Σάββατο, 10 Ιουνίου 2017

Γιατί επιπλέει ένα πλοίο; Ποια η σημασία του ύψους εξάλων και τι σχέση έχουν με την εφεδρική πλευστότητα;

ΣΑΒΒΑΤΟ 10-6-2017


Για να κατανοήσουμε γιατί ένα πλοίο επιπλέει θα πρέπει πρώτα να πούμε δύο πράγματα για την αρχή του Αρχιμήδη.

Η Αρχή του Αρχιμήδη καθορίζει ότι: «Κάθε σώμα βυθισμένο σε ρευστό δέχεται άνωση ίση με το βάρος του ρευστού που εκτοπίζει.»

Μαθηματικά η Άνωση (Α) μπορεί να εκφρασθεί με τον τύπο: Α = ρ g V, 
όπου:
ρ: πυκνότητα ρευστού
g: επιτάχυνση βαρύτητας (9,81m/s^2)
V: όγκος βυθισμένου σώματος


Το συμπέρασμα είναι ότι όταν το βάρος ενός σώματος είναι μεγαλύτερο από την άνωση που αυτό δέχεται τότε θα βυθιστεί, ενώ σε αντίθετη περίπτωση θα επιπλέει.

Όπως λοιπόν παρατήρησε ο Αρχιμήδης, αν η πυκνότητα του αντικειμένου είναι μικρότερη εκτοπίζεται υγρό ίσης μάζας αλλά μικρότερου όγκου σε σχέση με το αντικείμενο, το οποίο εξουδετερώνει το βάρος του. 

Αν η πυκνότητά του είναι μεγαλύτερη εκτοπίζεται υγρό ίσου όγκου με το αντικείμενο αλλά, λόγω της μικρότερης πυκνότητας του νερού, μικρότερης μάζας, έτσι το βάρος του αντικειμένου δεν εξουδετερώνεται πλήρως αλλά μόνο ένα μέρος του, ίσο με το βάρος του νερού που εκτοπίστηκε.

Ας δούμε και λίγο αναλυτικά την σημασία της πυκνότητας

Οι περισσότεροι γνωρίζουμε ότι αν ρίξουμε ένα ξύλο στη θάλασσα επιπλέει ενώ αν ρίξουμε ένα μεταλλικό αντικείμενο αυτό μοιραία θα βουλιάξει. Αυτό γίνεται λόγω της πυκνότητας των δύο αντικειμένων. 
Το ξύλο έχει μικρότερη πυκνότητα από το νερό, το μέταλλο όμως έχει μεγαλύτερη.

Σύμφωνα με όλα τα παραπάνω, για να επιπλέυσει λοιπόν ένα πλοίο καταλαβαίνουμε ότι η πυκνότητα του θα πρέπει να είναι μικρότερη από το νερό. 
Όταν το πλοίο επιπλέει στο νερό λέμε ότι έχει θετική πλευστότητα, όταν βυθίζεται αρνητική και όταν αιωρείται κάτω από την επιφάνεια του νερού ουδέτερη. Ουδέτερη πλευστότητα έχουν τα υποβρύχια σε κατάδυση.

Η συντριπτική πλειοψηφία των πλοίων στον κόσμο είναι κατασκευασμένα από μέταλλο οπότε γιατί δεν βουλιάζουν; 

Δεν βουλιάζουν διότι ένα πλοίο δεν είναι ένα συμπαγές μέταλλο. Ένα πλοίο έχει διάφορους χώρους στους οποίους υπάρχει μέσα αέρας. Η σημασία του αέρα στην περίπτωση αυτή είναι μεγάλη γιατί μειώνει την πυκνότητα του πλοίου. 

Για να το καταλάβουμε καλύτερα θα πρέπει να πούμε ότι η μέση πυκνότητα του πλοίου είναι ίση με τη συνολική μάζα του προς το συνολικό όγκο του. 

Όσο δηλαδή αυξάνουμε τον όγκο τόσο μειώνεται η πυκνότητα. Το ερώτημα που τίθεται από πολλούς είναι αν ο αέρας θα πρέπει να είναι εγκλωβισμένος κάπου, π.χ. σε ένα αμπάρι. 

Η απάντηση είναι όχι. Ακόμα και αν το άδειο αμπάρι ή οτιδήποτε άλλο είναι ανοικτό, το πλοίο θα επιπλεύσει.

Για να επιπλεύσει λοιπόν το πλοίο στην επιφάνεια του νερού, θα πρέπει αν είναι δυνατόν να εκτοπίσει βάρος υγρού ίσο με το βάρος του, δηλαδή όταν η πυκνότητα του πλοίου θα είναι μικρότερη από αυτή του νερού.

Καλά όλα αυτά, τι γίνεται όμως όταν φορτώνουμε ένα πλοίο; 
Εδώ έχει μεγάλη σημασία το ύψος εξάλων* και η εφεδρική πλευστότητα.

Η σημασία του ύψους εξάλων και η εφεδρική πλευστότητα

Όταν σε ένα πλοίο που επιπλέει προσθέσουμε βάρος ( π.χ. όταν φορτώσουμε το πλοίο), έχουμε αυτομάτως την αύξηση της πυκνότητας του πλοίου, οπότε το πλοίο θα βυθιστεί περισσότερο στο νερό. 

Αν τα έξαλα* του πλοίου επιτρέψουν να πλεύσει σε μεγαλύτερο βύθισμα χωρίς να υπάρξει εισροή υδάτων στο πλοίο μέσα από ανοίγματα (ακομοδέσιο, εξαεριστικά κ.τ.λ.), τα οποία είναι πάνω από το κατάστρωμα στεγανής υποδιαιρέσεως, το πλοίο δεν θα βυθιστεί τελείως.

Καταλαβαίνουμε λοιπόν ότι o στεγανός χώρος του πλοίου ανάμεσα στην ίσαλο που πλέει και σ’ εκείνη που θα δημιουργήσει εισροή νερού μέσα σ’ αυτό από ανοίγματα που βρίσκονται πάνω από το ανώτερο υδατοστεγανό κατάστρωμα, είναι ένα μέγεθος ενδεικτικό της δυνατότητάς του να παραμείνει στην επιφάνεια μετά από εσφαλμένη ή ηθελημένη προσθήκη βάρους . 

O όγκος αυτός ονομάζεται εφεδρική πλευστότητα, που στην ουσία βοηθάει το πλοίο να επιπλέει στο νερό.
efedrikh_eustatheia

Εφεδρική πλευστότητα

Οπότε, γνωρίζοντας την σημασία των εξάλων στην πλευστότητα ενός πλοίου, καταλαβαίνουμε καλύτερα πόσο σημαντικό είναι να τηρούμε τους κανονισμούς της γραμμής φορτώσεως. 


Τι είναι η γραμμή φόρτωσης (Load ή Plimsoll line) και ποια η σημασία της;



Γραμμή φόρτωσης ή Plimsoll line είναι η ίσαλος που σύμφωνα με τους υπολογισμούς που γίνονται κατά τη σχεδίαση, θα πλέει το πλοίο στην κατάσταση πλήρους φόρτωσης. Σ’ αυτή αντιστοιχεί το μέγιστο επιτρεπόμενο βύθισμα από τους νηογνώμονες κατά το θέρος, όταν το σκάφος είναι ζυγοσταθμισμένο. 

Η ίσαλος γραμμή θέρους θεωρείται ως ίσαλος κατασκευής ή ίσαλος υπολογισμού του πλοίου διότι είναι εκείνη, η οποία λαμβάνεται σαν βάση για τη μελέτη του σκάφους και τον προσδιορισμό των άλλων γραμμών φόρτωσης. 

Η γραμμή φόρτωσης απεικονίζεται με ειδική σήμανση στο μέσον του πλοίου και δεξιά και αριστερά.

Για να καταλάβουμε καλύτερα, πριν προχωρήσουμε, καλό θα ήταν μέσα από τις εικόνες 1 και 2 να δούμε τις βασικές γραμμές φόρτωσης ενός πλοίου αλλά και τις γεωγραφικές περιοχές οι οποίες έχουν καθοριστεί.

Εικόνα 1
loadline

Η Γραμμή καταστρώματος (Deck Line) είναι γραμμή διαστάσεων 300 mm επί 25 mm και θα μπορούσαμε να πούμε ότι είναι το σημείο αναφοράς στο οποίο μετράμε την απόσταση μέχρι την γραμμή φόρτωσης θέρους (Summer Load Line).

Ο Δίσκος ή μπάλα (Load Line Disc) της γραμμής φόρτωσης έχει ίδιε διαστάσεις με την Γραμμή καταστρώματος (deck line), δηλαδή 300 mm επί 25 mm.

Η γραμμές φόρτωσης, που εξηγούμε αμέσως μετά, εκτείνονται πλώρα και πρύμα (δεξιά και αριστερά όπως βλέπουμε την εικόνα)σε απόσταση 540 mm από το κέντρο του δίσκου και οι διαστάσει τους είναι 230mm επί 23mm. Το επάνω μέρος κάθε γραμμής είναι και το επιτρεπόμενο βύθισμα που θα πρέπει να έχουμε βάσει των κανονισμών.

S – Summer: Είναι η βασική γραμμή φόρτωσης και βρίσκεται ακριβώς στο κέντρο της μπάλας. Όλες οι υπόλοιπες γραμμές χαράσσονται με βάση την γραμμή θέρους.

T – Tropical: Υπολογίζουμε το 1/48 του βυθίσματος θέρους και το νούμερο που προκύπτει χαράσσεται επάνω από την γραμμή Summer.

W – Winter: Υπολογίζουμε το 1/48 του βυθίσματος θέρους και το νούμερο που προκύπτει χαράσσεται κάτω από την γραμμή Summer.

WNA – Winter North Atlantic: Το σημείο αυτό χαράσσεται 50 mm κάτω από την γραμμή Winter.

F – Fresh Water: Είναι η γραμμή φόρτωσης σε μέρη με Summer zone και γλυκό νερό. Από την απόσταση μεταξύ Summer και Fresh Water προκύπτει η ανοχή γλυκού νερού (FWA :Fresh Water Allowance).

TF – Tropical Fresh Water: Είναι η γραμμή φόρτωσης σε μέρη με tropical zone και γλυκό νερό. Χαράσεται πάνω από την γραμμή T (Tropical) σε απόσταση ίση με την ανοχή γλυκού νερού (FWA :Fresh Water Allowance).

Για τις γραμμές φόρτωσης ξυλείας (Timber) θα βλέπουμε το γράμμα L.
LS – Lumber Summer: Βρίσκεται σε συγκεκριμένο επίπεδο επάνω από την μπάλα Plimsol. Είναι η γραμμή φόρτωσης για ξυλείας σε Summer zone.
LW – Lumber Winter: Είναι το 1/36 του summer draft ξυλείας (Lumber Summer) κάτω από τη γραμμή φόρτωσης LS.
LT – Lumber Tropical: Είναι το 1/48 του summer draft ξυλείας (Lumber Summer) επάνω από τη γραμμή φόρτωσης LS.
LWNA – Lumber Winter North Atlantic: Βρίσκεται χαραγμένη στο ίδιο επίπεδο με την WNA (Winter North Atlantic).
LF – Lumber Fresh water: Βρίσκεται επάνω από την LS σε απόσταση ίση με την ανοχή γλυκού νερού (FWA).
LTF – Lumber Tropical Fresh Water: Βρίσκεται επάνω από την LΤ σε απόσταση ίση με την ανοχή γλυκού νερού (FWA).
Εικόνα 2load_line_zones

Είναι οι γεωγραφικές περιοχές στις οποίες θα πρέπει όταν διερχόμαστε να τηρούμε τους κανονισμούς των γραμμών φορτώσεως. Για κάθε περιοχή αναφέρεται η εποχή και το μήκος των πλοίων.

Στην Φωτογραφία που ακολουθεί βλέπετε ότι δεξιά και αριστερά της μπάλας υπάρχουν δύο γράμματα, το L και το R. Αυτά τα δύο γράμματα υποδεικνύουν τον νηογνώμονα του πλοίου, που στην συγκεκριμένη περίπτωση είναι ο Lloyd’s Register. 

Θα μπορούσαν να υπάρχουν tα γράμματα A και B που είναι του Αμερικάνικου νηογνώμονα ABS ή τα γράμματα N και V που είναι του DNV. 

Υπάρχουν και άλλα γράμματα από άλλους νηογνώμονες απλά εμείς αναφέραμε τους βασικότερους.

plimsoll
Lloyd’s Register


*Η φωτογραφία είναι ενδεικτική ώστε να κατανοήσετε την σημασία που έχουν τα γράμματα L & R και δεν περιέχει την ακριβή θέση της γραμμής της μπάλας σε σχέση με την γραμμή φορτώσεως θέρους. Για την ακριβή θέση δείτε την εικόνα 1.

Ο σκοπός και η σημασία

Ο σκοπός είναι να καθορίσει το ύψος εξάλων (δηλαδή, το ύψος από την επιφάνεια της θάλασσας και επάνω) που θα έχει ένα πλοίο όταν πλέει σε συγκεκριμένες γεωγραφικές περιοχές και σε συγκεκριμένες εποχές του χρόνου. 

Στην ουσία μας εξασφαλίζουν ότι κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες θα έχουμε επαρκή εφεδρική πλευστότητα. Δε θα πρέπει να συγχέουμε την γραμμή φόρτωσης με τις κοπώσεις του πλοίου. 

Δηλαδή, ένα πλοίο το οποίο πλέει σε Winter zone και έχει πατήσει μπάλα (δηλαδή είναι φορτωμένο πάνω από το επιτρεπτό για την εποχή και την περιοχή όριο) δεν σημαίνει ότι έχει και υποχρεωτικά απώλεια ευστάθειας ή και κοπώσεις πάνω από το επιτρεπτό όριο.

Μπορεί ένα πλοίο το οποίο δεν έχει ‘’πατήσει’’ την μπάλα να έχει, λόγω κακής κατανομής των φορτίων, μεγαλύτερο πρόβλημα από ένα πλοίο το οποίο έχει ‘’πατήσει’’ μπάλα αλλά έχει σωστά κατανεμημένα το φορτίο του. 

Και φυσικά οι τροποποιήσεις του παραρτήματος Β του πρωτοκόλλου 1988 του IMO για τις γραμμές φόρτωσης περιλαμβάνουν ένα σημαντικό αριθμό αναθεωρήσεων στις οποίες περιλαμβάνουν και τις κοπώσεις και την ευστάθεια, αλλά δεν σημαίνει αυτομάτως ότι αν πατήσουμε μπάλα θα έχουμε πρόβλημα στην ευστάθεια. 

Η στεγανότητα επίσης συγκεκριμένων σημείων καθορίζεται από τους κανονισμούς οι οποίοι κατά την σχεδίαση του πλοίου θα πρέπει να ληφθούν υπόψη.

Ιστορία και κανονισμοί

Η Διεθνής σύμβαση περί γραμμών φορτώσεως υπογράφηκε στις 5 Απριλίου του 1966 στο Λονδίνο, τροποποιήθηκε από το πρωτόκολλο του 1988 και αναθεωρήθηκε το 2003. Σύμφωνα με τη Διεθνή Σύμβαση περί γραμμών φόρτωσης 66/88, όλες οι εκχωρημένες γραμμές φορτίου πρέπει να αναγράφεται στο μέσο του πλοίου σε κάθε πλευρά των πλοίων που εκτελούν διεθνείς πλόες. 

Οι προσδιορισμοί των εξάλων των πλοίων υπολογίζονται ή ελέγχονται από τους νηογνώμονες, οι οποίοι εκδίδουν διεθνή πιστοποιητικά Γραμμής Φόρτωσης, σύμφωνα με την νομοθεσία των συμμετεχόντων κρατών.

Παραρτήματα της σύμβασης περιέχει διάφορους κανονισμούς για τον καθορισμό των γραμμών φόρτωσης, καθώς και λεπτομέρειες σχετικά με τη σήμανση και τον έλεγχο των σημάτων, των όρων εκχώρησης των εξάλων, ύψους εξάλων πίνακες και διορθώσεις, ειδικές διατάξεις για τα πλοία που προορίζονται για τη μεταφορά της ξυλείας και την προβλεπόμενη μορφή της Διεθνούς Γραμμής Φόρτωσης πιστοποιητικά.

Σύμφωνα με τα παραρτήματα της σύμβασης, λαμβάνονται επίσης υπόψη είναι οι πιθανοί κίνδυνοι παρόντες σε διαφορετικές ζώνες και διαφορετικές εποχές και πρόσθετα μέτρα ασφαλείας για πόρτες, στόμια κλπ.

Οι κανονισμοί για τις γραμμές φόρτωσης 1966.

Παράρτημα 1
Το παράρτημα 1 χωρίζεται σε 4 κεφάλαια.
1) Γενικό
2) Όροι καθορισμού ύψους εξάλων
3) Ύψος εξάλων
4) Εδικές απατήσεις για τα ύψη εξάλων πλοίων που μεταφέρουν ξυλεία.

Παράρτημα 2
Καλύπτει τις ζώνες, τις περιοχές και τις εποχιακές περιόδους.
Παράρτημα 3
Περιέχει τα πιστοποιητικά, συμπεριλαμβανομένου και του Διεθνές Πιστοποιητικού γραμμής φόρτωσης (International Load Line Certificate.).

Το Πρωτόκολλο του 1988
Έγκριση: 11 του Νοεμβρίου 1988
Έναρξη ισχύος: 3 Φεβ, 2000

Το πρωτόκολλο κατά κύριο λόγο υιοθετήθηκε με σκοπό την εναρμόνιση επιθεώρησης και πιστοποίησης απαίτηση της Σύμβασης με εκείνες που περιλαμβάνονται στη SOLAS και MARPOL 73/78.

Οι τροποποιήσεις του 1995
Εγκρίθηκε: 23 Νοέμβριου 1995
Έναρξη ισχύος: 12 μήνες μετά από την αποδοχή από τα δύο τρίτα των συμβαλλόμενων κρατών.
Κατάσταση: αντικαταστάθηκε από τις τροπολογίες του 2003.


Οι τροποποιήσεις του 2003
Εγκρίθηκε: Ιούνιο 2003
Έναρξη ισχύος: 1η του Ιανουαρίου 2005


Οι τροποποιήσεις του παραρτήματος Β του Πρωτοκόλλου 1988 Γραμμών Φόρτωσης περιλαμβάνουν έναν αριθμό σημαντικών αναθεωρήσεων, και ιδίως των κανονισμών που αφορούν: Τις κοπώσεις και την ευστάθεια σε άθικτη κατάσταση, τις υπερκατασκευές και διαφράγματα, Στεγανές πόρτες , θέση των ανοιγμάτων των κυτών, θυρών και εξαεριστικών, μπουκαπόρτες, ανοίγματα μηχανοστασίου, διάφορα ανοίγματα των υπερκατασκευών, παραφωτίδες, προστασία του πληρώματος και τα μέσα για την ασφαλή διέλευση του πληρώματος στο κατάστρωμα, υπολογισμό του ύψους εξάλων.

Η σημασία τήρησης των κανονισμών

Η σημασία της γραμμής φόρτωσης είναι πολύ μεγάλη και σημαντική. Πέρα από τον προφανή λόγω της ασφάλειας του πλοίου, σε περίπτωση μη συμμόρφωσης με τους κανονισμούς υπάρχουν σοβαρότατες κυρώσεις . Όλοι οι πλοίαρχοι και υποπλοίαρχοι θα πρέπει να δίνουν μεγάλη προσοχή όταν υπολογίζουν την φόρτωση του πλοίου και θα πρέπει να λαμβάνουν υπόψη τους τις ζώνες τις οποίες θα διέλθει το πλοίο, προϋπολογίζοντας τα βυθίσματα του πλοίου να είναι σύμφωνα με τους κανονισμούς.

* Ο όρος ύψος εξάλων(freeboard) είναι η κατακόρυφη απόσταση μεταξύ της ισάλου, που αντιστοιχεί στο μέγιστο επιτρεπόμενο βύθισμα, και ενός παράλληλου προς αυτήν νοητού επιπέδου που περνάει από το κατάστρωμα στεγανής υποδιαιρέσεως στην πλευρά του πλοίου.



ΠΗΓΗ. e-nautilia.gr