LE PROVE IN VASCA

 

LE VASCHE NAVALI

La vasca navale è un bacino d'acqua artificiale di dimensioni di alcune centinaia di metri di forma rettilinea, utilizzato per condurre test idrodinamici sui modelli di imbarcazioni, e rappresentano uno strumento fondamentale per la ricerca e la progettazione navale. Vengono utilizzati modelli in scala di navi mercantili, da passeggeri, navi militari, sommergibili, piattaforme etc, per analizzarne il comportamento in acqua. Il modello in scala viene realizzato in legno, plastica o materiali compositi secondo criteri e dimensioni stabiliti dalle normative con precisione millimetrica, importante requisito per poter avere risultati dei test affidabili, equipaggiandolo con strumenti di misura come accelerometri, sensori di forza e trasduttori. Successivamente il modello viene posizionato in vasca fissandolo ad un carrello (detto carro dinamometrico) trainante che lo trascina a velocità controllata. I test più comuni sono: Prove di resistenza al moto, l’obiettivo è misurare la resistenza idrodinamica della nave per ottimizzare l'efficienza e il consumo di carburante. Il modello viene trainato a diverse velocità e si misura la forza resistente dell'acqua, infatti ridurre la resistenza significa migliorare la velocità e ridurne i costi operativi. Prove di propulsione, Il test consiste nel valutare l’efficienza del sistema propulsivo (eliche, pod, waterjet etc). Il modello viene equipaggiato con un sistema propulsivo funzionante e si misurano le prestazioni in termini di spinta e consumo energetico. L’importanza di un sistema propulsivo ottimizzato permette di ridurre il consumo di carburante e migliorare la velocità della nave. Prove di manovrabilità, tali prove consistono nello studiare il comportamento della nave in manovra (virate, inversioni, risposta ai comandi); Il modello viene dotato di timoni e sistemi di controllo per simulare le manovre reali, osservando la reattività e la stabilità. Questo assicura che la nave possa poi operare in sicurezza nei porti ed in condizioni difficili. Prove di tenuta al mare, si effettuano analizzando il comportamento della nave in condizioni di mare agitato e non (onde, vento, correnti). Vengono generate onde artificiali nella vasca e si osservano i movimenti di beccheggio, rollio e imbardata del modello. L’importanza del test garantirà il comfort dei passeggeri e la sicurezza della nave in navigazione. Prove di cavitazione, vengono effettuate per studiare la formazione di bolle di vapore sulle eliche per evitare perdita di efficienza, per prevenire vibrazioni, rumore e usura precoce dell’elica. I Test di Interazione nave-propulsore hanno lo scopo di analizzare il flusso d'acqua attorno alla carena e come interagisce con l'elica o altri sistemi di propulsione utilizzando tecniche di visualizzazione del flusso e misuratori di velocità per studiare i vortici e la distribuzione delle pressioni. L’importanza del test è di ottimizzare, prima della costruzione, il design della carena e dell’elica. In vasca vengono effettuati anche i test per determinare il periodo e lo smorzamento del rollio. Il modello viene inclinato lateralmente e poi rilasciato per osservare come e quanto velocemente ritorna nella posizione iniziale. Viene anche analizzata la risposta della nave alle diverse condizioni di mare (altezza, direzione e lunghezza d’onda) generando delle onde in vasca di varia intensità analizzando il rollio, il beccheggio e l’imbardata.Il capovolgimento di una nave è spesso un fenomeno assai complesso dipendente da una molteplicità di fattori fra loro correlati quali la geometria di scafo e delle sovrastrutture, le condizioni di carico e le condizioni ambientali. Sorge pertanto la necessità di stabilire quali sono i parametri più importanti nel fenomeno del capovolgimento quali limiti assegnare a tali parametri per ottenere uno standard accettabile di sicurezza. Informazioni utili si possono ottenere dall’analisi dei dati statistici delle navi perse ma non sono sufficienti al nostro scopo; Ulteriori informazioni sulle possibili cause di capovolgimento si possono ottenere da prove sperimentali su modelli o con simulazioni numeriche e ricerca teorica. Allo stato attuale da tutte le informazioni diversamente ricevute   si ritiene di avere una sufficiente conoscenza delle principali cause di perdita di una nave per capovolgimento, conoscenza su cui si basa l’attuale normativa. Nessuno dei suddetti attuali criteri tiene poi conto di alcune particolari situazioni di pericolo della nave nelle effettive condizioni operative le quali sono: Insufficiente stabilità Spostamento del carico a bordo - Beam sea - Nave in following  sea - Sincronismo parametrico - Surf-riding  e broaching-to (vedi Argomenti trattati nel blog:Criteri generali sulla stabilità del 2/12/2017 e Analisi fenomeni legati alle condizioni metereologiche del 9/7/2017).Quindi si capisce quanto siano importanti le simulazioni in vasca per la conoscenza dei valori relativi alla stabilità nelle varie condizioni di carico e di tempo meteorologico. Altre verifiche altrettanto importanti riguardano i test di l’allagamento per falla e di manovrabilità. I primi studiano il comportamento della nave nel caso di rientrate di acqua dovute a danni allo scafo verificando il tempo di sopravvivenza e la stabilità residua, analizzando l’efficacia dell’ubicazione e resistenza di strutture di sicurezza come paratie, pompe di esaurimento etc. I secondi servono a determinare come un modello risponde ai comandi in diverse condizioni operative, verificando la sua capacità di eseguire virate, inversioni e altre manovre cruciali. In questa fase vengono determinati valori come il diametro della curva di evoluzione, i tempi di risposta all’accostata dopo aver messo il timone ad una certa inclinazione, la stabilità durante la manovra di evoluzione, i test di crash stop (arresto d’emergenza) per vedere quanto spazio e tempo servono per fermare la nave, fondamentali per navi che operano in porti o zone ristrette. La Raccolta e l’Analisi dei Dati registrati dai sensori su forze, velocità, accelerazioni e turbolenze, vengono confrontati con i modelli matematici e le simulazioni CFD (Computational Fluid Dynamics) per validare le previsioni progettuali. In base ai risultati, il progetto della nave può essere migliorato per ridurre la resistenza, aumentare l’efficienza e migliorare la stabilità. Possono essere testate variazioni nelle forme della carena, delle appendici idrodinamiche e dei sistemi propulsivi. Questi test sono fondamentali per garantire: sicurezza, efficienza e sostenibilità delle navi prima della loro realizzazione finale.