پنجشنبه 30 شهریور 1396  09:30 ق.ظ    ویرایش: چهارشنبه 29 شهریور 1396 03:15 ب.ظ


آیا تا به حال یک کشتی غرق شده دیده اید؟ مطمئنم که دیده اید. امروزه فیلم های سینمایی و اخبار تلویزیونی می توانند صحنه هایی از کشتی هایی درحال بلیعده شدن توسط آب را نشان دهند. فیلم تایتانیک، یکی از بهترین صحنه های غرق شدن یک کشتی را به تصویر می کشد. اگر شما این فیلم را تماشا نکرده اید، ممکن است برخی نکات جالب را از دست بدهید.


 

با این حال، این مطلب درباره فرو رفتن کشتی  و غرق شدن آن نیست. در این مطلب، ما می خواهیم در مورد پدیده ای با عنوان "اثر سطحی آزاد" صحبت کنیم. این امر با ثبات یک کشتی ارتباط زیادی دارد. یک کشتی که در آب زیادی غوطه ور است نیز چنین پدیده ای را تجربه می کند که باعث می شود ناپایدار شود. بخشی از مطالعات مهندسی دریایی(طراحی و ساخت) با ثبات کشتی در ارتباط است.

 

تانکر ها یا کشتی هایی که محموله مایع را حمل می کنند باید بگونه ایی طراحی شوند تا تاثیرات سطح مایع آزاد را به حداقل برسانند. آب توازن، سوخت، آب شیرین، روغن و دیگر مایعات حمل شده در کشتی می تواند به اثر سطح آزاد کمک کند.

تصویر زیر نشان دهنده برش عرضی از وسط یک کشتی تانکر است. اگر نیرویی وجود داشته باشد که یک کشتی را به یک سمت بچرخاند، متوجه خواهید شد که چطور مایع موجود در مخزن تغییر سطح داده و تمایل دارد بیشتر به طرف چرخش حرکت کند.


 


مرکز گرانش روغن در مخزن نیز تغییر خواهد کرد. اگر کشتی دارای قابلیت شناوری کافی باشد، قادر است تا خود را درست کند. و به حالت ایستاده بازگردد.

 با این حال، اگر شیب بیش از حد بزرگ باشد، تغییر در مرکز گرانش روغن ممکن است خیلی بزرگ شود. به جای بازگرداندن کشتی به حالت راست، نیروی شناور در کشتی حتی ممکن است کشتی را در همان جهت شیب بچرخاند و کشتی سرنگون شود.

 برای به حداقل رساندن اثر سطح آزاد چه می توان انجام داد؟

کشتی بگونه ایی طراحی می شود  که به جای یک مخزن بزرگ، مخازن متعددی وجود دارد. با وجود اینکه همان مقدار مایع حمل می شود، مطابق تصویر زیر متوجه خواهید شد که روغن چگونه رفتار می کند. مرکز ثقل هر مخزن  نیز تغییر خواهد کرد، اما مجموع تغییرات نقاط ثقل، مرکز ثقل کشتی را تغییر نمی دهد که به طور قابل توجهی همانند قبل است.



 راه دیگر برای به حداقل رساندن اثر سطح آزاد، بارگیری کردن مخازن به شکل کاملا پر(لب به لب) می باشد. در این حالت، مایع به با آزادی کمتری حرکت می کند. کنترل این روش ممکن است برای مخازن حمل مواد مصرفی مانند روغن سوخت، آب خانگی و آب آشامیدنی کمی سخت شو زیرا این مواد بطور مداوم مصرف شده و سطح مایع در آنها کاهش می یابد.

 شکل مخازن را نیز می توان متناسب جهت ایجاد تعادل در کشتی ساخت، اما در اغلب موارد کشتی ها برای حداکثر ظرفیت ذخیره سازی ساخته شده اند وبرای این شکل مقطع مستطیلی بیشتر امکان پذیر است.

 

مخازن در یک کشتی تانکر بصورت محفظه هایی جدا از هم  به این منظور ساخته می شوند. مخازن کنار نیز برای حفاظت کشتی از ورود آب در زمان خسارت وارد شدن به بدنه می باشد.


   


نظرات()  
پنجشنبه 16 شهریور 1396  11:59 ق.ظ    ویرایش: چهارشنبه 29 شهریور 1396 12:18 ب.ظ

از آنجایی که این مقالات در چند سال گذشته ترجمه و جمع آوری شده است ممکن است کمی از نظر اطلاعات تغییر کرده باشد. بنابراین امیدوارم در صورت نیاز به استفاده در پایان نامه ها و مقالات از اخبار و فناوری های جدید نیز مطلع شوید.

 

محققان دانشگاه میشیگان بر روی یک طرح جدید برای کشتی های کالابر کار می کنند که می تواند منجر به حذف تانک های آب توازن و در نتیجه جلوگیری از جابجایی موجودات از یک مکان در دریاها به جاهای دیگر شده و باعث بروز مشکلات زیست محیطی شوند.

در Grate Lake حداقل 185 نوع آبزی غیر بومی شناسایی شده است و آب توازن بعنوان عامل اصلی این مسئله عنوان شده است. به همین علت نیز، قوانین جدیدی وضع شده است مثلا اینکه کشتی ها باید پیش از ورود به مناطق بندری و ساحلی در آبهای آزاد اقدام به تخلیه و آبگیری مجدد تانک های آب توازن نمایند تا از این جابجای آبزیان و صدمه به محیط زیست جلوگیری شود. البته باید عنوان کرد که این مسئله تنها یک راه حل موقت است و نمی تواند راه حل نهایی باشد.

بعضی از سازمانها هم عنوان می کنند که باید کشتی ها و حمل کنندگان را از طریق قوانین مجبور کرد تا سیستم های استریلیزه را روی عرشه نصب کنند تا موجودات خارجی آبهای توازن را نابود سازند. البته این سیستم ها نیز بسیار پر هزینه هستند. در این سیستم ها از فیلتر پرتوافکنی ماوراء بنفش، آفت کش های شیمیایی و دیگر تکنولوژی ها استفاده می شود و هزینه ای بالغ بر 500 هزار دلار را در بر دارد.

مایکل پارسون استاد طراح کشتی و موتورهای دریایی که در امر رهبری این پروژه همکاری می کند، می گوید: "مفهوم کشتی با "آب توازن در جریان(Ballast free ship)" یک پیشنهاد جایگزین نوید بخش است که می تواند موجودات زنده ای را که سعی در مسافرت مجانی با کشتی دارند، بدون نیاز به تجهیزات استریلیزه گرانقیمت از این چرخه حذف کند".

 

 

عکس 1:کشتی ها هنگامی که محموله ای ندارند اقدام به آبگیری برای حفظ تعادل کرده و هنگامی که در حال بارگیری محموله هستند آب توازن را تخلیه می کنند که این تخلیه شامل مقادیر زیادی آب و هر چیز دیگری که همراه آن است از جمله میكروب های بیماری زا تا جانوران نرم تن و ماهی ها می شود. در تصویر بالا نمونه ای از سیستم آب توازن کنونی یا سنتی را مشاهده می کنید.

 

آب دریای محلی

طرح آب توازن در جریان اجازه می دهد که آب به درون بدنه کشتی جریان یابد و سپس از خروجی های عقب کشتی خارج شود. بعلت اینکه جریان آب درون بدنه، همیشه از آب محلی (آب محل یا مکانی که کشتی در آن قرار دارد) می باشد کشتی هیچگونه آبزی بیگانه ای را از طریق آب توازن جابجا نمی کند.  

 

 

پارسون می گوید: "هیچ معجزه ای صورت نگرفته است. اما کشتی با آب توازن در جریان توانایی بالقوه پیروزی در میدان اقتصادی را در حالیکه مسئله آب توازن به شدت مورد توجه است را دارا می باشد".

کشتی ها هنگامی که محموله ای ندارند اقدام به آبگیری برای حفظ تعادل کرده و هنگامی که در حال بارگیری محموله هستند آب توازن را تخلیه می کنند که این تخلیه شامل مقادیر زیادی آب و هر چیز دیگری که همراه آن است از جمله میكروب های بیماری زا تا جانوران نرم تن و ماهی ها می شود.

بجای اینکه کشتی ها آبهای بالقوه آلوده را در طول اقیانوس حمل و نقل کرده و سپس آن را در بندر Grate Lake تخلیه کنند، یک کشتی با سازوکار  آب توازن در جریان می تواند یک جریان همیشگی از آب دریای محلی به درون شبکه لوله های بزرگی که "Trunk (شاه لوله)" خوانده می شود ایجاد کند که از سینه به پاشنه کشتی و در زیر خط آب جریان دارد.

پارسون می گوید: "از بعضی از لحاظ بیشتر شبیه زیر دریایی است تا یک کشتی حرکت کننده روی سطح آب. ما بخشی از بدنه را به روی دریا باز می کنیم و جریان آرامی را به درون شاه لوله ها(Trunks) از سینه به پاشنه هدایت می کنیم. شما بطور دائم جریان رفت و برگشتی آب به کشتی دارید و همیشه از آب محلی آبگیری می کنید نه اینکه آب یک نقطه از دنیا را به نقطه ی دیگر دنیا منتقل کنید".

مفهوم کشتی با آب توازن در جریان در سال 2001 پذیرفته شد و در سال 2004 به ثبت شد. این راه حل جدید تنها برای کشتی های جدید ارائه شده است.

با تامین مالی موسسه تحقیقات دریایی Grate Lake ، پارسون و همکارانش یک مدل چوبی 16 فوتی(4.877 متری) از یک کشتی فله بر اقیانوس پیما با 250 هزار دلار ساختند تا این ایده را مورد آزمایش قرار دهند.

این آزمایش در مخزن شبیه سازی (towing tank) آزمایشگاه هیدرودینامیک دریایی دانشگاه میشیگان که یکی از قدیمی ترین تسهیلات در نوع خود است و تحت مالكیت موسسه ی آموزشی U.S می باشد انجام شد.

علاوه بر کمک موثر در طراحی، نتایج حاصل از دور آخر آزمایشات مخزن و شبیه سازی های کامپیوتری نشان داد که طرح کشتی با آب توازن در جریان می تواند مزایای بسیاری را ارائه کند. این طراحی صرفه جویی های قابل توجهی را – همانند کاهش انرژی لازم برای حرکت کشتی تا حدود 7.3 درصد را نمایان ساخته است.

برای یک فله بر 650 فوتی (198.12 متری) که 32000  تن کالا را از Grate Lake به اروپا و برعکس حمل می کند، در طول یک سفر رفت و برگشت تقریبا هزار دلار صرفه جویی در مصرف سوخت ایجاد می شود.

ذخیره انرژی

پارسون خاطر نشان می سازد: "مهندسان سعی در اثبات و توضیح این قضیه دارند که عبور جریان آب از سینه به پاشنه کشتی و خروج از آن باعث  هموار سازی جریان به سمت پروانه کشتی شده و منجر به عملکرد موثرتر پروانه و در نتیجه کاهش مصرف سوخت تا 150 هزار دلار می شود".

 

 

عکس 3:  مدل ساخته شده از یک فله بر تردد کننده در Grate Lake 

او همچنین می گوید: "این کاهش مصرف انرژی بسیار عظیم است و به سختی، این بهبود در مصرف انرژی قابل باور است و ما مجبوریم این حقیقت اظهار شده توسط خود را اثبات کنیم".

ساخت یک فله بر اقیانوس پیما حدود 70 میلیون دلار هزینه می برد. هزینه ساختار اضافی طرح آب توازن در جریان (برای فولاد اضافی بدنه، دریچه های جدا کننده شاه لوله ها(Trunks)، لوله کشی و جوش کاری) بسیار کم تر از نصب سیستم فیلتر آب توازن می باشد.

محققان برآورد کرده اند که طرح جدید می تواند صرفه جویی اقتصادی برابر حدود 450 هزار دلار سرمایه خالص برای هر کشتی داشته باشد. با در نظر گرفتن صرفه جویی در مصرف سوخت مورد انتظار، کل هزینه حمل کالا می تواند تا حدود 2.55 دلار برای هر تن کاهش یابد.

میل شیدیس کاتنیس (Militiadis kotinis) مهندس دانشکده دریاییSUNY در رابطه با طرح آب توازن در جریان گفت: "به نظر می رسد در مقایسه با دیگر سیستم های عملیاتی آب توازن، این یک گزینه مناسب است".

بنابراین علاوه بر مشخص شدن قابلیت بکارگیری این تکنیک طی آزمایشات، مزایای اقتصادی چون کاهش هزینه های عملیاتی و همچنین برطرف شدن معزل جابجایی آبزیان و خطر آن برای محیط زیست از طریق این تکنولوژی برطرف خواهد شد.


   


نظرات()  
  • کل صفحات:4  
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  •   

SeaTrade & Transport

زكات علم آموختن آن به دیگران است