ITNA20120021A1 - Dispositivo per trasportare in nave liquido pericoloso o inquinante - Google Patents

Description

“DISPOSITIVO PER TRASPORTARE IN NAVE LIQUIDO PERICOLOSO O INQUINANTEâ€

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda i serbatoi dedicati a contenere pericolosi o inquinanti nelle navi, in particolare un dispositivo capace di modificare la propria forma, in seguito indicato con il nome di serbatoio non rigido (s.n.r.).

Come à ̈ noto, i serbatoi dedicati a contenere liquidi pericolosi o inquinanti nelle navi sono, di solito, costituiti da acciaio e fanno parte della struttura della nave.

Più specificamente, le navi cisterna a singolo scafo presentano un unico fasciame a custodia di quanto trasportato e ogni incidente che danneggia il fasciame o il fondo causa la fuoriuscita del carico o di parte di esso. A seguito di numerosi disastri ecologici registrati negli anni 70 e 80, le navi a singolo scafo non possono più trasportare in stiva materiali pericolosi o inquinanti, così come stabilito dagli Stati Uniti d’America con l “Oil Pollution Acf del 1990 e dall’IMO (International Maritime Organization) che ha reso obbligatorio il doppio scafo per le navi consegnate dopo il giugno 1996 ed ha stabilito un calendario per la demolizione anticipata delle navi cisterne a singolo scafo. Conseguentemente gli unici liquidi pericolosi o inquinanti trasportati dalle navi cisterna a singolo scafo sono il combustibile ed i lubrificanti, i cui serbatoi sono integrati nella struttura della nave ed a contatto con il fasciame dell’opera viva.

Le navi cisterna a doppio scafo presentano un doppio fasciame ed un doppio fondo: di fatto, una seconda nave interna con un’intercapedine che arriva a misurare, nelle superpetroliere, 3 metri di spessore. La superficie esterna dei serbatoi di carico à ̈ parte dello scafo interno.

Tra le navi a doppio scafo negli ultimi anni hanno rivestito un’importanza sempre maggiore le chimichiere, navi dedicate al trasporto di prodotti chimici: sono dotate di un elevato numero di cisterne, di molteplici linee e pompe di carico; presentano tre crescenti livelli di sicurezza in relazione della pericolosità dei liquidi trasportati.

Le navi non dedicate al trasporto di liquidi, come le porta-container o le navi passeggeri, dispongono anch’esse di serbatoi per il combustibile dei motori e dei lubrificanti; l’ubicazione di questi serbatoi riveste un rilievo fondamentale, ad esempio esistono categorie di navi passeggeri che godono di sconti nelle tasse portuali se non presentano tali serbatoi a contatto con lo scafo esterno.

In tutti i casi precedentemente indicati i serbatoi sono parte integrante della struttura della nave e sono costituiti in acciaio.

I continui sforzi compiuti dagli organismi dedicati alla sicurezza della navigazione hanno ottenuto il risultato di introdurre negli anni 90 le navi a doppio scafo, alzando notevolmente i livelli di sicurezza. Queste navi di ultima generazione presentano l'inconveniente di utilizzare lo scafo interno come parete esterna dei serbatoi. L’esperienza dimostra che in seguito ad una collisione o ad un incagliamento ad alta energia un corpo estraneo penetra nella struttura della nave, arriva ad impattare con lo scafo interno e lo danneggia comportando la fuoriuscita del carico o di parte di esso.

Scopo della presente invenzione à ̈ di fornire un dispositivo capace di superare i suddetti inconvenienti.

Tale scopo viene conseguito mediante un s.n.r. che ha le seguenti principali caratteristiche: à ̈ costituito da materiale multistrato, non à ̈ parte integrante della struttura della nave e la solidità della nave à ̈ indipendente dalla presenza del dispositivo, à ̈ capace di modificare la propria forma ma à ̈ installato nella nave in modo da essere solidale allo scafo nelle normali condizioni di utilizzo. Quando il corpo estraneo penetra attraverso lo scafo esterno arriva a contatto con il s.n.r. che, in conseguenza della forza applicata, modifica la propria forma; il liquido trasportato sale di livello e l’aria in eccesso fuoriesce mediante un apposito tubo di sfiato.

II vantaggio principale di questo dispositivo deriva dalla possibilità di modificare la propria forma aumentando considerevolmente il livello di sicurezza in quanto fornisce una protezione capace di resistere ad impatti o ad incagliamenti che attualmente comportano fuoriuscite di materiale pericoloso o inquinante.

Un ulteriore vantaggio deriva dalla possibilità di sopportare e di reagire alle forze applicate dal corpo penetrato nella nave, capacità che si traduce in un allungamento dei tempi dell'impatto. Come verrà approfondito in seguito, questo allungamento à ̈ una condizione necessaria per diminuire gli effetti dell’impatto.

Un ulteriore vantaggio deriva dalla scelta di adottare soluzioni capaci di favorire uno scivolamento laterale del corpo estraneo.

Questi ed altri vantaggi e caratteristiche del dispositivo secondo la presente invenzione risulteranno evidenti agli esperti del ramo dalla seguente dettagliata descrizione di una sua forma realizzativa con riferimento agli annessi disegni in cui:

la fig. 1 Ã ̈ una vista in sezione del materiale multistrato che costituisce il serbatoio: lo strato esterno A, lo strato centrale B e lo strato interno C a contatto con il liquido trasportato;

la fig. 2 à ̈ una vista schematica di un serbatoio: D à ̈ l’apertura di accesso, E l’apertura per lo sfiato, F le piastre su cui vengono fissati i fusibili meccanici.

Il serbatoio del s.n.r à ̈ costituito da materiale multistrato.

Lo strato centrale à ̈ costituito da materiale non rigido ad elevata resistenza meccanica, che presenti, cioà ̈, una resistenza alla trazione maggiore o uguale a 1000 Mpa. Un esempio di materiale con queste caratteristiche à ̈ la fibra di poliestere, materiale che costituisce le fasce adoperate dalle gru per l’alaggio e varo dei natanti. Il poliestere presenta interessanti caratteristiche: non teme l’umidità, ha elevate temperature di fusione (260° C), ha buona resistenza agli acidi e presenta elevato carico di rottura: 1100 Mpa. I materiali ad alta resistenza sono formati da fibre tradizionali, ad esempio carbonio, aramidica e vetro, o fibre innovative, ad esempio vectran, spectra, zylon, technora. Altri materiali ad alta resistenza sono i tessuti ibridi, (laminato costituito da fibre diverse) e le combinazioni di fibre e di fili metallici. A titolo indicativo, un acciaio utilizzato per rinforzare il cemento armato, Acciaio Fe B 44 k, presenta carico di rottura di 540 Mpa.

Da tenere presente che esistono diversi tipi di trame, l'utilizzo nel presente dispositivo richiede che il materiale sia isotropo.

Lo strato interno deve essere perfettamente impermeabile, lavabile e capace di proteggere il dispositivo da eventuali danni causati dal carico (resistente agli idrocarburi). A seconda delle diverse tipologie di utilizzo si possono prevedere diversi rivestimenti: materiale plastico, come il neoprene o resine epossidiche (le bicomponenti sono utilizzate nei serbatoi in acciaio delle chimichiere), o anche guaine in asfalto, polietilene, o polipropilene (solitamente adottato nelle condotte). Una interessante variazione alla tipologia costruttiva appena indicata à ̈ prevedere l’imDermeabilizzazione su entrambi i lati del materiale ad alta resistenza, metodologia di costruzione adottata, ad esempio, per i tubi di materiale plastico utilizzati per carico e scarico dei liquidi dalle navi cisterna.

Lo strato esterno à ̈ costituito da un lamierino (lastra con spessore minore di 5 mm) di materiale flessibile e non ruvido: flessibile in quanto lo spessore non à ̈ sufficiente a rendere rigida la lastra (E ≥ 190000 N/mm<2>), non ruvido in quanto deve avere un basso coefficiente di attrito dinamico: per basso si intende che deve avere con l’acciaio un coefficiente minore o uguale di 0,5. Ad esempio, si può utilizzare acciaio AISI 316, inossidabile e lucido, visto che il valore assunto dal coefficiente attrito tra due superfici lisce ed asciutte di acciaio à ̈ pari a 0,42, E = 196000 N/mm<2>.

Altro elemento integrante del dispositivo sono i fusibili meccanici, i quali, installati tra il serbatoio e la struttura della nave, sono progettati per sopportare le sollecitazioni causate dall’altezza del battente del liquido trasportato e dal moto ondoso, ma predisposti per rompersi se, in conseguenza di un impatto, il serbatoio deve modificare la propria forma sotto la sollecitazione di un corpo esterno penetrato nella nave.

La dinamica di una collisione ad alta energia in una nave dotata del dispositivo descritto varia profondamente rispetto ad una nave a doppio scafo: il corpo estraneo penetra attraverso lo scafo esterno, arriva a contatto con il serbatoio che per effetto della forza applicata modifica la propria forma. I fusibili meccanici si rompono. Il liquido trasportato sale di livello. All’azione di resistenza dello scafo esterno che si rompe si somma l'opposizione effettuata dal s.n.r. con una forza proporzionale alla massa ed alla velocità del liquido spostato verso l'alto. L'aria in eccesso fuoriesce mediante apposito sistema di sfiato.

La modifica della forma del s.n.r. ,a seguito dell'impatto, provoca un innalzamento del liquido trasportato, da cui deriva la necessità di prevedere uno spazio libero in fase di carico. La quantificazione di questo spazio e del sistema di sfiato avverranno in fase di progettazione strutturale della nave in conseguenza della posizione del dispositivo e della valutazione del danno massimo sopportabile cioà ̈ di quanto possa entrare un corpo estraneo all’interno della nave senza comprometterne l’integrità strutturale. Il sistema di sfiato, ad esempio, può essere costituito da tubi di sfiato con coperchio incernierato.

Un diverso modo di gestire la problematica dello spazio vuoto à ̈ di prevedere [a presenza di condotte tra i serbatoi esterni con un serbatoio interno lasciato vuoto; in questa ipotesi i s.n.r. possono essere riempiti completamente perché in caso di incidente il liquido in eccesso verrà travasato nel serbatoio interno appositamente lasciato vuoto. Questo serbatoio, in situazione di carico, deve restare vuoto per sicurezza, ma in caso di assenza del carico può venire utilizzato come serbatoio per l'acqua di zavorra.

Le principali caratteristiche innovative del s.n.r. sono: la possibilità di modificare la propria forma in caso di impatto, il rivestimento di materiale a basso coefficiente di attrito e l’allungamento dei tempi dell'azione dell’impatto:

il serbatoio à ̈ tenuto solidale alla struttura della nave dai fusibili meccanici che si rompono in caso di impatto e modifica la propria forma reagendo alla forza applicata dal corpo penetrato;

la presenza del lamierino esterno favorisce uno scivolamento laterale dell’oggetto impattante: in termini tecnici, una diminuzione della componente ortogonale della forza impattante;

durante l’impatto il s.n.r. oppone al corpo estraneo una forza proporzionale alla massa ed alla velocità del liquido spostato verso l’alto ottenendo un prolungarsi del tempo dell’azione dell’impatto.

Per meglio descrivere l'importanza dell’ultima caratteristica à ̈ utile un richiamo ad alcuni fondamenti di fisica.

L’espressione della quantità di moto à ̈ Q=mv, dove m à ̈ la massa del corpo in movimento e v la velocità del corpo. La variazione della quantità di moto à ̈ AQ=FAt=mv<j -mv2 dove m à ̈ la massa del corpo in movimento, v1 e V2 sono le velocità iniziali e finali, F à ̈ la forza che determina la variazione e At à ̈ il tempo in cui la velocità varia. Da questa espressione risulta evidente che se V2 alla fine dell'impatto à ̈ pari a 0 la forza à ̈ pari a F=mvi/At. L’ultima formula indica che la forza à ̈ inversamente proporzionale a At.

La forza in gioco in un impatto diminuisce all’aumentare del tempo, invece tende all’infinito se il tempo tende a zero. In definitiva, un allungamento del tempo di impatto à ̈ condizione necessaria per diminuire gli effetti dell'impatto stesso.

L’applicabilità industriale del presente brevetto presenta due campi di interesse: le navi attualmente in circolazione ed i nuovi progetti. Per quanto riguarda le prime occorre considerare che i serbatoi sono parte integrante della struttura della quindi non removibili, per cui il s.n.r. dovrà essere posizionato all’interno di un serbatoio già esistente. Per quanto riguarda le navi che dovranno essere ancora progettate, questo dispositivo renderà possibili nuove modalità costruttive arrivando al superamento del doppio scafo e dell’intercapedine già citati precedentemente.

La progettazione di nuovi progetti pilota, o di nuove dotazioni di sicurezza, à ̈ talmente impegnativa che coinvolge le società di progettazione, le aziende cantieristiche ed i registri navali. Alla fine dello scorso secolo cinque tra le più importanti aziende cantieristiche europee si sono unite in un consorzio per la messa a punto di un progetto pilota che à ̈ stato presentato a Londra nei settembre del 1992; i registri navali di Stati Uniti, Gran Bretagna, Francia, Germania, Norvegia ed Italia sono stati coinvolti direttamente fin dalla fase di impostazione.

La forma realizzata del dispositivo secondo l'invenzione costituisce solo un esempio suscettibile di numerose variazioni. In particolare, lo sfiato per la fuoriuscita dell’aria può essere di qualsiasi tipo, il serbatoio stesso può avere qualsiasi forma, possono variare lo spessore dei componenti del multistrato e le caratteristiche dei fusibili meccanici, analogamente, i materiali utilizzati nel multistrato possono esser sostituiti da altri meccanicamente equivalenti, a seconda del campo di utilizzo della nave. I calcoli verranno effettuati ,di volta in volta, dalla società di progettazione della nave che attuerà il presente brevetto.

Come indicato dalla normativa italiana, la presente descrizione à ̈ sufficiente affinché persone esperte del ramo, quali ad esempio una società di progettazione, possano attuare il dispositivo descritto.

Eventuali aggiunte e modifiche potranno pertanto essere apportate all’impianto oggetto della presente invenzione senza tuttavia uscire dall'ambito di protezione dell'invenzione.

Claims (14)

1. DISPOSITIVO PER TRASPORTARE IN NAVE LIQUIDO PERICOLOSO O INQUINANTE RIVENDICAZIONI 1) Dispositivo per trasportare in nave liquido pericoloso inquinante. Costituito da un serbatoio in materiale multistrato deformabile, da un tubo di sfiato, e da fusibili meccanici che mantengono il serbatoio solidale alla struttura della nave durante le operazioni di carico, carico e navigazione.
2. 2) Dispositivo di cui al punto 1 , caratterizzato dal fatto che la solidità strutturale della nave à ̈ indipendente dalla presenza del dispositivo.
3. 3) Dispositivo di cui al punto 1 , caratterizzato dal fatto che il serbatoio à ̈ capace modificare la propria forma.
4. 4) Dispositivo di cui al punto 1, caratterizzato dal fatto che i fusibili meccanici mantengono il serbatoio solidale con la struttura della nave.
5. 5) I fusibili meccanici, di cui al punto 4, devono resistere alle forze derivanti dal battente dei liquido trasportato e dal movimento della nave, devono rompersi se viene applicata una forza maggiore (ad es. per la pressione esercitata da un corpo esterno) .
6. 6) Dispositivo di cui ai punto 1, caratterizzato che lo strato interno del materiale multistrato à ̈ non rigido.
7. 7) Lo strato interno del materiale multistrato di cui al punto 6, Ã ̈ impermeabile.
8. 8) Lo strato interno del materiale multistrato di cui al punto 6, Ã ̈ lavabile.
9. 9) Dispositivo di cui ai punto 1, caratterizzato che lo strato centrale del materiale multistrato à ̈ non rigido.
10. 10) Lo strato centrale del materiale multistrato cui al punto 9, à ̈ isotropo, con una resistenza alla trazione ≥ 1000 Mpa.
11. 11) Dispositivo di cui al punto 1 , caratterizzato che lo strato esterno del materiale multistrato à ̈ un lamierino (lastra con spessore ≤ 5 mm).
12. 12) Lo strato esterno del materiale multistrato cui al punto 11 , à ̈ flessibile (E ≥ 190000 N/mm<2>).
13. 13) Lo strato esterno del materiale multistrato cui al punto 11, Ã ̈ resistente alla corrosione.
14. 14) Lo strato esterno del materiale multistrato cui al punto 11, ha con l'acciaio coefficiente di attrito dinamico ≤ 0,5.