L'impatto dei cambiamenti climatici sui requisiti di progettazione per i futuri trasmettitori marittimi

Tra i componenti più colpiti ci sono i propulsori marini, che forniscono la propulsione e la capacità di manovra per le navi, piattaforme offshore e veicoli subacquei. Poiché le condizioni oceaniche diventano più estreme e imprevedibili, i progetti di propulsori devono evolversi per mantenere l'efficienza, l'affidabilità e la conformità ambientale.

Cambiamenti climatici-drive in condizioni oceaniche

Gli ingegneri devono comprendere questi cambiamenti per sviluppare propulsori che possono resistere a nuovi stress, riducendo al minimo l'impronta ambientale.

Temperatura del mare

Le temperature globali della superficie dell'oceano sono aumentate di circa 0,13°C per decennio negli ultimi 100 anni, con un riscaldamento accelerato negli ultimi decenni. L'acqua calda colpisce direttamente le prestazioni del propulsore attraverso una densità di acqua ridotta, che può alterare l'uscita di spinta e l'efficienza.

Aumento dell'intensità e della frequenza della tempesta

Le navi e le strutture offshore ora incontrano carichi d'onda più gravi, forze di vento più elevate e rapidi cambiamenti nello stato del mare. I trasmettitori su navi operanti nelle regioni proiezioni di tempesta devono essere strutturalmente rinforzati per gestire le richieste di simulazione di estrema spinta e i carichi di shock.

Cambiare le correnti oceaniche e il livello del mare

Le alterazioni a correnti globali, come ad esempio un rallentamento della Circolazione Meritazionale Atlantica e dei cambiamenti regionali nel flusso del Golfo, sono in grado di influenzare l'ambiente idrodinamico delle navi. I trasmettitori su navi che operano in aree dove le correnti sono rafforzate devono essere in grado di fornire una spinta laterale maggiore per mantenere il corso.

Acidificazione dell'oceano

L'aumento dell'assorbimento di CO2 atmosferica sta rendendo gli oceani più acidi, con un aumento del 30% dell'acidità dopo la Rivoluzione Industriale. L'acqua acidica accelera la corrosione di alcuni metalli, soprattutto acciai non legati e alcuni bronzi. Questa sfida di durevolezza sta spingendo l'adozione di leghe super duplex in acciaio inossidabile, il bronzo di nichel-alluminio e i compositi polimeri avanzati per i componenti di propulso esposti a acqua di mare.

Adattazioni di progettazione per i futuri Thrusters Marine

Il rispetto di questi cambiamenti ambientali richiede un approccio multiforme che abbraccia materiali, idrodinamica, sistemi di controllo e architettura della propulsione.

Materiali e rivestimenti avanzati

Le acque di balneazione più resistenti alla corrosione e ai materiali resistenti alla biofouling, mentre i materiali di rivestimento in alluminio-nichel (NAB) sono il vantaggio del settore per le eliche e le lame di spinta grazie alla resistenza alla corrosione e alla resistenza alla corrosione, ma gli acciai inossidabili più recenti come UNS S32750 offrono una maggiore resistenza al pitting nelle acque calde e acide.

Miglioramenti dell'efficienza idrodinamica

L'ottimizzazione della forma del propulsore è uno dei modi più efficaci per compensare le perdite di efficienza causate da acqua più calda, meno densa e turbolenza aumentata. I progettisti ora utilizzano regolarmente le dinamiche di fluido computazionale accoppiate con algoritmi di ottimizzazione multi-oggettiva per esplorare migliaia di geometrie della lama, profili di dotto e distribuzioni del passo.

Sistemi di controllo intelligenti e Sensing integrato

I moderni propulsori azimuthing sono sempre più dotati di sensori integrati per la coppia, la spinta, la temperatura e la salute dei cuscinetti. Questi sensori alimentano i dati per gli algoritmi di controllo adattativi che regolano la posizione di lancio, rpm e l’angolo di azimutazione per mantenere le prestazioni ottimali evitando la cavitazione o il sovraccarico.

Architettura di propulsione ibrida ed elettrica

I motori a magnete permanente stanno diventando il primo motore preferito per i propulsori, poiché offrono un'elevata densità di coppia ed efficienza in un ampio range di velocità. La capacità di operare propulsori a velocità molto basse (senza banchina di rischio) è particolarmente importante per i sistemi di riduzione del picco di energia.

Design modulari e riparatori

I progetti futuri di propulsori si stanno muovendo verso la modularità: sommergibili chiave come il cambio, la cartuccia di cuscinetto e il pacchetto di tenuta possono essere spazzati via senza dover asciugare il serbatoio. Questo approccio è particolarmente importante nelle regioni in cui le strutture di abbattimento del secco sono scarse.

Pressione e conformità ambientale

L’Organizzazione marittima internazionale (IMO) ha fissato obiettivi di riduzione del gas serra ambiziosi, che richiedono un taglio del 50% delle emissioni totali del 2050 rispetto al 2008.

Oltre ai gas serra, le normative relative al rumore subacqueo da quello della spedizione sono in grado di ridurre la vita marina. I trasmettitori sono una fonte primaria di rumore della cavitazione, che può disorientare le balene e altri animali.

La Convenzione Internazionale sul Controllo dei Sistemi di Anti-fouling (AFS) vieta già i composti organotici tossici, e alcune autorità regionali (come la California) richiedono alle navi un piano di gestione biofouling. I progettisti di Thruster devono garantire che qualsiasi rivestimento antifouling o trattamenti superficiali utilizzati sui componenti di propulsore siano conformi a questi standard di pulizia in evoluzione, che producano un'ulteriore innovazione nei sistemi di foletossici

Studi di casi in adattamento

Sviluppo del Thruster Artico per la fusione delle condizioni di ghiaccio

Il sistema di trasporto è in grado di fornire un’ampia gamma di servizi di trasporto, in modo da garantire un’elevata efficienza di trasporto, in modo da garantire un’elevata capacità di trasporto.

Posizione dinamica nell'industria eolica offshore

L'espansione delle aziende eoliche offshore in acque più profonde e tempestose (come il Mare del Nord e l'Atlantico) ha spinto la domanda di propulsori che possono tenere la stazione esattamente sotto carichi di vento e di onda estremi. I vasi di installazione come il Voltaire] utilizzano i propulsori retrattili combinati con i sistemi di posizionamento dinamico DP‐3.

Prospettive future

Un'area promettente è l'uso di gemelli digitali – repliche virtuali di sistemi di propulsori che simulano le prestazioni in condizioni meteorologiche e oceaniche prevedibili. Gli operatori possono testare diverse strategie di controllo o programmi di manutenzione prima del tempo, riducendo il rischio e i costi. Un'altra frontiera è lo sviluppo di propulsori completamente bio-ispiranti, come ad esempio le linee di foil oscillanti o le alette in continuo.

Ottimizzare l'intera catena di propulsione – dal motore all'elica – i progettisti possono ottenere la migliore efficienza possibile in qualsiasi condizione, includendo il coordinamento di più propulsori (azimuthing, tunnel, cicloidale) per evitare interferenze e annullare gli effetti della sveglia.

Infine, la spinta verso i vasi a emissioni zero (utilizzando idrogeno, ammoniaca o batteria) richiederà propulsori compatibili con questi combustibili e con i loro sistemi di stoccaggio dell'energia associati. Ciò potrebbe significare nuovi standard di lubrificazione (alcuni combustibili a base di ammoniaca hanno caratteristiche di lubrità diverse), diversi requisiti di raffreddamento e nuovi materiali per guarnizioni e guarnizioni che resistano all'attacco chimico.

Conclusioni

I cambiamenti climatici stanno ridisegnando l'ambiente oceanico in modi che sfidano direttamente le prestazioni e la longevità dei propulsori marini.Le temperature aumentano accelerando il fouling e la corrosione; le tempeste più intense richiedono strutture robuste e controlli proattivi; le correnti e i livelli di mare spingono nuovi compromessi idrodinamici; e le normative più strette richiedono un'efficienza sempre maggiore e un impatto ambientale inferiore.

Riferimenti esterni[]