Carena liscia o rugosa? [pag. 4]

rickyps971 ha scritto:

Quoto: ho un'amica di venticinque anni con la pelle liscia come il velluto, che corre molto più veloce di una vecchia carampana con la pelle a buccia d'arancia!

bisogna vedere in quale direzione corre!!!!!

In questo articolo, pur con evidenti implicazioni commerciali, sono presenti interessanti dati.

Le informazioni presenti sono relative a grandi navi portacontainer e petroliere, nelle quali il risparmio dell'1-2% di carburante può portare a benefici economici enormi, viste le potenze impiegate e i tempi di percorrenza.
Inoltre, alcune definizioni sono semplicistiche e i dati sono relativi a rugosità moooooooolto maggiori delle rugosità delle nostre carene, ma nel complesso lo studio ha un certo interesse.

Comunque, nel range di velocità studiato (intorno ai 15 nodi) su scafi dislocanti, sembra che un aumento di rugosità del 50% porti ad un aumento di consumo del 3%, che rapportato ad un consumo annuo di 10 milioni di euro (valore ragionevole per queste navi), porta ad un risparmio di 300000 euro all'anno
Ovviamente, la conclusione dell'articolo è che conviene usare le loro antivegetative (figuràtevi un po'....... ), ma ciò non inficia la validità dell'analisi.

In conclusione, nelle grandi navi dislocanti la carena deve essere liscia.



Nella prossima puntata speriamo di dare alcune informazioni (pseudo-scientifiche) anche per le piccole barche plananti

Questa teoria supposta della maggior scorrevolezza di una carena rugosa rispetto ad una liscia si scontra con la ricerca sulle nanotecnologie, che cercano di realizzare una superficie liscia a livello microscopico e quindi, a loro detta, molto meno resistente alla forza d’attrito dell’acqua.
Queste tecnologie, peraltro piuttosto costose nell'applicazione, vengono anche usate sugli scafi da competizione.
Chi dice la giusta?

carena superliscia e pale di fico di india spaccate despinate e passate sotto lo scafo rilasciano un gel antivegetativo e anti attrito

provare per credere

Supercazzola, il tuo PM arriva giusto mentre sto dando gli ultimi ritocchi al materiale per una serie di lezioni riguardanti proprio le problematiche dirette e derivate dello strato limite (in Inglese boundary layers) e delle resistenze allo scorrimento idraulico.

Un pò di storia.
Sperimentazioni sistematiche (e derivate equazioni) dello scorrimento di un fluido su superfici solide furono fatte già nella seconda metà del 1600 da G.W. Leibniz facendo scorrere liquidi differenti su vetri inclinati lisci e smerigliati. Fra i tantissimi altro esempio di sperimentazioni furono gli studi sulle ruvidità interne delle condotte per le centrali idroelettriche mentre oggi la crescente potenza di calcolo disponibile permette di utilizzare conoscenze e modelli matematici di valore incondizionato.
Altri riferimenti di valore sono le ricerche sugli oli lubrificanti e le superfici da lubrificare.

Fran
“..... ciò dimostra come non sia stata raggiunta una esatta e definitiva risposta alla domanda "E' meglio una carena liscia o una carena rugosa?"

Gli studi sulla “rugosità” anche come come soluzione per controllare l’instabilità (linear, boundary-layer–stability-theory calculations) dello strato limite (stessa funzione delle incavature nelle palle da golf e altri oggetti) esistono e la risposta “esatta e definitiva” con le relative descrivibilità matematiche è “stata raggiunta” da decenni ma la diffusione informativa e applicativa è limitata, oltre che da altre cose, da elevati costi progettuali e da costosa e problematica riproducibilità in serie (anche se oggi più abbordabile con lavorazioni laser).
Per gli aerei uno tra i tanti:
Flight-Measured Laminar Boundary-Layer Transition Phenomena Including Stability Theory Analysis, NASA, 1985.

Bigguy:
“In sintesi non penso che la rugosità possa attribuire una maggiore scorrevolezza, ma se ciò avviene è solo se questa è calibrata per determinate velocità in un fluido di specifiche caratteristiche per oggetti di forme particolari.
Ottima deduzione Bigguy che sintetizza al meglio un altro limite applicativo.
Per le imbarcazioni va valutato che una superfice ruvida pone a contropartita di aumenti di efficenza comunque limitati i maggiori costi di produzione, la più facile adesione di organismi e vegetazione che la stessa ruvidità ne rende poi problematica l’eliminazione mentre l’eventuale antivegetativa elimina o modifica il grado di ruvidità richiesto vanificando l’eventuale vantaggio.
Anche un modesto moto ondoso cambiando costanza e quantità di contatto modificherebbe le condizioni di attuazione.


eltamin78
Mi sembra di ricordare che su SUPERQUARK di qualche anno fà realizzarono un servizio sulle caratteristiche della pelle del delfino.
tale mammifero (non pesce Smile ) è dotato di una certa rugosità che, a conti fatti, gli permette una maggiore velocità in acqua rispetto a se l'avesse "perfettamente" liscia.
La velocità raggiungibile dai delfini (e anche da altri pesci o anfibi come le balene) deriva massimamente da una forma (coefficente di forma) che alla velocità raggiunta ha un N° di Reynolds molto basso che permette di muoversi in un flusso laminare (o flusso di Poiseuille) senza vorticosità di scia perciò in condizioni di resistenza all’avanzamento molto bassa. Da considerare anche la flessibilità controllabile della pelle e l’aria trattenuta nella ruvidità della pelle stessa ma il loro effetto è secondario.
(NOTA. il numero di Reynolds è un valore adimensionale che quantifica la proporzione tra forze d’inerzia e forze viscose. Con NR minori di 2000 il flusso è laminare - con NR da 3000 in sù il flusso è turbolento - nei valori tra 2000 e 3000 il flusso è di transizione).

Alberto ang.
Aria e acqua sono entrambi dei fluidi solamente con densità differenti.
Acqua e aria non hanno “solamente DENSITA’ differenti".
Sarebbe tutto molto più semplice.
Per gli effetti indotti dalle condizioni dinamiche su acqua e aria fondamentale è la diversità di VISCOSITA’ sia assoluta che cinematica (rapporto tra viscosità dinamica del fluido e la sua massa).
Altra differenza tra acqua e aria è che in un liquido la viscosità diminuisce con l’aumento della temperatura mentre in un gas è il contrario.
La viscosità può anche essere anche un efficace indicatore di resistenza alla deformabilità; una carena interagisce con l’acqua deformandola secondo le sue forme e questo dovrebbe già fare intuire l’importanza del rapporto forme/resistenza.

Per evidenziare il lacunoso rapporto conoscenza raggiunta/conoscenza utilizzata riporto la presentazione delle lezioni citate sopra “Introduction to Mathematical Theory of Free Boundary Problems” cioè “Introduzione alle teorie matematiche dello strato-limite”.

Il testo in finlandese ed inglese anche senza traduzioni lascia intuire che:
- sull’argomento al quale si rifanno domande ed ipotesi del topic esistono conoscenze complete e queste conoscenze sono trasmissibili ed acquisibili.
- sono conoscenze di alta complessità affrontabili solo possedendo e padroneggiando le necessarie basi culturali scientifico-matematiche
- questa alta complessità è confermata dalla frase segnata dalla freccia 1.
Gli studenti sono selezionati in base a “their academic excellence, motivation”, per la loro eccellenza accademica e motivazione come dire che non è pane per i denti di tutti.
- nel settore di cui trattiamo l’evidente inadeguatezza di queste conoscenze complesse è stata rattoppata con la creazione di autarchie tecniche, luoghi comuni, pompose vanterie e pseudo-culture sostitutive.
L’elica che si avvita, l’aria che si infila (sempre) sotto le carene a redan o, ritornando in argomento, con superfici bagnate ed attriti.
Come spacciare l’astrologia per astrofisica.

Riporto riflessioni scambiate con Bobo che trovate anche qui:
https://www.gommonauti.it/ptopic32374_marshall_m80_i_fori_piano_di_calpestio_e_pozzetto_riserva_di_galleggiamento_restauro_e_allestimento.html?start=90

Scrive Bobo
“... io immagino che lo scopo del progettista sia di tenere la minor parte bagnata possibile in ogni caso, ...”

Scrivo io:
Io sostengo che lo scopo sia quello di definire “la migliore” parte bagnata possibile con l’ostacolo intellettuale che mentre “minore” è un quantità intrinsecamente semplice ed intuitiva perciò popolare “migliore”, con il conseguente “migliore per cosa”, rappresenta un insieme di quantità da relazionare portando a una quantità finale intrinsecamente complessa perciò impopolare.
Insieme con la resistenza all’avanzamento rifilata “all’attrito” gira l’affermazione (sempre in bocca ad addetti ai lavori a vario titolo) che aumenti di velocità derivino necessariamente dalla diminuzione di superfice bagnata accompagnata dalla relazione meno superfice bagnata = meno attrito.
Per l’attrito: dato uno scafo se il suo peso, che non varia, plana supportato da una superfice bagnata minore la pressione specifica, per ogni cm2 o m2, sarà maggiore. Più superfice meno pressione contro meno superfice più pressione; quale da i migliori risultati ?
Per la superfice bagnata: l’accettabilità dell’affermazione - diminuzione di superfice bagnata = più velocità contiene l’equivoco di mettere l’effetto al posto della causa.

Completa Bobo:
ok anche il dubbio se sia meglio maggior superficie con minor pressione per cm2 oppure minor superficie con maggior pressione per cm2 (dubbio che ignoro quali porte possa mai aprire, con la tua cultura alle volte ci fai scoprire cose semplici, togliendoci il "prosciutto dagli occhi", ed a volte cose mirabolanti ...... peggio dei personaggi di OZ!)


Domande e ipotesi del topic girano intorno alla eventuale possibilità di affinare le prestazioni migliorando la “scorrevolezza dell’acqua” rispetto alla carena. Su uno scafo di misure da gommonautica media con una carena di tipo usuale e con finitura a gel-coat di tipo altrettanto usuale la potenza dissipata per “attrito” (termine improprio - aderenza molecolare sarebbe già più passabile) da questa specifica interazione è quantificabile intorno allo 0,5% - 0,8% della potenza totale, meno di 1 cavallo per un motore da 100 c.v.
Direi che il risultato non valga il lavoro.
Ma allora questa resistenza di attrito comunemente ed insistentemente tirata in ballo e “spiegata” c’è o non c’è ?
Inoltre è tanta o trascurabile?
Limitandosi alla carena (trascuro trasmissioni, timoni, appendici varie che comunque fanno la loro non trascurabile parte) nelle barche plananti una significativa percentuale di potenza è certamente dissipata per attrito.
Non è necessariamente la maggiore e certamente NON come viene comunemente e insistemente presentata da certi diffusi saccentismi di settore.

L’attrito è tra le molecolecole della massa d’acqua resa vorticosa dall’interazione con le forme della carena.
Questi vortici iniziali che si formano nelle immediate vicinanze della carena trasmettono la vorticosità alle molecole adiacenti trasferendo l’energia ricevuta ed innescando altri vortici più piccoli che poi fanno lo stesso con altri ancora più piccoli con una cascata di energia, con un intervallo inerziale, che non dissipa energia ma la trasmette a quelli finali più piccoli di tutti che sono quelli che dissipano trasformandola in calore l’energia cinetica immessa nel sistema. Si chiamano vortici a scala come le equazioni per descriverli e calcolarli che sono appunto conosciute sotto il nome di equazioni di scala.

Si ritorna alle pseudo-culture sostitutive ed al concetto di “academic excellence” accompagnato da “ non è pane per i denti di tutti”.

Ambripiotta
Mi domando solo come possa una cosa rugosa scorrere meglio di una liscia.
Prova a strisciare una mano sulla superfice di un vetro lucido o uno specchio poi fai la stessa cosa e con la stessa pressione su una superfice opaca e ruvida; avrai una prima risposta.
La fregatura è che la natura si è fatta le sue regole senza preocuparsi di rendercele più facili o comprensibili. Anzi dove gli è riuscito le ha fatte anche il più antintuitive possibili.

Fran
Comunque, non finisce qui, è un problema veramente tosto da risolvere , soprattutto per dilettanti come noi, che discutono al bar, davanti ad una bella birra fresca.
Sarete pure “dilettanti” ma se ripenso a discussioni tra “professionisti” che mi è capitato e mi capita di leggere o ascoltare ................
Forza ragazzi !
Qualche birra la offrirei volentieri a patto che mi lasciate ascoltare.

donno ha scritto:

Ambripiotta
Mi domando solo come possa una cosa rugosa scorrere meglio di una liscia.
Prova a strisciare una mano sulla superfice di un vetro lucido o uno specchio poi fai la stessa cosa e con la stessa pressione su una superfice opaca e ruvida; avrai una prima risposta.
La fregatura è che la natura si è fatta le sue regole senza preocuparsi di rendercele più facili o comprensibili. Anzi dove gli è riuscito le ha fatte anche il più antintuitive possibili.

Grazie ingegnere del suo intervento, con un banale esempio mi ha fatto capire tanto riguardo questa discussione per me non proprio semplicissima !
Ho fatto la prova che mi ha suggerito prima sul monitor e poi sul "case" del mio Mac e sono rimasto folgorato...
Ed io che lucidavo la carena con il Polish...


Max.

donno ha scritto:

Ambripiotta
Mi domando solo come possa una cosa rugosa scorrere meglio di una liscia.
Prova a strisciare una mano sulla superfice di un vetro lucido o uno specchio poi fai la stessa cosa e con la stessa pressione su una superfice opaca e ruvida; avrai una prima risposta.
La fregatura è che la natura si è fatta le sue regole senza preocuparsi di rendercele più facili o comprensibili. Anzi dove gli è riuscito le ha fatte anche il più antintuitive possibili.

non ci avevo mai fatto caso!!! ma non dipende anche dal grasso della pelle?
comunque grazie Ingegnere per la sepmlicità con cui ha spiegato il concetto.. praticamente se non ho capito male si disquisiva solo per una percentuale irrisoria di acquisizione/perdita di velocità(in termini pratici)

allora la storia dei fichi d' india dove si pone in questo discorso ????

PS: non si accettano risposte volgari

goldrake_son ha scritto:

PS: non si accettano risposte volgari

ambripiotta
Ho fatto la prova che mi ha suggerito prima sul monitor e poi sul "case" del mio Mac e sono rimasto folgorato...
Ed io che lucidavo la carena con il Polish...
Una raccomandazione.
La prova con la mano passata sulle due diverse superfici del computer evidenzia uno tra i tanti possibili effetti di attrito radente tra superfici ma non l’unico possibile perciò attenti a non ritenerlo adesso un riferimento unico, universalizzabile e buono per tutto.
effelle
.. praticamente se non ho capito male si disquisiva solo per una percentuale irrisoria di acquisizione/perdita di velocità(in termini pratici)
Si,
rispetto al totale delle resistenze combinate che si oppongono all’avanzamento di una carena quella addebitata al supposto attrito “da strisciamento” tra carena (od altre parti in contatto con l’acqua come ad esempio il piede del motore) ed i primi strati di molecole d’acqua a contatto con la carena è percentualmente molto piccola.

Rispetto ad un sistema di riferimento tanto più piccole le grandezze da valutare tanto maggiore dovrà essere la precisione della misurazione ed il protocollo di esecuzione della prova.
Per spiegarmi meglio (e con la noiosa puntualizzazione da tecnico) prendo spunto dagli interventi di:
ocramx
Considera anche quando ho tolto l'anti vegetativa dal mio gommone ho perso quasi due nodi sulla velocità massima:cosa che mi era stata anticipata con molta probabilità da un collega "velista" con diversa esperienza alle spalle.
No no,confermo ho perso quasi due nodi.
Anche a me sembrava strano,ma ho riscontrato (ovviamente prove a parità di carico) quanto detto.

Mia domanda.
2 nodi rispetto a quale velocità assoluta? Questo sarebbe un dato interessante.
La prova di riscontro è stata fatta oltre che di peso anche a parità di condizioni di temperatura atmosferica e stato dello specchio d’acqua ?
Come si presenta lo stato della superfice di carena dopo l’eliminazione dell’antivegetativa ?
Una temperatura più alta diminuisce la potenza erogabile del motore (1) e il motore racchiuso nelle cofanature dei fuoribordo può esserne influenzato significativamente mentre uno specchio d’acqua in totale assenza di vento e perfettamente liscio ammette un piccolo aumento di resistenza all’avanzamento. Per ricavare dati attendibili le prove dovrebbero essere fatte a parità di tutte le condizioni eccetto la variabile in esame che in questo caso è l’eliminazione dell’antivegetativa.
Per Goldrake.

Quelli che abitano dall'atra parte del muro sono allo sfinimento .... e sanno dove tieni il tuo mezzo ) !

Altre osservazioni o domande ?

(1) la potenza raggiungibile da un motore aspirato è proporzionale alla radice quadrata della temperatura dell'aria aspirat e direttamente proporzionale alla pressione dell’atmosfera nella quale funziona. La potenza dichiarata vale per aria tipo di 1,013 bar ed a 15°