Applicazioni

JP | Sunday, 30th September 2012

I campi di applicazione dei dispositivi dotati di FLOC sono riassumibili in 3 categorie, ognuna delle quali ridefinisce l’allestimento dello specifico dispositivo.

 

1) Pulitura e manutenzione di specchi acquei in aree civili.
E’ il caso di dispositivi che, pilotati o comandati a distanza, svolgono la funzione di ripulire e manutenere la superficie acquea in prossimità della costa: i lungo mare o lungo lago, le aree intorno e tra i moli, le insenature, i golfi come quello di Trieste o di Como, le baie ecc. L’allestimento dello specifico dispositivo considera la quantità di idrocarburi da raccogliere che in condizioni di normalità è molto esigua, nell’ordine di frazioni del metro cubo al mese, mentre sulla superficie sono presenti solidi galleggianti (rametti, plastiche, materiali organici, alghe…) che devono essere raccolti almeno fino ad una certa dimensione.

 

2) Sentinella, pulitura e manutenzione in specchi acquei di aree a rischio.
E’ il caso di dispositivi completamente automatici, veri e propri robot, che svolgono la funzione a ciclo continuo, 24 ore su 24, in aree a rischio di inquinamento come gli specchi acquei in cui sono insediati terminali petroliferi, le aree prossime a raffinerie costiere o a piattaforme off-shore ecc.
L’allestimento dello specifico dispositivo considera che tutte le funzioni devono essere svolte in modo automatico con sistema di guida computerizzato e che la quantità di idrocarburi da raccogliere in condizioni di normalità è esigua, nell’ordine di grandezza di frazioni di metro cubo a settimana.

 

3) Interventi in teatri d’emergenza disastrosi.
E’ il tipico caso di “Oil Spill Responce” per disastrosi sversamenti conseguenti incidenti in impianti o navigli.
L’allestimento dello specifico dispositivo considera che la quantità di idrocarburi da raccogliere è ingente, nell’ordine di grandezza di decine di metri cubi all’ora; è necessaria la presenza di naviglio d’appoggio dotato di sistemi di separazione acqua/olio e di stoccaggio dell’olio.
Il dispositivo TJP è semovente e pilotato dal ponte del naviglio d’appoggio, il suo raggio d’azione è nell’ordine delle centinaia di metri senza la necessità che il naviglio d’appoggio si muova.

  
  
     

Dimensionamenti

JP | Wednesday, 26th September 2012

pesi specifici:

petrolio lampante 0,79 – 0,83
oli leggeri < 0,83
oli pesanti > 0,90
acqua di mare 1,02 – 1,03

 

per comodità assumiamo:

peso spec. acqua ? -H2O 1,0 Kg/dm³
olio ? -p 0,8 Kg/dm³

 

Quindi un dm³ di acqua pesa 1 Kg e un dm³ di olio pesa 0,8 Kg.

Dato un originario livello del pelo libero dell’acqua e postovi sopra un cubo di petrolio, il cubo di petrolio affonderà per l’80% del suo volume (Archimede) e cioè del suo lato; la linea di separazione tra acqua e olio sarà quindi più bassa del pelo libero iniziale dell’80% del lato del cubo di petrolio e il pelo libero della massa liquida si sarà innalzato del 20% del lato del cubo di petrolio.

Una distesa chiazza di olio gallegiante di spessore “x” è assimilabile ad una miriade di cubi di lato “x” posti l’uno accanto all’altro.
Una chiazza galleggiante su un flusso costretto a muoversi con una data velocità in un perimetro delimitato (FL.O.C.), deve diminuire la sua superficie in pianta e quindi, per l’invarianza del suo volume, aumenta il suo spessore.

Detto “T1” lo spessore iniziale dell’olio galleggiante all’ingresso del flusso nella bocca di FL.O.C. e ? il rapporto di rastremazione in pianta di FL.O.C., e quindi del flusso, avremo uno spessore “T2”, al termine della rastremazione (sez. BB), pari a

T2 = T1 * ?

essendo ? = A / C dove A é la larghezza della bocca di FL.O.C. e C la larghezza dell’area di risucchio.
Detto L il pelo libero sella massa liquida, definiamo:

LG livello originario del pelo libero della massa d’acqua prima dell’immissione di olio; diventerà il livello della linea di gallegguamento del petrolio sull’acqua.
L0 livello del pelo libero prima dell’ingresso nella bocca di FL.O.C.
LR livello del pelo libero nell’area di risucchio di FL.O.C.
L1 livello della linea di separazione acqua olio ad inizio flusso
L2 livello della linea di separazione acqua olio a fine flusso (punto di massimo pescaggio per il dispositivo di risucchio R)

Il delta di questi livelli può essere così rappresentato:

L’energia necessaria a trasformare la forma del volume dell’olio galleggiante da quella di sez.AA a quella di sez.BB è fornita dalla velocità V di avanzamento di FL.O.C.

Lo strumento di rimozione (pompa) dell’olio galleggiante deve avere la bocca di intercettazione alla profondità T2 rispetto al pelo libero della massa liquida. Profondità maggiori comportano l’inutile assunzione, da parte della pompa, d’acqua risucchiata sotto la linea di separazione acqua-olio.

La rastremazione della forma dell’imbuto (rapporto ?) é necessaria per la profondità massima T2 dello spessore d’olio galleggiante mentre deve solo generare geometricamente l’area necessaria all’apertura di uscita, nella sez.BB, dell’eccesso d’acqua che genera il flusso S.

Pertanto la sezione BB di FL.O.C. può essere sagomata in modo che le eliche di propulsione del dispositivo facilitino l’uscita del flusso S. Questa soluzione consente di limitare il pescaggio del dispositivo e l’utilizzo dello stesso anche in fondali più bassi che altrimenti.

 

 

 

A larghezza della bocca
C larghezza dell’area di risucchio
W lunghezza dell’imbuto
K area di risucchio
? rapporto A / C
? rapporto W / A

 

L0 pelo libero della massa di liquidi
L1 linea di separazione acqua-olio
P pescaggio della bocca A
T1 spessore del flusso R oggetto di estrazione alla sez. AA di ingresso nell’imbuto
TP spessore del flusso d’acqua in eccesso
AA sezione verticale della bocca
V velocità di avanzamento dell’imbuto
T2 spessore del flusso R alla sez. BB
BB sezione in corrispondenza dell’area di risucchio e della bocca di scarico del flusso S
S flusso di scarico derivante dal carico in eccesso dovuto al pescaggio
K setto di separazione fisica tra flusso R da estrarre e flusso S da scaricare
R flusso intercettato e risucchiato
CC sezione della porta di compensazione a valle dell’area di risucchio
Z flusso di compensazione formato da acqua e olio non raccolto

Il dimensionamento del dispositivo deve partire dalla definizione della portata nominale R della pompa di estrazione che è a sua volta funzione della richiesta operativa ovvero di mercato.

Definiamo nella sezione BB:

R (flusso risucchiato dal dispositivo di estrazione) con il nome di mistura
? rapporto tra olio e acqua presenti nella mistura R
Ro il flusso d’olio presente in R
Ra il flusso di acqua presente in R

Quindi:

? = Ro / Ra essendo R = Ro + Ra = T1 * A * V

una richiesta di estrazione d’olio Ro = Ro m³/h impone una mistura

R = Ro * (1 + 1/ ?)

la portata della pompa dovrà quindi essere pari a Ro * (1 + 1/ ?) m³/h

Definiamo nella sezione AA:

V la velocità d’avanzamento del dispositivo
A l’apertura della bocca d’entrata
P il pescaggio della bocca
T1 lo spessore della mistura in entrata
TP il delta fra T1 e il pescaggio P
T1a lo spessore equivalente d’acqua nella mistura
a il rapporto tra la mistura R e l’acqua presenti nel flusso F1

Assumiamo che

la % di acqua presente nella mistura Ro * (1 + 1/ ?) esca con con la portata R della pompa
il 90% della restante acqua in eccesso fuoriesca dalla apertura S con il flusso S
il 10% dall’apertura Z, con il flusso Z.

definiamo

TR area del flusso estratto in R
TS area del flusso S alla porta di scarico S
TZ area del flusso Z alla porta di scarico Z

Il flusso F1 è dato da

F1 = P * A * V = R + S + Z

P = T1 + Tp

T1 = Ro * (1 + 1/ ?) / V

Tp = R / A * V * a

[Ro * (1 + 1/ ?) / V + R / A * V * a] * A * V = R + TS * V + TZ * V

Il flusso d’acqua in eccesso è dato da

H2Oex = (R – Ro/ ?) + [90%(A * (T1+TP) *V)- (R – Ro/ ?)] + [10%(A * (T1+TP) *V)- (R – Ro/ ?)]

Calcolo la larghezza della bocca d’entrata di F1 nella sez. AA

A = F1 / (T1+TP) *V

Calcolo la larghezza dell’area di risucchio nella sez. BB

C = A / ? = [F1 / (T1+TP) *V] / ?

Calcolo dl’area della porta d’uscita di S nella sez. BB

TS = 90% (F1 – Ro/ ?) / V

Calcolo l’area della porta d’uscita di Z nella sez. CC

TZ = 10% (F1 – Ro/ ?) / V

Si potrebbero calcolare anche

portata (positiva o negativa) della porta di compensazione Z
opportuno posizionamento verticale del setto K
quantità di flusso d’acqua necessario a lamellare al meglio il flusso d’olio galleggiante
potenza necessaria a far transitare il flusso nell’imbuto.

  
  
     

International Conference on Ships and Shipping Research

JP | Wednesday, 19th September 2012

NAV

Centro Congressi Università di Napoli Federico II
October 17, 2012 – October 19, 2012

Jonathan Project sarà presente alla diciassettesima edizione del NAV, che si terrà a Napoli presso il Centro Congressi Federico II° dal 17 al 19 ottobre.

link al sito del NAV

  
  
     
TJP