La resistenza viscosa è la parte della resistenza al moto generata dagli effetti della viscosità dell’acqua sulla superficie bagnata dello scafo. Comprende l’attrito dello strato limite e, in senso esteso, contributi legati a separazioni viscose e vortici.
La componente di attrito è spesso espressa tramite:
dove è la densità dell’acqua, la velocità della nave, la superficie bagnata e il coefficiente di attrito.
La resistenza viscosa cresce con la superficie immersa e con la rugosità. Incrostazioni biologiche, pitture degradate, saldature sporgenti o deformazioni del fasciame aumentano il coefficiente effettivo e quindi la potenza richiesta per mantenere la velocità.
A differenza della resistenza d’onda, la resistenza viscosa esiste anche in assenza di superficie libera, per esempio su un corpo immerso in profondità. Nelle navi lente e piene può rappresentare una quota molto importante del consumo energetico.
Per ridurla si lavora su carene pulite, rivestimenti efficienti, manutenzione dell’opera viva e forme che evitino separazioni premature del flusso.
Strato limite
La resistenza viscosa nasce nello strato limite, la regione di fluido vicino allo scafo in cui la velocità passa da zero sulla parete, per la condizione di aderenza, al valore del flusso esterno. All’interno di questo strato si sviluppano gradienti di velocità e quindi sforzi tangenziali.
Sulle navi reali lo strato limite è quasi sempre turbolento per gran parte della lunghezza. La turbolenza aumenta l’attrito rispetto a uno strato limite laminare, ma resiste meglio alla separazione. La transizione e lo sviluppo dello strato limite dipendono da numero di Reynolds, rugosità e forma della carena.
Resistenza di forma viscosa
Oltre all’attrito puro, la viscosità contribuisce alla resistenza attraverso separazioni e vortici. Se la carena presenta variazioni di forma troppo brusche, il flusso può non seguire più la superficie e creare zone di ricircolo. Queste regioni sottraggono energia e aumentano la resistenza.
Per questo una carena liscia non basta: deve avere anche linee ben raccordate. Poppa, appendici, raccordi di assi, timoni e prese a mare sono zone in cui la resistenza viscosa può crescere in modo significativo.
Effetti economici
La resistenza viscosa è centrale nei consumi perché agisce per tutto il tempo di navigazione. Un piccolo aumento del coefficiente di attrito, moltiplicato per grandi superfici bagnate e lunghe percorrenze, può trasformarsi in tonnellate di combustibile aggiuntivo.
La gestione dell’opera viva è quindi una scelta energetica. Pulizia dello scafo, pitture antivegetative, monitoraggio della velocità a parità di potenza e programmazione dei bacini consentono di controllare una componente della resistenza che, a differenza del mare e del vento, è in parte governabile dalla manutenzione.