CURS 2: ARHITECTURA NAVALANAVAL ARCHITECTURE

09.03.20093.DEFINITII SI REGULI3.1 DEFINITII

Forma corpului navei determina cele mai multe din propietatile sale principale:- Caracteristici de stabilitate- Rezistenta hidrodinamica la inaintare.- Puterea necesara pentru a asigura deplasarea cu o viteza data.- Comportarea pe mare.- Manevrabilitatea- Capacitatea de transport

Este important ca forma corpului sa fie definita cu o anumita precizie si fara ambiguitate (univoc). Pentru a atinge acest scop este necesar sa se defineasca o serie de descriptori. Descriptorii utilizati in continuare sunt definiti de Societatea de Clasificare engleza Lloyd’s Register si sunt acceptati international ca marimi standard.

Geometria . Corpul navei cu mici exceptii este tridimensional si simetric fata de un plan vertical pupa – prova. Corpul navei este definit de intersectia a trei seturi de planuri ortogonale. Planurile orizontale sunt cunoscute ca planurile plutirii. Planul plutirii este un plan orizontal, longitudinal care coincide cu suprafata libera a apei linistite si imparte corpul navei in doua parti nesimetrice:

- Partea imersa sau carena este partea navei aflata sub apa.- Partea emersa este partea navei aflata deasupra apei.

Intersectiile planurilor plutirii cu suprafata interioara a corpului se numesc linii de plutire (WL – waterlines). Planul diametral (PD sau CL – center line) este un plan vertical longitudinal care imparte corpul navei in doua parti simetrice. Privind in sensul de inaintare al navei aceste parti sunt:

- Bordul babord Bb (Ps – port side) situat in partea stanga a planului diametral.- Bordul tribord Tb (Stb – starboard side) situat in partea dreapta a planului diametral.

Intersectiile planurilor paralele cu PD cu corpul interior al navei se numesc longitudinale (buttocks). Intersectia planului diametral cu fata superioara a fundului se numeste linia chilei – poate fi orizontala sau inclinata. Linia puntii in planul diametral este linia rezultata din intersectia planului diametral cu fata inferioara a invelisului puntii. Linia puntii in plan diametral prezinta o curbura denumita selatura puntii in plan diametral (en -sheer). Etrava (bow line)sau linia etravei este linia rezultata din intersectia planului diametral cu fata exterioara a etravei (poate fi dreapta, franta, cu sau fara bulb). Etamboul (buttock line) sau linia etamboului este definita de intersectia PD cu fata exterioara a etamboului ( este conditionata de destinatia navei, de tipul propulsorului si de carma). Intersectia corpului cu planuri transversale se numesc sectiuni transversale sau cuple. Planul transversal , vertical care trece prin sectiunea maestra imparte corpul navei in doua parti nesimetrice:

- Partea prova.- Partea pupa.

Sectiunea maestra sau cuplul maestru este sectiunea transversala de arie maxima a navei. De regula sectiunea maestra este dispusa la jumatatea lungimii teoretice a navei (midship). Linia fundului in planul sectiunii maeste este linia rezultata din intersectia planului transversal corespunzator cu fata superioara a invelisului fundului. Poate fi o orizontala sau o linie inclinata (fund stelat). Linia puntii in planul sectiunii maestre este intersectia planului transversal cu fata inferioara a invelisului puntii. Aceasta linie prezinta o curbura numita selatura transversala a puntii (camber) care permite scurgerea apei de pe punte.

Pentru a defini lungimea navei sunt definite patru tipuri de marimi (figura 3.1):- Lungimea intre perpendiculare (length between perpendiculars) Lbp sau Lpp. Este distanta masurata

in PD pe linia de plutire intre punctele de intersectie ale acestei plutiri cu axul carmei si linia etravei. De obicei Lpp=(0,96…0,97) LWL [m].

- Lungimea de calcul (rule length) L.Este valoarea maxima dintre distanta masurata in PD pe plutirea de incarcare de vara, de la muchia anterioara a etravei pana la axul carmei si 0,96 din lungimea navei pe aceiasi plutire. In general este definita de fiecare Societate de Clasificare.

- Lungimea pe plutirea de plina incarcatura(length on the waterline) LWL sau LCWL . Este distanta masurata in PD pe linia de plutire intre punctele de intersectie cu etamboul si etrava.

- Lungimea maxima (length overall) LOA sau Lmax . Este distanta masurata in PD intre punctele extreme pupa si prova ale navei.

Se vor defini doua latimi ale navei (figura 3.2):-Latimea teoretica (moulded beam sau breadth moulded) B. Este distanta masurata in sectiunea maestra pe

linia de plutire de plina incarcatura LCWL intre punctele de intersectie ale acesteia cu bordajele.-Latimea maxima (bredth extreme) Bmax sau BOA. Este distanta masurata in sectiunea maestra pe linia de apa

intre punctele extreme ale latimii, in afara invelisului sau la navele cu borduri inclinate, intre punctele de intersectie ale selaturii puntii cu liniile bordului.

Inaltimea navei . Inaltimea de constructie sau teoretica (fig 3.2) D este distanta masurata pe verticala intre planul de baza (interiorul chilei plate) si punctul de intersectie al liniei puntii in sectiune maestra cu linia bordului. Proiectia curbei pe PD determinata de inaltimile in diferite sectiuni este denumita linia puntii in bord. Diferenta dintre cota maxima a selaturii transversale si inaltimea de constructie reprezinta sageata f a selaturii transversale (camber). In calculele aproximative aceata sageata se determina cu relatia f=Bmax / k [m] unde k=30…50. (fig.3.3)

Pescajul navei in orice punct pe lungimea ei este distanta de la chila la linia de apa (plutire). Pescajul teoretic T (moulded draught) este masurat de la interiorul invelisului chilei. Pentru navigatie este important pescajul maxim Tmax . Acesta se masoara pana la proiectia sub chila a oricarui apendice cum este prova cu bulb sau domul pentru sonar.Pentru a ajuta comanda navei se prevad doua scari de pescaj in prova si pupa navei si dispozitive de masurat pescajul de la distanta. Diferenta dintre pescajul prova si pescajul pupa da inclinarea longitudinala a navei (trim). Inclinarea poate fi negativa (aprovare) sau pozitiva (apupare). Nava este o structura flexibila si ca urmare grinda-nava se deformeaza luand o forma curba. Curbura grinzii variaza cu incarcarea si poate fi cu concavitatea in jos (arc sau hog) sau cu concavitatea in sus (contraarc sau sag). Datorita acestei deformari se produce diferenta intre pescajul mediu real si pescajul mediu calculat cu pescajele pupa-prova. Pescajul aerian (air draught) este distanta pe verticala dintre linia de plutire de vara si punctual cel mai inalt de pe nava (varful catargului). Este necesar pentru trecerea pe sub poduri. Bordul liber este diferenta intre inaltimea navei in bord si pescaj. Bordul liber este mai mare in prova si in pupa navei. Bordul liber este important la calculul stabilitatii la unghiuri mari de inclinare.

Reprezentarea formelor corpului navei . Este reprezentat grafic prin planul de forme (lines plan sau sheer plan) in figura 3.4

La vrachiere si petroliere zona cilindrica este extinsa mult pentru a asigura transportul unei cantitati mari de marfa. Aceasta zona este cunoscuta ca zona cilindrica (parallel middle body). Unde apar excrecente ca domul pentru sonar, cavaleti sau gondole pentru axe, acestea poarta numele de apendici si sunt reprezentati separat.

Caracteristicile corpului . Volumul si greutatea apei dislocuite de nava care pluteste, egal cu greutatea navei se numeste deplasament. Δ = ρ g d unde ρ ete densitatea apei in care naviga nava, g este acceleratia gravitationala iar d este volumul de apa dislocuit de nava. Deplasamentul este o forta si se masoara in Newtoni. Corpul (formele) navei este definit si de coeficientii de finete.

- Coeficientul bloc (block coefficient) CB = d/LppBT

- Coeficientul de finete al plutirii (coefficient of fineness of waterplane CWP = AW / LWLB unde AW este suprafata plutirii

- Coeficientul sectiunii maestre (midship section coefficient) CM = AM / BT unde AM este aria sectiunii maestre.

- Coeficientul prismatic longitudinal, CP = d/AM Lpp

- Coeficientul prismatic vertical, CVP = d/AW T De notat ca CM x CP = CB. In tabelul de mai jos sunt date cateva valori tipice :

Valorile numerice ale rapoartelor intre dimensiuni si ale coeficientilor de finete pentru diferite tipuri de nave

Coeficientul bloc indica daca forma navei este plina sau fina si daca plutirile vor avea un unghi mare de intrare la capete. Valorile mari ale acestor unghiuri indica o rezistenta de val mare la cresterea vitezei. La cresterea vitezei proiectantul va reduce lungimea paralelismului liniilor de apa in zona centrala micsorand coeficientul prismatic dar pastrand coeficientul sectiunii maestre. Daca se cere cresterea vitezei in continuare se va reduce si coeficientul sectiunii maestre prin inclinarea liniilor fundului. Navele cu forme fine vor avea compartimentul de masini catre sectiunea maestra unde spatiul de amenajare permite acest lucru dar trebuie mentionat ca trebuie acceptat un compromis pentru a nu lungi prea mult liniile de arbori. O valoare mare a coeficientului prismatic vertical va indica o nava cu forme U iar valori mici o nava cu formeV. Formele U sau V au influenta asupra comportarii navei pe valuri (seakeeping).

3.2 DEPLASAMENT SI TONAJ Deplasament. Deplasamentul navei influenteaza semnificativ comportarea ei pe mare. Deplasamentul este o forta dar se

poate utiliza si notiunea de deplasament masic. Deadweight. Pentru a caracteriza capacitatea de transport a navei sunt utilizate alte doua marimi : deadweightul si

tonajul. Deadweightul este diferenta intre deplasamentul de plina incarcatura la bordul liber minim posibil si deadweightul usor sau deplasamentul usor. Greutatea usoara este greutatea corpului navei si masinilor astfel incat deadweightul include marfa, combustibilul, apa, echipajul cu bagaje si proviziile. Scara de deadweight face parte dintre documentele predate la nava si reprezinta un tabel cu variatia deadweightului in functie de variatia pescajului.

Tonajul.(tonnage). Spre deosebire de semnificatia romaneasca a cuvantului, acesta provine din englezul TUN care semnifica o casca de vin. Deci tonajul este o masura a volumului si pentru mult timp tona standard a reprezentat un volum de 100 pic.cu. Comunitatea internationala este interesata de doua tipuri de tonaj. Unul reprezinta dimensiunile de gabarit ale nave iar celalalt capacitatea de transport a navei. Pentru a unifica diferitele moduri de calcul si a stabili un sistem recunoscut international s-a adoptat in 1969 Conventia Internationala asupra Masurarii Tonajului Navelor care a intrat in vigoare in 1982 si a devenit operativa in 1994. Conventia este document IMO (International Maritime Organization). Se utilizeaza doi termeni : tonajul brut (gross tonnage) si tonajul net (net tonnage). Tonajul brut se bazeaza pe volumul tuturor spatiilor inchise. Tonajul net este volumul destinat spatiilor de marfa plus volumul destinat spatiilor pentru pasageri multiplicat cu un coeficient pentru al alinia cu calculele anterioare de tonaj. Tonajul brut (GT) = K1V iar tonajul net (NT) = K2VC (4T / 3D)2 + K3(N1 + N2/10) unde : V este volumul tuturor spatiilor inchise ale navei in metrii cubi, K1 = 0,2 + 0,02 log10V, Vc este volumul total al spatiilor pentru marfa in metrii cubi, K2 = 0,2 + 0,02 log10Vc , K3 = 1,25 (GT + 10000) / 10000, N1 este numarul de

pasageri in cabine cu un numar de paturi mai mic de opt, N2 este numarul altor pasageri. La utilizarea formulelor se va tine cont de urmatoarele reguli :

- Cand N1 + N2 este mai mic de 13, N1 si N2 se vor considera egali cu zero.- Factorul (4T / 3D)2 nu se va lua mai mare de 1 si termenul K2VC (4T / 3D)2 nu se va lua mai

mic de 0,25 GT, - NT nu va fi mai mic de 0,30GT- Toate volumele incluse in calcule vor fi masurate la interiorul invelisului sau tablelor

structurale indiferent daca este sau nu prevazuta izolatie. Volumul apendicilor va fi inclus, dar spatiile deschise marii vor fi excluse.

- GT si NT sunt considerate adimensionale. Denumirea de tona va fi exclusa. Alte tipuri de tonaj Un tonaj special se calculeaza pentru navele care tranziteaza Canalul Suez sau Canalul Panama.

Sunt eliberate certificate separate pentru a fi utilizate la plata taxelor de tranzit. CESA (Europa) prin OECD a introdus notiunea de tona bruta compensata CGT (compensated gross tonnage). CGT =A * GTB unde GT este tonajul brut, A este un factor care reprezinta tipul navei, iar B influenta marimii navei. Valorile lui A si B sunt intabelate (vezi tabelul de mai jos).

3.3 REGULAMENTE Exista o legislatie complexa privind navele. Aplicarea acestor legi, in multe tari intra in sarcinile guvernului din tara in care este inregistrata nava. In Anglia, de exemplu exista Agentia Maritima si de Paza a Coastei (MCA – Maritime and Coastguard Agency) care este responsabila pentru :

- Sa asigure servicii de cautare si salvare pe mare timp de 24 ore ;- Inspectia si aplicarea standardelor pentru nave.- Inregistrarea navelor si marinarilor.- Prevenirea poluarii.

Calculul tonajului brut compensatA and B factors for cgt

calculations    

Ship type A B

Oil tankers** 48 0.57

Chemical tankers 84 0.55

Bulk carriers 29 0.61

Combined carriers 33 0.62

General cargo ships 27 0.64

Reefers 27 0.68

Full container 19 0.68

Ro ro vessels 32 0.63

Car carriers 15 0.7

LPG carriers 62 0.57

LNG carriers 32 0.68

Ferries 20 0.71

Passenger ships 49 0.67

Fishing vessels 24 0.71

NCCV 46 0.62

Liniile de incarcare . O asigurare importanta impotriva avariilor pentru navele comerciale este alocarea unui bord liber minim obligatoriu. Intentia este de a asigura o verificare simpla, vizuala pentru rezerva de flotabilitate a navei conform destinatiei sale. Bordul liber se masoara in jos de la puntea de bord liber (puntea cea mai superioara expusa intemperiilor si marii si care este continua de la prova la pupa). Bordul liber este dat Regulile Liniilor de Incarcare (Load Line Regulations). Bordul liber de baza este ales in functie de lungimea navei si de natura marfii transportate (lichide in vrac). Bordul liber de baza este amendat functie de coeficientul bloc, raportul L/D, de selatura puntii de bord liber si de extinderea suprastructurii. Dupa corectiile bordului liber de baza se ajunge la bordul liber de vara (Summer freeboard) care este distanta masurata in bordaj de la exteriorul puntii de bord liber pana la exteriorul liniei care taie cercul marcii de bord liber (figura 3.5). Pentru a considera diferenta de densitate a apei sau conditiile vitrege din diferite zone de navigatie, marca de bord liber este completata cu o serie de linii trasate pe bordul navei :

- Bordul liber de iarna este cu T/48 mai mare decat cel de vara ( W).- Bordul liber de iarna in Atlanticul de Nord este cu 50 mm mai mare decat cel de iarna (W.N.A.)- Bordul liber de vara la tropice este cu t/48 mai mic decat cel de vara (T).- Bordul liber in apa dulce este Δ / 40 t cm mai mic unde Δ este deplasamentul in tone iar t este variatia lui pe

cm de imersiune (F) .- Bordul liber in apa dulce la tropice este bordul liber cu T/48 mai mic decat bordul liber in apa dulce (T.F.)

Fig.3.5 – Marca de bord liber.

Nave de pasageri, Navele de pasageri sunt subiectul unor reguli si mai stricte. O nava este « considerata de pasageri » cand transporta mai mult de 12 pasageri. Nava primeste un Certificat de Pasager (Passenger Certificate) cand satisface anumite reguli. In 1932 s-a semnat de catre majoritatea natiunilor, Conventia Internationala pentru Salvarea Vietii pe Mare (SOLAS). Conventia acopera un domeniu larg de topice cum sunt compartimentarea cu pereti etansi, stabilitatea de avarie, incendiu, echipament de salvare, echipament radio, navigatie, masini si instalatii electrice.

Organizatia Maritima Internationala (IMO). In 1948 a luat fiinta IMCO (Intergovernmental Maritime Consultative Organization. In 1982 numele a fost schimbat in IMO care astazi cuprinde circa 160 de natiuni. Pe langa siguranta vietii umane pe mare, Organizatia se ocupa cu facilitarea traficului international, liniile de incarcare, transportul marfurilor periculoase si poluare. IMO are o Adunare Generala care se intruneste la fiecare 2 ani. Intre 2 sesiuni IMO este administrata de un Consiliu. Munca tehnica este efectuata in Comitete. Au fost adoptate circa 30 de Conventii si Protocoale si circa 700 de Coduri si Recomandari. Pe langa SOLAS si Conventia internationala a liniilor de incarcare, au fost elaborate Conventia asupra poluarii Marine (Convention on Marine Pollution (MARPOL), Conventia internationala asupra Organizatiei Martime Internationale de comunicare prin Satelit (INMARSAT). Sitemul GMDSS (Global Maritime Distress and Safety System) este acum operativ, asigurand asistenta oricarei nave, oriunde in lume. In 1998 a intrat in vigoare codul ISM (International Safety Management Code). IMO a introdus in anul 2000 un sistem armonizat de supraveghere si certificare pentru nave. Acesta acopera cerintele de supraveghere si certificare a conventiilor privind siguranta vietii pe mare, liniilor de incarcare, poluarii si a codurilor de transport marfuri periculoase pe mare. Sistemul prevede o perioada de supraveghere standard de un an. Regulamentul de coliziuni pe mare (COLREGS) cere ca navele sa fie conforme regulilor inca din faza de proiectare, constructie si echipare.

Societati de Clasificare . Societatile importante si recunoscute de clasificare coopereaza prin IACS (International Association of Classification Socities) care cuprinde :

Exemplu Lloyd’s Register (LR) a luat fiinta in 1760. Astazi sub clasa LR sunt circa 6700 nave. Societatile de clasificare au inceput sa se implice si in clasificarea navelor militare.

Impactul regulilor si regulamentelor asupra proiectarii Proiectantul trebuie sa satisfaca nu numai cerintele armatorului dar si regulamentele IMO si regulile societatii de clasificare. Cerintele armatorului definesc tipul navei si caracteristicele ei ca marime, viteza si asa mai departe. Cerintele IMO asigura ca nava va fi sigura si acceptata in toate porturile. IMO este implicat in stabiltate, protectia la incendiu, prevenirea poluarii si diferite standarde. Societatea de clasificare va asigura regulile de ‘engineering’ dupa care nava poate fi proiectata, va indica materialele de constructie. Exista trei grupe de baza pentru regulile societatii de clasificare :

- Standarde normative care descriu exact ce se cere si care reflecta experienta indelungata a societatii si tendintele dezvoltarii tehnologice.

- Standarde de performanta care sunt flexibile care permit proiectantului sa decida liber cum sa rezolve constrangerile regulilor.

- Cazurile care privesc siguranta si care considera totalitatea riscurilor care vor actiona asupra navei ca urmare a unor incidente predictibile. O evaluare formala a sigurantei (FSA – formal safety assessment) implica identificarea pericolelor, evaluarea riscului asociat cu fiecare pericol, considerarea unor strategii alternative si luarea unor decizii pentru reducerea riscurilor si a consecintelor la nivele acceptabile.

Investigarea accidentelor . Departamentul pentru investigarea accidentelor (MAIB – The Marine Accident Investigation Branch) are rolul de a determina circumstantele si cauzele accidentelor in scopul imbunatatirii sigurantei pe mare si prevenirii unor accidente viitoare. Asociatia de salvare (The Salvage Association) serveste industria asigurarilor in scopul evaluarii costului reparatiilor.

3.4 REZUMAT

S-au definit si caracterizat principalele caracteristici geometrice pentru nava. S-a clarificat conceptul de tonaj brut si net, deadweight si deplasament. S-a definit bordul liber minim si regulile care reglementeaza calculul acestuia. S-a definit rolul Societatilor de Clasificare si IMO. A reiesit importanta pregatirii profesionale continue a arhitectului naval pentru a face fata dezvoltarii continue a

tehnologiilor si ingineriei in acest domeniu.

3.5 TERMENI UTILIZATI Pescaj aerian (Air draught) – distanta vericala de la linia de plutire de vara la cel mai inalt punct de pe nava, de obicei

varful catargului. Mijlocul navei (Amidship) – punct situat la mijlocul distantei intre perpendiculara pupa si perpendiculara prova. Mai

general este utilizat pentru a desemna sectiunea centrala a navei. Latimea (Beam) – latimea transversala a navei in orice punct. Deobicei daca nu se specifica altfel, termenul este utilizat

pentru latimea maxima a navei. Coeficient bloc (Block coefficient) CB – Unul din coeficientii de finete. Este raportul dintre volumul carenei si volumul

unui paralelipipedului circumscris acestei carene. Plan de forme (Body plan) – Un plan care reprezinta sectiunile prin corpul navei facute cu planuri paralele cu planurile

de referinta. Planul diametral (Centreline plan) PD – unul din planurile de referinta. Plan longitudinal prova-pupa. Imparte corpul

navei, la mojoritatea navei in doua parti simetrice. Formele navei sunt definite prin distantele de la acest plan la suprafata interioara a invelisului.

Coeficienti de finete (Coefficients of fineness) – Dau indicatii despre forma carenei navei. Sunt rapoarte dintre arii si volume si dreptunghiurile sau prismele circumscrise acestora.

Deadweight – Greutatea marfii, combustibilului, apei, echipajului si bagajelpr acestora. Este diferenta dintre deplasament si greutatea navei goale.

Deplasament (Displacement) – Este greutatea volumului de apa dislocuit de unplutitor liber. Este greutatea navei daca nava este in echilibru.

Pescaj (Draught). Adancimea oricarui punct al carenei sub linia de plutire. Daca nu se specifica altfel, usual este pescajul la mijlocul lungimii.

Bord liber (Freeboard) – este inaltimea puntii in bordaj deasupra liniei de plutire. Marca de bord liber (Load Line markings) – Marcaje pe bordul navei care indica bordul liber minim permis in diferite

zone ale oceanului si anotimpuri diferite ale anului. Tonaj (Tonnage) – Volumul navei. Tonajul brut (gross tonnage) reprezinta volumul total inchis al navei iar tonajul net

(net tonnage) reprezinta volumul spatiilor destinate pasagerilor si volumul spatiilor destinate marfii. Linie de apa (waterline) – reprezinta o linie orizontala, proiectia planului plutirii pe planul diametral.

3.6 ANEXE

3.6.1 Exemplu de Reguli, Regulamente si Standarde folosite la un proiect nou de nava.

3.6.2 MODELE DE CERTIFICATE

3.7 SUBIECTE POSIBILE PENTRU EXAMEN SI DISCUTII.

1. Cum este definita geometria navei ? Care sunt coeficientii de finete utilizati in definirea corpului navei ?2. Discutii privind diferite deplasamente si tonaje utilizate in definirea globala a navei. De ce sunt bordul liber si rezerva

de flotabilitate importante ?3. Discutati despre organizatiile internationale si nationale legate de nave si rolul lor.4. O nava care naviga liber in apa sarata are lungimea de 150m, latimea de 22m si pescajul de 9m si un deplasament de 24

000 de tone. Aria udata a sectiunii maestre este de 180m2. Gasiti coeficientii bloc, prismatic si al sectiunii maestre.5. Un cilindru circular lung de 100m si cu un diametru de 7m pluteste cu axele sale in planul plutirii. Gasiti masa lui in

tone in apa sarata. Cu cat trebuie redusa greutatea lui ca sa pluteasca cu axele sale in planul plutirii dar in apa dulce