Test per azione convettiva e impatto

I liquidi in movimento possono esercitare un’enorme pressione sulle strutture interne ed esterne delle navi e degli impianti offshore, come le piattaforme gaspetrolifere o le turbine eoliche. Per misurare in modo affidabile i fenomeni di azione convettiva (movimento del GNL con cavitazione) e impatto (urti delle onde) servono sensori di pressione e dinamometri specifici.

Soluzioni di test e analisi dell’azione convettiva (Sloshing) per le navi metaniere

Il gas naturale liquefatto (GNL) è una fonte energetica alternativa che viene trasportata in tutto il mondo per mezzo di navi metaniere, i cui serbatoi devono resistere ai movimenti del GNL, la cosiddetta azione convettiva, anche con moto ondoso molto forte. Kistler fornisce ai laboratori di tutto il mondo sensori di pressione specifici per questa applicazione, tra cui sensori IEPE e soluzioni estremamente compatte per i test e le analisi dell’azione convettiva.

Il gas naturale si può trasportare in modo efficiente solo in forma liquida. Raffreddandolo a -162°C, se ne riduce il volume di 600 volte, affinché possa essere trasportato nelle navi metaniere. Quando i serbatoi delle navi sono riempiti solo parzialmente, l’azione del vento e delle onde può provocare il movimento del GNL, fenomeno noto come “sloshing”, che può compromettere la stabilità della nave ed esporre le membrane interne del serbatoio a forti sollecitazioni.

I carichi dinamici indotti dallo sloshing sulle strutture delle navi metaniere sono oggetto di studio presso molti laboratori di ricerca in tutto il mondo. Per le procedure di test e analisi dello sloshing viene utilizzato in genere un modello 2D rettangolare di un serbatoio di GNL su un robot esapode; talvolta vengono utilizzati anche modelli in 3D in scala ridotta. I sensori di pressione vengono generalmente applicati in cluster sulla parete del modello del serbatoio in posizioni diverse, dove la probabilità di forte impatto è maggiore.

Dimensioni ridotte

Uno dei principali requisiti per i sensori utilizzati in questa applicazione è il ridotto diametro frontale. Grazie a questa configurazione, i sensori possono essere installati in posizione molto ravvicinata per ottimizzare la risoluzione spaziale.

Rapido tempo di salita

Le pressioni di impatto dipendono in larga misura dal movimento indotto e oscillano tra 50 mbar e 7 bar, con tempi di salita rapidi da 1 a 10 ms. Queste condizioni richiedono sensori di pressione con rapidi tempi di salita e/o frequenze naturali elevate.

IEPE (tensione)

Dato l’elevato numero di sensori richiesti da questa applicazione, è indispensabile ricorrere a catene di misura economiche. Grazie alla tecnologia IEPE è possibile collegare i sensori direttamente al sistema DAQ, senza dover ricorrere a costosi amplificatori di carica.

Basso shock termico

La risposta agli shock termici del sensore di pressione può compromettere la precisione di misura delle pressioni di impatto. I sensori della serie 601C di Kistler presentano una bassissima sensibilità agli shock termici e sono quindi particolarmente adatti per la misurazione delle pressioni di impatto causate dallo sloshing.

Impatto marino: analisi accurata dei movimenti e dei carichi causati dalle onde

Le vasche navali oceaniche con cui si riproducono i comportamenti e le manovre delle navi in mare aperto consentono di verificare le prestazioni e la sicurezza non solo delle navi, ma anche degli impianti offshore, come le piattaforme gaspetrolifere e le turbine eoliche. Per queste applicazioni, Kistler ha sviluppato una gamma di sensori di pressione diversi che comprende dinamometri per lo studio dell’interazione tra i carichi aerodinamici e idrodinamici.

Le applicazioni per le vasche navali qui descritte comprendono test su oggetti ormeggiati o ancorati in mare (come le piattaforme gaspetrolifere o le turbine eoliche offshore) per stabilire i movimenti e i carichi causati dalle onde e dal vento. Per le analisi sulle turbine eoliche offshore, l’azione congiunta del vento e delle onde sulla turbina si può misurare mediante un gruppo di dinamometri triassiali posizionato alla base del palo tra l’ancoraggio e l’elemento da analizzare. Le prove di impatto forniscono dati comparativi di alta qualità per la convalida dei metodi di simulazione dell’azione combinata dei carichi aerodinamici e idrodinamici. Per le misurazioni effettuate sulle piattaforme gaspetrolifere (o anche sulle navi), i sensori di pressione devono essere generalmente montati a filo sulla parete della struttura o sullo scafo della nave.

Sensibilità elevata

La precisione offerta dai sensori permette di rilevare i valori di pressione attesi inferiori a 1 bar; grazie alla tecnologia IEPE è possibile collegare i sensori direttamente al sistema DAQ senza dover ricorrere a costosi amplificatori di carica.

Basso shock termico

Rapido tempo di salita

Con tempi di salita rapidi di appena 1 ms, le pressioni di impatto non superano generalmente 1 bar. Queste condizioni richiedono sensori di pressione con rapidi tempi di salita e/o frequenze naturali elevate.

Capacità di regolazione

Impostando adeguatamente gli amplificatori di carica, i sensori piezoelettrici riescono a rilevare anche le più piccole variazioni dinamiche su strutture pesanti.

Sensori di forza impermeabili

I sensori Kistler sono realizzati con saldature ermetiche che ne garantiscono la tenuta all’acqua. I cavi sono provvisti di guarnizioni appositamente progettate per l’impiego subacqueo. Per aumentare ulteriormente la tenuta all’acqua è possibile saldare un cavo 1698A su un sensore di forza triassiale.