LA PROPULSIONE NAVALE

LA PROPULSIONE NAVALE
Tutti i motori primi impiegati nella propulsione navale appartengono alla categoria dei motori temici, i quali convertono in
energia meccanica il calore primario liberato con continuità da una fonte di energia preventivamente accumulata a bordo,
principalmente energia chimica contenuta in combustibili liquidi e liberata sotto forma termica da un processo di combustione.
I motori a combustione chimica più diffusi sulle navi civili sono di gran lunga i motori diesel, seguiti dalle turbine a gas, mentre le
turbine a vapore sono andate irrimediabilmente in declino in seguito alle crisi energetiche avvenute nella seconda metà degli
anni 70 del secolo scorso.
Quanto alle previsioni per i prossimi anni, i motori diesel saranno sempre il motore di propulsione largamente più diffuso, le
turbine a gas avranno uno sviluppo crescente e quelle a vapore un impiego marginale, infine vi sarà un ritorno all'energia eolica
ed entreranno in scena le prime navi a propulsione elettrica di fonte fotovoltaica.
La scelta dell'apparato di propulsione dipende da moltissimi fattori, fra i quali il tipo di nave, la potenza necessaria, la frequenza
con cui sono richieste variazioni di velocità, arresti o inversioni di marcia, i costi di investimento iniziale, le spese di propulsione
legate a quantità e qualità dei combustibili e dei lubrificanti consumati, i costi della manutenzione ordinaria e delle parti di
ricambio.
Per esempio, per una nave passeggeri, ove i costi per la propulsione superano raramente il 25% di quelli complessivi di gestione,
le esigenze commerciali di funzionamento sicuro e affidabile, di manovra e di bassa rumorosità possono avere un peso tale da
far orientare la scelta su un apparato motore a prima vista meno economico di altri.
Viceversa, per navi come petroliere, bulk carrier e portacontenitori, ove i costi per la propulsione superano anche l'80% di quelli
complessivi di gestione, va privilegiato un apparato di propulsione capace di bruciare combustibili di scarsa qualità e in
condizioni di basso consumo specifico.
POTENZE E PERDITE DI POTENZA DI UN APPARATO DI PROPULSIONE
Nel caso particolare di un impianto di propulsione navale, se il motore primo è a combustione, la potenza di riferimento è la
potenza chimica disponibile nel combustibile fornita con continuità al motore affinché questo, la trasformi in potenza
meccanica da cedere all'asse, quindi al propulsore e infine allo scafo.
Fra le perdite di potenza va citata per prima la perdita termodinamica, flusso termico liberato dalla combustione ma non
convertito in potenza meccanica e che è ceduto all'ambiente esterno.
Negli impianti a vapore tale perdita è data dal flusso termico teorico ceduto al condensatore e riversato poi in mare. Questa
perdita penalizza pesantemente le prestazioni dell'intero impianto perché sfiora il 60% della potenza chimica
Negli impianti turbogas e diesel la perdita termodinamica è il flusso termico uscente coi gas di scarico dalla turbina di potenza o
da quella del turbocompressore, e si aggira sul 25 - 30% della potenza chimica disponibile.
LA PROPULSIONE NAVALE CON MOTORI DIESEL CLASSIFICAZIONE E FUNZIONAMENTO
Occupiamoci ora dei motori termici che oggi dominano i mari.
I motori diesel prendono innanzitutto questo nome dall'ingegnere tedesco Rudolf Diesel, nel mese di settembre del 1912, la
prima nave equipaggiata con il motore da lui ideato compiva con successo la prima traversata atlantica.
I motori diesel sono detti in gergo anche motori a nafta perché bruciano combustibili distillati medi e residuali indicati spesso col
nome generico di nafte.
Prendono anche il nome di motori a combustione spontanea poiché il combustibile, ridotto in minutissime goccioline da un
polverizzatore che lo inietta nel cilindro al termine della corsa di compressione del pistone, si incendia spontaneamente a mano
a mano che viene iniettato.
La classificazione più importante dei motori diesel è fatta in base al numero di corse (in inglese strokes) compiute tra il punto
morto superiore (PMS) e il punto morto inferiore (PMl) dal pistone in un ciclo completo.
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Poiché queste corse sono chiamate in italiano impropriamente "tempi", i motori
diesel possono essere a quattro tempi o a due tempi.
• Nei motori a quattro tempi, grazie a valvole comandate di ammissione e di
scarico che si aprono e si chiudono in momenti prestabiliti, nella prima corsa
verso il PMl il pistone riempie il cilindro di aria, quindi inverte il moto e, salendo
verso il PMS, la comprime; avvenute l'iniezione e la combustione, i gas combusti
fanno compiere una terza corsa al pistone e, quando questo raggiunge il PMl, una parte di essi si scarica spontaneamente
all'esterno, dopo di che il pistone inverte ancora il moto ed espelle i gas combusti residui. Il pistone compie dunque quattro
corse in due giri dell’ albero motore.
• Nei motori a due tempi i gas combusti vengono fatti uscire mentre entra la carica di aria fresca (processo denominato
"lavaggio"), attraverso luci o valvole durante l'ultimo tratto di corsa del pistone verso il PMl e nel suo primo tratto di corsa di
risalita verso il PMS; i gas combusti escono spontaneamente e l'aria fresca entra sospinta da una pressione esterna creata dalla
cosiddetta pompa dell'aria; dopo di che il pistone compie la corsa di compressione, poi il polverizzatore inietta nafta polverizzata
nel cilindro, avviene quindi la combustione e infine il pistone riscende, compiendo la corsa utile di espansione. L'intero ciclo di
lavoro si compie dunque in un giro dell'albero motore, cioè durante due sole corse del pistone.
• IN BASE AL REGIME ROTAZIONALE, I MOTORI DIESEL NAVALI POSSONO POI ESSERE COSÌ CLASSIFICATI:
• motori a due tempi lenti (low speed), con velocità compresa per lo più fra 50 e 150 giri/min., impiegati come motori di
propulsione e tali da poter essere accoppiati direttamente sull'elica;
• motori a quattro tempi medioveloci (medium speed), con velocità compresa mediamente fra 400 e 600 giri/min, impiegati
come motori di propulsione (previo accoppiamento indiretto tramite riduttore del numero dei giri) o come motori di comando di
alternatori;
• motori a quattri tempi veloci (high speed), con velocità compresa mediamente fra 800 e 2000 giri/min, impiegati come piccoli
motori di propulsione (sempre con accoppiamento tramite riduttore del numero dei giri) o come motori di comando di
alternatori.
• Un'ultima classificazione permette infine di distinguere i motori diesel in normali (o aspirati) e sovralimentati, cioè alimentati
con aria sotto pressione: con la sovralimentazione aumentano, a parità di volume, le masse di aria e combustibile inviate nei
cilindri, quindi la potenza. La distinzione è però quasi superflua perché in pratica tutti i motori diesel navali sono sovralimentati.
LA CONDUZIONE DEGLI IMPIANTI DI PROPULSIONE CON MOTORI DIESEL
Il personale di macchina ha l'incarico di preparare i motori principali e gli impianti ausiliari per la partenza, di adeguare la marcia
ai comandi che vengono dalla plancia, a controllare il regolare funzionamento di tutte le unità in servizio e di intervenire in caso
di malfunzionamenti.
Questi compiti sono affidati a un organico che comprende un Direttore, un Primo Ufficiale, un Secondo Ufficiale, un Terzo
Ufficiale, un Allievo Ufficiale, un Caporale e altri Sottufficiali e infine un certo numero di Comuni.
Sulle grandi navi passeggeri la tabella di armamento può prevedere un Direttore in Seconda, più Primi, Secondi e Terzi Ufficiali
(tra cui un Elettronico, un addetto all'hotel, un ambientale, uno alla sanità ecc.), due o più Allievi e numerosi Sottufficiali e
Comuni.
Tutti questi tecnici assolvono durante i rispettivi turni di guardia i vari incarichi assegnati dal Direttore di macchina.
Sulle navi di oggi l'Ufficiale trascorre la maggior parte del proprio turno di guardia in Sala Controllo Propulsione (SCP) o, in lingua
inglese, Engine Control Room (ECO), da cui può seguire, avviare, condurre e arrestare tutti gli impianti in servizio con l'aiuto di
telecomandi, pannelli di controllo, telecamere in circuito chiuso, monitor e migliaia di allarmi che lo informano su ogni eventuale
malfunzionamento o valore di un parametro fuori della nonna.
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IL COLLEGAMENTO DELL'ASSE CON IL PROPULSORE
Prende il nome di linea d'assi l'insieme di tutti gli assi rotanti che collegano il motore primo al propulsore e di tutti quegli
indispensabili organi ausiliari che ne fanno parte, come i giunti, vari tipi di supporti o cuscinetti, eventuali riduttori del numero di
giri, fino ad arrivare al propulsore.
La struttura della linea d'assi varia con il tipo di motore primo e di propulsore, la posizione del motore e la sua potenza, il tipo di
nave e di carico trasportato ecc. ma, tanto per fissare le idee, vediamo lo schema semplificato di un possibile esempio di linea
d'assi (fig. 9.70).
LA PROPULSIONE ELETTRICA
La propulsione elettrica consiste nell'usare il motore principale (motore diesel, turbina a vapore o a gas) per azionare un
generatore elettrico (di solito un alternatore ) il quale alimenta a sua volta un motore elettrico collegato con il propulsore. La
propulsione elettrica è stata impiegata con ottimo successo negli anni '90 sulle navi da crociera, la maggior parte delle quali è
oggi propulsa con due assi azionati da motori sincroni ad alta tensione che azionano eliche a pale orientabili o fisse a seconda del
tipo di convertitore statico adottato.
Per questo tipo di navi la propulsione elettrica offre il vantaggio di:
sistemare in modo ottimale motori principali e generatori, con motori elettrici vicini a poppa;
poter variare la velocità della nave agendo sul numero di gruppi in funzione e facendo in modo che ognuno di
questi lavori in condizioni di massimo rendimento;
azionare, rapidamente e senza problemi, vari servizi di bordo non di propulsione;
avere una marcia più silenziosa poiché le vibrazioni dei motori non si trasmettono all'elica;
invertire la marcia in manovra agendo solo sul motore elettrico e ottenere rapide variazioni di velocità;
ottimizzare l'automazione per la condotta della propulsione e il bilanciamento dei carichi a bordo, riducendo
notevolmente il rischio di blackout.
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