SVEUČILIŠTE U ZAGREBU

FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE

UTJECAJ HRAPAVLJENJA OPLAKANE POVRŠINE NA EKSPLOATACIJSKA SVOJSTVA BRODA

DOKTORSKI RAD

Mentor: Pristupnik:

Prof. dr. sc. Vedran Žanić Mr. sc. Branko Belamarić, dipl. ing.

ZAGREB, 2008.

ii

PODACI ZA BIBLIOGRAFSKU KARTICU

UDK: 629.5.015.21 Ključne riječi: hrapavost substrata, otpor trenja, antivegetativni i antikorozivni

premazi, obraštaj Znanstveno područje: TEHNIČKE ZNANOSTI Znanstveno polje: Brodogradnja Institucija u kojoj je rad izrađen: Fakultet strojarstva i brodogradnje Mentor rada: Dr. sc.Vedran Žanić, red. profesor Broj stranica: 267 Broj slika: 110 Broj tablica: 45 Broj korištenih bibliografskih jedinica: 111 Datum obrane: ????? Povjerenstvo: Dr. sc. Izvor Grubišić, red. profesor, predsjednik povjerenstva

Dr. sc. Vedran Žanić, red. profesor, mentor

Dr. sc. Vladimir Andročec, red. profesor - član povjerenstva,

Dr. sc. Ivan Juraga, red. profesor - član povjerenstva,

Dr. sc. Boris Antolić, izv. profesor - član povjerenstva, Institut za oceanografiju i ribarstvo u Splitu

Institucija u kojoj je rad pohranjen: Fakultet strojarstva i brodogradnje Sveučilišta u Zagrebu

iii

ZAHVALA

Želim se zahvaliti svom mentoru, prof. dr. Vedranu Žaniću, na brojnim sugestijama,

poticajnim razgovorima i stalnoj podršci.

Zahvalnost također dugujem prof. dr. Izvoru Grubišiću, prof. dr. Vladimiru

Andročecu, prof. dr. Ivanu Juragi i prof. dr. Borisu Antoliću, koji su mi pomogli s nizom

usmenih i pismenih savjeta.

Također se najljepše zahvaljujem kolegama Peri Prebegu i Martinu Petričiću u pomoći

oko izrade računalnog programa.

iv

S ADRŽAJ

PREDGOVOR .........................................................................................................................vii SAŽETAK...............................................................................................................................viii SUMMARY .............................................................................................................................. ix Ključne riječi: ............................................................................................................................. x Key words: ................................................................................................................................. x POPIS OZNAKA ...................................................................................................................... xi POPIS SLIKA .......................................................................................................................xviii POPIS TABLICA.................................................................................................................... xxi UVOD ........................................................................................................................................ 1 1. HIPOTEZA RADA........................................................................................................ 3 2. HRAPAVOST OPLAKANE POVRŠINE BRODSKOG TRUPA................................ 5 2.1. Uvod ....................................................................................................................... 5 2.2. Utjecaj hrapavosti oplakane površine broda i vijka na otpor broda....................... 6 2.2.1. Određivanje koeficijenta otpora trenja površine brodske oplate................... 10 2.3. Metode mjerenja hrapavosti ................................................................................. 12 2.3.1. Mjerenje hrapavosti BMT analizatorom ....................................................... 14 2.3.2. Mjerenje hrapavosti uspoređivanjem sa standardom. ................................... 18 2.3.3. Metoda procjene hrapavosti spektrofotometrijskom metodom..................... 18 2.3.4. Metoda mjerenja hrapavosti optičkim laserom ............................................. 18 2.4. Podjela hrapavosti ................................................................................................ 20 2.5. Izvorna hrapavost oplakane površine................................................................... 22 2.6. Deterioracija oplakane površine broda u eksploataciji ........................................ 24 3. OBRAŠTAJ OPLAKANE POVRŠINE BRODSKOG TRUPA ................................. 29 3.1. Uvod ..................................................................................................................... 29 3.2. Pregled dominantnih organizama u obraštaju ...................................................... 34 3.2.1. Fauna ............................................................................................................. 35 3.2.2. Flora .............................................................................................................. 47 3.3. Čimbenici obraštaja.............................................................................................. 51 3.3.1. Fizikalni i kemijski čimbenici ....................................................................... 54 3.4. Mehanizam lijepljenja organizama za substrat .................................................... 67 3.5. Osnovni principi borbe protiv obraštaja............................................................... 70 4. ANTIKOROZIVNA ZAŠTITA I PRIPREMA POVRŠINE....................................... 73 4.1. Korozija................................................................................................................ 73 4.1.1. Postupci rješavanja problema korozije.......................................................... 73 4.1.2. Uporaba plemenitih nehrđajućih čelika......................................................... 74 4.1.3. Uporaba antikorozivnih premaza .................................................................. 74 4.1.4. Uporaba katodne zaštite ................................................................................ 77 4.2. Predobradba čeličnog substrata ............................................................................ 79 4.3. Stupnjevi korozije i onečišćenja........................................................................... 82 4.4. Temeljni premazi.................................................................................................. 85 4.5. Antikorozivni premazi.......................................................................................... 87 4.5.1. Oksidirajući premazi ..................................................................................... 88 4.5.2. Fizički sušivi premazi.................................................................................... 88 4.5.3. Premazi s kemijskom vezom......................................................................... 89 5. ANTIVEGETATIVNI PREMAZI............................................................................... 92 5.1. Povijesni razvoj .................................................................................................... 92 5.1.1. Zaštita od obraštaja drvenih brodova ............................................................ 92 5.1.2. Početci zaštite željeznih brodova .................................................................. 95

v

5.1.3. Preteče današnjih AV premaza ..................................................................... 97 5.2. Klasifikacija antivegetativnih (AV) premaza....................................................... 99 5.2.1. Konvencionalni premazi ............................................................................. 100 5.2.2. AV samopolirajući premazi s organokositrenim spojevima ....................... 107 5.2.3. Novi konvencionalni AV premazi............................................................... 112 5.2.4. Samopolirajući AV premazi bez organokositrenih spojeva (SPC TBT- free)

115 5.2.5. Hibridni AV premazi: SPC TBT Free / CDP konvencionalni .................... 118 5.2.6. AV premazi bez biocida, neobraštajući premazi (Biocide-Free, Non-Stick,

Fouling Release Coatings) .......................................................................... 120 5.2.7. Silikonski premazi....................................................................................... 121 5.2.8. Premazi na bazi mikrovlakana .................................................................... 122 5.3. Metode mjerenja izlučivanja biocida iz AV premaza ........................................ 123 5.3.1. (ISO, 2000a; 2000b) i ASTM (ASTM, 2005); kraće 'ASTM/ISO' metoda 124 5.3.2. CEPE metoda ravnoteže težina, (Mass Balance Method)........................... 124 5.3.3. HEP metoda (Harbour Exposed Panel) ...................................................... 125 5.3.4. Metoda određivanja ispuštanja biocida preko brzine poliranja (zaglađivanja)

premaza ....................................................................................................... 125 5.3.5. Dome metoda .............................................................................................. 125 5.4. Legislativa .......................................................................................................... 126 6. PRORAČUN GUBITKA SNAGE USLIJED HRAPAVOSTI I VALIDACIJA

MODELA................................................................................................................... 130 6.1. Uvod ................................................................................................................... 130 6.2. Metodologija računanja hrapavosti .................................................................... 131 6.2.1. Računanje hrapavosti oplakane površine brodskog trupa ........................... 134 6.2.2. Računanje hrapavosti brodskog vijka ......................................................... 136 6.3. Validacija čimbenika hrapavosti na primjeru dvaju brodova............................. 137 6.3.1. Brod za prijevoz rasutih tereta Pelješac ...................................................... 137 6.3.2. Motorni tanker Ist........................................................................................ 144 6.4. Moguće direktne uštede ..................................................................................... 153 6.4.1. Moguće intervencije u praksi ...................................................................... 157 6.5. Određivanje intervala dokiranja – referentni proračun ...................................... 160 6.6. Zaključak............................................................................................................ 166 7. PRIMJENA METODE VIŠEATRIBUTNE SINTEZE U OPTIMIRANJU

PROJEKTA POSLOVANJA BRODA ...................................................................... 169 7.1. Postavke za poslovanje broda ............................................................................ 169 7.2. Podloge za kreiranje tehnoekonomskog modela u procesu optimiranju projekta

poslovanja broda ............................................................................................... 170 7.3. Strategija održavanja ovisno o dozvoljenoj razini zagađenja tj. ispuštanja biocida

u okoliš .............................................................................................................. 174 7.4. Optimiranje projekta poslovanja broda metodom višeatributne sinteze ............ 178 7.5. Razrada projektnih parametra ............................................................................ 183 7.6. Razrada projektnih varijabli ............................................................................... 185 7.7. Projektna ograničenja......................................................................................... 186 7.8. Formulacija realističnog modela za višeatributne sinteze u modele poslovanja 187 7.8.1. Prikaz parametara odabranog broda............................................................ 191 7.9. Rješavanja projektnog problema primjenom računalne podrške Octopus za

odabrani brod..................................................................................................... 199 7.10. Projektni ciljevi .................................................................................................. 202 7.10.1. Ekonomski kriterij....................................................................................... 202 7.10.2. Ekološki kriterij........................................................................................... 203 7.10.3. Društvena korist .......................................................................................... 203

vi

7.11. Prikaz rezultata ................................................................................................... 205 7.12. Pojedinačni prikazi odabranih rješenja projekata............................................... 208 7.13. Zaključak............................................................................................................ 213 8. ZAKLJUČAK RADA................................................................................................ 217 9. ZAKLJUČAK DOKTORSKOG RADA ................................................................... 223 LITERATURA....................................................................................................................... 225 KRATKI ŽIVOTOPIS ........................................................................................................... 230 CURRICULUM VITAE ........................................................................................................ 231

Prilog 1 - Strojarski dnevnici: MB Pelješac i MT Ist

- Izvještaj s pokusne plovidbe MT Ist

Prilog 2. Svjetsko tržište antivegetativnih premaza i izvod iz kataloga Sigma

vii

PREDGOVOR

Hrapavost oplakane površine brodske oplate i njeno održavanje povezani su s

brodogradnjom od samog početka. To je složeni fenomen kojem su izloženi i najmanji čamci,

kao i najsuvremenija plovila današnjice.

Sredinom 19. stoljeća britanski Admiralitet donosi odluku za prodaju svih željeznih

ratnih brodova zbog intenzivnog propadanja željeznih oplata obloženih bakrenim limovima.

Pedesetak godina kasnije, 1905, cjelokupna ruska ratna flota, dodatno natovarena

ugljenom na palubi, nakon pola godine putovanja, prilagođavajući se brzinom trgovačkim

brodovima u pratnji s ugljenom i zalihama, ne može u odlučujućoj bitci razviti brzinu veću od

desetak uzlova što biva glavnim razlogom poraza kod Tsushime.

Godine 1955, profesori Šilović i Fancev pišu u Izvještaju Brodarskog Instituta da je

potrošak goriva uslijed obraštaja porastao preko 50% unutar samo tri mjeseca od dokiranja za

sva četiri putnička broda tipa Osijek.

Danas, poslije potpune zabrane TBT antivegetativnih premaza, u uporabi su

antivegetativni premazi na bazi bakrenih i cinkovih kopolimera. Međutim, preokret unose

potpuno novi silikonski premazi i premazi na bazi mikrovlakana. Skupni naziv potonjih je

Fouling Release Coatings (FRC) ili neobraštajući premazi.

Ti premazi ne sadrže biocid a djelovanje im se temelji na svojstvu neprianjanja

organizama na podlogu. Višestruko su skuplji, ali rezultiraju znatnim uštedama kasnije, u

eksploataciji broda.

Je li današnje tehničko-tehnološko znanje, koje počinje potpunom automatizacijom

pjeskarenja limova do finalne obradbe substrata oplakane površine brodskog trupa s desetak

slojeva raznih AC i AV-FRC premaza, prilikom primopredaje broda, riješilo dvojbe oko

održavanja broda tijekom dugogodišnje eksploatacije?

Idealni AV premaz odgovarao bi nultom stupnju prihvaćanja organizama na oplakanu

površinu brodskog trupa. To bi pretpostavljalo da brod s takvom AV zaštitom ne bi trebalo

dokirati za čitavi eksploatacijski period od dvadesetak godina.

Ovi primjeri oslikavaju problem održavanja glatke oplakane površine broda. Fenomen

je zaista složen i obuhvaća razne čimbenike: podloge, okolišnih uvjeta, namjene broda,

biokemijskih te bioloških uvjeta.

viii

SAŽETAK

Veliki je broj čimbenika okoliša i deteriorativnih uvjeta u službi broda koji utječu na

sposobnost održanja brzine broda u određenom vremenskom periodu. Utjecaj hrapavosti

oplakane površine iznimno je važan za poslovanje broda. Ispitivanjem utjecaja oplakane

površine na brzinu i snagu, dokazano je da se hrapavost brodova u službi godinama stalno

povećava. Stoga se smanjuje brzina, odnosno zahtijeva veća snaga za održanje izvorne brzine.

Postupkom višeatributne sinteze, primijenjene kao optimizacijske metode za kreiranje

projekta poslovanja broda, čija je programska aplikacija razvijena na Fakultetu strojarstva i

brodogradnje u Zagrebu, razvijeni su i objedinjeni slijedeći modeli:

- model porasta otpora, pomoću ITTC 1978 formule za izračunavanje dodatka na

hrapavost,

- ekonomski model vezan za analizu prihoda i rashoda poslovanja,

- ekološki model vezan za ispuštanje biocida iz antivegetativnih premaza,

- model obrade supstrata tj. oplakane površine vezane za radove u doku,

Projektni problem definiraju tri cilja, temeljena na različitim kriterijima:

- ekonomski kriterij (zarada- profit brodovlasnika),

- ekološki kriterij (stupanj zagađenja-dinamika izlučivanja biocida iz AV premaza,

- kriterij društvene koristi (dostupnost-maksimalni broj putovanja).

Kreiranje triju ciljeva provedeno je primjenom računalne simulacije i optimiranjem

postupka održavanja površine trupa variranjem svih operacija čišćenja i premazivanja, vezano

na performanse i ekonomske efekte, u ovisnosti o brzini broda, optimalnim intervalima

dokiranja, planiranim troškovima goriva i drugih relevantnih troškova u luci i plovidbi. U

programu su inkorporirane i varijable stupnja onečišćenja luka i izlučivanja toksičnih

supstanci iz AV premaza kao i postupak pjeskarenja oplakane (čelične) površine.

Izborom triju strategija, vezanih za kvantum izlučivanja biocida iz antivegetativnih

premaza, rad artikulira ekološke efekte unutar eksploatacijskog života broda.

Primjenom prikazanih modela, analizirana je strategija poslovanja jednog Suezmax

tankera kao primjer optimizacijske procedure s Pareto rješenjima.

Prikazani alternativni višekriterijalni program za ocjenu predviđanja poslovanja broda

predstavlja unaprijeđenu metodologiju koja s dovoljnom točnošću može poslužiti

brodovlasniku pri optimiranju strategije poslovanja.

ix

SUMMARY

There are a large number of environmental and deteriorative factors related to the

operation of a ship which affect its ability to maintain speed over a period of time. The impact

of hull roughness on the economics of ship operations is significant. Investigating the

influence of underwater hull surface roughness on speed and power have indicated that the

ships become measurably rougher each year they are in service. The increased roughness

either slows them down, or demands more fuel for a given speed.

Based on computer programme application, developed at Faculty of Mechanical

Engineering and Naval Architecture in Zagreb, to create a ship operation policy strategy

optimisation thru multiattribute synthesis procedure, the following models are applied:

- a friction resistance model based on ITTC 1978 formula,

- income/expenses economy model,

- antifouling paint biocide leaching ecology model,

- wetted surface treatment model.

Three attributes based on different criterions, determine general concept design, namely:

- economy criterion i.e. profit,

- criterion for the pollution of the environment i.e. biocide emissions from

antifouling coatings,

- accessibility criterion i.e. number of voyages.

Said attributes are calculated thru computer simulation and optimisation of hull

surface management practices is described including variation of optimum hull cleaning and

coating schedules, and their attendant ship performance and economic benefits, with respect

to ship speed, optimum docking intervals, fuel and all other relevant voyage/port cost

projection, port fouling severity, biocide emission from antifouling coatings, wetted (steel

substratum) surface blasting procedure.

Environmental effects of three biocide emissions alternative strategies from

antifouling coatings conceptual choices during entire life span of the ship are demonstrated.

Based on aforementioned models data, the Suezmax Tanker operation policy strategy

is analysed as an example of optimisation procedure with Pareto solutions.

The applied alternative approach to multicriterial decision making process in ship

operation policy procedure presents an improved methodology with a reasonable reliability in

terms of procedure accuracy for Shipowner strategy management optimisation policy

purposes.

x

Ključne riječi:

- hrapavost substrata,

- otpor trenja,

- antivegetativni i antikorozivni premazi,

- obraštaj.

Key words:

- hull roughness,

- friction resistance,

- anticorrosive and antifouling coatings,

- fouling.

xi

POPIS OZNAKA

GLOSARIJ (2. HRAPAVOST OPLAKANE POVRŠINE BRODSKOG TRUPA) AC antikorozivni premaz AHR Average Hull Roughness = prosječna hrapavost trupa APR Average Propeller Roughness = prosječna hrapavost vijka AV antivegetativni premaz BSRA British Ship Research Association, danas BMT DFT Dry Film Thickness = debljina suhog filma premaza gel želatina = koagulirani oblik koloidnih tvari, obično želatinske

konzistencije, za razliku od otopljenog oblika (sola) ITTC 1978 International Tank Towing Conference MHR Mean Hull Roughness = srednja hrapavost na odabranoj lokaciji NSFI The Ship Research Institute of Norway OPB oplakana površina broda reologija znanost o tečenju fluida sol koloid ili disperzija organskog sastava u tekućem stanju WFT Wet Film Thickness (debljina mokrog filma premaza), µm GLOSARIJ (3. OBRAŠTAJ OPLAKANE POVRŠINE BRODSKOG TRUPA) cipridi ličinke balanida diatomeje jednostanične alge koje sa žutosmeđim kloroplastima i kremenim

ljušturicama sadrže zlatno-smeđi pigment filament nit, vlakno izrađeno iz beskonačnih niti fitoplankton zajednica planktonskih biljaka; najsitnija biljna tvorevina koja pliva

morem flagela (flagelum) nitasta tvorba koja služi za kretanje mnogim bakterijama i

praživotinjama koje žive u vodi fototropni svjetlosenzibilni gel skrutnuti želatinozni oblik koloidne tvari glikoprotein (mukopolisaharidi) kopolimeri šećera i bjelančevina; izlučine organizama

koji daju flori fleksibilnost čime ona održava strukturalni integritet posebno pri režimu plima i oseka

halogenirani furanoni polimeri furanona (peterociklički ugljikovodici s jednim kisikovim atomom) s klorovodikom

heterocikli kisika ciklički ugljikovodici s različitim brojem kisikovih atoma u prstenu indeks refrakcije omjer između kuta upadanja i kuta loma zraka svjetla kutikula zrela epiderma ligandi atomi ili molekule koji okružuju i dijele atome s centralnim atomom meroplankton životinje koje dio života provode u planktonu, a dio na morskom dnu. nefrotoksična otrovna za bubrege nutrient hranidbena tvar osmoza, osmotski tlak > molekularna koncentracija (osmotska vrijednost) = ukupni broj

molekula otopljenih soli u jedinici volumena neke tekućine plankton zajednica živih bića koja u svojim pomicanjima s mjesta uglavnom

zavise od gibanja vode

xii

sesilni organizmi organizmi nesposobni za pokretanje s mjesta: trajno pričvršćeni za podlogu

sinergisti dva ili više sudionika procesa koji međusobnim djelovanjem proizvode jači efekt nego što bi ga imao svaki pojedinačno

tentakule produljeni privjesci na glavi nižih oblika životinja; služe za primanje podražaja

tiolne grupe SH grupe (reaktivne grupe koje sadrže sumpor i vodik) tunikati (plaštaši) na osnovi pričvršćeni ili slobodno plivajući životinjski organizmi zooplankton zajednica planktonskih životinja GLOSARIJ (4. ANTIKOROZIVNA ZAŠTITA I PRIPREMA POVRŠINE) izocijanati soli izocijanske kiseline (HNCO) MVTR brzina kojom vodena para prolazi kroz premaz (Moisture Vapour

Transfer Rate) polisiloksani organski spojevi sa silicijem White Spirit smjesa ugljikovodika frakcije nafte ravnolančanih zasićenih i

nezasićenih ugljikovodika GLOSARIJ (5. ANTIVEGETATIVNI PREMAZI) 3 RnSn X organo kositreni spoj

R = organski radikal dužine lanca n, primjerice etil-, propil, butil- Sn = kositar X = oksidna ili fluoridna grupa

EC Europska zajednica ekstenderi tekuća punila u premazima EQS Environmental Quality Standard = Standard kvalitete za okoliš HBC High Build Coatings = Debeloslojni premazi hibrid SPC AV premaz sa svojstvima SPC i CDP tehnologija. IMO International Maritime Organization kolofonij [rosin = engl.] žućkasta do tamnosmeđa prirodna smola iz drva, rabi

se u proizvodnji boja(premaza), sapuna, papira, maziva itd., polimer smolnih kiselina s glavnom komponentom abijentinskom kiselinom. Topiva je u moru

kopal zajednički naziv za smole koje sadrže terpenske spojeve kumarin kristalni organski spoj iz biljaka LL Leaching Layer = sloj ispražnjenog (potrošenog) biocida s površine

AV premaza; kod SPC AV ovaj LL je uvijek tanak ( ispod 15 µm ), glatke površine;

LR Leaching Rate = brzina izlučivanja biocida iz jedinične površine u jedinici vremena; µg/cm2/dan

MARINTEK novo ime; raniji naziv: The Ship Research Institute of Norway-NSFI MARPOL Međunarodna konvencija o sprečavanju onečišćenja mora s brodova MEPC Marine Environment Protection Committee MIC Minimum Inhibitory Concentration, najmanja koncentracija koja

spriječava rast organizama Non-Stick neljepljivo; pojava vezana najnoviju generaciju AV premaza bez

biocida

xiii

OAPCA Organotin Anti-Fouling Paint Control Act (član koji se odnosi na kontrolu premaza na bazi TBT

PEC Predicted Environmental Concentration = Predviđena koncentracija (nekog štetnog spoja) u okolišu

PNEC Predicted No-Effect Environmental Concentration= Predviđena koncentracija (nekog štetnog spoja) bez utjecaja na okoliš

Polishing Rate brzina poliranja premaza Polishing sveukupno smanjivanje debljine filma. Može se odvijati bez

zaglađivanja, ali ne i obratno. reološke karakteristike svojstva tečenja rosin kolofonij-prirodna smola crnogoričnog drveća sealer sloj za izravnavanje površine smoothing ili selfsmoothing efekt smanjivanja površinske hrapavosti ili samozagladjivanje

premaza kao posljedica uklanjanja površinskih vrhova SOLAS Međunarodna konvencija o zaštiti ljudskih života na moru SPC Self Polishing Copolymer= Polimerni premaz ili vezivni sustav topiv

u moru hidrolizom; ova kontrolirana kemijska reakcija odvija se samo na površini premaza; SPC tehnologija kombinira brzinu kontroliranog poliranja i optimum izlučivanja biocida; posjeduje svojstvo samozaglađivanja podloge; izlučeni slojevi debljine su ispod 15 µm

sterička konformacija prostorni raspored elemenata nekog spoja Tailored coatings «skrojeni premazi» = premazi s programiranim zahtjevima odnosno

parametrima TBT Tributiltin = tributilkositreni spoj tigmotaktičko svojstvo svojstvo obraštajne zajednice organizama da se prihvaćaju za hrapavu

podlogu TLV Threshold Limit Value = vrijednost graničnog praga koncentracije

biocida ispod kojeg obraštanje počinje (µg/cm2/dan) VOC Volatile Organic Compound = visoko hlapljiva komponenta

kompozicije Wash off AV premazi premazi koji se ispiru GLOSARIJ (6. TEHNOEKONOMSKI MODEL) Poslovanje broda, pojmovi: Bareboat Charter zakup praznog broda Capesize VLCC i ULCC tankeri Demise Charter zakup broda s brodovlasnikovom posadom ME Middle East Med. Mediteran NEU Sjeverne luke Europske Unije Panamax tankeri s mogućnosti prolaza kroz Panamski kanal i, u pravilu,

ograničenjem duljine preko svega na 750 stopa (228,6 m) Suezmax tankeri s mogućnosti prolaza kroz Sueski kanal, nosivosti

150.000-170.000 DWT Time Charter brodarski ugovor na vrijeme ULCC Ultra Large Crude oil Carrier = ultra veliki tanker za sirovo ulje iznad

300.000 DWT VLCC Very Large Crude oil Carrier = vrlo veliki tanker za sirovo ulje do

300.000 DWT Voyage Charter brodarski ugovor na putovanje

xiv

vozarina cijena koju naručitelj prijevoza plaća brodaru za prijevoz stvari morem; u proračunu se koristi pojam jednične vozarine: USD/DWTPL/Nm

Opće karakteristike broda B širina broda, m DWTPL nosivost broda, plaćena, t DWTS nosivost broda, ukupna, LOA duljina preko svega, m LPP duljina između okomica, m MCR maksimalna trajna snaga (maximum continuous rating), kW S oplakana površina brodskog trupa, m2 SCR trajna snaga u službi (Service Continuous Rating), kW SMCR selektirana maksimalna trajna snaga (Selected Maximum Continuous

Rating), kW Snadvođe površina trupa iznad VL, izložena djelovanju vjetra, m2 TD projektni gaz broda, VS brzina u službi, uzlovi VT brzina na pokusnoj plovidbi, uzlovi ∆ istisnina broda, Hidrodinamika CEFF faktor antivegetativnog premaza CF koeficijent otpora trenja glatkih (ravnih) ploča u ovisnosti o

Reynoldsovom broju HRF faktor obraštaja, µm/dan PT vrijeme stajanja u luci, dani Z odnos akumuliranog vremena od aplikacije AV premaza prema udjelu

vijeka trajanja AV premaza ρ gustoća mora, kg/m3 ∆CF dodatak na hrapavost, (hull roughness penalty predictor). koeficient

propulzije Hrapavost oplakane površine AHRdokiranja hrapavost uslijed dokiranja, µm AHRobraštaja hrapavost uslijed obraštaja, µm AHRpočetna početna hrapavost (izvorna hrapavost limova), µm AHRslužba hrapavost u službi uslijed deterioracije substrata, µm AHRukupna ukupna hrapavost oplakane površine (Average Hull Roughness), µm Hrapavost vijka APRdokiranja hrapavost uslijed dokiranja, µm APRobraštaja hrapavost uslijed obraštaja, µm APRpočetna početna hrapavost, µm APRslužba hrapavost u službi uslijed deterioracije substrata, µm APRukupna ukupna hrapavost površine vijka(Average Propeller Roughness), µm Pogon AFC godišnji trošak za gorivo (Annual Fuel Consumption) USD/god CHO cijena teškog goriva, HO = 300 USD/t (03/2007) DFCslužba dnevna potrošnja goriva u službi (Daily Fuel Consuption) t/dan SFC specifični utrošak goriva (Specific Fuel Consumption), g/kW/h

xv

Brodska goriva: Heavy Fuel Oil or Residual Oil (HFO) 380 cst (ISO 8217; max. 991,0 kg/m3) Intermediate Fuel Oil (IFO) 180 cst Marine Diesel Oil (MDO) (862 kg/m3) Marine Gas Oil (MGO) Izlučivanje bakra MIC granični prag tj. najmanja koncentracija koja sprječava rast

organizama, 10 µg/ cm2/ dan GLOSARIJ (7. PRIMJENA METODE VIŠEATRIBUTNE SINTEZE U OPTIMIRANJU PROJEKTA POSLOVANJA BRODA) 0 standardna obrada u doku (tip A) (u računalnom programu) AHR Average Hull Roughness = prosječna hrapavost trupa (µm) AK antikorozivni sustav premaza AV antivegetativni sustav premaza AVTYP izbor premaza prema trajnosti = AV 24, 36, 60 mjeseci ili FRC (60

mjeseci) BSE Basic Ship Element (samo jedan brod) DCTR Docking Control = vrsta dokiranja: DCTR da ili ne DE Dock Element (koliko je razmaka plovidbi unutar dokiranja); Deskriptor opis sustava FRC Fouling Release Coating (premazi s niskom energijom površine;

silikonski i sl.) NDCK Number of Dockings = broj dokiranja NVBD Number of Voyages between Dockings; broj putovanja između

dokiranja NVBD broj putovanja između svakog od dokiranja (za zadano vrijeme

eksploatacije broda) OPB oplakana površina broda OUTPUT izlazni ciljevi ili moguća ograničenja PAHR 1 početna hrapavost; PAHR 2 stalni prirast (deterioracija) PAHR 3 porast nakon svakog dokiranja PAHR Crit hrapavost nakon koje brod ide u dok tipa 2 PAHRj=4 obraštanje kod stajanja u luci= f (intenziteta lučkog obraštaja, faktora

AV premaza) PAmortizationExp troškovi amortizacije/ otplate kredita PAT površina poprečnog nadvodnog presjeka AT PAV parametri vezani za značajke odabira AV premaza odabranog broda PAV1 A sustav zaštite: popravak starih antikorozivnih i antivegetativnih

premaza i aplikacija novih; primijenjeni premaz: AV 1 (24 mjeseca zaštite) ; u programu:17 520 (sati)

PAV2 A sustav zaštite; AV 2 (36 mjeseci zaštite) ; u programu:26 280 h PAV3 A sustav zaštite; AV 3 (60 mjeseci zaštite) ; u programu:43 800 h PB širina B PB EXTRA B sustav zaštite: potpuno uklanjanje starih premaza, pjeskarenje i

aplikacija novog AK i AV sustava; u programu: (18,39 USD/m2)

xvi

PB parametri vezani za značajke odabranog broda PCAHRGRIND hrapavost nakon dokiranja u doku tipa 2 PCrewExp troškovi za posadu PDWT nosivost DWT PEnergyExp troškovi za energiju PETA djelotvornost poriva η; u programu: ETA PFRC, A sustav zaštite; FRC (60 mjeseci zaštite) ; u programu: 43 800 h PFreight Rate vozarina PH parametri vezani za značajke hrapavosti odabranog broda (vezano za

odabranu plovnu rutu) PH visina H PHarbourTaxExp S lučke i špediterske usluge PInsuranceExp troškovi osiguranja PLPP duljina među okomicama Lpp PLR duljina rute PMaintenanceExp troškovi održavanja isl. POperInHarbExp troškovi boravka u luci PPriceOfDckT1 cijena dokiranja, tip 1 PPriceOfDckT2 cijena dokiranja, tip 2 PRateOfGrowthA obraštaj u luci tipa A PRateOfGrowthB obraštaj u luci tipa B PS oplakana površina S PSCR snaga u službi SCR (0,85 MCR) PT gaz T PT parametri vezani za troškove odabranog broda PTF parametri vezani za fiksne, kapitalne troškove PTOfDock1 vrijeme dokiranja, Tip 1 PTOfDock2 vrijeme dokiranja, Tip 2 PTOfExploitation vrijeme eksploatacije rute PTOfLA utovar u luci A PTOfUnlB istovar u luci B PTOfWA čekanje u luci A PTOfWB čekanje u luci B PTotal Time proračunato ukupno vrijeme PTP parametri vezani za pogonske troškove PVrijeme AB plovidba A→B PVrijemeBA plovidba B→A PVS brzina u službi PVTrial brzina na pokusnoj plovidbi PZ parametri vezani za zaradu (vezano za odabranu plovnu rutu) SA 2 1/2 standardno čišćenje u brodogradnji: prema standardu ISO 8501-

1:1988: SAGE Age of Ship (starost broda) SCUPOL CU polution (leaching); (izlučivanje bakra) SEXP Expenses (troškovi poslovanja) SINC Income (prihod) SNVOY Ship Number of Voyages (maksimalni broj putovanja) SPC TBT AF free AV samopolirajući premazni sustav, bez kositra SPROF Ship Profit (zarada = prihod – troškovi poslovanja) VT visokotlačna pumpa za pranje obraštajnih naslaga i starih premaza na

oplati broda XAV {DE1.AVTYP,..., DEi.AVTYP,....}; i= 1 do NDCK (broj dokiranja)

xvii

XCTR {BSE.DCTR}- mogućnosti pjeskarenja oplate nakon prelaza praga dozvoljene hrapavosti

XNV {DE1.NVBD,.., DEi.NVBD,....}; i= 1 do ND (broj dokiranja) Y 1 ekonomski kriterij: zarada (profit) brodovlasnika, Y 2 ekološki kriterij: dinamika izlučivanja biocida iz AV premaza (stupanj

zagađenja) Y 3 društvena korist: maksimalni broj putovanja (dostupnost)

xviii

POPIS SLIKA

Sl. 2.1. Efekt 'pile' - opća shema kontinuirane deterioracije broda u službi i obraštaja ............. 6 Sl. 2.2. Utjecaj povećanja hrapavosti OPB na povećanje potroška goriva ................................ 9 Sl. 2.3. Definiranje profila hrapavosti ...................................................................................... 13 Sl. 2.4. Mjerenje hrapavosti ..................................................................................................... 13 Sl. 2.5. Način odabira lokacija za mjerenje hrapavosti ............................................................ 16 Sl. 2.6. Analiza izmjerenih podataka za jedan LNG brod........................................................ 17 Sl. 2.7. Analiza izmjerenih podataka za isti LNG brod. Neobraštajući premaz....................... 17 Sl. 2.8. Trodimenzionalno modeliranje mjerenja AHR uporabom trijangulacije..................... 19 Sl. 2.9. Mjerenje hrapavosti preko poznatog upadnog kuta i duljine sjene.............................. 19 Sl. 2.10. Podjela hrapavosti prema trajnosti i rasporedu na OPB ............................................ 20 Sl. 2.11. Povećanje efektivne snage za otpor trenja na stičnim varovima,

containerski brod 4.000 TEU ..................................................................................... 23 Sl. 2.12. Povećanje efektivne snage za otpor trenja na stičnim varovima, tanker

270.000 dwt................................................................................................................ 23 Sl. 2.13. Porast snage sa starosti broda kod konstantne brzine ................................................ 25 Sl. 2.14. Usporedba tipičnih profila hrapavosti: 173 µm (2-3 godine) i 550 µm (8-10

godina) ....................................................................................................................... 26 Sl. 2.15. Hrapavost starijeg broda; izvorni profil, efekt poliranja SPC AV premaza te

nakon pjeskarenja....................................................................................................... 26 Sl. 2.16. Histogram mjerenja učestalosti hrapavosti, 2 g.stari VLCC, prije

premazivanja .............................................................................................................. 27 Sl. 2.17. Histogram mjerenja učestalosti hrapavosti, 2 g.stari VLCC, nakon

premazivanja .............................................................................................................. 27 Sl. 2.18. MT LURÖ, 3.889 DWT chemical tanker, nakon prolaza kroz led, potpuno

oštećenog AC i AV premaza (WÄRTSILA Diesel News) ........................................ 28 Sl. 3.1. Prikaz jakog obraštaja podvodnog dijela broda ........................................................... 30 Sl. 3.2. Površina diatomejske sluzi na AV premazu s bakrom; svaka stanica je

približno 20 µm velika [32]........................................................................................ 32 Sl. 3.3. Diatomeje iz fitoplanktona [29] ................................................................................... 33 Sl. 3.4. Prosječni godišnji obraštaj na brodovima u Jadranu.................................................... 34 Sl. 3.5. Žirasti balanidi ............................................................................................................. 36 Sl. 3.6. Zametak ličinke balanida. ............................................................................................ 36 Sl. 3.7. Ličinka ciprida balanida veličine 1-2 mm napušta plankton u potrazi za

pogodnom podlogom za prihvaćanje [29] ................................................................. 37 Sl. 3.8. Mladi balanid nekoliko dana nakon pretvorbe iz ciprida ............................................ 37 Sl. 3.9. Ciprid Balanus amphitrite; jedno od ticala (donja desna strana slike) izvire iz

oklopa dviju ljuski [32] .............................................................................................. 38 Sl. 3.10. Površina AV premaza s razvijenim balanidima (10-12 mjeseci) [29] ....................... 39 Sl. 3.11. Odrasli balanidi stvaraju naslage poput grozdova u kojima rastu jedan preko

drugoga. Visina nakupina i grozdova na čvrstim objektima može prelaziti 20 cm! [29]...................................................................................................................... 39

Sl. 3.12. Neki predstavnici iz podreda Balanomorpha i porodice Balanidae [36]. .................. 41 Sl. 3.13. Vrste Lepas anatifera i Conchoderma auritum[36]................................................... 42 Sl. 3.14. Serpula vermicularis L; crv čekinjaš ......................................................................... 43 Sl. 3.15. Hydroides norwegica, mali cjevasti crv. Cjevčice mladih crva stare 4 tjedna. ......... 44 Sl. 3.16. Mercierella enigmatica; cjevasti crv ......................................................................... 44 Sl. 3.17. Filograna (Salmacina) dysteri; kolonija crva............................................................ 44 Sl. 3.18. Pomatoceros triqueter L; vanjski izgled crva nakon izlaska iz cijevi ....................... 45 Sl. 3.19. Bugula neritina .......................................................................................................... 46

xix

Sl. 3.20. Zoobotryon verticillatum ........................................................................................... 46 Sl. 3.21. Membranipora membranacea.................................................................................... 46 Sl. 3.22. Vrsta Mytilus galloprovincialis.................................................................................. 47 Sl. 3.23. Zelene alge iz roda Enteromorpha na oplati broda.................................................... 48 Sl. 3.24. Četverobičaste zoospore (lijevo) i prihvaćena zoospora pomoću ljepljivog

prstena za substrat (desno) kod zelene alge iz roda Enteromorpha. .......................... 49 Sl. 3.25. Grozdasta skupina spora zelene alge iz roda Enteromorphae ................................... 49 Sl. 3.26. Naseljavanje spora Enteromorphae u izbrazdanu površinu substrata

(tragovi bojanja kistom) ............................................................................................. 49 Sl. 3.27. Bujno razvijeno naselje zelene alge iz roda Enteromorpha....................................... 50 Sl. 3.28. Mikroskopska slika niti smeđe alge iz roda Ectocarpus............................................ 51 Sl. 3.29. Uklanjanje obraštaja broda ispiranjem pomoću mlaza vode iz visokotlačne

pumpe......................................................................................................................... 58 Sl. 3.30. Stvaranje novih rizoida i novih ogranaka nakon podrezivanja kod mlade

zelene alge roda Enteromorphe [41] .......................................................................... 59 Sl. 3.31. Shematski prikaz čeličnih ploča za prihvat obraštaja ................................................ 60 Sl. 3.32. Raspodjela obraštaja na brodskom vijku ................................................................... 64 Sl. 3.33. Opsezi rebara na kojima je ispitivan obraštaj ............................................................ 65 Sl. 4.1. Primjer izražene rupičaste korozije uzrokovan izostankom katodne zaštite

[29] ............................................................................................................................. 78 Sl. 4.2. Prikaz četiri stupnja čišćenja površine substrata.......................................................... 81 Sl. 4.3. Ostaci kristala soli nakon pranja VT pumpom [29]..................................................... 83 Sl. 4.4. Mehaničko oštećenje premaza ogolilo je čelični substrat; rezultat: jaka

rupičasta korozija [29] ............................................................................................... 84 Sl. 4.5. Uslijed lošeg pjeskarenja mjesta ispod rubova premaza odmah generiraju

koroziju. [29].............................................................................................................. 84 Sl. 4.6. Pjeskarenje podvodnog dijela broda ............................................................................ 85 Sl. 4.7. Krivulje zadržavanja sjaja za tri premaza metodom ubrzanog umjetnog

starenja ....................................................................................................................... 90 Sl. 5.1 Engleski ratni brod, HMS Formidable, Malta, prva polovica 19. st. ........................... 92 Sl. 5.2. Premazivanjem katranom, Toulon, Francuska, period 1750-75. ................................. 93 Sl. 5.3. Primjer oblaganja oplatom od teaka i bakrenih ploča.................................................. 97 Sl. 5.4. Krivulja izlučivanja biocida iz AV premaza.............................................................. 101 Sl. 5.5. Presjek slojeva svježe nanesenog AV premaza te snimak istog nakon

starenja (6-12 mjeseci) ............................................................................................. 103 Sl. 5.6. Idealna površina svježe apliciranog konvencionalnog AV premaza ......................... 103 Sl. 5.7. Izgled površine konvencionalnog AV premaza nakon trošenja matrice ................... 103 Sl. 5.8. Pojava sandwich premaza .......................................................................................... 104 Sl. 5.9. Ispražnjeni lanac polimernog veziva AV premaza s nepotrošenim biocidima.......... 105 Sl. 5.10. Hrapavost površine premaza je velika, a nepotrošeni biocid ne dopire do

površine.................................................................................................................... 106 Sl. 5.11. Promjena profila premaza nakon perioda trošenja................................................... 109 Sl. 5.12. Prikaz aplikacije primera i antivegetativnog premaza ............................................. 111 Sl. 5.13. Prikaz aplikacije primera i High-build TBT premaza tijekom 3 dokiranja ............. 111 Sl. 5.14 Otpuštanje biocida -konvencionalni premaz; (A): nekontrolirano

eksponencijalno otpuštanje, (B): TBT SPC premaz - kontrolirano izlučivanje biocida. [64]........................................................................................... 111

Sl. 5.15. Eksponencijalno izlučivanje biocida s kolofonijem kao dominantnim vezivom [66] ............................................................................................................ 114

Sl. 5.16. Presjek kroz istrošeni CDP AV premaz [66] ........................................................... 115 Sl. 5.17. Krivulje brzine izlučivanja biocida novih konvencionalnih CDP i TBTF

SPC AV premaza [66].............................................................................................. 116

xx

Sl. 5.18. Mikroskopski snimak TBT Free Intersmooth Ecoloflex SPC premaza [66] ........... 117 Sl. 5.19. Promjene performanci hibridnog, CDP i TBT SPC premaza u ovisnosti o

vremenu trošenja [66] .............................................................................................. 119 Sl. 5.20. Prikaz izlučivanja biocida bakra iz hibridnog premaza [66] ................................... 119 Sl. 5.21. Poprečni presjek hibridnog premaza (Interswift 655) [66]...................................... 120 Sl. 5.22. Tekstura svježe nanesenog premaza TBT Free SPC premaza [69] ......................... 122 Sl. 5.23. Tekstura svježe nanesenog Foul Release premaza [69] ......................................... 122 Sl. 5.24. Razlike među metodama su i deseterostruke (premaz BRA 640 ) Raspon

vrijednosti drugih korekcijskih faktora kreće se od 2.9-5.4..................................... 126 Sl. 6.1. Godišnji prirast opće hrapavosti ovisno o održavanju broda [75] ............................. 135 Sl. 6.2. MB Pelješac, praćenje brzine, potroška goriva i okretaja vijka prema izvodu

iz strojarskog Dnevnika [76].................................................................................... 138 Sl. 6.3. Prikaz smanjenja brzine broda u službi u ovisnosti o danima izlaska iz doka,

[76] ........................................................................................................................... 139 Sl. 6.4. MB Pelješac: Prikaz krivulje pokusne plovidbe i krivulje službe............................. 143 Sl. 6.5. MT IST, Praćenje brzine, potroška goriva i okretaja vijka prema izvodu iz

strojarskog Dnevnika, [76]....................................................................................... 145 Sl. 6.6. Porast ukupne hrapavosti za MT Ist, u razdoblju između V i VII dokiranja ............. 148 Sl. 6.7 MT IST: Prikaz krivulje pokusne plovidbe i krivulje službe...................................... 152 Sl. 6.8. Prikaz porasta snage pri održanju brzine, uz povećani potrošak goriva, [84]. .......... 155 Sl. 6.9. Definicija optimalnog dokiranja [77]........................................................................ 161 Sl. 6.10. Prikaz pada brzine nakon dokiranja [88] ................................................................. 168 Sl. 7.1 Prikaz brodograđevnih ugovora i načina poslovanja, [90], [91]................................. 169 Sl. 7.2. Strategije pri projektiranju dokiranja (primjer: T1=10, T2=20) ............................... 175 Sl. 7.3. Usporedbene krivulje izlučivanja bakra (µg/ cm2/ danu) iz AV SPC TBT free

premaza i zadnje generacije novih konvencionalnih CDP premaza, [94] ............... 176 Sl. 7.4. Krivulje izlučivanja bakra iz tri AV premaza tijekom vremena, ............................... 177 Sl. 7.5. MADM strategija projektiranja, [100]....................................................................... 179 Sl. 7.6. Simbolički prikaz parametara, varijabli i ciljeva ....................................................... 180 Sl. 7.7. Shematski prikaz vektora projektnih varijabli X ....................................................... 186 Sl. 7.8. Krivulja intenziteta obraštaja u raznim lukama prema Tablici 7.15. [9] ................... 195 Sl. 7.9. OCTOPUS Navigation Panel/ Properties – gornji desni panel: ............................... 200 Sl. 7.10. OCTOPUS Navigation Panel/Outputs: Skup projektnih ciljeva – gornji

desni panel................................................................................................................ 201 Sl. 7.11. OCTOPUS Navigation Panel/Outputs: Skup projektnih ograničenja – gornji

desni panel ................................................................................................................ 202 Sl. 7.12. Prikaz ekrana OCTOPUS DESIGNER-a s Pareto frontom i detaljima o

nedominiranim projektima (= procedurama poslovanja broda)............................... 206 Sl. 7.13. Uvećani prikaz dijela Pareto fronte oko projekta (A) i projekta (B) ....................... 206 Sl. 7.14. Prikaz ekrana OCTOPUS DESIGNER-a sa (samo) odabranim rješenjima

prema strategijama (A), (B) i (C);............................................................................ 207 Sl. 7.15. Prikaz ekrana OCTOPUS DESIGNER-a sa 6 kombiniranih dijagrama s

distribucijom projektnih varijabli i označenim rješenjima (A), (B) i (C) ................ 208 Sl. 7.16. Dijagram hrapavosti i brzine broda ovisno o vremenu (strategija A)...................... 209 Sl. 7.17. Dijagram hrapavosti i brzine broda ovisno o vremenu (strategija B)...................... 210 Sl. 7.18. Prikaz hrapavosti i brzine broda za optimalni projekt prema strategiji C................ 212

xxi

POPIS TABLICA

Tablica 3.1. Mjesečni prirast obraštajne mase i broja prihvaćenih balanida [40] .................... 55 Tablica 3.2. Prirast različitih organizama na obraštajnim pločama koje su

postavljene pod različitim kutovima nagiba [33]....................................................... 59 Tablica 3.3. Broj primjeraka glavnih skupina bentoskih životinja i morfološki

način prisustva bentoskih alga u obraštajnim zajednicama koje su se razvile na čeličnim pločama međusobno zavarenih pod različitim kutovima u Malom Lošinju. .......................................................................................................... 62

Tablica 3.4 Praćenje obraštaja na oplati MB Srakane koji se nalazio u kretanju. Debljina pokrova (crva cjevaša i algi) izražena je u mm........................................... 66

Tablica 4.1. Europska skala stupnja korozije za antikorozivne premaze [51] ......................... 81 Tablica 4.2. Tablica oštećenja prema ISO 4628/3-1982, te usporedba s Europskom

skalom korozije: ......................................................................................................... 82 Tablica 4.3. Oznaka norme i njihov odnos............................................................................... 82 Tablica 6.1 Povećanje snage uslijed hrapavosti, za vrijeme praćenja Dnevnika, u

odnosu na uvjete pokusne plovidbe ......................................................................... 150 Tablica 6.2 Snage u službi PS, kao zbroj snage u uvjetima pokusne plovidbe PT i

povećanja snage uslijed hrapavosti ∆PR .................................................................. 151 Tablica 6.3. Prikaz tretmana OPB za nekoliko brodova ........................................................ 156 Tablica 7.1 Shematski prikaz mogućih operacija.................................................................. 170 Tablica 7.2 Shematski prikaz trajanja pojedinih operacija .................................................... 171 Tablica 7.3 Prikaz glavnih ulaznih parametara za odabrani brod ......................................... 172 Tablica 7.4. Značajke tri tipa tankera: [102], [103], [104]..................................................... 188 Tablica 7.5. Izvještaj brokerske kuće Compass Maritime Services (travanj 2007): .............. 189 Tablica 7.6. Energetska bilanca Suezmax Alan, [103]........................................................... 190 Tablica 7.7. Energetska bilanca električne energije za Suezmax Tanker Alan ...................... 190 Tablica 7.8. Parametri broda (Suezmax Alan) ....................................................................... 192 Tablica 7.9. Fiksni, kapitalni troškovi (Suezmax Alan)......................................................... 192 Tablica 7.10. Pogonski troškovi (Suezmax Alan).................................................................. 192 Tablica 7.11. Odabrana plovna ruta; (Suezmax Alan) ........................................................... 193 Tablica 7.12. Primjer izračuna vozarina za Panamax, Suezmax i Capesize tankere

prema tri osnovne daljine (1 000Nm, 5 000 Nm i 10 000 Nm) [105] ..................... 193 Tablica 7.13. Prikaz računanja prihoda na bazi vozarine (Suezmax Alan)....................... 194 Tablica 7.14. Primjer računanja hrapavosti (Suezmax Alan)................................................. 194 Tablica 7.15. Prikaz intenziteta obraštaja u raznim lukama [9] ............................................. 195 Tablica 7.16. Prikaz intenziteta obraštaja u određenim lukama ukrcaja i iskrcaja

(Suezmax Alan)........................................................................................................ 196 Tablica 7.17. Računanje koeficijenta porasta hrapavosti (ovisne o vremenu)

(Suezmax Alan)........................................................................................................ 196 Tablica 7.18. A= Standardni radovi kod održavanja OPB u doku.................................... 197 Tablica 7.19. B= brušenje i aplikacija novog AKZ i AV sustava na OPB u doku: ............... 198 Tablica 7.20. Usporedba jediničnih cijena sustava zaštite A i B ...................................... 198 Tablica 7.21. Prikaz računanja AV zaštite (Tip A); (Suezmax Alan)............................... 198 Tablica 7.22. Prikaz računanja AV zaštite, Tip B; (Suezmax Alan)................................. 199 Tablica 7.23. Trajanje vremena dokiranja prema tipu dokiranja (sati) (Suezmax

Alan); izvod iz računalnog programa....................................................................... 199 Tablica 7.24. Prikaz maksimalne zarade (Suezmax Alan); strategija A; izvod iz

računalnog programa................................................................................................ 203

xxii

Tablica 7.25. Maksimalno ispuštanje bakrenih biocida (zagađenje okoliša) Strategija A; (Suezmax Alan); izvod iz računalnog programa................................. 203

Tablica 7.26. Prikaz broja plovidbi između dokiranja, tip premaza i tip dokiranja: (Suezmax Alan); Ukupni broj dokiranja: 6.............................................................. 204

Tablica 7.27. Skupna tablica za broj putovanja; Strategija A; (Suezmax Alan); izvod iz računalnog programa.................................................................................. 204

Tablica 7.28. Prikaz praćenja broja vožnji u odnosu na vremensko trajanje, brzinu broda te porasta ukupne hrapavosti oplakane površine, kao zbroja mehaničke i biološke hrapavosti; Strategija A; (Suezmax Alan); izvod iz računalnog programa............................................................................................... 204

Tablica 7.29. Prikaz broja putovanja između dokiranja; Strategija A; (Suezmax Alan); izvod iz računalnog programa (Tablica predstavlja izvod iz Tablice 7.26.) 205

Tablica 7.30. Prikaz broja plovidbi između dokiranja, tip premaza i tip dokiranja: (Suezmax Alan); Ukupni broj dokiranja: 6; Strategija B......................................... 211

Tablica 7.31. Prikaz zarade (Alan); izvod iz računalnog programa Strategija B ................... 211 Tablica 7.32. Prikaz zagađenja mora (Alan);izvod iz računalnog programa; Strategija

B ............................................................................................................................... 211 Tablica 7.33. Prikaz broja plovidbi između dokiranja, tip premaza i tip dokiranja:

(Suezmax Alan); Ukupni broj dokiranja: 6; strategija C ......................................... 213 Tablica 7.34. Prikaz zarade (Alan);izvod iz računalnog programa; Strategija C................... 213 Tablica 7.35. Prikaz zagađenja mora (Alan);izvod iz računalnog programa; Strategija

C ............................................................................................................................... 213

1

UVOD

... to preserve her calking and make her glib or slippery to passe the water, and when it decayed by weeds, or barnacles ...

(A Sea Grammar, by Captain John Smith, 1627)

Hrapavost oplakane površine broda postat će predmet temeljitijeg znanstvenog i

stručnog pristupa tek u 60-tim godinama 20. stoljeća. Do tog vremena udio cijene goriva u

ukupnim troškovima poslovanja broda nije znatnije utjecao na elemente zarade broda. Naglim

podizanjem cijena nafte, 1973 godine, stubokom se mijenja odnos prema trošenju goriva.

Procijenjeno je da samo deterioracija površine brodske oplate, bez obraštaja, uzrokuje

povećanu potrošnju goriva od najmanje 10% . Računajući da ukupni godišnji potrošak goriva

u brodarstvu iznosi oko 155 milijuna tona, novčani iznos štete prelazi preko 6 milijardi USD.

Već na početku eksploatacije struktura čeličnog brodskog trupa izložit će se brojnim

razornim čimbenicima. Sofisticirani proizvod, brod - svojim oblikom, veličinom, sveukupnim

pogonom i opremom - prometujući svjetskim morima, dotičući najudaljenije luke, izvrgnut je

najrazličitijim utjecajima. Svi oni, od sudara, abrazije, odbojnika, struganja lanaca, prolaza

kroz led, uzrokuju povećanje deterioracije kao trajnog nezaustavljivog procesa koji razarajući

tanki površinski film premaza razvija sve moguće oblike korozije. Pribroji li se tome i

obraštaj po isteku djelovanja biocida iz antivegetativnog premaza, kao fenomen privremene

hrapavosti, osim direktne štete na oplati javlja se i pad brzine, odnosno dodatni potrošak

goriva.

Hrapavljenje čeličnog lima naravni je proces starenja materijala, stoga i zahtjevi za

karakteristikama OPB u službi moraju biti u realnim okvirima. Ranjivost oplakane površine

brodskog trupa ilustrira činjenica da je jedina zaštita čelične oplate od razornog oceanskog

ambijenta premazni sustav debljine reda veličine od samo nekoliko desetina milimetara. On

mora ostati netaknut u visokoaeriranom i stalno uronjenom i kvašenom ambijentu, izdržati

abraziju i mehaničke udarce od leda, odbojnika, lanaca, sudara.

Stvaranje samo jedne izložene točke na oplati odmah generira pojavu korozije,

podrazumijevajući da je antikorozivni i antivegetativni gornji sloj već nestao, uz dvostruku

štetu: propadanje lima i povećani otpor.

Brojni provedeni pokusi pokazuju da porastom hrapavosti oplakane površine broda od

samo 10 µm efektivna snaga poraste za 1% pri očuvanju iste brzine.

2

Isto tako iskustveno se potvrđuje da svakih 30 µm povećanja hrapavosti uzrokuje pad

brzine za 1%.

Radi postizanja što većeg gradijenta između ekonomske dobiti i investicije, pri izboru

projekta novogradnje naglasak je na dvjema bitnim točkama tehnoekonomskog poslovanja:

projektu operativnog režima i dinamici održavanja broda u eksploataciji. Tu se javljaju

teškoće jer mnogi relevantni podaci o poslovanju broda nisu dostupni. Stoga su brodovlasnici

upućeni na suradnju s operativnom službom u brodogradilištima. U zadnja dva desetljeća

dolazi do bitnog pomaka na optimizaciji tehnoekonomskog modela, kreiranog na temelju

kontrole i praćenja izmjere niza varijabli broda unutar doka i tijekom eksploatacije.

(iz časopisa Ship Repair and Maintenance International)

3

1. HIPOTEZA RADA

Razvojem višekriterijalnog matematičkog modela, koji uključuje utjecaj hrapavljenja

oplakane površine broda na troškove eksploatacije, moguće su za brodara znatne uštede.

U skladu s takvim pristupom treba napraviti matematički model višeciljnog kriterija

optimizacije poslovanja [zarade(profita), izlučivanja biocida iz AV premaza te dokiranja i

maksimalnog broja mogućih putovanja uz četiri izbora premaza (AV 24, 36 i 60 mjeseci te

FRC (60 mjeseci), uz mogućnost brušenja oplate nakon prijelaza praga dozvoljene

hrapavosti].

Za izradu optimizacijskog modela poslužit će standardni Tehnoekonomski model.

Metodologija rada počiva na interdisciplinarnom pristupu, kombiniranjem matematičko-

fizikalnih i kemijsko-bioloških modela iz različitih područja:

1. Matematike: Tako je na primjer odnos otpora broda, odnosno brzine broda i

hrapavosti oplakane površine formuliran kao matematički problem:

- optimuma nelinearnog cjelobrojnog modela, riješen generaliziranom metodom

najstrmijeg gradijenta (GRG2 algoritam u modulu SOLVER programskog paketa

Excel),

- modela višekriterijalnog optimuma (višeatributna sinteza u optimizaciji projekta)

2. Ekonomike poslovanja broda (simulacija režima plovidbe, troškova poslovanja uz

raščlambu na kapitalne i tekuće troškove prema ciklusima (mirovanje, pretovar,

plovidba, dokiranje). Odvojeno će se prikazati troškovi aplikacije različitih AV

premaza i troškovi brušenja oplate, apliciranja novog sustava AKZ /AV premaza i

troškovi dokiranja;

3. Brodskog pogona (povećanja otpora broda uslijed hrapavosti i računanja ∆CF, dodatka

zbog hrapavosti na koeficijent otpora trenja ploče);

4. Fenomena stalne hrapavosti (izvorne, deterioracije i prirasta u doku) te biološkog

obraštaja kao privremene hrapavosti;

5. Biologije mora (flora i fauna obraštaja na oplakanoj površini brodskog trupa);

6. Antivegetativni premazi (primjena i razvoj);

7. Mehanizam izlučivanja biocida, zagađivanje okoliša;

4

Pri izradi disertacije koristit će se:

- vlastite baze podataka vezane uz poslovanje broda (strojarski i brodski dnevnici,

podaci iz poslovanja brodarskih tvrtki, brodogradilišta te tvrtki za proizvodnju i

aplikaciju AV premaza;

- eksperimentalno istraživanje prirasta morske flore i faune na zaštićenim i

nezaštićenim plohama iz različitih materijala, te radova u doku, vezano uz

magistarski rad te pripremne radove za ovu disertaciju;

- najnoviji propisi IMO-a i MARPOL-a uz legislativu za biocide.

5

2. HRAPAVOST OPLAKANE POVRŠINE BRODSKOG TRUPA

2.1. Uvod

Fenomen hrapavosti oplakane površine trajni je proces, neodvojiv od broda, od

početka gradnje do kraja eksploatacije. Svi operativni segmenti tijekom gradnje, polazeći od

strukturne hrapavosti samih limova tipa tehnološkog procesa, kvalitete i performansi AC i AV

premaza, kvalificiranosti radne snage i kvalitete aplikacije, sudionici su kumulativnog efekta

hrapavosti novogradnje.

Na osnovu empiričkih podataka, za izvornu hrapavost novogradnji ustanovljeno je

područje graničnog praga hrapavosti TLV (Threshold Limit Value) od 70 µm. U popisu

značajki svakog isporučenog broda bilježi se hrapavost oplate, u pravilu realne vrijednosti

iznad graničnog praga, najčešće oko 100 µm. Najnovije tehnologije, uz primjenu

visokokvalitetnih AC i AV premaza, s osobitim naglaskom na stalnu kontrolu kvalitete, imaju

tendenciju snižavanja vrijednosti graničnog praga.

Smanjenje potrošnje, goriva odnosno čim manji pad izvorne brzine broda, ovisi

isključivo o racionalnom održavanju broda u službi i u pravilnom izboru AC i AV premaznog

sustava. Praćenje općeg stanja oplakane površine ključno je za kreiranje tehnoekonomskog

modela praćenja broda u službi.

Dva su bitna čimbenika koji generiraju hrapavost:

a) deterioracija oplakane površine, koja je trajni proces, i

b) biološki obraštaj kao privremeni proces.

Opću sliku hrapavosti oplakane površine najjednostavnije je prikazati dijagramom,

Sl. 2.1, gdje je polazna točka referentna hrapavost novogradnje pri isporuci broda. [1]

Hrapavost uslijed deterioracije substrata, tijekom godina, ima stalni, uglavnom

linearni porast. U doku se uklanja obraštaj koji je privremenog karaktera, ali koji se

superponira trajnoj hrapavosti uzrokovanoj deterioracijom brodske oplate tijekom službe.

6

Sl. 2.1. Efekt 'pile' - opća shema kontinuirane deterioracije broda u službi i obraštaja

Uvođenjem novih tehnologija znanstvenici dolaze do relevantnih podataka o statusu

oplakane površine broda (OPB) tijekom službe i za vrijeme dokiranja. Iako nove generacije

brodova imaju kvalitetnu završnu obradbu OPB, ona je i dalje praćena stalnom deterioracijom

u službi. Dobrim održavanjem broda može se gradijent deterioracije znatno smanjiti, u

iznimnim slučajevima skoro i do tri puta, raspon se kreće od 18 µm do 55 µm/godišnje.

Na kraju životnog vijeka prosječnih trgovačkih brodova, ovisno o održavanju te

režimu rada, srednje visine hrapavosti oplakane površine kreću se od 700 µm do 1.000 µm.

Pjeskarenje oplakane površine te aplikacija novog sustava premaza postupak je koji se

preporučuje bar jednom ili dva puta za vrijeme eksploatacije broda. Iako se tim postupkom ne

može vratiti izvorna hrapavost, pouzdano je da će se gornje vrijednosti hrapavosti prepoloviti

na kraju života broda.

Stalnim mjerenjem stanja oplakane površine te praćenjem brodskih izvještaja moguće

je predvidjeti optimalno vrijeme za spomenutu obnovu oplakane površine. Misao vodilja svih

tih postupaka jest snižavanje deterioracije na što moguće manju mjeru.

2.2. Utjecaj hrapavosti oplakane površine broda i vijka na otpor broda

Utjecaj povećane hrapavosti oplakane površine broda u službi, pri istoj efektivnoj

snazi, mjerljiv je preko povećanja otpora trenja, odnosno smanjene brzine. Za putničke i

kontejnerske brodove očuvanje izvorne brzine uvjetovano je dovoljnom rezervom dodatne

snage.

Činjenica da otpor trenja dosiže i do 80% ukupnog otpora broda, izravni je pokazatelj

važnosti statusa oplakane površine.

7

Idealna površina čeličnog substrata ima slijedeće karakteristike [2]:

(i) ne korodira

(ii) ne podliježe obraštanju

(iii) hidraulički je glatka

(iv) kompatibilna je s materijalima i metodama gradnje trupa

(v) strukturnog je identiteta kao i sami trup broda

(vi) ispunjava kriterije funkcije kao i cijene koštanja

Ipak, usprkos tehnološkom napretku pri projektiranju, konstrukciji i propulziji broda,

glatka, idealna površina nije dostižna jer nijedan substrat ne udovoljava navedenim

karakteristikama.

Podaci za AHR trupa i APR vijka dobiju se direktnim mjerenjem, što je vrlo

dugotrajan posao koji se za svaki pojedini brod mora posebno izvesti. Ti podaci se također

mogu s dovoljnom točnošću dobiti i preko provedbe simuliranja kretanja broda na stvarnoj ili

tipičnoj ruti, ili prema podacima iz brodskog dnevnika, preko određenog niza formula,

opisanih podrobnije u poglavlju 6. Tehnoekonomski model

U istom poglavlju praćeni su i analizirani uvjeti i stanje u eksploataciji broda za

prijevoz rasutih tereta i tankera, prema priloženim dnevnicima, u trajanju 2,5 godine, sa

slijedećim parametrima:

- vrsta i namjena broda,

- glavne značajke broda,

- broj dana u luci,

- broj dana u plovidbi,

- potrošak goriva,

- stanje AV premaza,

- broj dokiranja,

- brzine broda (pokusna plovidba, brzina u službi nakon i neposredno pred

dokiranje),

- stanje oplakane površine trupa,

- predviđena hrapavost trupa kao funkcije strategije održavanja,

- predviđeni obraštaj i njezin efekt na snagu ili brzinu.

Obzirom da ogledni brodovi iz ove studije, bulker Pelješac i tanker Ist nisu imali

podatke o hrapavosti, za proračun veličine hrapavosti korištena je ITTC 1978 formula.

Primjenom korelacionih uvjeta iz ITTC 1978 formule (2.1) za razne visine hrapavosti u službi

8

te uvrštavanjem podataka za izračun efektivne snage otpora trenja, podrobnije je analiziran

porast efektivne snage odnosno goriva kao posljedica povećanog otpora.

Hrapavost trupa određuju četiri komponente, [3]:

- izvorna hrapavost lima,

- porast hrapavost uslijed dokiranja,

- hrapavost u službi,

- hrapavost od obraštaja.

Osnova matematičkog izračuna za predviđanje hrapavosti AHR i njezin utjecaj na brod

u službi procjena je udjela svake komponente koja je generira. U ovisnosti o čimbenicima koji

je uzrokuju svaka se hrapavost računa odvojeno. Zbroj pojedinačnih hrapavosti daje ukupnu

hrapavost AHR oplakane površine. Detaljno računanje pojedinih komponenti prikazano je

poglavlju 6. Tehnoekonomski model.

Međutim idealna hrapavost, tj. hrapavost u okvirima laminarnog strujanja, ovisno o

duljini broda i brzini, u području od 20 - 70 µm, pri pretpostavci ∆CF = 0, nije realna.

Potrebno je naglasiti da se oplakana površina uvijek referira na čeličnu podlogu. Drugi

materijali, (ovim redom) stakloplastika, aluminij pa i drvo, pokrivaju isto područje, ali ovdje

nisu predmet ovog razmatranja.

Hrapavost limova ovisi u prvom redu o izvornoj hrapavosti nakon pjeskarenja,

odnosno nakon apliciranja radioničkog premaza, te o kvaliteti i metodama rada u

brodogradilištima za vrijeme gradnje broda. Hrapavost naknadnih AC i AV premaza ovisi o

kvaliteti premaznog materijala, ali može znatno varirati u ovisnosti o kvaliteti aplikacije.

Kod brodova u službi, deterioracija kao trajni proces sa svim popratnim efektima

uzrokuje daljnju hrapavost oplakane površine broda. Hrapavost od obraštaja je najsloženija jer

ovisi o tipu AV-premaza, metodi aplikacije, lokaciji na trupu, a iznad svega o vremenu

boravka broda u luci.

Radovi na studiji problematike otpora OPB, zbog nužnosti višekriterijalnog pristupa,

uvijek su jednako aktualni. Najnoviji pristup problemu otpora načinili su Subramanian al. [4].

U svom radu koncentriraju se samo na element nekonzistentnosti otpora trenja uslijed

obraštaja, objašnjavajući ga varijabilnim fizikalnim svojstvima obraštaja, elastičnosti i

gustoći. Rezultate potkrepljuju mjerenjem vrijednosti reoloških svojstava graničnog sloja na

uzorku obraštenom algama.

Dobro zaštićeni trup novog broda, nakon otprilike 4 godine, već ima AHR reda

veličine 230 µm. Pri godišnjem povećanju hrapavosti od 30 µm, efektivna snaga se povećava

9

za približno 3 %. Tako samo uslijed trajne hrapavosti, tj. deterioracije, već nakon 4 godine

eksploatacije porast snage pri očuvanju iste brzine iznosi oko 12,5%. [5]

Vrijednost povećane potrebne snage zbog povećanog otpora, kvantificirat će se kroz

količinu potrošenog goriva. Sl.2.2; [6]

5

The Importance of RoughnessThe Importance of Roughness

“Fuel Economy due to Improvement in Ship Hull Surace Condition”, R.L.Townsin et.al., Int’l Shipbuilding Progress, 33 (383), 1986, 127-130.

% FUEL PENALTY vs. INCREASED ROUGHNESS

0.0%2.0%4.0%6.0%8.0%

10.0%12.0%

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

950

1000

Roughness (microns)

Sl. 2.2. Utjecaj povećanja hrapavosti OPB na povećanje potroška goriva

Cijena čišćenja broda funkcija je OPB, stupnja obraštaja, hrapavosti od korozije i

premaza i željene ciljane glatke površine.

Cijena čišćenja i premazivanja u doku obuhvaća:

- cijenu čišćenja,

- cijenu premaznog materijala,

- cijenu aplikacije,

- troškove energenata, dokovnih instalacija, priveza, remorkera, itd.

Cijena infrastrukturnih i energetskih troškova dokiranja, instalacija, remorkera, obično

se izražava kao USD/DWT odnosno USD/DWT/danu.

Za čišćenje in situ (u plovnom stanju) i za čišćenje unutar doka, gubitak prihoda,

fiksni i operativni troškovi nisu dodani opisu gornjih troškova. Oni se dodatno kalkuliraju, jer

brod za vrijeme dokiranja nema prihoda ali fiksni i operativni troškovi i dalje teku. Tako

razlučeni troškovi u postupku obnove OPB pomoć su brodaru da se odredi prema stvarnim

troškovima i troškovima zbog izgubljenog vremena.

10

Utjecaj pogoršanja stanja oplakane površine na povećani otpor i povećanu snagu kroz

potrošnju goriva broda u službi, još uvijek se nedovoljno artikulira u brodograđevnim

krugovima, postoji čak tendencija relativiziranja problema. Objašnjenje je jednostavno kad se

zna da svi veći brodari s flotom od primjerice 30-tak brodova, na osnovu procijenjenog

tehnoekonomskog modela, koriste svaki novi brod unutar optimalnog perioda, nakon kojeg

brod u pravilu prodaju. Novi vlasnik, međutim, neće izlagati opterećivanju svoj proračun

većom investicijom održavanja starog broda. S druge strane, posljedica česte promjene

vlasnika pretpostavlja promjenu politike održavanja broda, u pravilu na račun pada kvalitete.

Premda hrapavost propelera nije predmet ovog razmatranja, ipak, referirat ćemo se

kratko na njezin utjecaj na otpor broda.

Hrapavost površine vijka nije jednolična; u velikoj mjeri ovisi o položaju, prostornoj

geometriji i karakteristikama vijka.

Prva mjerenja hrapavosti površine mjerenjem otpora trenja provodi Schlichting

koristeći otpor površine zrnca pijeska. Zbog vrlo neujednačene hrapavosti na površinama krila

vijka, Schlichtingova metoda sa zrncima pijeska nije dala pouzdane rezultate. Tijekom

vremena poboljšane su, pojednostavljene i definirane metode mjerenja hrapavosti vijka.

Iako APR često nije prava mjera za mjerenje hrapavosti vijka, jer ne uzima u obzir i

teksturu površine, ipak se gubitak efektivne snage zbog hrapavosti vijka dovoljno točno može

odrediti formulom [7],

∆P/P · 100% = 1.107 (APR) 1/3 – 1.479 za APR>8 (2.1)

Hrapavost vijka dijelimo, kao i kod računanja oplakane površine broda, na četiri vrste

hrapavosti: izvornu hrapavost, akumuliranu hrapavost u službi, hrapavost prigodom dokiranja

te hrapavost uslijed obraštaja.

Podrobniji opis računanja hrapavosti vijka prikazan je u poglavlju 6. Tehnoekonomski

model.

2.2.1. Određivanje koeficijenta otpora trenja površine brodske oplate

Za izračunavanje koeficijenta otpora trenja glatkih (ravnih) ploča CF, u ovisnosti o

Reynoldsovom broju, do danas je u uporabi tridesetak formula. [8], [9]

Navedimo neke:

Prandtl-Schlichting CF = 0,455 / (log Rn)2,58 (2.2)

Von Karman CF = 0,072 / Rn0,2 (2.3)

ATTC 1947 (CF )0,5 = 4,132 log (Rn CF ) (2.4)

11

Blasius -laminarno strujanje CF = 1,328 / Rn0,5 (2.5)

Lackenby CF = 0,0006 + 0,0791 / Rn0,21 (2.6)

- glatke i obojane površine

Baier CF = 1,89 + 1,62 (log10 L / KS) (2.7)

- hrapave površine; duljine L i ekvivalentne hrapavosti pijeska KS

ITTC-1957, Madrid CF = 0,075 / (log10 Rn – 2 )2 (2.8)

Površina brodskoga trupa nije glatka, već hrapava, što je posljedak slijedećih uzroka,

sastavnica:

- izvorna hrapavost limova i tehnološka hrapavost (zavari, nekada zakovice);

- hrapavost nastala u službi uslijed korozije, gomilanja slojeva loše očišćene boje,

te hrapavosti sloja svježe boje;

- hrapavost nastala uslijed ulubljivanja oplate, što se najčešće zbiva tijekom

dokiranja;

- hrapavost od obraštaja.

Struktura hrapavosti prirodnih i tehničkih objekata, bez obzira radi li se o optjecanju

(raznovrsna vozila i plovila) ili protjecanju (cjevovodi) je vrlo različita. Da bi se mogli u

praksi primjenjivati rezultati sustavnih ispitivanja koeficijenata otpora trenja, koji su dobiveni

za cijevi umjetno ohrapavljene gusto nanesenim zrncima pijeska, određene su za sve važne

"prirodne hrapavosti" njima ekvivalentne prosječne "umjetne" pješčane hrapavosti. Kod

brodova ta hrapavost se naziva prosječna hrapavost trupa, AHR, i može se odrediti mjerenjem

uz pridržavanja određene procedure.

Određivanje otpora trenja trupa zahtijeva poznavanje koeficijenta otpora trenja

hrapave površine, koji se dobiva kao zbroj otpora trenja glatke ploče CF i ∆CF, dodatka zbog

hrapavosti na koeficijent otpora trenja ploče, kratko dodatka na hrapavost, (hull roughness

penalty predictor).

ITTC je za izračunavanje dodatka na hrapavost preporučio sljedeće formule:

ITTC-1978, London 103 ∆CF = 1,05 (AHR/Lpp)1/3 – 0.64 (2.9)

AHR = prosječna visina hrapavosti oplakane površine, µm

LPP = duljina broda između okomica, m

ITTC 1990, Madrid 103 ∆CF = 44 [(AHR/ L) 1/3 – 10 (Rn)-1/3] + 0,125 (2.10)

Formula ITTC iz 1990. godine (Madrid), prikladna je samo za neoštećene površine

standardnog AV premaza (AHR < 225 µm), pa je to bio razlog da se u ovome radu za

12

izračunavanje dodatka na hrapavost ∆CF , za novogradnje i brodova u službi prihvatila ranija

formula ITTC 1978. [10]

Na bazi formule ITTC-1978 (2.9) napravljen je računalni program tehnoekonomskog

modela broda u službi.

2.3. Metode mjerenja hrapavosti

Hrapavu površinu označava pojava nebrojenih nepravilnih uzvisina, dolina, grebena,

izbočina, ispupčenja, pukotina, brazda. Svaka definicija hrapavosti jednim parametrom bila bi

neprimjerena budući da različite površine raznovrsnih profila mogu biti slične na osnovu

jednog parametra i biti različite u odnosu na druge parametre.

Postoje tri selektivna područja mjerenja hrapavosti OPB: mjerenja za vrijeme gradnje

broda te na primopredaji broda (1-3), mjerenja u službi (4-8), te mjerenja opće slike

hrapavosti netom nakon izvlačenja broda na suho, tj. nakon dokiranja (9). Potonje je ujedno i

najteže definirati, a upravo na toj hrapavosti je baziran otpor trenja u službi:

1. hrapavost limova nakon pjeskarenja, u pravilu na Sa 2½

2. hrapavost novogradnje, samo radionički premaz apliciran (cca 20 µm)

3. hrapavost novogradnje nakon apliciranja AC i AV premaza (debljina nanesenih

slojeva AC i AV sustava obično je u granicama: DFT = 250 – 500 µm)

4. hrapavost u doku nakon pranja visokotlačnim pumpama

5. hrapavost u doku nakon pjeskarenja

6. hrapavost u doku nakon aplikacije AC i AV premaza (OPB čišćena VT pumpama)

7. hrapavost u doku nakon aplikacije AC i AV premaza (OPB čišćena pjeskarenjem)

8. hrapavost u vodi nakon čišćenja od obraštaja (podvodno brušenje četkama)

9. hrapavost mjerena pred dokiranje: uključen biološki obraštaj i deterioracija

(korozija, oštećenja, greške AC i AV premaza)

Prije 2. svjetskog rata karakteristike površine trupa definirale su se pomoću tzv.

ekvivalentne hrapavosti zrnaca pijeska, a proračun otpora bazirao se na Nikuradse-ovim

testovima s cijevima. Nakon rata BSRA (danas BMT) prva uvodi mjerenja hrapavosti, te

proučava odnos hrapavosti i povećanog otpora trenja. Prvi mjerni instrument The Wallgauge1

razvila je BSRA na brodu Lucy Ashton, još 1952.g. sa zadaćom da se ispita odnos hrapavosti i

otpora trenja [11]. Radi praktičnosti i ekonomičnosti, za mjerenje hrapavosti oplakane

površine broda uveden je pojam prosječne hrapavosti trupa AHR (Average Hull Roughness).

13

Činjenica je da AHR, koja predstavlja prosjek vrijednosti očitanja na otprilike 1200

mjernih točaka oplakane površine trupa daje prihvatljivu korelaciju između hrapavosti i

otpora broda. Profil hrapavosti analizira se na uzorku dimenzija 2 mm × 50 mm, prema Sl.2.3

i Sl.2.4, [12].

Sl. 2.3. Definiranje profila hrapavosti

Sl. 2.4. Mjerenje hrapavosti

NSFI je razvio drugi uređaj za mjerenje hrapavosti nazvan Monotester 2. Taj

elektronsko / mehanički uređaj predstavljao je u to doba veliki napredak, razvijen s ciljem da

se prebrode nedostaci Wallgauge-a. Prednost Monotestera 2 je u tome što se rezultati

očitavaju trenutno, a nedostatak -dulje vrijeme rada za isti broj informacija.

Slika profila hrapavosti projicirala se na staklenu ploču prekrivenu grafitnim prahom

preko optičkih leća. Taj sustav mjerenja je dugo vremena bio u uporabi unatoč nedostacima,

poput rada s krhkim i skupim stakalcima. Također je bilo netočno mjerenje hrapavosti

površina koje su imale visinu hrapavosti ispod 70 µm. Nadalje, sređivanje rezultata očitanja je

zahtijevalo relativno dugo vrijeme obradbe.

Za dobivanje točnije slike realnog profila površine substrata u svakom slučaju trebalo

bi uzeti i topografiju odnosno teksturu površine u obzir,međutim, to bi znatno otežalo

proračun tehnoekonomskog modela. [13]

Kako se vidi iz priloženih replika 3 i 4., ista vrijednost AHR od 400 µm prouzročit će

i četverostruko različit efekt na snagu!

14

Replika br. 3; AHR = 400 µm; ∆P= 27 %

Replika br. 7; AHR = 400 µm; ∆P= 7 %

2.3.1. Mjerenje hrapavosti BMT analizatorom

Uvođenjem elektroničke tehnologije uvelike je napredovala tehnika mjerenja i

obradbe podataka. Najnovija generacija BMT analizatora trenutno očitava rezultat AHR. Tako

se izbjegla ranija subjektivna analiza ocjenjivanja krivulje hrapavosti golim okom preko

zamagljenog stakla.

Mjerenje se u pravilu izvodi na 100 lokacija po 12 uzoraka i za svaku lokaciju

izračuna se vrijednost prosječne hrapavosti, MHR (Mean Hull Roughness). Na taj se način,

na osnovu 1.200 očitanja, dobije prosječna visina hrapavosti (AHR) za čitavu oplakanu

površinu. Premda metoda nije egzaktna jer ne ilustrira realni status površine, obzirom da se

temelji na mjerenju samog jednog parametra (AHR), ipak se u praksi pokazala vrlo korisnom.

Ipak, zbog nedovoljnog poznavanja topografije deteriorirane površine, općeprihvaćeni

standard mjerenja AHR elektroničkim BMT analizatorom nužno traži reviziju. Nastoji se da

procedura mjerenja obuhvati sve relevantne parametre hrapavosti, a time poveća točnost i

pouzdanost metode.

Mjerenje AHR u plovnom stanju također je moguće provesti, ali se rjeđe izvodi.

2.3.1.1. Osnove procedure uzorkovanja

Cil j : mjerenje hrapavosti sastoji se od obilježavanja 100 sličnih površina na plovilu,

ili se površina bokova i dna razdijeli na slične podpovršine. Izvješće se odnosi na slučajno

15

odabranu lokaciju površine. Pri izboru treba izbjegavati površine koje prelaze preko varova,

kao izvornim elementima strukturne hrapavosti.

Pogreška metode : udaljenost točaka od najviše 1.5 m, prema BMT analizatoru, za

malu vrijednost hrapavosti nije relevantna, ali u slučaju velike hrapavosti ili u slučaju velikih

mehaničkih oštećenja pogreške mogu biti zamjetne. [14]

Veličina uzorka i orijentacija:

- idealna veličina uzorka na svakoj lokaciji morala bi biti jednaka,

- najveća odstupanja javljaju se između bokova i dna zbog otežanog pristupa,

- uobičajeno uzorkovanje vrši se u smjeru strujanja vode.

Timing - period uobičajeno specificiran kao vrijeme sušenja između završetka

premazivanja i uranjanja doka. U tom vremenu treba izvršiti mjerenje hrapavosti. Nije

moguće specificirati minimalni timing za vrijeme sušenja premaza, budući da je to funkcija:

- performansi AC i AV premaznog materijala,

- broja i debljine apliciranih slojeva,

- naravi i prijamljivosti substrata,

- radnih uvjeta, temperature i ventilacije,

- broja i debljine apliciranih slojeva.

Osnovni uvjet za provedbu mjerenja je pretpostavka da je premaz tvrd. Treba naglasiti

problem usporedbe hrapavosti broda nakon premazivanja u doku, i hrapavosti nakon

uronjavanja. Katkad, primjerice u slučaju konvencionalnih premaza, ovi lagano u dodiru s

vodom omekšaju, posljedica čega su niža očitanja vrijednosti. I kod nove generacije

visokokvalitetnih samopolirajućih premaza, dolazi do pogrešnih očitanja, jer su debljina i

tvrdoća površine ovisni o stabilnosti kemijskog sastava premaza.

2.3.1.2. Postupak mjerenja

Uređaj se sastoji od mjerne glave smještene na uređaju s kotačima. Mjerna glava ima

zaobljeni stilus koji slijedi konture, odnosno obrise površine trupa na lokaciji za mjerenje, po

kojoj prolazi uređaj s kotačima. Podaci sa stilusa prenose se preko kabela do jedinice

analizatora, koji se ispisuju na omotu papira.

U svakom slučaju procedura zahtijeva nesmetani pristup brodu u doku (skele, dizalice,

crijeva za vodu, vozila). Mjerenje hrapavosti u doku mora se provesti nakon što je brod opran

vodom, ali i prije nego počnu operacije pjeskarenja, budući da i kristali soli i čestice prašine

16

mogu utjecati na točnos