INSTALATII DE PROPULSIE

1. EVOLUTIA INSTALATIILOR NAVALE DE PROPULSIE

Din cele mai indepartate timpuri si pana in secolul al XVII-lea navigatia a fost conditionata de puterea vaslasilor si de intensitatea curentilor de aer. Toate incercarile de perfectionare facute intre timp urmareau doar folosirea cat mai eficienta a acestor factori. Progresele realizate in metalurgie si fizica precum si in domeniul constructiei de nave, au permis realizarea propulsiei mecanice cu masini cu abur. Astfel, la 25 septembrie 1707, Denis Papin a incercat o nava mica cu masina cu abur avand roti cu zbaturi. Incercarile au fost facute pe raul Fulda din Germania. Nava a fost distrusa de marinari, considerand-o un pericol pentru activitatea lor. In Franta Claude de Jouffroy, asociat cu Follenay, construieste o nava cu roti cu zbaturi, actionate de o masina cu abur, cu care face o demonstratie publica la 15 iulie 1783. Incercari similare au fost efectuate in Anglia si in America, unde John Fitch in 1790 reuseste sa infiinteze un serviciu regulat de navigatie cu nave mici cu propulsie cu abur, intre Philadelphia si Newton cu viteza de 6-8 mile/ora. In Europa, printre primele masini cu abur si roti cu zbaturi a fost vaporul Elisabeta , construit la Petersburg si lansat in 1815 pentru navigatia pe ruta Petersburg-Kronstadt. Pentru o perioada de tranzitie, de circa un secol, s-a folosit o solutie mixta , nave cu vele si masini cu abur, care au continuat sa fie folosite inca mult timp cu rezultate bune.

Prima nava comerciala cu masina cu abur, numita "Clairmont", a fost construita dupa proiectul lui Robert Fulton. Nava, cu o lungime de 45,72 m si un deplasament de 100 tone, trebuia sa asigure legatura pe Hudson intre New York si Albany. Prima cursa a fost realizata la 17 august 1807, cu viteza de circa 7,5 km/h, avand o masina alternativa cu abur, verticala, de 18 CP, care antrena propulsorul, o roata cu pale din lemn. Nava era prevazuta si cu vele care se foloseau pentru propulsie cand era vant favorabil. La inceputul anului 1900 au aparut primele nave la care propulsia era realizata exclusiv cu masini alternative cu abur. Tot cu asemenea masini erau actionate si mecanismele auxiliare ale acestor nave.

Primele nave cu turbine cu abur au fost construite si puse in exploatare in anul 1898. In 1910 s-a realizat prima instalatie de propulsie cu turbine cu abur la care, intre turbina si propulsor, s-a introdus un reductor. Ulterior s-au construit asemenea nave, dotate cu transmisie electrica sau hidraulica. Instalatiile navale de propulsie cu motoare Diesel incep a fi cunoscute din anul 1903, cand in Rusia a fost construita nava "Vandal" pe care s-au instalat trei motoare avand fiecare trei cilindri si dezvoltand 120 CP. Cele trei propulsoare (elice) erau actionate cu electromotoare.

Prima instalatie de propulsie cu turbine cu gaze, avand camera de ardere, s-a construit in Anglia in 1951 si a fost montata pe petrolierul maritim "Auris". Ulterior au mai fost construite si alte asemenea sisteme de propulsie.

Descoperirea energiei atomice si folosirea ei in scopuri pasnice a intervenit cu implicatii mari si in propulsia navelor. Incepand din anul 1955, s-au construit mai intai sisteme de propulsie cu energie atomica pentru navele militare, dupa care s-au aplicat si la navele comerciale. Economicitatea acestor sisteme de propulsie deocamdata este scazuta, iar masa lor este mult mai mare comparativ cu masa instalatiilor care folosesc combustibil clasic.

2. ROLUL SI CLASIFICAREA INSTALATIEI DE PROPULSIE

Prin sistem sau instalatie navala de propulsie se defineste complexul format din masinile principale si auxiliare, care au rolul de a transforma energia continuta in combustibil in energie: termica, mecanica, electrica si hidraulica, destinata pentru: a) deplasarea navei, in conditii normale de exploatare, cu viteza prevazuta, pe drumul dorit;

b) functionarea masinilor si a instalatiilor ce deservesc masinile principale de propulsie;

c) alimentarea cu energie electrica a aparaturii de navigatie, a instalatilor de semnalizare si a aparatelor si sistemelor de masura, control si comanda, a sistemului de propulsie si a altor instalatii;

d) actionarea mecanismelor de punte folosite pentru diverse operatiuni in timpul exploatarii navei;

e) functionarea instalatiilor care asigura conditii normale de viata pentru calatori si echipajul navei;

f) functionarea diferitelor agregate si instalatii care indeplinesc sarcini deosebite la bordul navei.

Pentru clasificarea sistemelor navale de propulsie se folosesc doua criterii: a) tipul fluidului care evolueaza in masinile principale si auxiliare ale instalatiei de propulsie denumit fluid motor;

b) tipul subsistemului de transmisie a energiei, de la masinile principale la propulsor.

Fluidul motor, prin proprietatile lui fizice si chimice, determina atat tipul constructiv al masinilor principale si auxiliare ale sistemului de propulsie, cat si caracteristicile tehnice si economice de exploatare, deci influenteaza economicitatea navei.

Dupa natura fluidului motor, instalatiile navale de propulsie se impart in doua grupe principale:

a) sisteme sau instalatii de propulsie cu gaze (SPG);

b) sisteme de propulsie cu vapori (SPV).

Sistemele de propulsie din cele doua grupe pot fi la randul lor clasificate dupa mai multe criterii.

Dupa tipul masinilor principale si a felului de energie utilizata:

a) sisteme de propulsie cu motoare cu ardere interna (SPMAG);

b) sisteme de propulsie cu turbine cu gaze (SPTG);

c) sisteme de propulsie combinate, cu motoare cu ardere interna si cu turbine cu gaze (SPMATG);

d) sisteme de propulsie cu turbine cu gaze care utilizeaza energie nucleara (SPTGN);

e) sisteme de propulsie cu masini alternative cu vapori (SPMAV);

f) sisteme de propulsie cu turbine cu vapori (SPTV);

g) sisteme de propulsie combinate, cu masini alternative si cu turbine cu vapori (SPMATV);

h) sisteme de propulsie cu turbine cu vapori, care utilizeaza energie nucleara (SPTVN).

Subsistemul de transmisie aplicat intre masinile principale si propulsor, pentru acelasi fluid motor, depinde de tipul masinilor de propulsie si are influenta asupra randamentului de transmisie a energiei. Dupa acest criteriu, sistemele navale de propulsie pot fi:

Instalatiile navale de propulsie cu transmisie directa (fig.1, a) sunt compuse din masina de propulsie, care poate fi un motor diesel, sau o alta masina termica, linia de arbori si propulsorul. In acest caz, propulsorul fiind o elice cu pale fixe EPF, masina principala trebuie sa indeplineasca doua conditii:

- sa fie reversibila;

- turatia arborelui masinii de propulsie sa fie egala cu turatia propulsorului.

La transmisia directa, energia receptionata de propulsor reprezinta 97.98% din energia dezvoltata de masina de propulsie. Acest tip de transmisie fiind cel mai simplu a inregistrat o mare raspandire, atat in sistemele de propulsie ale navelor maritime cat si al celor fluviale.

Transmisia directa poate fi aplicata si in cazul masinilor ireversibile, cu conditia ca in locul EPF, sa fie montat un propulsor, de tipul elice cu pas reglabil EPR (fig.1, b). La acest tip de propulsor, palele se pot roti in jurul axei lor longitudinale, fapt ce permite realizarea "marsului inainte" si a "marsului inapoi" al navei, fara inversarea sensului de rotatie al arborelui masinii de propulsie.

Instalatii de propulsie cu reductor. Prin introducerea reductorului de viteza s-a urmarit reducerea turatiei arborelui portelice, la o asemenea marime, astfel incat randamentul propulsorului sa fie, pe cat posibil, maxim. In figura 1, c, este reprezentata transmisia prin reductor a unei instalatii de propulsie, cu masina ireversibila si propulsor EPR. Aceste instalatii pot fi realizate si cu masini reversibile si EPF.

Prin introducerea reductoarelor s-au realizat si sisteme noi ca structura si componenta. Astfel au aparut sistemele de propulsie cu mai multe masini cuplate, prin intermediul reductorului, cu un singur propulsor, de tipul EPR( fig.1, d); si sisteme de propulsie cu o singura masina cuplata prin intermediul reductorului, cu doua propulsoare(fig.1, e). La acesta instalatie masina de propulsie este reversibila, iar propulsoarele sunt de tipul EPF.

Instalatiile de propulsie cu transmisie prin reductor sunt aplicate intr-o gama larga la navele maritime si fluviale.

Instalatiile de propulsie cu inversor-reductor se construiesc in mod practic numai cu motoare cu ardere interna cu piston, ireversibile, avand turatia situata in limitele 500.4000 rot/min si puteri pana la maximum 1000 KW. Majoritatea inversoarelor-reductoare folosite la instalatiile navale, au cuplaje mecanice cu discuri de frictiune, iar reductorul este realizat cu o singura treapta de reducere. In figura 1, f este reprezentata o asemenea instalatie de propulsie, cu motor ireversibil, inversor-reductor si EPF. Instalatiile de propulsie cu inversor-reductor, mai pot fi realizate cu inversor-reductor in unghi (fig.1, g) sau cu transmisie in Z (fig.1, h). Aceste instalatii de propulsie sunt folosite la nave cum sunt remorcherele, unele nave tehnice, salupe si alte ambarcatiuni sportive sau turistice. De remarcat faptul ca, prin aplicarea transmisiei cu inversor-reductor la instalatiile navale, s-au creat conditii pentru folosirea in propulsia navelor a motoarelor cu ardere interna cu piston, ireversibile, construite pentru locomotive, tractoare si automobile.

Instalatii de propulsie cu transmisie electrica. La aceste instalatii, energia mecanica dezvoltata de masinile termice, ireversibile, este transformata in energie electrica de generatoare electrice, cuplate direct cu masinile termice. Prin tabloul de comanda, energia electrica este distribuita electromotoarelor reversibile, cuplate cu arborii port-elice (fig.2). In general, aceste sisteme sunt destinate numai pentru navele care functioneaza timp indelungat la diferite regimuri de viteza (remorchere, traulere, spargatoare de gheata sau alte tipuri de nave).

Fig. 1 Schema instalatiei de propulsie:

a - cu transmisie directa si EPF; b - cu transmisie directa si EPR; c - cu reductor; d - cu doua masini, cuplate prin intermediul reductorului cu EPR; e - cu o masina principala cuplata cu reductor, cu doua EPF; f - cu inversor-reductor si EPF; g - cu inversor-reductor in unghi; h - cu transmisie in Z.

Fig.2 Schema instalatiei de propulsie cu transmisie electrica

3. ELEMENTELE COMPONENTE ALE UNEI INSTALATII NAVALE DE PROPULSIE

Componenta unei instalatii de propulsie depinde de tipul ei, caracterizat prin tipul fluidului motor si prin tipul sistemului de transmisie a energiei. Pentru oricare tip de instalatie sau sistem naval de propulsie, partile ei componente pot fi grupate astfel:

a) transformatoare principale de energie, agregatele si subsistemele lor;

b) transformatoare auxiliare de energie, agregatele si subsistemele lor.

Prima grupa cuprinde acele parti componente ale sistemului de propulsie, prin care se realizeaza deplasarea navei cu o anumita viteza. Deci, aceasta grupa cuprinde acele componente ale sistemului, care participa direct la transformarile energetice prin care se realizeaza propulsia navei. Pe acest considerent acestea sunt denumite in general, componente principale ale instalatiei de propulsie.

In grupa a doua sunt cuprinse elmentele sistemului de propulsie care, prin functionarea lor, creeaza conditiile necesare pentru producerea in mod corespunzator, a transformarilor energetice prin care se realizeaza propulsia navei. Prin urmare, aceasta grupa cuprinde acele componente ale sistemului de propulsie care participa indirect la transformarile energetice prin care se realizeaza propulsia navei. Pe acest considerent sunt denumite, in general, componente auxiliare ale sistemului de propulsie.

Mecanismele si subsistemele de bord si punte primesc energie(electrica, termica, hidro-pneumatica sau mecanica) in general de la transformatoarele din grupa a doua. In figura 3 se prezinta schema bloc a unei instalatii cu energie atomica si transmisie electrica. Componentele principale ale acestei instalatii sunt: reactorul nuclear 1, generatorul de vapori 2, turbina de vapori 3, reductorul de turatie 4, generatoarele electrice 5, tabloul electric de comanda 6, electromotoarele 7, liniile de arbori si propulsoarele Componentele auxiliare ale instalatiei de propulsie sunt reprezentate prin: condensatorul de vapori 10, turbogeneratorul 11, tabloul electric auxiliar 12, electropompele 13,electroventilatoarele 14 si alte masini si agregate, care pot fi solicitate pentru realizarea conditiilor de functionare a componentelor principale.

Fig.3 Schema unei instalatii de propulsie cu energie nucleara

In figura 4 este prezentata schema unei instalatii de propulsie cu turbina cu gaze iar in figura 5 schema unei instalatii de propulsie cu turbine cu vapori. Alegerea masinii de propulsie este conditionata in cazul navelor comerciale de eficienta in exploatare - figura 6 - si totodata de catre costul generarii puterii de propulsie.

Fig.4 Schema instalatiei cu propulsie cu turbine cu gaz

1 - compresor de aer; 2 - compresor de aer IP; 3 - turbina de presiune inalta; 4 - turbina de joasa presiune; 5 - camera de ardere; 6 - schimbator de caldura; 7 - schimbator de caldura.

Fig.5 Schema termica a unei instalatii de propulsie cu turbine cu vapori pentru puterea de 17000 kW.

Fig.6 Eficienta masinilor principale de propulsie, randament-putere instalata

In acest sens informatiile furnizate in anul 2002 de catre "The Institution of Diesel and Gas Turbine Engineers" si de "Engineering & Power Development Consultants Ltd" din Anglia ofera o imagine precisa asupra costurilor cu combustibilul, costurilor de intretinere, eficientei, sigurantei si disponibilitatii in exploatare pentru toate variantele navale de propulsie.

Tabel 1 Analiza comparativa a variantelor de propulsie navala

Fig.7 Costurile relative ale instalatiilor navale de propulsie, bazate pe nivelul european de costuri, puterea instalata convertita la conditiile ISO pentru motoare Diesel

In acelasi context, in figura 7 sunt prezentate costurile relative aferente achizitiei fiecarei variante de propulsie pentru puteri mai mari de 30.000 kW.

Evolutia constructiilor de nave din ultimul deceniu este caracterizata prin realizarea de nave economice care sa asigure transportul cu cheltuieli minime de exploatare. In acest scop s-a actionat atat asupra corpului in sensul micsorarii rezistentei la inaintarea navei, cat si asupra sistemului de propulsie in sensul de a mari randamentul, respectiv de a reduce consumul de combustibil.

Pornind de la aceste consideratii, intelegerea rolului instalatiei de propulsie, atat din punctul de vedere al asigurarii starii de navigabilitate cat si din punct de vedere economic(prin intermediul cheltuielilor de exploatare) presupune cunoasterea unor notiuni elementare referitoare la:

a)  dimensiunile si elementele specifice ale unei nave;

b)  rezistenta la inaintare a corpului navei;

c)  propulsoarele navei;

d) diagramele de sarcina ale motorului diesel, ca masina de propulsie preponderenta pentru navele comerciale.

4. PRINCIPII DE BAZA ALE PROPULSIEI NAVALE

Propulsia navei se realizeaza de obicei cu ajutorul elicei. In limba engleza se foloseste si termenul "screw" in special in cuvinte compuse (ex.: "twin-screw" in cazul navelor cu doua elici).

Astazi, sursa principala de putere a elicei este motorul diesel, iar cerintele referitoare la putere si turatie depind foarte mult de forma carenei si a elicei. Pentru aceasta, in scopul obtinerii celei mai bune solutii posibile, cateva cunostinte generale sunt necesare despre parametrii principali ai navei si ai motorului diesel, acestia influentand eficienta sistemului de propulsie.

In particular, vom prezenta notiuni referitoare la tipurile de nave , dimensiuni si forme specifice, parametrii ce intra in calculul rezistentei la inaintare a carenei, functionarea propulsoarelor si diagramele de sarcina ale motorului diesel.

4.1. Nava: elemente generale si rezistenta la inaintare

A. ELEMENTE GENERALE

Tipuri de nave

In functie de natura marfurilor pe care le transporta si cate-odata in functie de modul in care marfurile sunt incarcate/ descacate, navele se clasifica in diferite categorii, clase, tipuri ( tabelul 2 ).

Cele mai mari categorii de nave sunt vrachierele (pentru cereale, carbuni, minereu etc. in vrac) si tancurile, care la randul lor se impart in petroliere, nave pentru transport gaze lichefiate si tancuri chimice, dar exista si combinatii ale acestora (ex.: tanc petrolier/ chimic).

(Tabelul 2 ne ofera numai o viziune de ansamblu, in realitate exista multe alte combinatii cum ar fi :"Multi-purpose bulk container carrier".)

Liniile de incarcare

La mijlocul navei, pe fiecare parte se afla marca de bord liber (fig.8). Liniile si literele, care sunt conforme cu conventia de bord liber a IMO si cu reglementarile autoritatilor locale, indica pescajul pana la care nava poate fi incarcata in siguranta (pescajul difera in functie de anotimp si de salinitatea apei).

Exista, luand ca ex. liniile de incarcare pentru apa dulce si apa sarata, mai multe diviziuni pentru fiecare dintre acestea, cand se naviga vara, iarna sau la tropice. Conform conventiei bordului liber, pescajul de vara in apa de mare este egal cu pescajul de constructie care este termenul folosit pentru pescaj cand se proiecteaza corpul navei. Pescajul dat de linia de plina incarcare de iarna este mai mic decat cel de vara din cauza riscului de vreme nefavorabila, pe de alta parte, pescajul dat de linia de plina incarcare la tropice este mai mare decat cel de vara.

Tabel 2 Tipuri de nave

Fig.8 Linii de incarcare

Dimensiuni si coeficienti de finete

a) Deplasamentul si deadweightul

Pentru o nava incarcata la o linie de plutire oarecare, deplasamentul este egal cu masa volumului de apa dizlocuit de nava. Deci, deplasamentul este egal cu greutatea totala a navei incarcate pentru o densitate a apei de mare de 1,025 t/m³.

Deplasamentul navei este compus din greutatea navei nude si deadweight, unde deadweightul este egal cu greutatea marfii utile, a combustibilului si alte rezerve necesare pentru functionarea navei. Deadweightul reprezinta deci, diferenta dintre deplasamentul respectiv si greutatea navei nude, toate masurate in tone:

Termenul tona nu exprima intotdeauna aceeasi unitate de masura. In afara de tona metrica (1000 kg), exista si tona engleza (1016 kg), numita si tona lunga. O tona scurta are aproximativ 907 kg.

Fig.9 Dimensiuni ale corpului navei

Greutatea navei goale nu este folosita in mod uzual pentru a indica marimea navei, in comparatie cu tonajul deadweight (DWT) calculat de obicei in functie de capacitatea de incarcare a navei, masurata in tone la linia de plina incarcare de vara.

Cateodata, tonajul deadweight poate face referire la pescajul de constructie. Tabelul 3 prezinta diverse relatii intre deplasamentul unei nave, tonajul deadweight al acesteia si greutatea navei goale.

Tabel 3 Exemple de relatii intre deplasamentul unei nave, tonajul deadweight al acesteia si greutatea navei goale.

Deplasamentul unei nave poate fi de asemenea exprimat ca volumul de apa dezlocuita V, in m³.

b) Tonajul registru brut

Fara a intra in detalii, trebuie mentionat ca exista de asemenea, unitati de masura ca "tona registru brut" (TRB) si "tona registru net" (TRN), unde 1 tona registru = 100 ft³ =2,83 m³.

Aceste unitati de masura exprima marimea volumului intern al navei, in concordanta cu regulile existente pentru aceste unitati de masura si sunt folosite foarte mult pentru calculul taxelor de port si trecere/tranzit prin canale.

c) Geometria corpului navei

Evident, partea de sub linia de plutire a navei este cea mai importanta pentru deplasarea navei prin apa. Desenul de mai sus, fig.9 se refera la pescajul de constructie care este mai mic sau egal decat pescajul liniei de vara, alegerea pescajului de constructie depinde de gradul de incarcare ( de exemplu, daca nava va fi mai mult sau mai putin incarcata). In general, pescajul cel mai frecvent folosit este intre linia de plina incarcare si pescajul de balast.

Lungimea maxima a navei L_max nu are de obicei relevanta in calculul rezistentei la inaintare a navei. De obicei se folosesc L_WL si L_pp. Aceste dimensiuni sunt aratate in fig. L_pp este lungimea masurata intre intersectia etravei cu linia de plina incarcare si axul carmei. In general aceasta lungime este putin mai mica decat L_WL si se exprima astfel:

d) Pescajul T

Pescajul navei (T ) este definit ca distanta masurata pe verticala intre linia de plutire si chila (vezi fig.9). T_PV si T_PP sunt de obicei egale cand nava este la plina incarcare.

e) Latimea navei la o plutire oarecare B_x

O alta dimensiune importanta este B_x, cea mai mare latime a navei masurata pe o plutire oarecare.

f) Coeficientul bloc C_B

Dupa cum se cunoaste din teoria navei pentru a exprima forma corpului navei sunt folositi diferiti coeficienti de finete. Cel mai important dintre acestia este coeficientul bloc C_B care este definit de raportul intre volumul V si volumul unui paralelipiped cu dimensiunile , figura 10:

(1)

In cazul de mai sus, C_B se refera la L_WL. Totusi, inginerii navali folosesc de obicei C_B in functie de L_PP, caz in care ca regula, coeficientul va fi usor mai mare deoarece L_PP este usor mai mic decat L_WL. Un coeficient bloc mic inseamna rezistenta la inaintare redusa si deci posibilitatea obtinerii unor viteze mai mari.

Fig.10 Coeficientii de finete ai navei

Tabelul 4. prezinta cateva exemple valorice de coeficienti bloc si vitezele economice pentru cateva tipuri de nave. Se observa ca vitezelor reduse le corespund coeficienti bloc mari si viceversa.

Tabel 4 Coeficienti bloc pentru diferite tipuri de nave

g) Coeficientul de finete al suprafetei plutirii de plina incarcare C_WL

Acest coeficient C_WL este egal cu raportul intre suprafata plutirii de plina incarcare A_WL si produsul dintre lungimea L_WL si latimea B_X, fig.10:

(2)

In general, coeficientul de finete C_WL este cu 0,10 mai mare decat cel bloc:

(3)

Aceasta diferenta este usor mai mare la navele rapide cu coeficienti bloc mici unde pupa este partial imersa si deci suprafata A_WL este mai mare.

h) Coeficientul de finete al suprafetei maestre imerse C_M

Alte indicatii referitoare la forma operei vii sunt date de coeficientul de finete al suprafetei maestre imerse C_M care este egal cu raportul intre suprafata maestra imersa si produsul dintre pescajul T si latimea B_X, fig.10:

(4)

Pentru vrachiere si tancuri acesta este cuprins intre 0,98 - 0,9

i) Coeficientul de finete longitudinal prismatic C_LP

Acest coeficient este exprimat prin raportul intre volumul carenei V si produsul dintre aria suprafetei maestre A_M si lungimea L_WL (vezi fig.10):

(5)

Dupa cum se observa, C_LP depinde de coeficientul bloc si de coeficientul de finete al suprafetei maestre.

j) Centrul plutirii longitudinale B

Centrul plutirii longitudinale B exprima pozitia centrului plutirii si este definit ca distanta dintre centrul plutirii si mijlocul distantei intre cele doua perpendiculare pupa si prova, aceasta distanta este data de obicei ca un procent din L_PP si este pozitiva, daca B este situat spre prova, si negativa, daca este situat spre pupa. Pentru navele de mare viteza (ex.: nave port-containere), B este de obicei negativ pe cand pentru navele cu viteze reduse (tancuri, vrachiere) este pozitiv. B este in general cuprins intre -3% si +3%.

k) Coeficientul de finete C_LD

Coeficientul de finete lungime - deplasament este egal cu raportul intre lungimea L_WL si radacina cubica a deplasamentului D

(6)

B. REZISTENTA LA INAINTARE A NAVEI

Pentru a inainta, o nava trebuie sa invinga fortele de rezistenta. Calculul rezistentei R joaca un rol important in alegerea corecta a tipului de elice si a tipului de motor.

Generalitati

Rezistenta la inaintare este influentata de viteza, deplasament si geometria corpului navei. Rezistenta totala R_T este formata din mai multe componente R, care se clasifica in trei grupe:

Rezistenta de frecare;

Rezistenta reziduala;

Rezistenta la inaintare a aerului.

Rezistentele de frecare si reziduale depind de partea imersa, pe cand rezistenta data de aer depinde de partea emersa. In aceste conditii, rezistenta data de aer va avea un rol important la port-containere care transporta un numar mare de containere pe punte.

Apa cu o viteza v si o densitate r exercita o presiune dinamica egala cu :

(7)

asadar, apa va exercita pe suprafata corpului navei o presiune dinamica avand ca rezultanta o forta dinamica.

Aceasta relatie este de baza in calculul si la masurarea rezistentei R a carenei, in sensul dat de coeficientii adimensionali de rezistenta C. Rezultanta R depinde de forta K, data de presiunea dinamica a apei, de viteza v asupra suprafetei udate a navei A_S. Formula de calcul a rezistentei va fi:

(8)

unde:

Pe baza testelor desfasurate in bazinele de incercari, folosind coeficienti adimensionali, au fost perfectionate metode pentru calculul tuturor coeficientilor de rezistenta C corespunzatori componentelor rezistentei R. In practica, calculul rezistentei la inaintare a unei nave poate fi verificat pe un model la scara a navei intr-un bazin de incercari.

Rezistenta de frecare R_F

Rezistenta de frecare a carenei depinde de marimea suprafetei udate A_S si de coeficientul de rezistenta specific de frecare C_F (frecarea creste odata cu cresterea pe opera vie a algelor, scoicilor, etc.).

Rezistenta de frecare a navei creste proportional cu patratul vitezei si reprezinta o parte importanta a rezistentei la inaintare a navei, de multe ori fiind 70 - 90% din rezistenta totala, pentru nave cu viteze reduse (vrachiere, tancuri) si cateodata mai putin de 40% pentru navele rapide (port-containere si pasagere). Rezistenta de frecare se determina astfel:

(9)

Rezistenta reziduala R_R

Rezistenta reziduala este formata din rezistenta la inaintare datorata valurilor si rezistenta datorata curgerii turbionare. Rezistenta de val se refera la energia pierduta de nava la inaintare din cauza valurilor, in timp ce rezistenta la curgerea turbionara este data de pierderile de energie prin formarea vartejurilor in special la pupa navei (prin diferenta de viteza dintre deferitele straturi de curgere).

Rezistenta la inaintare de val la viteze reduse este proportionala cu patratul vitezei, dar creste rapid pentru viteze mai mari. In principiu, aceasta inseamna ca este impusa o limita de viteza, peste care, din cresterea puterii motorului nu va rezulta o viteza ridicata pentru ca toata puterea va fi folosita la formarea valurilor.

Rezistenta reziduala este:

(10)

Rezistenta datorata curentilor de aer R_A

Pe vreme frumoasa, rezistenta data de aer este, in principiu, proportionala cu patratul vitezei navei si cu suprafata sectiunii A_AER obtinuta prin proiectarea partii emerse a navei pe un plan perpendicular pe directia de deplasare a curentului de aer. Rezistenta aerului, in mod normal, reprezinta cca. 2% din rezistenta totala la inaintare.

Pentru port-containere cu vant din prova, aceasta poate ajunge pana la valori de 10%. Rezistenta opusa de aer poate fi exprimata, ca si celelalte, astfel:

(11)

unde r_AER este densitatea aerului.

Rezistenta totala la inaintare R_T si puterea efectiva P_E

Rezistenta totala la inaintare a navei R_T este calculata astfel:

(12)

Corespunzator acesteia, puterea efectiva necesara marsului navei prin apa cu viteza v este:

(13)

Puterea furnizata la elice P_D pentru ca nava sa se deplaseze cu viteza v este, totusi, ceva mai mare. Aceasta datorita, in particular, conditiilor de curgere si randamentului elicei.

Cresterea rezistentei navei aflate in serviciu

In timpul cat nava se afla in serviciu, stratul de vopsea aplicat pe corpul navei se va deteriora, la inceput datorita eroziunii, apoi datorita plantelor marine si scoicilor care cresc pe carena. Vremea proasta, precum si o incarcare incorecta a navei pot cauza incovoieri ale planseelor de fund. Astfel, carena se deterioreaza si nu va mai avea aceeasi suprafata neteda, ceea ce va duce la cresterea rezistentei de frecare. Trebuie de asemenea tinut cont ca suprafetele palelor elicei pot deveni rugoase sau se pot deteriora. Din toate aceste cauze, pe timpul cat nava se afla in serviciu, rezistenta totala poate creste cu 25-50%.

Rezistenta totala la inaintare creste, de asemenea, si din cauza vantului, curentului si starii marii. Cand se naviga cu valuri din prova, rezistenta totala poate creste cu 50-100% fata de rezistenta la inaintare pe mare calma.

Procentajul cresterii rezistentei la inaintare pentru navele care naviga pe principalele rute de navigatie se estimeaza a fi:

- Atlanticul de Nord (spre vest) 25-35%

- Atlanticul de Nord (spre est) 20-25%

- Europa - Australia 20-25%

- Europa - Asia de SE 20-25%

- Rute din Pacific    20-30%

Pentru Atlanticul de Nord primele procente corespund perioadei de vara, iar cele din urma perioadei de iarna. Cu cat o nava este mai mare, cu atat mai putin creste rezistenta de val. Pe de alta parte, rezistenta datorata frecarii va creste in timp datorita deteriorarii operei vii.

In practica, cresterea rezistentei datorata vremii depinde de curent, vant, precum si de marimea valurilor, unde cel din urma factor are o mare pondere.

4.2. Elicea ca organ propulsor

Organul folosit in mod uzual pentru propulsia navei este o elice, cateodata doua, si foarte rar mai mult de doua. Forta necesara elicei pentru propulsia navei cu viteza v este in mod normal, mult mai mare decat rezistenta la inaintare R_T iar conditiile de curgere vor fi explicate in continuare. In fig.11 sunt prezentate fortele, vitezele, puterile si parametrii care au relevanta in procesul de deplasare a navei.

VITEZE

Viteza navei

Viteza curentului aspirat

in discul elicei

Viteza in siajul navei

Coeficientul de siaj

FORTE

Rezistenta la inaintare

Forta de impingere

Rezultanta fortei de impingere   

Coeficientul de impingere

PUTERI

Puterea de remorcare

Puterea la elice

Puterea la axul portelice

Puterea la flansa masinii de propulsie

RANDAMENTE

Randamentul corpului navei (carenei)

Randamentul relativ de rotatie   

Randamentul propulsorului in apa calma   

Randamentul propulsorului in conditii normale   

de functionare

Randamentul de propulsie

Randamentul liniei de arbori

Randamentul total

Fig.11 Propulsia navelor

a) Conditiile curgerii la elice

a1. Coeficientul de siaj

Cand nava se afla in miscare, frecarea apei de carena va da nastere unui strat limita in jurul acesteia. In acest strat limita, viteza apei de la suprafata de contact este egala cu viteza navei, dar descreste pe masura ce creste distanta fata de nava. La o anume distanta, egala prin definitie cu grosimea stratului limita, viteza apei este nula.

Grosimea stratului limita creste odata cu deplasarea de la prova spre pupa, si va avea valoarea maxima in dreptul pupei navei, grosimea acestuia fiind aproape proportionala cu lungimea navei. Aceasta inseamna ca va exista o viteza turbionara datorata frecarii in ambele borduri. In acelasi timp, apa dislocata de nava in miscarea ei va da nastere unor valuri de siaj atat la prova cat si la pupa. Aceasta inseamna ca elicea va functiona intr-un camp turbionar.

Din aceasta cauza, si in special datorita turbioanelor, curentul de apa la elice va avea o viteza efectiva turbionara , care are aceeasi directie cu viteza navei v (fig.11). Aceasta inseamna ca viteza curentului aspirat de elice ( egala cu viteza de inaintare a elicei ) este cu mai mica decat viteza navei v.

(14)

Viteza turbionara la elice poate fi exprimata adimensional cu ajutorul coeficientului de siaj w:

(15)

(16)

valoarea acestui coeficient depinde in mare masura de forma corpului navei dar si de pozitia elicei si dimensiunea ei, si are o mare influenta asupra randamentului elicei.

Diametrul elicei d , sau mai precis, raportul intre acesta si lungimea navei are influenta asupra coeficientului de siaj pentru ca d/L_WL ne poate indica randamentul elicei in campul turbionar al carenei. Deci, cu cat raportul d/L_WL este mai mare, cu atat w va fi mai mic.

Coeficientul de siaj creste cand suprafata operei vii a fost deteriorata. Incercarea de a evita aceasta se face cu ajutorul unor noi vopseluri pentru carena ( care sunt toxice) pentru a preveni cresterea algelor pe carena.

Pentru navele cu o singura elice, coeficientul de siaj w se afla in intervalul 0,20 - 0,45 corespunzator unor viteze ale curentului de 0,55-0,80 din viteza navei v. Navele cu un coeficient bloc mare vor avea de asemenea un coeficient w mare. La navele cu doua elici, acestea vor fi in mod normal amplasate in afara stratului limita, motiv pentru care coeficientul w va fi, in acest caz, mult mai redus.

Cateodata, un coeficient w mare mareste riscul aparitiei fenomenului de cavitatie, din cauza ca distributia vitezelor particulelor de apa pe elice este neuniforma.

Un camp de distributie mult mai omogen, precum si o viteza mai mare a curentului aspirat , pot fi obtinute in mai multe moduri, de ex. amplasand elicele in spatele unor scuturi. Evident, cea mai buna metoda este asigurarea, inca din stadiul proiectarii navei, a unei forme a partii imerse pupa astfel incat campul turbionar obtinut sa fie optim.

a2. Calculul coeficientului de suctiune

Rotatia elicei face ca apa dinaintea elicei sa fie aspirata si apoi refulata in spatele acesteia. Aceasta inseamna ca forta T trebuie sa invinga rezistenta navei R_T cat si "pierderea de impingere" F.

Aceasta poate fi exprimata adimensional functie de coeficientul de suctiune t, care este definit astfel:

(17)

(18)

In general, marimea coeficientului de suctiune t creste odata cu cresterea coeficientul de siaj w. Forma carenei poate avea o influenta semnificativa, de ex. o pupa bombata poate, in conditiile deplasarii cu viteze mici, sa reduca coeficientul t.

Marimea coeficientului t pentru o nava cu o elice este, in mod normal, cuprins intre 0,12 - 0,30, iar o nava cu un coeficient bloc mare are un coeficient de suctiune mai mare. Pentru navele cu doua elici, coeficientul de suctiune va fi mult redus datorita faptului ca aspirarea apei apare mai departe de carena.

b) Randamente

b1. Randamentul carenei h_H

Randamentul carenei este definit ca fiind raportul dintre puterea efectiva, si puterea dezvoltata de elice:

Pentru o nava cu o singura elice, este 1,1-1,4 , avand valori mari la navele cu un coeficient bloc mare. Pentru navele cu doua elici, este aprox. 0,95-1,05.

b2. Randamentul elicei in apa calma h

Acesta se refera la functionarea elicei intr-un camp turbionar omogen fara a fi situata in fata/spatele carenei.

Randamentul elicei depinde in special de viteza curentului aspirat , de forta de impingere T, turatia n, diametrul d, forma elicei (numarul de pale si suprafata elicei) si raportul pas/diametru. Randamentul poate varia intre 0,35-0,75 , cu valori mari pentru elicele cu mari.

In fig.12 este prezentata dependenta lui in functie de viteza de avans , prin intermediul avansului relativ:

(20)

b3. Randamentul relativ de rotatie h_R

Curentul aspirat nu are viteza constanta si nici liniile de curent nu au acelasi unghi ca si unghiul de inclinare al palei elicei, conferindu-i acesteia un caracter turbionar. De aceea, fata de functionarea elicei singure, randamentul acesteia este influentat de randamentul relativ de rotatie - .

La navele cu o singura elice, acesta ia valori intre 1,0-1,07 cu alte cuvinte, curentul turbionar are un efect benefic.

La navele cu doua elici este aproximativ 0,98.

In combinatie cu w si t, este deseori folosit pentru a corecta rezultatele obtinute pe modele.

b4. Randamentul elicei functionand in spatele navei h_B

Raportul intre puterea dezvoltata de elice si puterea , cu care este actionata elicea, se numeste randamentul pentru conditii normale de exploatare si este definit astfel:

(21.)

b5. Randamentul de propulsie h_D

Acesta nu trebuie confundat cu si este egal cu raportul dintre puterea de remorcare si puterea dezvoltata la elice :

(22)

Se observa ca randamentul de propulsie este egal cu produsul dintre randamentul carenei , randamentul elicei in apa calma , si randamentul relativ de rotatie , cu toate ca ultimul are o importanta redusa.

Din cele analizate pana acum, putem spune ca in cazul in care avem un coeficient de siaj w mare si la un randament mare al carenei , se obtine un randament de propulsie optim .

Fig.12 Randamentul propulsorului in apa calma

Randamentul elicei depinde in mare masura de viteza de aspiratie - conform fig.12 - care scade odata cu cresterea coeficientului w. Pe de alta parte randamentul nu se va imbunatati odata cu cresterea w, adeseori aceasta crestere avand efect opus.

In general, cel mai bun randament de propulsie se obtine atunci cand elicea lucreaza intr-un camp turbionar omogen.

b6. Randamentul liniei de arbori h_S

Acesta depinde de alinierea si conditiile de ungere ale lagarelor liniei de arbori si al reductorului (daca acesta exista.) Randamentul axial este egal cu raportul dintre puterea dezvoltata la axul port elice si puterea dezvoltata de motor.

(23)

Randamentul liniei de arbori este aproximativ 0,985 , dar poate varia intre 0,96 si 0,995.

b7. Randamentul total h_T

Acesta este definit ca raportul dintre puterea de remorcare si puterea dezvoltata de motor , exprimata astfel:

(24)

c) Dimensiunile elicei

c1. Diametrul elicei d

Pentru a obtine cel mai mare randament de propulsie h_D, va fi preferat in mod normal cel mai mare diametru posibil al elicei. Trebuie avute in vedere cateva conditii speciale. De ex., forma carenei la pupa poate varia in functie de tipul navei, sau, o alta conditie, distanta necesara intre elice si carena va depinde de tipul elicei.

Pentru vrachiere si tancuri, care naviga balastate, este necesara impunerea unei limite pentru dimensiunile elicei, pentru ca aceasta sa fie complet imersa.

Aceasta limita nu este valabila pentru port-containere care naviga rareori balastate. Nu se poate stabili, asadar, un raport exact intre diametrul d si pescajul T, dar rapoartele de mai jos vor avea ca rezultat o turatie scazuta n.

- Vrachier si tancuri petroliere

- Port-container

Din motive tehnice, diametrul elicei nu va depasi in general 8,5 m , desi cea mai mare elice construita are un diametru de aproape 12 m.

c2. Numarul de pale

Elicele pot fi fabricate cu 2, 3, 4, 5 sau 6 pale. Cu cat acest numar este mai mic, cu atat va creste randamentul elicei. Cu toate acestea, din motive de rezistenta, elicele suprasolicitate nu pot avea numai doua sau trei pale.

Elicele cu 2 pale sunt folosite la nave mici, iar cele cu 4, 5 sau 6 pale la nave mari. Navele cu motoare in doi timpi sunt in general nave mari care folosesc elice cu 4 pale. Navele cu un necesar de putere relativ mare (port-containere), pot avea nevoie de elici cu 5-6 pale.

c3. Raportul de disc

Acesta - intalnit in literatura de specialitate ca "blade area ratio" - defineste raportul dintre suprafata elicei si suprafata discului acesteia, (in mod uzual o valoare de 0,55 este considerata buna.) Raportul de disc al unei elici traditionale cu 4 pale nu are importanta, deoarece o valoare mare va conduce numai la o crestere a rezistentei elicei si prin urmare la un efect nesemnificativ.

Pentru nave cu elici suprasolicitate (5-6 pale), raportul de disc poate avea o valoare mai mare, iar la navele militare poate ajunge pana la 1,2.

c4. Raportul pas/diametru (p/d)

Acesta exprima raportul dintre pasul elicei p si diametrul sau d, fig.13. Pasul p este distanta pe care un punct de pe elice o parcurge prin apa, la o rotatie completa, neglijand alunecarea.

Obtinerea celui mai bun randament de propulsie pentru un diametru dat si un raport p/d optim se obtine pentru o valoare particulara a turatiei. Daca, de ex., se doreste o turatie redusa, raportul p/d trebuie marit si viceversa. Pe de alta parte, daca se doreste o turatie mica si pescajul navei este corespunzator, alegerea unui diametru mare al elicei poate permite o turatie redusa in acelasi timp cu cresterea randamentului de propulsie.

d) Coeficientii elicei J, K_T, K_Q.Conditii de functionare ale elicei

Teoria elicelor este bazata pe modele, dar este usurata de folosirea unor coeficienti adimensionali ai elicei care depind de diametrul d, turatia n si densitatea apei r. Trei dinte cei mai importanti coeficienti sunt mentionati mai jos.

Avansul la elice J este expresia adimensionala a vitezei de aspiratie V_A.

J= (25)

Forta de impingere T este exprimata adimensional cu ajutorul coeficientului de impingere K_T:

(26)

si momentul la elice:

este exprimat adimensional cu ajutorul coeficientului de moment K_Q

(27)

Randamentul elicei poate fi calculat cu ajutorul coeficientilor de mai sus, pentru ca, asa cum am precizat anterior, randamentul elicei este definit ca : (28)

Cu ajutorul diagramelor de elice care contin curbele J, K_T si K_Q, se pot determina dimensiunile elicei, randamentul, puterea, etc.

In cele ce urmeaza vom face cateva precizari asupra conditiilor de functionare ale elicelor navale.

d1. Raportul de alunecare S

Daca nu ar exista alunecarea prin apa a elicei, inseamna ca aceasta ar inainta cu o viteza, unde n este turatia, iar p este pasul elicei.

Totusi, pentru ca apa are o reactie proprie, viteza reala de inaintare a elicei este mai mica si este egala cu viteza navei v, iar alunecarea aparenta poate fi exprimata ca .

Raportul de alunecare aparenta S_A, este adimensional, exprimat ca:

(29)

Raportul de alunecare aparent S_A, furnizeaza informatii utile despre sarcina ce actioneaza asupra elicei pentru diferite conditii de operare. Raportul creste atunci cand nava inainteaza cu vant si valuri din prova, naviga in ape putin adanci, carena nu este curatata si cand nava accelereaza.

Raportul de alunecare real va fi mai mare decat cel aparent pentru ca viteza de aspiratie V_A este mai redusa decat viteza navei V.

Raportul de alunecare real S_R, care ne furnizeaza o imagine reala despre functionarea elicei este :

(30)

La probele la cheu, unde viteza navei este 0, ambele rapoarte sunt egale cu 1,0. (cateodata, rapoartele sunt exprimate procentual).

d2. Legea de functionare a elicei

Din cele prezentate anterior rezulta ca rezistenta R, pentru viteze mici ale navei, este proportionala cu patratul vitezei (, unde c este o constanta). Necesarul de putere pe mare este, deci, proportional cu cubul vitezei v:

(31)

Pentru nave cu elice cu pas fix , viteza v va fi proportionala cu turatia n si deci :

(32)

d3. Legea de functionare a elicei pentru carena necuratata

Aceasta lege poate fi aplicata numai pentru aceleasi conditii de functionare a navei. Cand, de ex., opera vie a navei este necuratata (si deci mult mai rugoasa), campul turbionar va fi diferit de cel al unei nave cu carena nuda - cazul probelor de mare.

O nava cu o carena necuratata va fi supusa, in consecinta, unei rezistente suplimentare care va da nastere unei suprasolicitari a elicei - la aceeasi putere, turatia va fi mai redusa. Legea de functionare se va expune grafic printr-o curba diferita de cazul in care carena este nuda. Aceleasi consideratii se vor aplica si atunci cand nava naviga pe o mare montata, impotriva curentului, a vantului puternic, unde rezistenta de val (in special) poate da nastere unor suprasolicitari asupra elicei. Pe de alta parte, daca nava este balastata, avand un deplasament mic, curba legii de functionare a elicei va fi mai lina - la aceeasi putere dezvoltata la elice, turatia acesteia va fi mai mare.

raportul de alunecare aparent :

raportul de alunecare real :

Fig.13 Raportul de alunecare al elicei

Dupa cum s-a precizat, legea elicei, care se aplica la nave cu elice cu pas fix este des folosita la o functionare partial suprasolicitata. Legea este folosita, de asemenea, in diagramele motoarelor diesel si in diagramele de sarcina pentru a evidentia curbele de functionare ale motoarelor pentru carena nuda sau necuratata, etc.

In cele ce urmeaza vom prezenta cateva situati de navigatie si modul in care se modifica conditiile de propulsie:

1. Navigatia pe valuri mari

Cand se naviga pe valuri mari, cu rezistenta de val mare, solicitarea asupra elicei creste cu 3-4% decat pe mare linistita, la aceeasi putere la elice, turatia va fi cu 3-4% mai redusa. Pe de alta parte, in unele cazuri reale cu vant puternic din prova, procentajul poate fi si mai mare.

Pentru a evita oscilatiile verticale ale navei si deci avarierea pupei si a elicei, viteza navei va fi redusa de ofiterul de cart.

2. Accelerarea navei

Cand o nava accelereaza, elicea va fi mult mai solicitata decat in cazul unui mars cu viteza constanta. Puterea necesara va fi deci mult mai mare decat pentru mars cu viteza constanta si motorul va functiona supraturat.

3. Navigatia in zone cu ape putin adanci

Cand se naviga in ape putin adanci, rezistenta reziduala a navei va creste si elicea va fi suprasolicitata fata de cazul in care se naviga la larg.

4. Influenta deplasamentului

Cand se naviga cu nava incarcata, volumul apei dizlocuite va varia cu pana la 10% in plus sau in minus functie de cazul de incarcare. Aceasta creste desigur rezistenta la inaintare si puterea necesara la elice, dar are o mica influenta asupra curbei elicei.

Pe de alta parte, cand o nava este balastata, volumul de apa dizlocuit este mult redus fata de cazul de mai sus, si curba elicei va avea o panta cu 3% mai redusa, iar turatia va creste cu 3%.

5. Navigatia cu viteza de siguranta

Sub o anumita viteza, numita de siguranta, efectul de guvernare al carmei va fi insuficient din cauza vitezei reduse a curentului. Este destul de dificil de precizat o viteza de siguranta, pentru ca viteza curentului depinde de alunecarea apei pe pala elicei.

Deseori este precizata o viteza de siguranta de 3,5-4,5 Nd. Potrivit legii de functionare a elicei va fi necesara o putere scazuta de propulsie care va fi mai mare pe vreme nefavorabila datorita cresterii rezistentei la inaintare.

6. Valorificarea efectului de guvernare al elicei

Cand o nava se afla in miscare, presiunea pe palele superioare va fi mai redusa decat pe cele inferioare. Acest efect de guvernare creste cu cat apa este mai putin adanca (ex: in timpul manevrelor din porturi).

De aceea, o elice pas dreapta va abate pupa navei in tribord. Acest efect poate fi contracarat cu ajutorul carmei.

Cand masina este pusa pe mars inapoi (de ex. la acostare), efectul de guvernare al elicei va avea un sens opus si va creste cu cat viteza navei va scade. Cunoasterea acestor lucruri este foarte importanta in special in situatii critice si in timpul manevrelor portuare.

Potrivit unor autori, atunci cand masina functioneaza la mars inapoi, partea superioara a curentului respins, care este rotativ, loveste pupa navei.

Pilotul trebuie sa cunoasca exact cum va reactiona nava in situatiile date. De aceea se obisnuieste ca navele cu o singura elice cu pas fix sa aiba elice pas dreapta. Motorul cuplat direct la elice se va roti de asemenea spre dreapta.

Pentru a obtine acelasi efect de guvernare cand se pune masina inapoi, in cazul navelor cu elice cu pas reglabil, acestea sunt proiectate cu pas stanga.

4.3. Diagramele de functionare ale motoarelor si diagramele de sarcina

Dupa cum se cunoaste, puterea dezvoltata de un motor diesel P_B este proportionala cu presiunea medie efectiva p_e si turatia motorului n. Folosind c ca pe o constanta, P_B poate fi exprimat astfel:

(33)

sau, altfel spus, pentru o presiune medie efectiva p_e constanta, puterea este proportionala cu turatia:

(34) Asa cum s-a mentionat mai sus - cand navigam cu o elice cu pas fix - puterea, in concordanta cu legile elicei, poate fi exprimata ca:

(35)

(legea de functionare a elicei).

Asadar, pentru ex de mai sus, puterea motorului P_B poate fi exprimata ca o functie exponentiala a turatiei n la puterea i:

(36)

Fig.14 demonstreaza legatura dintre functia liniara y=ax+b , vezi (A), folosind scari liniare si functiile exponentiale , vezi (B), folosind scari logaritmice.

Functiile exponentiale vor deveni liniare cand se folosesc scari logaritmice ca:

(37)

care este echivalenta cu ecuatia dreptei :

y=ax + b (38)

Prin urmare, curbele elicei vor fi paralele cu liniile care au o inclinare i=3, si liniile pentru presiunea efectiva , vor fi paralele cu liniile care au o inclinare i=1.

In concluzie, pentru diagramele motorului si pentru diagramele de sarcina descrise mai jos, se folosesc scari logaritmice, rezultand diagrame simple cu linii drepte.

A. Grafice liniare pentru scari liniare B. Curbe exponentiale pentru scari logaritmice

P_B = puterea masinii

c =constanta

n =turatia motorului

Fig.13 Relatii intre functii liniare folosind scari liniare si functii exponentiale folosind scari logaritmice

Regimuri de functionare ale elicei si ale motorului

Punctul de functionare al elicei PD

In mod normal, estimarile pentru puterea si viteza necesara ce trebuie dezvoltata de elice, se fac pe baza unor calcule teoretice si deseori, pe baza testelor in bazine experimentele, in ambele cazuri presupunandu-se indeplinite conditiile de functionare optime cum ar fi carena nuda si vreme buna. Combinatia intre putere si viteza poate fi numita punctul de functionare al elicei PD (fig.15). Pe de alta parte, unele santiere navale si/sau producatori de elici folosesc un punct de functionare al elicei PD care include total sau partial asa-numita "rezerva de mare" descrisa in continuare.

Fig.15 Diagrama ciclului de functionare a motorului

Rezerva de mare

Cand o nava se afla in exploatare de ceva timp, suprafetele carenei si elicei se deterioreaza, cauzand astfel o schimbare a campului turbionar creat de elice, precum si cresterea rezistentei la inaintare. Daca, in acelasi timp, vremea este nefavorabila, cu vant din prova, rezistenta va creste si mai mult. In consecinta, viteza navei va fi redusa daca motorul nu va putea furniza mai multa putere, iar elicea va fi suprasolicitata. In acest sens, cu o mica rezistenta la val, si in special din cauza incarcarii carenei cu alge, se va schimba campul turbionar al elicei, ceea ce va deplasa curba elicei spre stanga (fig.15), unde curba 1 este valabila pentru nava incarcata cu carena nuda si curba elicei 2 , la stanga de curba 1 , valabila pentru nave incarcate cu carena necuratata.

Pe de alta parte, cand se naviga pe vreme rea cu o puternica rezistenta la val, efectul poate fi de asemenea o suprasolicitare asupra elicei, de aceea curba 2 va corespunde atat unei carene necuratate, cat si unei rezistente la val.

Cand puterea necesara si viteza trebuie determinate, este necesar sa se utilizeze un factor de suprasolicitare (2,5 - 5%) si sa se adauge o rezerva de putere, rezerva de mare, de aprox. 15%. Combinatia de putere si viteza corespunzatoare, numita randamentul propulsiei pentru serviciu continuu SP, pentru carena necuratata, contine o anumita "alunecare" si "suprasolicitare" comparativ cu curba elicei 1 pentru carena nuda.

Factor de functionare normala f_LR

Curba elicei pentru carena necuratata (si valuri mari), poate fi folosita ca baza pentru curba de functionare, curba 2, in timp ce curba elicei 1 poate fi folosita in cazul navelor noi. Factorul de functionare normala , care, pentru aceeasi putere dezvoltata la elice, este definit ca procentul de crestere al turatiei n comparativ cu cel de la o nava cu carena necuratata:

(39)

Rezerva de motor

In afara de rezerva de mare, puterea este suplimentata cu asa numita rezerva de motor de aprox. 10%. Punctul corespunzator numit MCR specific propulsiei MP, face referire la faptul ca puterea in punctul SP este cu 10% mai scazuta decat in punctul MP. Acesta este identic cu punctul MCR (M), exceptie facand atunci cant un generator este instalat pe axul motorului principal. In acest caz trebuie avuta in vedere o crestere a necesarului de putere. Functionarea masinii principale de propulsie impreuna cu regimurile aferente vor fi tratate in cadrul punctului 5.4.

5. INSTALATII DE PROPULSIE CU MOTOARE CU ARDERE INTERNA

Instalatiile de propulsie de acest tip au fost realizate la inceput cu motoare cu aprindere prin comprimare MAC, ireversibile, cu transmisie electrica a energiei intre motorul termic si propulsor. Primul motor naval reversibil, prezentat la expozitia mondiala de la Milano din anul 1906, avea patru cilindri si dezvolta 90 CP la 375 rot/min.

Comparand sistemele de propulsie cu MAC, cu instalatiile de propulsie cu turbine cu vapori se constata urmatoarele:

a)consumul de combustibil este mai redus, de unde va rezulta o economicitate mai mare decat SPTV;

b) cheltuielile necesare pentru reviziile generale periodice sunt mai mici cu 40.50% la sistemele cu MAC;

c) costul precum si cheltuielile de exploatare al sistemelor cu MAC, avand puteri( 10000 - 30000kW), sunt mai mici decat ale SPTV. La puteri mai mari de 30000 kW, SPTV devin mai economice;

d) durata necesara pentru punerea in functiune a sistemului cu MAC poate fi de 10.30 minute, iar la SPTV poate fi de 1.3 ore;

e) posibilitatea aparitiei incendiilor si a producerii exploziilor este mult mai mica la navele cu MAC, datorita inexistentei subsistemului de generare a vaporilor;

f) sistemele de propulsie cu MAC produc zgomote si vibratii mult mai puternice decat SPTV.

Datorita avantajelor tehnice si economice pe care le prezinta sistemele de propulsie cu MAC, atat numarul navelor dotate cu astfel de instalatii cat si puterea motoarelor navale a evoluat continuu, in prezent aceste instalatii devenind preponderente in propulsia navala.

In ultimii ani in functie de turatia arborelui motor, s-au conturat doua tipuri principale de instalatii de propulsie:

a) cu motor lent, cuplat direct cu propulsorul;

b) cu motoare semirapide, cuplate prin reductor cu propulsorul.

Dintre sistemele de propulsie cu MAC, preponderente ca numar si putere, sunt cele cu motoare lente, in doi timpi, care au urmatoarele avantaje:

a)cuplarea directa, cu arborele port-elice, permite realizarea unor sisteme de propulsie mai simple si mai sigure in functionare, care sunt preferate de beneficiari;

b) putere mare pe un singur motor, pana la circa 45000 kW;

c)durata de functionare intre doua revizii capitale este mai mare;

d) folosirea combustibililor grei este mai simpla decat la sistemele cu motoare semirapide.

Ca dezavantaje ale acestor instalatii se pot mentiona: masa pe unitate de putere si volumul compartimentului de masini sunt mult mai mari in comparatie cu cele ale sistemelor cu motoare semirapide.

Comparativ cu sistemele de propulsie cu motoare lente, instalatiile de propulsie cu motoare semirapide au urmatoarele avantaje si dezavantaje:

a) avantaje certe:

- masa si volumul compartimentului de masini pe unitate de putere sunt mai reduse cu circa 40.50%;

- costul instalatiei este mai mic cu circa 10 - 15%;

- posibilitatea antrenarii generatoarelor electrice de catre motoarele principale, ceea ce reduce atat costul energiei electrice cat si numarul grupurilor auxiliare diesel-generatoare;

- pot fi realizate sisteme de propulsie intr-o gama mare de puteri, cu un singur tip de motor, prin alegerea numarului de cilindri pentru un motor si a numarului de motoare pentru un sistem de propulsie;

- uzura cilindrilor, a segmentilor de piston si a pistoanelor produsa intr-o mie de ore de functionare este mai mica la motoarele semirapide in patru timpi;

- posibilitati mai bune pentru amplasarea rationala a compartimentului de masini la bordul navei;

- introducerea mai simpla a motoarelor in compartimentul masini; b) avantaje discutabile:

- siguranta in exploatare a sistemului de propulsie cu mai multe motoare; - organizarea mai buna a intretinerii, in special in cazul sistemelor automatizate cu doua sau mai multe motoare;

- consumul de combustibil mai redus.

c) dezavantaje

- intretinerea supapelor de evacuare, mai dificila;

- la aceeasi putere, numar mai mare de cilindri, deci mai multe posibilitati de aparitie a defectiunilor, inclusiv mai multe piese de schimb necesare la bordul navei;

- cerinte mai riguroase privind calitatea combustibilului;

- nivelul zgomotului mai inalt.

In general instalatiile de propulsie cu MAC sunt montate pe toate tipurile de nave, incepand de la salupe, avand puteri instalate de numai cateva zeci de kilowati pana la cele mai mari nave de transport, ca: petroliere, mineraliere, nave port-container etc, care au sisteme de propulsie cu puteri de 40000 - 50000 kW, sau chiar mai mult.

Motorul cu ardere interna cu piston este o masina termica ce transforma energia chimica a combustibilului, prin ardere in interiorul cilindrilor, in lucru mecanic transmis pistoanelor in miscare alternativa. Mecanismele biela-manivela transforma miscarea alternativa a pistoanelor in miscare de rotatie a arborelui motor.

Motoarele cu ardere interna cu piston instalate la bordul navelor pot fi clasificate dupa criteriile:

a) procedeul de aprindere

- motoare cu aprindere prin comprimare, la care aprinderea se datoreste temperaturii continutului din cilindru, rezultata numai din comprimarea acestuia. Motoarele navale cu ardere interna sunt in marea lor majoritate cu aprindere prin comprimare MAC denumite diesel (dupa numele inginerului Rudolf Diesel);

- motoare cu cap de aprindere la care aprinderea are loc datorita temperaturii continutului din cilindru, dar si temperaturii locale a unui perete cald. Astfel de motoare sunt mai rar folosite la nave;

- motoare cu aprindere prin scanteie MAS la care aprinderea este efectuata de la o scanteie electrica.

b) felul combustibilului folosit

- motoare care utilizeaza combustibil lichid cu o vascozitate medie (motorina);

- motoare navale care utilizeaza combustibil lichid "greu" cu vascozitate mare (pacura);

- motoare navale care consuma combustibil lichid cu vascozitate mica (benzina, petrol sau alcool);

- motoare cu gaz si injectie pilot, care se pot intalni la navele ce transporta gaze lichefiate. La ambarcatiunile mici se folosesc si motoare alimentate cu benzina.

c) procedeul de racire

- motoare racite cu apa, instalate atat pentru propulsie cat si ca auxiliare; - motoare racite cu aer, folosite mai rar, ca motoare auxiliare.

d) modul de alimentare cu combustibil:

- motoare cu injectie directa de combustibil, cu camera de ardere nedivizata;

- motoare cu injectie indirecta de combustibil, cu camera de ardere divizata; ambele tipuri sunt folosite atat pentru propulsie cat si ca auxiliare;

- motoare cu aspiratie de combustibil intalnite numai pentru ambarcatiuni cu dimensiuni reduse.

f) modul de introducere a incarcaturii proaspete in cilindrii motorului

- cu aspiratie naturala, motoare navale auxiliare de putere mica;

- sunt alimentate prin turbosuflanta, cu racire a incarcaturii proaspete, fiind folosite pentru propulsie cat si ca motoare auxiliare.

g) constructia mecanismului biela-manivela

- cu mecanism biela-manivela fara cap de cruce;

- cu cap de cruce, motoarele cu cap de cruce sunt in general de puteri mari si sunt prevazute cu presetupa la partea inferioara a cilindrului.

h) dispunerea cilindrilor

- motoare navale verticale cu cilindri in linie;

- cu cilindri in V;

- cu cilindri in triunghi;

- cu cilindri in X. Motoarele cu cilindri in W, H, in plan orizontal, stea, in U sunt folosite in tractiunea feroviara si auto, in aviatie etc.

i) dupa viteza medie a pistonului

- lente avand viteza medie a pistonului, v_mp6,5 m/s;

- semirapide v_mp intre 6,5 si 10 m/s;

- rapide, la care v_mp>10 m/s. La nave sunt folosite motoare navale lente si semirapide; in mod exceptional pot fi intalnite si motoare rapide.

j) rolul pe care il indeplinesc la bordul navei

- motoare navale principale, folosite pentru propulsie;

- motoare navale auxiliare, folosite pentru actionarea generatoarelor electrice sau a altor auxiliare.

Motorul cu ardere interna cu piston este compus din: mecanismul motor - format din piston, tija-piston, biela si arbore cotit, ca organe principale mobile si din partile fixe, cilindru, chiulasa si carter. Prin mecanismele de distributie a gazelor si sistemul de alimentare cu combustibil, in cilindrul motorului se introduce energia care este supusa transformarii. Instalatiile auxiliare (de combustibil, ungere-racire, pornire-oprire) asigura conditiile necesare pentru functionarea motorului.

5.1. Ciclul teoretic generalizat al motoarelor cu ardere interna

Motorul cu ardere interna, cu piston, a fost conceput si realizat pentru a transforma energia termica (obtinuta prin arderea combustibililor) in energie mecanica. In procesul de transformare, din intreaga energie introdusa q₁, o parte este transformata in energie mecanica, iar cealalta parte q₂ - sub forma de caldura este eliminata in mediul inconjurator(cedata sursei reci). Pentru a usura intelegerea transformarii energiei in MAI, se accepta simplificarea fenomenelor prin introducerea de procese idealizate, care depind numai de anumite proprietati ale fluidului care evolueaza in cilindrul motorului, proprietati considerate ca fiind constante. Astfel se ajunge la notiunea de ciclu ideal sau ciclu teoretic.

Fig.16 Ciclul teoretic generalizat

Ciclul teoretic generalizat, reprezentat in figura 16, este compus din urmatoarele procese: 1 - comprimarea amestecului dupa adiabata a-c; - arderea combustibilului la volum constant, izocora c-y; - arderea combustibilului la presiune constanta, izobara y-z; destinderea gazelor, dupa adiabata z-d; - evacuarea gazelor la volum constant, izocora d-f; evacuarea gazelor la presiune constanta, izobara f-a.

In analiza termodinamica a ciclurilor teoretice se vor folosi urmatoarele rapoarte caracteristice:

- raport de comprimare;

- raport de destindere a gazelor;

- raport de destindere preliminara;

- raport de crestere a presiunii in decursul arderii la volum constant;

- raport de coborare a presiunii in timpul de evacuarii la volum constant;

- raportul caldurilor specifice (exponent adiabatic).

Aplicand relatiile dintre parametrii termodinamici pentru transformarile care alcatuiesc ciclul, se stabilesc urmatoarele expresii de calcul ale parametrilor de la inceputul si sfarsitul fiecarei transformari a ciclului teoretic generalizat, conform tabelului 5.

Randamentul termic al ciclului teoretic generalizat prin care se determina gradul de transformare a energiei din energie termica in energie mecanica va fi:

(40)

in care : reprezinta cantitatea de energie introdusa in ciclu;

- cantitatea de energie cedata in ciclu.

Cantitatile de energie q₁ si q₂ in [kJ/kg] pot fi exprimate in functie de temperaturi si de caldurile specifice:

;

Tabel 5 Parametrii ciclului teoretic generalizat

Inlocuind in expresia randamentului termic (40), expresiile cantitatilor de energie q₁ si q₂ se obtine expresia randamentului termic al ciclului teoretic generalizat:

(41)

In expresia (41) randamentul termic al ciclului teoretic generalizat depinde de urmatorii factori: modul in care se introduce energia in motor (deci modul de desfasurare a arderii combustibilului), realizat prin rapoartele λ si ρ; dupa cum se face cedarea energiei (caldurii), modul cum se realizeaza evacuarea gazelor, caracterizat prin raportul θ; de raportul de comprimare ε; de proprietatile fluidului motor (gazele care evolueaza in cilindrul motorului) reprezentate prin raportul caldurilor specifice la presiune constanta si la volum constant (exponentul adiabatic), k.

Fig. 17 Ciclul teoretic cu ardere mixta

Ciclul teoretic cu ardere mixta

La acest ciclu, se considera ca introducerea energiei (arderea combustibilului) se face la fel ca la ciclul teoretic generalizat, (mai intai la volum constant, apoi la presiune constanta) insa cedarea energiei (adica evacuarea gazelor) se face numai la volum constant. La ciclul teoretic mixt, fig. 17, energia cedata (prin gazele evacuate) va fi:

Folosind raportul θ si tinand seama de faptul ca pentru izocora d-a exista egalitatea V_d=V_a, se poate scrie:

de unde:

Randamentul termic al acestui ciclu va fi:

(42)

Conform expresiei (42), randamentul termic al ciclului teoretic cu ardere mixta depinde de rapoartele ε, λ si ρ, precum si de natura fluidului motor, evidentiata prin exponentul adiabatic k.

Ciclul teoretic cu introducerea energiei la volum constant

Ciclul, cu introducerea energiei la volum constant, se obtine din ciclul teoretic cu ardere mixta prin suprimarea procesului y-z, de introducere a energiei , intreaga energie , introducandu-se numai la volum constant. In acest fel punctul z ia locul punctului y. Deoarece atat introducerea energiei (arderea combustibilului) cat si cedarea de energie (evacuarea gazelor) se face numai la volum constant in acest ciclu, reprezentat in fig. 18, rapoartele ρ si δ devin:

si

Fig. 18 Ciclul teoretic cu introducerea Fig.19 Ciclul teoretic cu introducerea

energiei la volum constant energiei la presiune constanta

Introducand in relatia (42) raportul , se obtine expresia randamentului termic al ciclului motor cu ardere izocora:

(43)

Conform expresiei (43) randamentul ciclului izocor depinde de raportul de comprimare ε si de proprietatile fluidului motor reprezentate prin exponentul k.

Ciclul teoretic cu introducerea energiei la presiune constanta

Ciclul cu introducerea energiei la presiune constanta se obtine din ciclul teoretic cu ardere mixta prin suprimarea procesului c-y, de introducere la volum constant, a cantitatii de energie q_1v (fig. 19). Prin aceasta particularizare punctul c ia locul punctului y, iar raportul λ devine: λ=p_y/p_c=1. Introducand in relatia (42) raportul λ=1, se obtine:

(44)

Din relatia (44) se vede ca randamentul termic al ciclului cu introducerea energiei (arderea combustibilului) la presiune constanta si cedarea de energie (evacuarea gazelor) la volum constant, depinde de rapoartele ε si ρ, precum si de proprietatile fluidului motor, prin exponentul k.

Marimea raportului ρ este dependenta de cantitatea de energie introdusa q₁, deci de sarcina motorului. Pentru ρ>1, la cresterea raportului ρ, numaratorul fractiei: creste mai repede decat numitorul acesteia, intrucat . Deci la cresterea sarcinii randamentul termic al acestui ciclu scade. In cele ce urmeaza vom analiza ciclurile motoarelor cu ardere in patru si in doi timpi.

5.2. Transformarea energiei de catre motorul in patru timpi

Motorul cu ardere interna in patru timpi, prezentat schematic in fig.20, functioneaza in modul urmator: in cilindrul 1 patrunde aer (sau amestec de aer si combustibil) prin canalul si orificiul supapei de admisie s.a., din momentul in care presiunea gazelor arse ramase in cilindru (gaze reziduale) devine mai mica decat presiunea mediului exterior, p₀. pistonul se deplaseaza de la punctul mort interior PMI, la punctul mort exterior PME, efectuand cursa de admisie , respectiv timpul unu al ciclului. Supapa de admisie trebuie deschisa cu un anumit avans (punctul dsa) si inchisa cu o anumita intarziere (punctul isa), in momentul cand presiunea gazelor din cilindru devine egala cu presiunea mediului exterior. Variatia presiunii din cilindru in timpul acestei curse este aratata prin curba r-a.

Amestecul de gaze inchis in cilindrul motorului este comprimat, teoretic, in timp ce pistonul se deplaseaza de la PME, la PMI, efectuand cursa de comprimare, respectiv timpul doi al ciclului functional. In timpul acesta, presiunea variaza dupa curba a-b-c. Procesul real de comprimare incepe dupa inchiderea supapei de admisie, si se termina in momentul inceperii arderii combustibilului (punctul A). Injectia combustibilului incepe catre sfarsitul cursei de comprimare (punctul b), cu un anumit avans, deci mai inainte ca pistonul sa ajunga la PMI. Arderea, la inceput, produce cresterea rapida a presiunii (A-c-y), dupa care urmeaza arderea cu o variatie mica a presiunii (y-z) si apoi arderea ulterioara (z-z΄).

Teoretic destinderea gazelor se produce in timp ce pistonul se deplaseaza de la PMI, la PME, efectuand cursa de destindere, respectiv timpul trei. La inceputul destinderii presiunea variaza lent (y-z), dupa care urmeaza scaderea presiunii dupa curba (z-z΄-f). Destinderea gazelor arse are loc pana in momentul deschiderii supapei de evacuare (dse). In timpul acestei curse energia gazelor de ardere este transmisa pistonului (prin destindere gazele imping pistonul de la PMI, la PME). Timpul trei fiind unicul timp in care are loc transformarea energiei termice in energie mecanica.

Fig.20 Transformarea energiei in motorul in patru timpi:

a - ciclul de functionare al motorului; b - schema cilindrului cu organele de distributie;

c - diagrama de distributie.

Evacuarea gazelor arse se face in timp ce pistonul se deplaseaza de la PME la PMI, efectuand cursa de evacuare, respectiv timpul patru. Evacuarea reala a gazelor arse incepe in momentul deschiderii supapei de evacuare (dse), cu un anumit avans fata de PME. Sfarsitul evacuarii, respectiv inchiderea acestei supape, trebuie realizata dupa o eliminare cat mai completa a gazelor arse din cilindru, deci cu o anumita intarziere fata de PMI, (punctul ise).

In fig.20c, sunt aratate unghiurile de rotatie ale manivelei motoare corespunzatoare proceselor prin care se realizeaza ciclul functional al motorului, prezentat in diagrama p-V (fig.20, a). Legatura ciclului de functionare, pozitiile pistonului si diagrama de distributie este evidenta, conform fig. 20.

5.3. Transformarea energiei de catre motorul in doi timpi

La motorul in doi timpi (fig.21), evacuarea gazelor arse incepe in momentul (doe), cand pistonul deschide orificiile de evacuare , executate in peretele cilindrului, sau se deschide supapa de evacuare, prin care gazele arse trec in colectorul de evacuare. Aceste ferestre sunt deschise de pistonul in timp ce acesta se deplaseaza de la PMI, la PME. La inceputul evacuarii, gazele se scurg din cilindru datorita diferentei mari dintre presiunea gazelor arse si presiunea din colectorul de evacuare (evacuare libera). Ulterior, pistonul deschide orificiile (punctul dob) de baleiaj , prin care aerul (sau amestecul de aer si combustibil) precomprimat la o presiune p_b, superioara celei exterioare, patrunde in cilindrul motorului. Din momentul deschiderii orificiilor de baleiaj si pana in momentul inchiderii acestora, evacuarea gazelor se face datorita impingerii lor de catre aerul proaspat care patrunde in cilindru (evacuare fotata).

Inchiderea orificiilor de baleiaj se face de catre piston in timp ce acesta se deplaseaza de la PME, la PMI. In deplasarea sa ulterioara spre PMI, pistonul inchide orificiile de evacuare (punctul ioe), sau se inchide supapa de evacuare.

In perioada in care orificiile de baleiaj si orificiile de evacuare , sunt inchise intre (ioe) si (doe) au loc urmatoarele procese: comprimarea amestecului initial, cand presiunea variaza dupa curba (a-b-A); aprinderea (punctul A) si arderea combustibilului cu cresterea rapida a presiunii dupa curba (A-c-y); continuarea arderii si destinderii gazelor arse cand presiunea evolueaza dupa curba (y-z-z΄-d). Aceste procese se desfasoara la fel ca la motorul in patru timpi.

Prin urmare, la ciclul motorului in doi timpi, procesul de evacuare a gazelor arse se desfasoara in cea mai mare parte simultan cu procesul de umplere a cilindrului. Datorita acestei suprapuneri, precum si a reducerii cursei efective de comprimare si de destindere a gazelor, ciclul se realizeaza intr-o singura rotatie a arborelui cotit, respectiv in doua curse ale pistonului, de unde si denumirea de ciclu in doi timpi.

Fig.21 Transformarea energiei in motorul in doi timpi:

a - ciclul de functionare al motorului; b - schema cilindrului cu organele de distributie;

c - diagrama de distributie.

5.4. Regimurile de functionare si caracteristicile motoarelor cu ardere interna navale

Dupa cum am precizat si in cadrul punctului 4 in legatura cu exploatarea motoarelor cu ardere interna se pot face o serie de corelari cu starea de navigabilitate.

In cele ce urmeaza vom incerca sa clarificam cateva din aceste aspecte.

a) Regimurile de functionare ale motoarelor principale

Motoarele de propulsie functioneaza in diferite conditii de exploatare determinate de starea tehnica a navei si a instalatiei de propulsie precum si de factorii externi, care influenteaza functionarea. In ansamblul lor conditiile de exploatare, reliefate prin indicatorii de putere, economicitate, solicitari termice, mecanice si altele, caracterizeaza regimul de functionare al motorului naval de propulsie.

Regimul de functionare al motorului de propulsie, depinde de: tipul navei, conditiile de navigatie, constructia corpului navei, tipul propulsorului si al modului de transmitere a energiei de la motor la propulsor. Cunoasterea regimului de functionare permite studierea corespunzatoare a alegerii diferitelor componente ale sistemului de propulsie.

Regimurile de functionare ale motoarelor de propulsie se impart in: regimuri permanente sau stationare si regimuri nepermanente sau nestationare. Regimul permanent se caracterizeaza prin: sarcina, turatie si solicitari termice si mecanice ale organelor motorului constante, in limitele de variatie datorate sistemelor de reglare. Pentru regimul nepermanent este caracteristica variatia in limite largi a factorilor mentionati.

Pentru aprecierea regimului de functionare al motorului se folosesc indicii energetici, economici si de exploatare. Ca indici energetici si economici se admit: puterea efectiva, puterea indicata, momentul motor, presiunea medie efectiva si presiunea medie indicata, turatia, consumul specific de combustibil, efectiv si indicat. Ca indici de exploatare se pot mentiona marimile presiunii, ale temperaturii stabilite la probele prototipului si unii parametri suplimentari care permit estimarea solicitarilor termice si mecanice ale motorului principal.

Motoarele de propulsie, in exploatare, sunt folosite la urmatoarele puteri:

puterea maxima, , este puterea cea mai mare pe care o poate dezvolta motorul pe durata limitata (1-2 ore) - Engine Maxim Continuous Rating (MCR).

putere nominala, reprezinta puterea pe care o dezvolta motorul timp indelungat; durata de functionare la puterea nominala este prescrisa de uzina constructoare. este puterea de calcul, iar motorul trebuie sa poata prelua o anumita suprasarcina, de circa 10%, adica (rezerva de putere).

puterea de exploatare, , este puterea pe care poate sa o dezvolte motorul fara restrictie asupra duratei de functionare; in mod curent .

Puterea de exploatare este dezvoltata de motorul principal la regimul de viteza nominala al navei. Pentru navele flotei comerciale regimul de putere, corespunzator vitezei nominale a navei, se realizeaza in cea mai mare durata de timp din intreaga durata de exploatare a unui an de zile.

puterea economica, , este puterea la care motorul functioneaza cu consum specific minim de combustibil; obisnuit, puterea economica reprezinta circa 80-85% din puterea nominala (Economy Ratings);

puterea minima, , este puterea pe care o dezvolta motorul la deplasarea navei cu viteza minima; puterea minima reprezinta circa 3-12% din puterea nominala.

La instalatiile de propulsie cu EPF, la care motorul principal este cuplat direct cu propulsorul, turatia arborelui motor, la regimul prevazut, se stabileste din conditia realizarii vitezei impuse a navei. In acelasi timp, in functie de conditiile de navigatie (starea marii si a atmosferei, pescajul, starea carenei, starea tehnica a motorul principal si altele), viteza navei poate sa varieze in decursul aceleiasi curse. Prin urmare, la aceeasi viteza a navei, totala sau partiala, turatia arborelui si puterea motorul principal, nu se mentin constante, acestea osciland in jurul unor marimi medii. Datorita celor aratate prin puterea de exploatare , se intelege marimea medie a puterii pentru care in decursul cursei se realizeaza viteza data a navei.

La unele tipuri de nave, sistemul de propulsie trebuie sa indeplineasca conditii suplimentare, cum ar fi realizarea de impingeri (sau tractiuni) maxime la viteze reduse ale navei (remorchere, spargatoare de gheata, traulere).

In cazul sistemului de propulsie cu EPR, viteza navei poate fi realizata atat prin modificarea turatiei propulsorului cat si prin modificarea raportului de pas H/D, ceea ce confera acestor instalatii unele calitati suplimentare fata de instalatiile cu EPF.

b) Caracteristicile functionale ale motoarelor navale

Pentru aprecierea indicilor tehnico-economici ai motoarelor, care functioneaza in diferite conditii, se folosesc caracteristicile functionale. Prin aceste caracteristici se stabilesc dependentele functionale intre parametrii principali ai motoarelor navale si factorii care influenteaza functionarea lor. Este necesar sa deosebim caracteristicile proprii ale motorului si caracteristicile receptorului de energie, actionat de motor. Caracteristicile motoarelor navale depind de tipul si constructia sa, pe cand caracteristicile receptorului de energie depind de tipul si constructia acestuia dupa cum am aratat si in cadrul capitolului 4 (formele corpului navei, constructia propulsorului si conditiile de navigatie).

Pentru constructia caracteristicilor se considera ca parametru principal si variabila independenta: turatia arborelui motor (arborelui port-elice), sau puterea. In primul caz se deosebesc caracteristicile de turatie, care pot fi: exterioare, limitative, partiale, universale, economice, de elice, de regulator si de mers in gol. In al doilea caz se deosebesc caracteristicile de sarcina, care se obtin la n= constant.

Dependenta dintre un parametru principal de functionare al motorului (P_e, M_e, p_e, c_e, s.a.) si turatia n a arborelui cotit, pentru o pozitie fixa a organului de reglare, corespunzatoare cantitatii maxime de combustibil pentru ciclul motor (C_cic=C_{cic max} ) se numeste caracteristica exterioara. Caracteristica exterioara a puterii maxime - maximorum (curba , fig.22 ) reprezinta dependenta puterii maxime accesibila a motorului principal, functie de turatie. Functionarea motoarelor navale pe aceasta caracteristica este permisa pe durate scurte de timp, numai pe standul de probe al uzinei constructoare. Deoarece functionarea motoarelor navale in aceste conditii conduce la depasirea solicitarilor termice maxime, folosirea caracteristicii exterioare de putere limita- maxima, in exploatare este cu desavarsire interzisa.

Caracteristica exterioara de putere maxima,, curba 2, reprezinta dependenta dintre puterea maxima si turatie, cand motorul functioneaza cu organul de reglare delimitat (pentru puterea maxima), pe durata a 1-2 ore. Durata de functionare la putere maxima, inclusiv durata de functionare intre doua regimuri de putere maxima sunt prescrise in norma tehnica a motoarelor navale.

Caracteristica exterioara a puterii nominale, curba , reprezinta dependenta dintre puterea motorului si turatie, pentru care uzina constructoare garanteaza toti indicii principali de exploatare ai motorului.

Caracteristica puterii de exploatare, curba , reprezinta dependenta dintre puterea motoarelor navale folosita in exploatare si turatie; pe aceasta caracteristica motoarele navale trebuie sa functioneze sigur si economic fara delimitarea duratei de timp.

Caracteristicile puterilor partiale, curbele 5, se obtin prin reducerea cantitatii de combustibil injectat pentru un ciclu.

Daca motoarele navale functioneaza in gol, puterea dezvoltata la oricare turatie, va fi egala cu puterea consumata prin frecari mecanice si pentru actionarea mecanismelor proprii. Prin functionarea fara sarcina, se obtine caracteristica de functionare in gol, curba 6. Prin aceasta caracteristica se delimiteaza partea inferioara a domeniului de functionare a motoarelor navale.

Turatiile minime la care motorul functioneaza sigur si stabil in exploatare sunt de circa (30 la 25%) n_nom. Turatiile minime delimiteaza domeniul de functionare al motorului prin curba . Prin caracteristica de regulator, curba , domeniul de functionare al motorului este delimitat in partea turatiilor nominale si maxime.

Fig.22 Caracteristicile de viteza

6. INFLUENTA PERFORMANTELOR INSTALATIEI DE PROPULSIE ASUPRA EFICIENTEI VOIAJULUI NAVELOR MARITIME

In actualele conditii de criza ce caracterizeaza economia mondiala si avand in vedere perspectivele evolutiei acestora, corelarea elementelor ce structureaza transportul maritim si in primul rand marsul apare ca o necesitate obiectiva a perioadei pe care o traversam.

Aceasta corelare constituie, in esenta sa, o optimizare, in sensul realizarii marsului in conditiile cele mai economice si sigure posibile, implicit a unui consum redus de combustibil din partea masinilor principale de propulsie sau a masinilor auxiliare.

Regimul de mars - care caracterizeaza marsul - se defineste ca atitudinea pe care trebuie, sa o aiba nava in fiecare etapa caracteristica voiajului dat in functie de conditiile de navigatie, pentru a indeplini misiunea de transport cu eficienta si siguranta.

Elementele ce structureaza regimul de mars sunt viteza si drumul navei si evident ca alegerea lor joaca un rol important in exploatarea navei si deci asupra rezultatelor acesteia.

6.1. Caracteristicile regimurilor de mars ale navelor maritime

Conditiile economice si cu precadere criza energetica, au determinat deja luarea unor masuri adecvate in exploatarea navelor maritime de transport, care au ca scop economia de combustibil.

In prezent acest lucru se realizeaza prin indeplinirea misiunii de transport la viteze ce se pot obtine din puterea de propulsie rezultata prin utilizarea unei cantitati medii zilnice de combustibil - alocate fiecarei nave, potrivit voiajului si caracteristicilor sale si care este normata pe baza consumurilor medii efective - determinate.

Corelat cu aceasta sunt luate masuri pentru a nu fi depasite aceste consumuri normate, depasiri care ar deriva din cresterea excesiva a rugozitatii carenei, etc.

Regimul de mars care se adopta trebuie sa fie in corespondenta cu conditiile cuprinse in urmatoarele categorii:

a)  Conditii proprii navei:

caracteristicile navei - in deosebi lungimea, viteza, raportul lungime/ deplasament, coeficientul bloc precum si dotarea cu bulb in prova;

gradul de uzura a corpului si aparatului propulsor - corelat cu varsta navei;

starea carenei - exprimata prin gradul de rugozitate datorata in deosebi depunerilor de vietati marine;

gradul (starea) de incarcare a navei, exprimat in procente din deplasamentul maxim;

consumurile specifice ale motorului principal, diesel-generatoarelor si caldarinelor;

b) Conditii exterioare navei;

starea hidrometeorelogica ( curenti, vant, valuri);

conditii restrictionale generale;

c)  Conditii specifice contractuale;

cu referire la efectuarea transportului;

cheltuielile ocazionate de efectuarea respectivului voiaj;

In tratarea problemei, vor fi luati in consideratie toti acesti factori in interactiunea lor, pentru a putea astfel discerne in fiecare moment caracteristic voiajului si prin aceasta sa determinam regimul de mars ce trebuie adoptat.

Din rezumarea analizei factorilor ce joaca un rol in stabilirea criteriilor de optim, rezulta ca acestea se pot grupa in doua categorii:

Criterii de optim de natura financiara - care indruma in general la efectuarea de cheltuieli minime.

Criterii de optim de natura tehnica - care indruma la indeplinirea misiunii de transport in conditii de securitate pentru nava, marfa si echipaj.

Criteriul fundamental de optim se constituie ca locul de interferenta a celor doua categorii, potrivit conditiilor cadru de exploatare ce definesc un moment al voiajului.

Aceasta conduce la aceea ca viteza si drumul navei - in voiajul dat, trebuie sa faca posibila realizarea transportului cu cost minim per tona mila, in minimul de timp si in siguranta.

Regimul de mars - cu caracter optimizat, va trebui sa aiba anumite rezerve in capacitatea sa, pentru ca nava sa poata face fata rezolvarii diferitelor situatii cu care se confrunta.

In cele ce urmeaza vom prezenta cateva aspecte legate de exploatarea navelor comerciale. In acest sens daca drept indicator al eficientei exploatarii va fi luata productivitatea tonajului, (P), exprimata prin relatia:

unde:

- viteza de serviciu;

- coeficient de utilizare a vitezei;

- coeficient de utilizare a tonajului;

T - fondul de timp anual ( 365 zile);

- coeficient de utilizare a fondului de timp anual ( zile exploatare );

- raportul zile de mars / zile exploatare;

Se constata ca - doi sunt factorii ce vor fi analizati spre optimizare respectiv cei care caracterizeaza regimul de mars si anume - viteza de serviciu si - coeficientul de utilizare a vitezei.

Ceilalti factori care joaca de asemenea un rol important in determinarea valorii productivitatii, se trateaza separat, prin politici adecvate problemelor respective.

In aceasta ordine de idei, subliniem de la inceput, ca si problema stationarii navelor trebuie tratata distinct de cea a vitezei si aceasta cu atat mai mult cu cat perioadele de stationare au un caracter aleatoriu si de marime importanta. De aceea o tendinta de sporire a vitezei nu poate fi luata in consideratie decat in contextul unor valori foarte mici ale perioadei de stationare.

Dupa cum arata si literatura de specialitate, nu se poate astepta nimeni la o recuperare a timpului pierdut in stationare prin folosirea unei viteze mai mari, datorita faptului ca viteza rentabila este invers proportionala cu raportul zile de stationare - distanta voiajului, asa cum reiese din ecuatia de gradul trei a vitezei rentabile:

,

unde:

- viteza rentabila;

NZS - numar zile de stationare;

- distanta voiajului;

F - navlul net;

- pretul combustibilului;

- consumul specific de combustibil;

- factorul de putere;

Se observa ca partea dreapta a egalitatii fiind constanta, in cazul cresterii valorii lui NZS, trebuie sa scada.

Pentru optimizarea vitezei de serviciu - s-a plecat de la cateva ipoteze:

puterea instalata este functie de viteza la puterea a treia ( N = f_N v³ );

consumul de combustibil este functie de consumul specific, putere si timpul de mars.

timpul de mars este functie de ruta (distanta) si invers proportional cu viteza.

.

O analiza globala a acestor parametri, ne arata ca pentru o crestere a vitezei de la simplu la dublu, este nevoie ca puterea sa fie de opt ori mai mare si in conditiile injumatatirii timpului de mars (datorita vitezei de doua ori mai mare) consumul de combustibil va fi de patru ori mai mare.

O reprezentare grafica a celor de mai sus este redata in fig.23.

Aceste adevaruri fac necesara o mai atenta si mai chibzuita stabilire a vitezei de mars, respectiv gasirea unui echilibru intre elementele tehnice si economice ce se interconditioneaza in complexa activitate de exploatare a flotei. In aceasta idee, un prim considerent este acela potrivit caruia - in conditii normale - criteriile de natura economica trebuie sa prevaleze.

Fig.23

Ori printr-o atenta analiza si interpretare a sensului si caracterului evolutiei curbelor din fig.24 se constata ca in cazul curbelor t si q - intr-o exprimare univoca - le pot fi asociate cheltuielile fixe ale navei - ca fractiune ale cheltuielilor fixe anuale (amortismente, reparatii, materiale si inventar, alte cheltuieli la care se adauga cota zilnica a cheltuielilor cu combustibilul la diesel- generatoare si caldarine) si respectiv cheltuielile variabile (pentru combustibilul si uleiului consumat de motorul principal) - desigur corespunzatoare diferitelor viteze si deci diferitelor durate de mars (durate ale voiajului pentru o ruta data).

Din aceasta rezulta ca pentru o nava si o ruta data, la care se cunosc cheltuielile fixe si celelalte, se pot trasa cele doua curbe ale caror valori sunt exprimate unitar functie de diferitele marimi ale vitezei pe care nava, ipotetic, le-ar putea atinge.

Curbele cheltuielilor respective, fixe si variabile - dupa cum am mai spus - vor avea forma curbelor t si respectiv q, iar prin insumarea ordonatelor lor - la aceeasi abscisa dar pentru diferitele valori ale vitezei, vom obtine punctele unei curbe rezultante, aceea a cheltuielilor generale ale navei, pentru un voiaj dat si pentru diferitele viteze.

Se constata ca aceasta curba a cheltuielilor generale ale navei - CHG - de alura parabolica, are un minim pentru o anumita viteza de mars, in rest - fie cheltuielile fixe (CHF) sunt prea mari, fie cele variabile devin excesive.

Fig.24

Insusind acest principiu, invocam un al doilea considerent si anume ca tocmai viteza care corespunde unui atare minim al curbei cheltuielilor generale, este o viteza optima a navei constituind un punct de echilibru al unor conditii de exploatare cu cele economice. Denumim aceasta drept " viteza economica nominala " si o notam cu Ve₀.

Acestei viteze ii corespunde o putere de serviciu - economica nominala - Ne₀. Orice indepartare de la acest punct, va duce la cresteri ale cheltuielilor generale, fie prin cresteri ale cheltuielilor fixe ale navei - per voiaj - insotite de un tonaj transportat anual - mai redus, fie prin cresteri ale consumului de combustibil care nu poate fi justificat de unele pseudo avantaje cum ar fi beneficiul mai mare, tonaj transportat anual sporit, etc.

Este de remarcat ca un asemenea punct al cheltuielilor generale minime, respectiv al vitezei optime, el insusi functie de o suma de parametri aproape in totalitate variabili si grupati in doua categorii - cheltuieli fixe si cheltuieli variabile (combustibilul ), are o pozitie mobila pe scara vitezelor.

In continuare pornind de la structura generala a costului de transport pentru un produs vom analiza costul transportului pe mare si vom evidentia concluziile referitoare la activitatea de exploatare a unei nave comerciale.

6.2. Costurile transportului pe mare si consumul minim de combustibil

In ceea ce priveste costurile transportului pe mare am observat ca parametrul principal care conditioneaza eficienta unui voiaj este viteza navei, de care depinde atat durata voiajului cat si consumul de combustibil.

Pentru o ruta de navigatie data veniturile, cheltuielile si profitul specific (pe zi voiaj) sunt reprezentate in fig.25 in care: V este curba veniturilor zilnice. Acestea depind de navlul unitar ($/tona), de cantitatea de marfa transportata in voiaj M (tone), de lungimea rutei de navigatie (Mm), de durata stationarii in porturi (zile) si de viteza navei v (Nd).

Fig.25 Variatia veniturilor, cheltuielilor si profitului cu viteza navei

($ / zi) (45)

Se observa ca pentru durate obisnuite de stationare in porturi si rute suficient de lungi:

variatia veniturilor poate fi considerata direct proportionala cu viteza navei:

( $ / zi) (46)

Consumul de combustibil zilnic, , este suma consumurilor zilnice ale agregatelor din compartimentul de masini (CM) si ale motorului principal acesta avand ponderea cea mai mare. Formula de calcul a cheltuielilor zilnice cu combustibilul este:

(47)

unde:

- consumul zilnic de combustibil al agregatelor din CM (Kg/zi);

- costul combustibilului utilizat la agregatele din CM, de regula motorina ($/ tona);

- consumul specific de combustibil al motorului principal (g / CP-h);

- este rezistenta la inaintare a navei care depinde practic de patratul vitezei navei;

- costul combustibilului utilizat pentru motorul principal, de regula combustibil greu ($/tona).

Costurile combustibililor variaza functie de tipul acestuia precum si de portul de ambarcare.

Cheltuielile zilnice de exploatare, , care includ amortismentul, asigurarile, cheltuielile cu echipajul, cheltuielile de intretinere si reparatii, etc.

Considerand constante costurile de exploatare anuale costurile zilnice de exploatare vor fi:

($ /zi) (48)

Se observa ca, pentru costurile zilnice de exploatare acestea sunt invers proportionale cu viteza navei.

Costurilor zilnice de stationare in porturile atinse de nava, , nu depind de viteza navei ci numai de caracteristicile navei, de cantitatea de marfa operata in porturile respective precum si de serviciile solicitate de nava in porturi.

(49)

unde:

TB - tonajul brut al navei ( tone registru);

- este durata de stationare in port in situatia i ( stationare in bazin, la cheu, etc.);

- reprezinta tariful pentru situatia i de stationare a navei in port;

- reprezinta tariful i de operare a marfii (manipulare la dana, manipulare in port, depozitare, etc.);

- reprezinta costul serviciului i solicitat de nava in port.

In costul serviciilor portuare au fost incluse si costurile care nu depind de durata stationarii navei in port sau de cantitatea de marfa operata, cum ar fi tariful de intrare/iesire, pilotajul, remorcajul, etc.

Formula anterioara este valabila atunci cand tarifele portuare se percep in functie de tonajul brut al navei si cand exista tarife distincte pentru marfa, situatie intalnita in majoritatea porturilor, inclusiv a celor vest-europene. Exista insa destule porturi , printre care si Constanta in care calculul taxelor si tarifelor portuare se face in mod diferit, de aceea trebuie cunoscut modul de calcul pentru fiecare port in parte, calculul cheltuielilor portuare efectuandu-se conform regulilor de tarifare existente in portul respectiv.

Cheltuielile totale ale navei se vor determina ca suma a cheltuielilor partiale :

(50)

Din fig.25 se observa ca alura curbei cheltuielilor totale asigura existenta unui minim al acestora corespunzator vitezei a navei.

Profitul zilnic ($/zi):   

(51)

are un maxim la viteza .

Se observa ca , diferenta fiind cu atat mai mare cu cat veniturile specifice sunt mai mari.

Din prezentarea succinta a elementelor ce conditioneaza eficienta unui voiaj rezulta ca aprecierea simultana a conditiilor tehnice si economice de realizare a voiajului in conditiile in care factorii de influenta sunt cunoscuti ( navlul , cantitatea de marfa, cheltuielile portuare etc .) permite determinarea vitezei optime a navei; de asemenea se observa ca acesti factori influenteaza la randul lor viteza optima a navei si rezultatele financiare ale voiajului.

Observatii :

1. Viteza navei nu poate scadea sub anumite limite impuse de conditiile de exploatare ale navei; astfel viteza maxima nu poate depasi viteza maxima de exploatare a navei, , iar se alege ca:

(52)

unde:

- viteza minima necesara realizarii in termen a contractului de trnsport;

- viteza minima necesara navigatiei in siguranta; aceasta depinde de conditiile de navigatie pe ruta de transport respectiva, de caracteristicile navei, dar de regula , nu poate fi mai mica de 5-6 Nd, viteza care asigura conditiile de guvernare, manevrabilitate si stabilitate de drum.

2. Viteza navei nu poate depasi viteza maxima de exploatare ce poate fi atinsa din punct de vedere tehnic si care este conditionata de puterea maxima de exploatare a motorului principal al navei:

(53)

Analiza parametrilor voiajului se realizeaza intre aceste doua viteze, indiferent de criteriile alese pentru optimizare.

3. Obiectivele care se pot lua in consideratie pentru determinarea parametrilor voiajului sunt:

a)   realizarea de profituri specifice maxime, ceea ce inseamna navigatia cu viteza ;

b)  realizarea unor cheltuieli specifice minime pentru care se va naviga cu viteza ;

c)   cheltuieli specifice de combustibil minime (respectiv minimizarea consumului de combustibil ) realizate in cazul navigatie cu viteza ;

d)  venituri zilnice maxime, realizate la navigatia cu viteza .

Deoarece este posibil ca pentru si cheltuielile sa depaseasca veniturile B<0 ceea ce nu este fezabil din punct de vedere economic, pentru ultimele doua criterii, viteza de exploatare se determina astfel:

(54)

Evident criteriul principal este reprezentat de obtinerea unor profituri maxime.

4. Intrucat in cursul navigatiei nu se poate realiza o viteza constanta, , aceasta trebuie sa corespunda cu viteza medie de navigatie pe intreg voiajul navei, respectiv:

(Nd) (55)

in care este numarul de zile necesare efectuarii voiajului.

Viteza medie calculata in acest mod este numai o masura relativa a vitezei reale a navei, deoarece ea poate fi realizata prin abateri mari de la viteza medie optima, abateri care ar putea sa scoata viteza reala din intervalul , ; de aceea pentru a limita aceste abateri si pentru a realiza o marja de siguranta acceptabila pentru profitul obtinut, se va accepta o oarecare scadere a profitului (de ex. de 5-10%) ceea ce permite stabilirea unui interval de variatie a vitezei in cursul voiajului, care cu rare exceptii legate de conditii hidrometeorologice foarte defavorabile, poate fi mentinut pe intreg parcursul navigatiei.

5. Viteza este considerata in raport cu apa (functie de care se determina rezistenta la inaintare) deci fara sa se tina cont de conditiile hidrometeorologice; conducerea navei poate utiliza curentii si vanturile favorabile asigurand cresterea vitezei reale ceea ce conduce la realizarea de venituri zilnice suplimentare in cadrul acelorasi cheltuieli deci o crestere a profitului ce va fi realizat in voiajul respectiv.

6. Determinarea rezistentei la inaintare este o problema destul de dificila daca se are in vedere faptul ca una din componentele sale, rezistenta de frecare, variaza cu pescajul navei (care determina suprafata udata a carenei ), cu durata de serviciu consumata a navei si cu intervalul de timp scurs de la ultima andocare.

In conditiile reale de exploatare a navei se recomanda determinarea consumului de combustibil pentru cateva viteze ale navei (cel putin trei) si trasarea curbelor de variatie a consumului de combustibil cu viteza navei.

Intrucat dupa 6-7 ani de exploatare influenta rugozitatii ramane constanta, este suficienta stabilirea a trei curbe:

imediat dupa andocare;

la mijlocul intervalului;

in preajma andocarii.

Acestea pot fi ulterior folosite cu buna aproximatie, eventual prin interpolare, pentru toate situatiile in care se va afla nava in raport cu data andocarii.

7. Desi aparent timpul total de stationare in port nu influenteaza

viteza navei, totusi la o analiza mai atenta se constata ca aceasta influenta poate fi importanta mergand pana la scoaterea voiajului respectiv din zona de profit, indiferent de viteza cu care s-ar realiza acesta. Astfel din fig.25 se constata ca o crestere a cheltuielilor portuare (care pentru o anumita cantitate si structura de marfa depinde de timpul total de stationare a navei in port) micsoreaza atat profitul ce poate fi obtinut cat si marja de viteze in care acesta poate fi realizat. Cresterea cheltuielilor portuare peste o anumita valoare maxima pentru care profitul este zero (acesta fiind realizat la o viteza teoretica strict determinata a navei, care in practica nu poate fi mentinuta ) scoate nava din zona de profit, indiferent de viteza acesteia. Daca, din contra, cheltuielile portuare se reduc in raport cu cele preconizate (de ex. prin operarea mai rapida a navei si evitarea stationarii inutile a acesteia in porturi) profitul creste, la fel ca si marja de viteze in care acesta poate fi realizat. Acesta este motivul principal pentru care armatorii prefera porturile cu performante ridicate in care navele stationeaza foarte putin timp.

8. Este evident ca navlul are de asemenea o mare importanta in aprecierea eficientei unui voiaj si in determinarea vitezei optime de navigatie. Astfel, cu cat navlul este mai mare, eficienta voiajului creste, marja de viteze in care se obtine profitul creste, viteza optima se deplaseaza spre zona vitezelor mai mari ceea ce determina reducerea duratei voiajului, de aceea armatorii sunt indreptatiti sa solicite navluri mai mari pentru durate mai reduse ale voiajului navei, durate care asigura avantaje si pentru beneficiarii serviciilor de transport maritim.