1. YAZARLAR

  2. Prof. Dr. Ali C. TAKİNACI

  3. Gemilerde Trim ve Pervane Piçi Optimizasyonu Nedir? Ne İşe Yarar?
Prof. Dr. Ali C. TAKİNACI

Prof. Dr. Ali C. TAKİNACI

İTÜ Gemi İnşa ve D. Bilim. Fak.

Gemilerde Trim ve Pervane Piçi Optimizasyonu Nedir? Ne İşe Yarar?

A+A-

Giriş
Son yıllarda endüstrinin iklim ve çevreye olan olumsuz etkilerinin azaltılması yönünde batı dünyasında oldukça önemli çalışmalar başlamıştır. Yapılan çalışmalar genellikle egzoz emisyonlarının azaltılması yönünde olup, ciddi yaptırımları de beraberinde getirmektedir. Diğer yandan 2008 mali krizinin etkileri hala sürmekte iken 2022 de Ukrayna-Rusya cephesindeki çekişme yakıt fiyatlarını oldukça yüksek düzeylere yükseltmiştir. Böylece, özellikle 15-20‘li yaşlı gemiler ticari arenada rekabet edemez duruma getirmiştir. Bu daralan çift taraflı makas Yeşil Gemi kavramını beraberinde getirmiş; yeni ve yenilikçi dizaynlar hızla eskilerin yerini almaya başlamıştır.

Diğer yandan dünya ticaretinin yüzde 90’ı deniz yolu ile yapılmakta olup; toplam CO2 emisyonunun yüzde 2.7 ‘sini oluşturduğu tahmin edilmektedir. Halihazırda fosil yakıtlara bağlı bulunan deniz ticaretinin yakın bir gelecekte başka ticari alternatifinin olmadığı göz ardı edilemez. Bu durumda tek çözüm emisyonla birlikte gemilerde ana güç talebinin azaltılması yönündedir.

Bazı Önlemler
Bu bağlamda Yeşil gemi; dizayn, optimizasyon, makine, ekipman, sevk, operasyon ve lojistik alanlarına odaklanma getirmekte; endüstriye, üniversite, klas kuruluşları ve diğer araştırma kurumları ile işbirliğini öngörmektedir. Bu şekilde gelişecek yeni stratejiler CO2 salınımını yüzde 30, NOx, SOx’i yüzde 90 ve diğer mikro partiküllerin emisyonlarını yok denecek kadar azaltmayı öngörmektedir. Bu düşük emisyon işlemleri hem yeni inşa gemiler hem de halihazırda ticari faaliyette olan gemiler için geçerli olmaktadır.

Bu konuda alınan bazı önlemler;

•    Modern dümen-pervane sistemleri kullanımı,
•    Hız Nozulları,
•    Egzoz gazlarının arındırılması ve ısıtmada kullanımı,
•    Yardımcı makinelerde LNG kullanımı,
•    Yüzey sürtünmeyi (gemi direncini) azaltan yeni kuşak boyaların kullanılması,
•    Soğutma suyu ve pompaların optimizasyonu,
•    Gemi seyir hızının düşürülmesi,
•    Torkmetre / Trastmetre kullanımı,
•    Yakıt optimizer,
•    Hava şartlarına göre rota belirleme,
•    Güneş etkisini daha az absorbe eden boya kullanımı,
•    Trim optimizasyonu,

Şeklinde sıralanabilir. Bu maddelerden “trim optimizasyonu” hariç hepsi gemilere hariçten takılan birtakım cihazlar, ölçüm, izleme sistemleri montajı gerektirmektedir. [1]

Trim Optimizasyonu
Yukarda sayılan maddelerden sadece trim optimizasyonu ilave ölçüm sistemine ihtiyaç duymamaktadır. Seyir halindeki bir gemi, yükleme durumuna bağlı olarak eğer doğru trimde giderse direnci dolayısı ile sevk gücü minimumda tutulabilir. Bu kapsamda 57 K Standart Bulk Carrier’in trim optimizasyonu çalışması gösteri amaçlı olarak yapılmıştır. [2]

Geliştirilen yazılım genel olarak;

•    Tekne ve Pervane formu,
•    Model deney tank raporu veya CFD hesap raporu,
•    Makine ve devir düşürücü özellikleri
•    Seyir Bilgileri (voyage data ve/veya noon reports) 

Bilgilerine gerek duymaktadır. Aşağıda Şekil-1’de genel örnek olarak alınan standart 57K Bulk Carrier, 13.0 metre ortalama draftı baz alıp 4 metre kıç ve 3 metre başa trim aralığında 13.0 knot hız için güç değerlendirme grafiğini vermektedir.

sekil-1-capture.jpg
Şekil-1. Trim Optimizasyon Programı-Excel Tabanlı Versiyon

Grafiğin, incelemesi halinde geminin normal seyrinin 1 m kıça trimli olduğu görülmektedir. Aynı gemi, eğer, 1 m başa trimli gidebilseydi toplam yüzde 4.7 oranında güçte tasarruf sağlanacaktı.

Diğer yandan, yazılımın ayrıca Excel tabanlı olmayan versiyonu da mevcuttur. Aşağıda Şekil-2’de standart 18K kimyasal Tanker için olan versiyon vardır. Grafiğin incelenmesi sonucu -1 m kıça trimle 1 m başa trim arasında yaklaşık 1000 kw güç farkı olup; yüzde olarak yüzde 18 kazanca denk düşmektedir. (Bu gemideki kazanç kanıtlanmıştır)

sekil-2-capture.jpg
Şekil-2. Trim Optimizasyon Programı-Excel Tabanlı Olmayan Versiyon

Programa ayrıca deniz, akıntı ve rüzgâr şiddetleri anlık data olarak girilebilmektedir. Ancak optimum trim durumunun belirlenmesinde rüzgâr ve deniz durumlarının kullanılması tavsiye edilmemektedir. Çünkü kazanç mutlak olmaktadır.

Model deney raporunun olmaması durumunda, hesaplamalı analiz yöntemleri de günümüzde oldukça gelişmiştir. Yeni teknolojide artık gemi performansını hesaplamalı analizler yardımı ile tam olarak bulabiliyoruz. Aşağıda Şekil-3’de hesaplamalı ve sonraki seyir tecrübesinde alınmış sonuçlar verilmektedir. Aşağıda Şekil-4’de hesaplamalı analizden alınmış ekran kopyaları verilmektedir.

sekil-3-capture.jpg

Şekil-3. Hesaplamalı analiz güç sonuçları (Pdeliv) ve seyir tecrübesinde ölçülmüş şaft gücü (Pmeas) değerleri

sekil-4a-capture.jpg

sekil-4b-capture.jpg

Şekil-4. Hesaplamalı analiz görsel çıktı örnekler

Trim Optimizasyonu Sonuçları
Programın çeşitli denizcilik firmalarının gemilerine uygulanmıştır. Gemi büyüklüğü olarak 4000-80000 DWT arasındaki tonajlarda etkin bir şekilde tasarruf (yüzde 4-10) sağlanabilmektedir. Ancak yüksek tonajlarda (180,000 DWT) tasarruf oranları çok düşmektedir.

Optimum Kombinatör Mod Seçimi – Pervane Piçi Optimizasyonu
Pervane piç optimizasyonu; hatvesi kontrol edilebilen pervaneler ile sevk olunan gemilerde geçerli olup; seyrin yapıldığı hızların pervanenin dizayn hızlarından düşük olduğu hızlarda geçerlidir. Net bir örnek vermek gerekirse; 26 knot seyir hızı için dizayn edilmiş bir gemi eğer 17-18 knot hızlarda kullanılıyorsa pervane piç optimizasyonundan faydalanabilir. Buradaki temel amaç belirlenmiş yükleme durumunda ve seyir hızında en uygun pervane devir ve piç açısı kombinasyonunu oluşturmaktır. Çünkü yüksek hızlarda gitmeye dizayn edilmiş pervanenin düşük piç değerlerinde kullanımı, yüksek devirden dolayı, pervane verimini azaltmaktadır.

sekil-5-capture.jpg

Şekil-5. Piç optimizasyonu öncesi ve sonrası makine güçleri kıyaslaması

Vaka çalışması olarak ele alınan Ro-Ro gemisinde, yukarıda Şekil-5’de görüleceği üzere, geçerli yükleme durumundaki (Operating Conditions) mevcut piç değerleri (Current Pitch Values) tablonun sonunda verilmiştir. 17.50 knot hızı korumak için yapılan piç optimizasyon analizi sonucunda optimize olmuş pervane piç değerleri tablonun başında verilmiştir. Piç düzeltmesinin makine güvenli çalışma bölgesinin içinde kalıp kalmayacağı da aşağıda Şekil-6’da verilen makine güvenli çalışma bölgesi diyagramı ile kontrol edilmektedir.

sekil-6-capture.jpg

Şekil-6. Makine güç grafiği içinde mevcut ve optimum piç durumlarının gösterimi

Makine tam devrinde (500 RPM), yüzde 70.5 piç değerinde seyreden gemi ile, makine devrinin 384 RPM’e düşürülmesi sonucunda yüzde 91.5 değerine yükseltilen piç değeri arasında 710 kw kazanç vardır. Bu kazancın, 171 gr/kwh harcaması olan MAN B&W 6S50MC-C-9480 Kw @ 500 RPM’lik makinedeki günlük değeri ise 2.24 ton olmaktadır.

Piç Optimizasyonu Sonuçları
Sabit makine devri istenmeyen gemilerde kullanılması mümkün olan bir yöntem olup; trim optimizasyonu yazılımı ile entegre olarak çalışabilmektedir. Sabit devir şartı olan makinalarda frekans dönüştürücü kullanılarak, piç optimizasyonundan faydalanabilir.

Kaynaklar:
[1] Takinacı, AC. Ve Önen M., Low Engine Power – Less Emission, Atmos 2013, 6th Athmospheric Science Symposium, 24-26 April 2013, Istanbul, Turkey.
[2] WebPage1, https://web.itu.edu.tr/takinaci/TrimOptimization.html
[3] WebPage2 https://www.linkedin.com/pulse/our-precision-cfd-calculations-excellent-professor-ali%25CC%2587-can-taki%25CC%2587naci/?trackingId=fxeqNrbnTVGtUjrQBkB%2Bwg%3D%3D 

Bu yazı toplam 10603 defa okunmuştur.
Önceki ve Sonraki Yazılar