sopra e sotto le onde
apparati motori
dopo l'appassionata trattazione del mio amico di alcuni giorni fa non mi rimane effettivamente molto altro da dire se non aggiungere alcune valutazioni personali nelle quali mi limiterò ad evidenziare alcuni aspetti interessanti con particolare riferimento alle motivazioni che fanno preferire una motorizzazione rispetto ad un’altra. queste sono:
-le dimensioni dell’apparato motore, dalle quali dipendono le disponibilità di spazio a bordo. tenendo sempre conto di quanto gli stessi sono preziosi, sia dal punto di vista dell’abitabilità, sia per la capacità di carico.
-il suo peso complessivo, dal quale dipendono il dislocamento della nave, la sua capacità di carico, la robustezza (e quindi il peso) delle fondazioni e dei basamenti dell'apparato motore.
-il rendimento, da cui dipendono i consumi e quindi l'autonomia della nave.
-la possibilità di invertire la marcia.
-il tipo di combustibile impiegato, la sua reperibilità ed economia.
per oltre un secolo parlare di propulsione meccanica ha significato parlare di caldaia - motrice alternativa a vapore.
come abbiamo visto nei capitoli precedenti, le navi fino alla prima guerra mondiale erano attrezzate con 12, 16 o addirittura 24 caldaie cosiddette "a tubi di fiamma" (simili a quelle delle locomotive a vapore), con grandi focolari costantemente alimentati dai marinai fuochisti con il carbone.
lo schema classico prevedeva motrici a triplice o quadruplice espansione, quattro eliche, pistoni, bielle, assi, in locali resi invivibili dalle perdite di vapore, dalla polvere di carbone, dai fumi.
tra la fine dell'800 e i primi del ‘900 vennero creati i presupposti della moderna propulsione navale, basata su: motore - turbina a vapore - turbina a gas, il motore diesel e la turbina parson della quale abbiamo già accennato.
analizziamo come funziona un motore esclusivamente per gli aspetti che ci interessano dato che si tratta di argomento troppo noto perché vi si debba dedicare più che un accenno.
iniziamo con il considerare che il cosiddetto motore a scoppio utilizza un combustibile assai poco navale: la benzina. una miscela di idrocarburi altamente infiammabile e volatile, la cui presenza a bordo di si è dimostrata un pericolo dal quale guardarsi (come visto nel capitolo sui sommergibili).
il motore diesel, invece, utilizza un combustibile che si è dimostrato assai adatto all'impiego navale: il gasolio. un combustibile sufficientemente stabile e con un punto di infiammabilità abbastanza elevato da metterci al sicuro (non certo completamente), circa il rischio di incendi o esplosioni. inoltre i suoi consumi sono più bassi rispetto a quelli di qualunque altro apparato. anche da questo punto di vista, estremamente importante nella costruzione navale, per le implicazioni accennate sopra circa la economicità di gestione, l'autonomia e la capacità di carico, il diesel è in vantaggio, rispetto a qualunque altra macchina senza considerare la sua estrema semplicità. possiamo pertanto dire che oggi, quando si parla di apparato motore "a motore" si parla di “motore diesel".
dopo aver consacrato il diesel e i suoi successi, parliamo del vapore.
iniziamo dicendo che i moderni apparati motori a vapore poco hanno in comune con i loro antenati.
le caldaie moderne sono le cosiddette "a tubi d'acqua", dalle grandi potenzialità: fino a cento tonnellate/ora di vapore, elevate pressioni (fino ad oltre 70 bar) e temperature (più di 500 °c).
lo sviluppo della tecnica, gli studi sulla termodinamica e oltre due secoli di storia, consentono oggi di ottenere rendimenti un tempo inimmaginabili.
il combustibile utilizzato è il più economico in commercio, raccolto in fondo alle colonne di distillazione del petrolio (la cosiddetta "nafta residuale").
nonostante questo, il vapore perde costantemente terreno.
perché?
le ragioni sono da ricercare nella complessità degli impianti, nella necessita di una serie di apparecchiature accessorie che occupano un grande volume all’interno dello scafo.
per intenderci, vi faccio un esempio.
all’inizio della seconda guerra mondiale, l’italia costruì una serie di incrociatori leggeri, la così detta “classe capitani romani”, si rivelarono ottime navi che si dimistrarono assai veloci (anche oltre 40 nodi), e robuste come documentato dall'impresa dell'attilio regolo, rientrato in porto senza la prora asportata da un siluro.
ebbene, su 145 metri di lunghezza, 90 erano destinate all’apparato motore.
spieghiamo perché cercando di schematizzare un tipico impianto a vapore. i componenti fondamentali sono tre: la caldaia, la turbina e il condensatore ma, ognuno di essi, necessita di una lunga serie di componenti accessori.
ad esempio il circuito dell'acqua di alimento richiede almeno tre pompe: una di alimento della caldaia, una di aiuto alimento per innescare la pompa principale e una per l’estrazione dell’acqua dal condensatore.
due scambiatori di calore di cui uno incaricato di alzare la temperatura dell'acqua di estrazione e di ridurre la percentuale di ossigeno presente nell'acqua stessa detto “deareatore” e l’altro, il cui compito è sottrarre calore ai prodotti della combustione utilizzandolo per innalzare ulteriormente la temperatura dell'acqua prima del suo ingresso in caldaia chiamato “economizzatore”.
numerose valvole, sistemi di regolazione, tubolature.
altre apparecchiature sono poi necessarie per portare a valori accettabili il rendimento del ciclo termodinamico.
tutto questo non fa che aumentare l'ingombro dell’apparato, tanto che diventa proibitivo il suo impiego a bordo, data l’insufficienza di spazio. inoltre, la turbina è una macchina unidirezionale, il cui senso di rotazione è irreversibile.
quindi per invertire il senso di rotazione dell'elica occorre una apposita turbina di marcia addietro.
si potrebbe pensare di utilizzare anche sull'impianto a vapore un'elica a passo variabile.
quest'ultima, infatti, rappresenta una soluzione indispensabile per gli apparati motori a turbina a gas utile e talora utilissima per gli apparati a motore ma rimane di difficile attuazione per impianti di grandi potenza dominati dalla propulsione a vapore.
inoltre l'elica a passo variabile resta un propulsore il cui rendimento è inferiore a quello di un'elica a passo fisso, che già lascia parecchio a desiderare.
parlando di elica a passo variabile ci avviciniamo al terzo e più moderno tipo di apparato motore, la turbina a gas. come nel caso degli impianti a vapore ognuno dei componenti fondamentali della t.a.g. necessita di una serie di apparecchiature ausiliarie, anche se in misura minore.
inoltre, come si è detto, questo apparato necessita di un'elica a passo variabile, in quanto la turbina è una macchina non reversibile.
se a questo aggiungiamo che come rendimento e consumo, l'impianto turbogas è il peggiore essendo caratterizzato da bassi rendimenti ed alti consumi.
ma se sono impianti costosi, dai grandi consumi, che hanno bisogno di complesse eliche a passo variabile, perché certe navi le utilizzano?
la risposta è semplice, sono apparati leggeri, molto leggeri.
hanno cioè un rapporto peso/potenza estremamente favorevole e nettamente migliore rispetto a quello di diesel e vapore.
allora, quando il peso è un fattore vincolante, la soluzione t.a.g. diventa quella ottimale se non quella obbligata.
un’ultima panoramica la facciamo sui motori elettrici. la propulsione mista diesel/elettrica, sta vivendo una nuova giovinezza dopo alcuni decenni di oblio. oggi viene infatti largamente impiegata sulle nuove navi da crociera grazie alla silenziosità e, alla flessibilità ottenibile suddividendo la potenza massima richiesta in un certo numero di gruppi elettrogeni che possono essere dislocati dove fa più comodo. questo caratterizza le moderne navi da crociera che hanno raggiunto elevati livelli di comfort per i passeggeri. il merito è anche dei gruppi elettrogeni, ciascuno da oltre ottomila chilowatt, sistemati in locali insonorizzati e in grado di erogare tutta l'energia elettrica richiesta dalle varie utenze di bordo, comprese le eliche.
quindi se il motore è elettrico, l'energia necessaria per alimentarlo può provenire o da un gruppo elettrogeno o da una serie di accumulatori
nel primo caso si può avere propulsione mista "diesel elettrica" o "turbo elettrica".
nel secondo caso si parla di propulsione elettrica pura e gli accumulatori vengono caricati saltuariamente mediante appositi gruppi elettrogeni (come abbiamo visto parlando dei sommergibili).
quindi , escluse le piccole imbarcazioni equipaggiate sia con piccoli motori da pochi chilowatt che con potenti motori fuoribordo, appena si passa ad imbarcazioni più importanti, dai modesti semicabinati dotati di motori entro-fuoribordo, fino ai grandi panfili lunghi 24,99 metri ( la lunghezza massima consentita per restare nella categoria "imbarcazioni" dopo di che siamo nel campo delle “navi”) dotati di due motori con altrettante eliche, il diesel regna sovrano.
sono macchine a quattro tempi, veloci (fino ad oltre 3000 giri/minuto), compatte per poter essere installate nei locali destinati all'apparato motore, che utilizzano un gasolio navale sicuro e relativamente economico, contenute in box insonorizzanti per garantire affidabilità e comfort al facoltoso armatore.
perdindirindina, corpo di mille balene, arcipuffolina.... me la sono persa, scusate il ritardo!................ ma sono sempre in tempo vero? :biggrin: