindrice sau sferice, independente de structura de rezistenţă a navei, la temperatura ambiantă. Propanul, de exemplu este transportat la o temperatură de 113 °F (45°C), cu o presiune de 285 psi (19.6 bari). In ceea ce priveşte mărfurile refrigerate şi semi-presurizate, acestea sunt limitate la presiuni de la 60 – 105 psi (max 7.2 bari), permiţând mărfii să ajungă la punctul de fierbere. Vaporii emişi sunt lichefiaţi şi reintroduşi în tanc cu ajutorul unor maşini speciale care permit scăderea şi menţinerea temperaturii la -58 °F (-50°C). Unele nave extind această capabilitate de refrigerare la transportul etilenei, ajungând la -155 °F (-103.8°C). Refrigerarea completă reprezintă altă modalitate de transport a mărfii. In acest caz, forma tancurilor este prismatică, pentru a utiliza cât mai eficient spaţiul destinat mărfii iar presiunile de lucru sunt de 3 – 5 psi (0.2 - 0.3 bari), maxim suportată fiind 11 psi. Tancurile, izolaţia şi maşinile de lichefiere sunt proiectate pentru a lucra cu temperaturi de până la -67 °F (-55°C).


LNG (engl. Liquid Natural Gases) - Sunt nave care transporta produse gazoase naturale lichefiate, in special metan. Tancurile independente de tip B, Moss-sferic sau prismatic, sunt fabricate din aliaje de oţel cu aluminiu sau nichel. Tancurile Kvaerner – Moss folosesc uneori nitrogen în compartimentele adiacente tancului pentru a preveni riscul de incendiu.

Figura 14.10. Tipuri de tancuri LNG (sferic / prismatic)

Formele sferice sunt aproape exclusiv folosite la navele LNG.

Pentru a creşte siguranţa în transport, unele tancuri sunt prevăzute cu membrană sau semi-membrană. Acest sistem are la baza un aliaj special de fier, nichel, carbon şi crom numit invar, care este foarte rezistent la solicitări termice şi de presiune (are coeficient de dilatare termică extrem de scăzut). După membrana de invar primară, urmează o a 2-a membrană din acelaşi material, pentru siguranţă, în conformitate cu normele de construcţie în vigoare. O alta metodă de securizare a tancurilor este cea dezvoltată de Technigaz, în care tancul are o primă membrană din oţel inoxidabil, urmata de ouna tip sandwich. Marfa este transportată complet refrigerată la -260 °F, în special metanul, şi la o presiune aproximativ egală cu cea atmosferică. La încărcare, marfa este pompată din instalaţii speciale şi are temperatura specifică punctului de fierbere. In acest caz, volumul gazului este aproximativ 1/600 din volumul normal ocupat la temperatura normală, iar factorul de înmagazinare este de 2,4 m³ / tona lungă. O facilitate în plus oferită de acest tip de nave este cea a captării emisiilor de gaze din tancurile de marfă şi folosirea lor pentru propulsia navei, fie în combinaţie fie separat de combustibili clasici. Multe din navele transportatoare de gaze lichefiate sunt dotate cu bow thrustere, iar pentru prevenirea hazardelor, cu tunuri cu apă şi sisteme de inertare cu nitrogen pentru tancuri sau spaţii goale tehnologice. Datorită greutăţii specifice reduse a mărfii transportate, pescajul este scăzut şi bordul liber este mare, ceea ce influenţează negativ stabilitatea navei, din punct de vedere al navigaţiei pe mare agitată.

Download - TCN Cursuri

Top Related