Podmazano zrakom
BN 265Upuhivanje zraka pod trup broda u plovidbi smanjuje potrošnju goriva u prosjeku za oko 10% ovisno o obliku trupa. Može li ušteda koja se ostvari instaliranjem sustava koji upuhuje zrak pod trup otplatiti investiciju?
Da bi se neki mehanički dio mogao kretati, to može biti ostvareno direktnim kontaktom s podlogom ili pak tako da se između dva materijala ubaci neka tvar koja će tom kretanju smanjiti trenje. To nazivamo podmazivanjem. Podmazivati se može motor i za to se koristi ulje, podmazuju se okretni i radni dijelovi za što se često koriste razne masti. No kako podmazivati zrakom? Da dobro ste pročitali, zrakom. Zrak je lubrikant koji smanjuje otpor i to na sličan način kao što to čine i ulja i maziva. Kako je bit u smanjenju trenja tako se korištenje lubrikanata, odnosno maziva svodi na stvaranje sloja između dva materijala. Kada je riječ o ulju ili masti potreban je određen viskozitet ulja, odnosno konzistencija masti. Da bi ulje dobro podmazivalo potrebno je postići određenu radnu temperaturu i tlak, dok je kod ulja potrebno zadovoljiti radne uvjete u kojima neće doći do promjene konzistencije. I kod podmazivanja zrakom treba zadovoljiti neke uvjete. Kod zraka je to uvjet protjecanja fluida, odnosno njegova brzina. Tek kada dođe do protjecanja fluida počinje smanjenje trenja u kojem sloj zraka od vode preuzima silu trenja.
Čista i ekološka plovidba, bez obzira radilo se o pomorstvu ili nautici sve je više spominjana tema. Smanjenje otpora smanjuje potrošnju goriva, a što za sobom povlači i manju emisiju štetnih plinova. Uzrok nastanka otpora leži u trenju koje se javlja između oplate i morske površine. Ovisno o obliku i profilu trupa ovisi koliko će biti trenje, a posljedično tome i otpor kretanju.
Damen sustav se sastoji od zračnih ispuha sa kavitatornim te uzdužnih graničnika koji sprečavaju otjecanje zraka
Kako funkcionira podmazivanje zrakom
Cijelo vrijeme smanjenje otpora uzrokovano zrakom nazivamo podmazivanjem no to je zapravo stvaranje sloja zraka koji se ubacuje pod trup, a sve kako bi se smanjio kontakt mora i oplate broda. Upuhivanje zraka i zračnih mjehurića kroz mlaznice stvara sloj zraka preko kojega trup plovila prelazi manjim otporom. Nekoliko je parametara koji utječu na uspješnost ove metode gdje u obzir treba uzeti postojanost sloja zraka za potrebnu količinu zraka i za određenu brzinu trupa te naravno, stanje mora. Prvo je potrebno da mjehurići zraka, njihov volumen i brzina budu postojani, odnosno da se postigne optimalno upuhivanje zraka, recimo kompresorima. Prevelika količina zraka neće eksponencijalno smanjiti otpore te će za posljedicu imati nepotrebnu potrošnju goriva za pokretanje kompresora. Drugo, upuhivanje zraka treba puniti prostor (tunele) pod trupom kako ne bi dolazilo do otjecanja zraka i vortex efekta. Za efikasnost rada ovog sustava potrebno je (senzorski) imati uvid u količinu zraka potrebnog za funkcioniranje sustava. Kod promjene brzine plovidbe, valjanja broda, propinjanja i ostalog, dolazi do otjecanja zraka kojega je potrebno nadoknaditi da ne bi dolazilo to naglog povećanja trenja i usporavanja. Funkcioniranje cijelog sustava ovisi o optimalnoj količini zraka, a sve kako ne bi došlo do povećanja trenja. Sustavi upuhivanja zraka pod trup svoju primjenu su pronašli kod teretnih brodova ravnog dna gdje je moguće upustiti trup, a kako bi se mogli izvesti zračni, po mogućnosti trakasti upusti. Sloj traka koji se ovisno o obliku trupa upuhuje na više pozicija duž trupa, stvara uski sloj prvo turbulentnog, a zatim laminarnog sloja. Tvrtka Damen iz Nizozemske u razvoj svog sustava DACS (Damen Air Cavity System) je uključila Sveučilište Delft kako bi dobila koliko je više moguće stvarne brojke. Rezultati koje su dobili, odnosno koje je Damen objavio na svojoj internet stranici, podijeljeni su u dvije kategorije. Jedna kategorija su unutarnje mirne vode (kanali, rijeke, jezera), a druga more. Trupovi brodova koji plove rijekama, jezerima i kanalima imaju ravna dna te prosječno manju brzinu plovidbe. Potrošnja goriva, ali i smanjenje emisije štetnih plinova je od 10 do 20%. Kod brodova, odnosno trupova koji plove morem, opet ovisno o podvodnom profilu trupa, ušteda je od 5 do 12%. Iako su relativne uštede manje u usporedbi s brodovima za unutarnju plovidbu, apsolutne vrijednosti su puno veće. To je zato što su brodovi koji plove morem veći, imaju veću instaliranu snagu i plove većom brzinom.
Zrak se može upuhivati kao neprekidni sloj (lijevo) ili u obliku mjehurića (desno)
Elementi sustava
Upuhivanje zraka pod trup broda štedi gorivo što je veliki benefit. Na brodaru je da odluči hoće li uložiti u ovakav sustav na nekoj novogradnji ili će odlučiti instalirati ga na neki od postojećih brodova. DACS (Damen Air Cavity System) kojega je moguće instalirati na postojeće brodove i novogradnje se sastoji od projektiranog podvodnog sustava mlaznica za upuhivaje zraka, kavitatora za ravnomjernu distribuciju zraka, te po potrebi bočnih graničnika i kobilica. Tu je i upravljačko-nadzorni dio koji se najčešće nalazi na upravljačkom mostu.
Krajnji cilj je nulta emisija onečišćenja
Kada bi gledali koje su to prednosti, odnosno što to netko dobiva dodavanjem ovog ili nekog sličnog sustava prva stvar bi bila smanjenje potrošnje goriva uzrokovano smanjenjem otpora trupa u kretanju kroz more. Posljedično smanjenom potrošnjom goriva smanjuje se i zagađenje, odnosno količina ispušnih plinova. Na današnjoj razini tehnološkog razvoja postignuto je to da brodovi koji plove unutarnjim vodama, rijekama i jezerima mogu ploviti bez da direktno zagađuju okoliš. Naravno određeni ekološki trag ostaje no to je kod novih brodova pogonjenih električnom energijom, vodikom i sličnim energentima minimalno.
U brojkama
Odabrali smo Damen no mogli smo kao primjer uzeti i neke druge slične sustave koji vlasnicima brodova nude uštedu tehnologijom opstrujavanja zraka podvodnog dijela trupa. Za Damen smo naveli, radi se o uštedi u potrošnji goriva 10 do 20 % na trupovima u unutarnjim vodama, odnosno od 5 do 12% u pomorskom prometu. FluidicAL navodi da njihov sustav smanjuje otpor trupa i mora za 50 do 70%, te da se uz značajno smanjenje emisije CO2 potrošnja goriva smanjuje za 8 do 12 %. SilverStream Systems navodi 10% kao uštedu u potrošnji goriva, te isto toliko u smanjenju količine ispušnih plinova.
Air Lubrication daje pak od 7 do 10% uštede u potrošnji goriva te navodi da je njihov sustav prikladan za sve vrste plovila. Svi proizvođači ovakvih sustava se vrte oko iste brojke od desetak posto uštede u potrošnji goriva i isto toliko smanjenja ispušnih plinova. Koliko je milja potrebno napraviti i to onih s teretom koje se plaćaju da bi se isplatila instalacija ovakvog sustava ovisi o više parametara poput tonske milje. Izračun isplativosti ovisi i o stanju na tržištu vozarina no generalno ispada da će se ovaj sustav više isplatiti onima koji više plove.
Step hull
Smanjenje otpora se postiže osiguravanjem potrebne količine zraka koji se upuhuje pod trup, no postoje i neke druge metode smanjenja otpora. Plovidba, odnosno korištenje hidrokrila je jedna od metoda, dok je korištenje stepenastog trupa (step hull) druga. I za hidrokrilo i za stepenasti trup je potrebna veća brzina i oboje je namijenjeno za veće projektne brzine. To za sobom povlači povećanu potrošnju energije (goriva, el. energije), pa gdje je onda kvaka? Stvar je da kada bi taj isti trup bez step hula ili pak hidrokrila plovio istom brzinom potrebna bi mu bila puno veća količina energije za iste performanse.
...
