Tec­ni­ca: Carene ad aria

AD ARIA

Superyacht (Italian) - - Contents - di An­drea Man­ci­ni

Ri­dur­re i con­su­mi, mi­glio­ra­re le pre­sta­zio­ni: le so­lu­zio­ni per per­se­gui­re que­sti obiet­ti­vi su una bar­ca so­no mol­te­pli­ci. Tra que­ste, la so­lu­zio­ne di in­ter­por­re dell’aria fra la su­per­fi­cie di ca­re­na e l’ac­qua, al fi­ne di ri­dur­re la re­si­sten­za d’at­tri­to, è uno de­gli espe­dien­ti più in­tui­ti­vo e co­no­sciu­to ma, al tem­po stes­so, di non fa­ci­le rea­liz­za­zio­ne pra­ti­ca. Pri­ma pe­rò di esa­mi­na­re al­cu­ne del­le so­lu­zio­ni idea­te per que­sto sco­po, ini­zia­mo con il ca­pi­re per­ché, in­ter­po­nen­do l’aria fra l’ac­qua e una su­per­fi­cie, l’at­tri­to vie­ne ri­dot­to. L’aria, ol­tre ad es­se­re un flui­do cir­ca 1.000 vol­te me­no den­so dell’ac­qua, è an­che un flui­do mol­to me­no vi­sco­so dell’ac­qua, caratteristica fi­si­ca che per­met­te un più fa­ci­le scor­ri­men­to di un og­get­to at­tra­ver­so il flui­do stes­so. Ta­le fa­ci­li­tà di scor­ri­men­to è tec­ni­ca­men­te in­di­ca­ta co­me mi­nor at­tri­to o, più pre­ci­sa­men­te, mi­nor at­tri­to vi­sco­so, cioè quel par­ti­co­la­re ti­po di at­tri­to che ca­rat­te­riz­za il mo­to dei flui­di (ve­di box di ap­pro­fon­di­men­to). Per me­glio com­pren­de­re il fe­no­me­no ba­sta im­ma­gi­na­re uno stes­so og­get­to im­mer­so non nell’ac­qua ma nel mie­le, un flui­do dol­ce e gra­de­vo­le ma mol­to più den­so e vi­sco­so dell’ac­qua: è fa­ci­le in­tui­re che sa­rà mol­to dif­fi­col­to­so far­lo scor­re­re poi­ché l’at­tri­to do­vu­to al­la ele­va­ta vi­sco­si­tà sa­rà enor­me. Se al­lo­ra, tor­nan­do al­la no­stra ca­re­na, cioè la par­te del­lo sca­fo a di­ret­to con­tat­to con l’ac­qua, in qual­che mo­do si in­se­ri­sce dell’aria tra su­per­fi­cie e ac­qua, lo scor­ri­men­to di que­st’ul­ti­ma sul­la su­per­fi­cie di ca­re­na sa­rà fa­ci­li­ta­to e si ot­ter­rà quel­lo che in ger­go è de­fi­ni­ta una “lu­bri­fi­ca­zio­ne” ad aria. D’al­tron­de la lu­bri­fi­ca­zio­ne al­tro non è che l’in­ter­po­si­zio­ne di una so­stan­za “lu­bri­fi­can­te” che ri­du­ce l’at­tri­to tra due su­per­fi­ci che scor­ro­no re­ci­pro­ca­men­te. Pre­ci­sia­mo pe­rò una co­sa: co­mu­ne­men­te, quan­do si par­la di at­tri­to, le su­per­fi­ci che scor­ro­no re­ci­pro­ca­men­te so­no quel­le di due cor­pi so­li­di. Nel ca­so di flui­di il fe­no­me­no è un po’ più com­ples­so ma pos­sia­mo sem­pli­fi­car­lo ed im­ma­gi­na­re che il flui­do più vi­sco­so e più den­so si com­por­ti co­me un so­li­do, men­tre il flui­do me­no vi­sco­so e me­no den­so di­ven­ta il lu­bri­fi­can­te. Lu­bri­fi­ca­re la ca­re­na con l’aria è pe­rò una co­sa sem­pli­ce a dir­si ma estre­ma­men­te com­pli­ca­ta a far­si, so­prat­tut­to per gli aspet­ti

cri­ti­ci le­ga­ti al­la rea­liz­za­zio­ne di un si­ste­ma ef­fi­cien­te che con­sen­ta la pre­sen­za sta­bi­le di aria sul­la su­per­fi­cie di ca­re­na. Ec­co al­lo­ra le tan­te so­lu­zio­ni per far scor­re­re o per in­trap­po­la­re l’aria sot­to lo sca­fo, ad esem­pio ge­ne­ran­do del­le bol­le di aria poi in­trap­po­la­te in ap­po­si­te ca­vi­tà crea­te nel­la ca­re­na, op­pu­re in­ter­cet­tan­do l’aria so­pra la su­per­fi­cie ed in­ca­na­lan­do­la sot­to ca­re­na, op­pu­re iniet­tan­do mi­cro­bol­le sot­to ca­re­na at­tra­ver­so cir­cui­ti ad aria com­pres­sa. Si trat­ta di una mi­ria­de di so­lu­zio­ni stu­dia­te e svi­lup­pa­te nel tem­po da quan­do, al­la fi­ne del 1800, il pa­dre dell’idro­di­na­mi­ca Wil­liam Frou­de, in­sie­me al­lo scien­zia­to sve­de­se Gu­staf De La­val, stu­dia­ro­no per pri­mi gli ef­fet­ti po­si­ti­vi del­la pre­sen­za di aria sul fon­do di una ca­re­na ai fi­ni del­la di­mi­nu­zio­ne dell’at­tri­to e ne ipo­tiz­za­ro­no l’uti­liz­zo. Se dal pun­to di vi­sta teo­ri­co tut­to è estre- ma­men­te sem­pli­ce, la real­tà è ben di­ver­sa e le com­pli­ca­zio­ni di or­di­ne pra­ti­co e fun­zio­na­le so­no ta­li da aver de­ter­mi­na­to nel tem­po so­lo ap­pli­ca­zio­ni spe­ri­men­ta­li o par­zia­li, co­me pos­so­no es­se­re i gra­di­ni sul fon­do di una ca­re­na pla­nan­te (step o re­dan) op­pu­re gli sca­ri­chi del motore con­vo­glia­ti sul fon­do del­lo sca­fo. Ma il pro­gres­so va avan­ti e le co­no­scen­ze au­men­ta­no. Ve­dia­mo al­lo­ra quali so­no le mo­da­li­tà di ap­pli­ca­zio­ne di que­sta tec­no­lo­gia, mo­da­li­tà og­gi ri­con­du­ci­bi­li fon­da­men­tal­men­te a due: - aria in­trap­po­la­ta (ov­via­men­te in mo­do par­zia­le) in ap­po­si­te ca- vi­tà sot­to ca­re­na; - aria che vie­ne fat­ta scor­re­re sul­la su­per­fi­cie del­la ca­re­na.

La lu­bri­fi­ca­zio­ne per mez­zo di aria in­trap­po­la­ta in ca­vi­tà: le Air Ca­vi­ty Ship (ACS) È sta­ta pro­ba­bil­men­te la mo­da­li­tà più studiata e spe­ri­men­ta­ta ne­gli an­ni: in que­sta so­lu­zio­ne la ca­re­na ha il fon­do op­por­tu­na­men­te sa­go­ma­to al fi­ne di ge­ne­ra­re una ca­vi­tà in cui una bol­la di aria, ge­ne­ra­ta ed ali­men­ta­ta ar­ti­fi­cial­men­te con l’im­mis­sio­ne for­za­ta dall’ester­no, ri­ma­ne in­trap­po­la­ta (fi­gu­ra 1). La pres­sio­ne dell’aria all’in­ter­no del­la ca­vi­tà è leg­ger­men­te più ele­va­ta del­la pres­sio­ne at­mo­sfe­ri­ca co­sì da riem­pi­re il vo­lu­me ri­ca­va­to sul fon­do, sen­za pe­rò ge­ne­ra­re for­ze di por­tan­za e per­met­ten­do co­sì al­le li­nee di pop­pa di re­sta­re sem­pre in con­tat­to con l’ac­qua, a dif­fe­ren­za di al­tri si­ste­mi si­mi­li che in­ve­ce ge­ne­ra­no un cu­sci­no d’aria che in­nal­za e so­stie­ne la bar­ca, si­ste­mi co­me i SES (Sur­fa­ce Ef­fect Ship) o gli ho­ver­craft. Le li­nee ester­ne di un ACS, spe­cie quel­le di prua, re­sta­no in­ve­ce le stes­se di una im­bar­ca­zio­ne con­ven­zio­na­le, per­met­ten­do di man­te­ne­re pres­so­ché im­mu­ta­te le ca­rat­te­ri­sti­che di te­nu­ta al ma­re e di ma­no­vra­bi­li­tà. Le li­nee del fon­do, al con­tra­rio, so­no di­ver­se, com­ples­se e tor­men­ta­te, al fi­ne di crea­re le con­di­zio­ni af­fin­ché si ge­ne­ri e si man­ten­ga la bol­la d’aria nel­la ca­vi­tà

ar­ti­fi­cia­le. Le li­nee di pop­pa de­vo­no poi con­sen­ti­re la sfug­gi­ta dell’aria in ec­ces­so, sen­za crea­re re­si­sten­ze ad­di­zio­na­li do­vu­te al­la pre­sen­za di bar­rie­re di con­te­ni­men­to dell’aria. Inol­tre, de­vo­no di­ri­ge­re que­sta aria in ec­ces­so sen­za che es­sa in­ve­sta l’eli­ca, che ne sof­fri­reb­be per­den­do par­te del­la spin­ta. La geo­me­tria del fon­do è quin­di fon­da­men­ta­le al fi­ne di al­log­gia­re la bol­la d’aria e ri­dur­re le com­po­nen­ti di re­si­sten­za ad­di­zio­na­li. Do­po una lun­ghis­si­ma fa­se di stu­dio e spe­ri­men­ta­zio­ne, le pri­me im­bar­ca­zio­ni ACS so­no sta­te co­strui­te ne­gli an­ni ’90. Que­sti mez­zi han­no con­fer­ma­to di­mi­nu­zio­ni di re­si­sten­za in­tor­no al 10, 15% per le na­vi di­slo­can­ti e fi­no al 40 % per le carene ve­lo­ci, se­mi­pla­nan­ti e pla­nan­ti. Ta­le gua­da­gno a fron­te di un as­sor­bi­men­to di po­ten­za to­ta­le del­la na­ve, ne­ces­sa­rio a man­te­ne­re aria nel­la ca­vi­tà, in­fe­rio­re al 3, 4%. Inol­tre, l’aria pre­sen­te nel­la ca­vi­tà sot­to la ca­re­na si com­por­ta co­me un cu­sci­no che smor­za i mo­ti verticali, de­ter­mi­nan­do mi­glio­ra­men­ti nel­le qua­li­tà di te­nu­ta al ma­re e ma­no­vra­bi­li­tà sul­le on­de. Og­gi le carene ACS so­no una real­tà spe­cie nel pic­co­lo na­vi­glio mi­no­re ve­lo­ce, pic­co­li tra­ghet­ti, pic­co­le uni­tà mi­li­ta­ri (fi­gu­ra 2), do­ve so­no evi­den­ti i be­ne­fi­ci in ter­mi­ni di di­mi­nu­zio­ne dei con­su­mi in rap­por­to al ca­ri­co im­bar­ca­to e le mi­glia per­cor­se, be­ne­fi­ci che au­men­ta­no al cre­sce­re del­la ve­lo­ci­tà (fi­gu­ra 3). Al­lo stes­so tem­po ci so­no pro­met­ten­ti spe­ri­men­ta­zio­ni an­che su uni­tà mol­to più gran­di, co­me le gros­se e len­te na­vi da ca­ri­co (fi­gu­ra 4). An­che nel cam­po del­le carene pla­nan­ti per uso di­por­ti­sti­co ci so­no in­te­res­san­ti ten­ta­ti­vi di ap­pli­ca­zio­ne di que­sta tec­no­lo­gia: la so­cie­tà nor­ve­ge­se ESI (Ef­fect Ship In­ter­na­tio­nal), lea­der mon­dia­le di que­sta tec­no­lo­gia mes­sa a pun-

to con la de­no­mi­na­zio­ne di Air Sup­por­ted Ves­sel (ASV) e ti­to­la­re di nu­me­ro­si bre­vet­ti in me­ri­to, ha pro­get­ta­to un mo­to­rya­cht di 20 me­tri a so­sten­ta­men­to ad aria che poi è sta­to sot­to­po­sto ad un in­ten­so pro­gram­ma di te­st spe­ri­men­ta­li, sia con mo­del­li in va­sca na­va­le che al ve­ro con un pro­to­ti­po in sca­la rea­le (fi­gu­re 5 e 6). I ri­sul­ta­ti han­no con­fer­ma­to ri­du­zio­ni di re­si­sten­za in al­cu­ni ca­si fi­no al 50%, va­lo­re che di­mo­stra chia­ra­men­te che la lu­bri­fi­ca­zio­ne ad aria può fun­zio­na­re. Inol­tre que­sti da­ti, uni­ti ad un ri­sul­ta­to este­ti­co e fun­zio­na­le del­lo ya­cht di tut­to ri­spet­to, han­no val­so al pro­get­to Air Sup­por­ted Ves­sel l’award per l’in­no­va­zio­ne per l’an­no 2011. Nel 2016, i can­tie­ri Da­ne­si Tu­co Ma­ri­ne Group in col­la­bo­ra­zio­ne con i nor­ve­ge­si di ESI, han­no ap­pli­ca­to la tec­no­lo­gia ASV a pic­co­le uni­tà ve­lo­ci da la­vo­ro, co­struen­do una pri­ma bar­ca di 17.7 me­tri con la qua­le han­no ri­scon­tra­to, con due IPS 600, ve­lo­ci­tà di pun­ta di qua­si 40 no­di (fi­gu­ra 7). Ma, so­prat­tut­to, so­no sta­ti ri­scon­tra­ti con­su­mi estre­ma­men­te ri­dot­ti (3 li­tri/mi­glio a 25 no­di e 3.3 a 30 no­di) e no­te­vo­li do­ti di te­nu­ta al ma­re e mor­bi­dez­za nell’im­pat­to con l’on­da gra­zie al “cu­sci­no” d’aria in­trap­po­la­to nel­la ca­vi­tà.tut­to que­sto po­trà ave­re in­te­res­san­ti e va­li­de ap­pli­ca­zio­ni per bar­che fi­no a 45-50 me­tri uti­liz­za­te co­me mez­zi sal­va­tag­gio e mo­to­ve­det­te, fa­st wor­k­boat, etc.

La lu­bri­fi­ca­zio­ne per scor­ri­men­to d’aria In que­sta se­con­da mo­da­li­tà di lu­bri­fi­ca­zio­ne la ca­re­na non pre- sen­ta del­le ca­vi­tà in cui l’aria vie­ne in­trap­po­la­ta, ma scor­re sul­la su­per­fi­cie. Si trat­ta di un si­ste­ma com­ples­si­va­men­te me­no ef­fi­ca­ce del pre­ce­den­te per­ché l’aria non scor­re­rà in mo­do uni­for­me sul­la su­per­fi­cie a cau­sa del­lo spes­so­re ri­dot­to del vo­lu­me di aria di con­tat­to e del­la man­can­za di ele­men­ti laterali di con­te­ni­men­to dell’aria che ten­de nor­mal­men­te a sfug­gi­re la­te­ral­men­te. Si cree­ran­no co­sì zone in cui l’ac­qua si so­sti­tui­sce all’aria e, di con­se­guen­za, la lu­bri­fi­ca­zio­ne di­mi­nui­sce. Ma non è det­to che ta­le si­ste­ma sia sem­pre me­no ef­fi­cien­te del pre­ce­den­te se con­si­de­ria­mo ciò che si spen­de nel com­ples­so, sia per iniet­ta­re sot­to­ca­re­na gros­si vo­lu­mi d’aria, sia per la com­ples­si­tà di una ca­re­na ACS ed i mag­gio­ri co­sti di co­stru­zio­ne. Per far scor­re­re sot­to la ca­re­na un sot­ti­le ve­lo di aria esi­sto­no in­fat­ti an­che si­ste­mi che non ri­chie­do­no ener­gia ester­na: si par­la in que­sto ca­so di con­vo­glia­men­to dell’aria, che può es­se­re an­che quel­la dei gas di sca­ri­co som­mer­si, op­pu­re di ven­ti­la­zio­ne, co­me nel ca­so dei re­dan. Ma an­dia­mo con or­di­ne e par­tia­mo dal­la me­to­do­lo­gia del­le mi­cro­bol­le, un si­ste­ma con cui l’aria è iniet­ta­ta for­za­ta­men­te sot­to­ca­re­na at­tra­ver­so dei pic­co­li fo­ri di­stri­bui­ti lun­go una se­zio­ne tra­sver­sa­le nel­la zo­na di pro­ra. La ve­lo­ci­tà con­te­nu­ta, par­lia­mo di na­vi da ca­ri­co che viag­gia­no a 10, 15 no­di, per­met­te al­le bol­le di aria di scor­re­re ver­so pop­pa sul fon­do piat­to e lar­go del­la na­ve che, a sua vol­ta, con­sen­te all’aria di di­stri­buir­si ab­ba­stan­za omo­ge­nea­men­te sen­za sfug­gi­re via la­te­ral­men­te (fi­gu­ra 8). Con que­sto

si­ste­ma non si ot­ten­go­no ri­spar­mi con­si­de­re­vo­li, sia­mo sot­to al 10%, ma, so­prat­tut­to, ci so­no una se­rie di pro­ble­mi le­ga­ti all’ac­qua di ma­re in cui la ca­re­na è im­mer­sa, ad esem­pio per man­te­ne­re per­fet­ta­men­te pu­li­ti, e quin­di ef­fi­cien­ti, i pic­co­li ugel­li da cui fuo­rie­sce l’aria o per man­te­ne­re suf­fi­cien­te­men­te pu­li­ta la su­per­fi­cie di scor­ri­men­to. Un po’ più ef­fi­cien­te, si ar­ri­va a ri­spar­mi del 15%, e me­no pro­ble­ma­ti­co è il si­ste­ma dei ca­na­li d’aria lon­gi­tu­di­na­li sul fon­do del­la ca­re­na in cui, sem­pre da pro­ra, l’aria vie­ne im­mes­sa sen­za ne­ces­si­tà di ge­ne­ra­re bol­le trop­po pic­co­le. Que­sti ca­na­li so­no rea­liz­za­ti, mol­to sem­pli­ce­men­te, in­stal­lan­do sul fon­do una sor­ta di binari lon­gi­tu­di­na­li che evi­ta­no all’aria con­te­nu­ta nei ca­na­li di fuo­riu­sci­re la­te­ral­men­te nel suo flui­re ver­so pop­pa (fi­gu­ra 9). Si trat­ta di una tec­no­lo­gia in­te­res­san­te an­che per­ché è fa­cil­men­te ap­pli­ca­bi­le su na­vi esi­sten­ti, co­struen­do i binari lon­gi­tu­di­na­li ester­na­men­te al­la ca­re­na. Ma nel di­por­to nau­ti­co la pos­si­bi­le ap­pli­ca­zio­ne di que­ste me­to­di­che è li­mi­ta­ta ad al­cu­ne ti­po­lo­gie di carene di­slo­can­ti che, ol­tre al­la bas­sa ve­lo­ci­tà, de­vo­no ave­re una ca­re­na sem­pli­ce e con una con­si­sten­te zo­na di fon­do piat­to. La lu­bri­fi­ca­zio­ne ad aria può pe­rò es­se­re rea­liz­za­ta, co­me di­ce­va­mo pri­ma, sen­za uti­liz­za­re ener­gia ester­na, sen­za com­pres­so­ri che spa­ra­no aria sott’ac­qua. Par­lia­mo di si­ste­mi già lar­ga­men­te dif­fu­si ed uti­liz­za­ti co­me i re­dan op­pu­re gli sca­ri­chi del motore con­vo­glia­ti sul fon­do del­lo sca­fo. Ini­zia­mo dai re­dan. Det­ti an­che step (sca­li­no in in­gle­se) si trat­ta di ve­ri e pro­pri gra­di­ni sul fon­do di una ca­re­na pla­nan­te, cioè una ca­re­na ve­lo­ce che emer­ge sull’ac­qua sci­vo­lan­do­ci so­pra. Pro­prio la ve­lo­ci­tà per­met­te all’ac­qua di di­stac­car­si in cor­ri­spon­den­za del gra­di­no, lad­do­ve la su­per­fi­cie pla­nan­te sa­le bru­sca­men­te ver­so l’al­to. Si vie­ne co­sì a crea­re una bol­la d’aria a ri­dos­so del gra­di­no stes­so che si esten­de ver­so pop­pa di qual­che cen­ti­me­tro o di qual­che me­tro, a se­con­da del­la ve­lo­ci­tà, del­le di­men­sio­ni del­la bar­ca, del­la for­ma del gra­di­no, etc. È evi­den­te che la ve­lo­ci­tà so­ste­nu­ta è l’in­gre­dien- te fon­da­men­ta­le per il fun­zio­na­men­to dei re­dan. Non a ca­so i re­dan so­no sem­pre pre­sen­ti sui mo­to­sca­fi da com­pe­ti­zio­ne o su­gli sca­fi de­gli idro­vo­lan­ti, an­che se, in que­sti ca­si, c’è da pre­ci­sa­re che la ri­du­zio­ne del­la su­per­fi­cie ba­gna­ta, e quin­di del­la re­si­sten­za d’at­tri­to, è so­lo uno de­gli ef­fet­ti di que­sto di­spo­si­ti­vo che per­met­te, so­prat­tut­to, un mi­glior con­trol­lo dell’as­set­to e, più in ge­ne­ra­le, una mi­glio­re sta­bi­li­tà di­na­mi­ca (fi­gu­ra 10 e 11). Sfrut­ta­re la ve­lo­ci­tà del­la bar­ca

per con­vo­glia­re dall’ester­no più aria pos­si­bi­le sot­to la ca­re­na in cor­ri­spon­den­za dei re­dan è un’idea che ha tro­va­to, e tro­va ogni gior­no, di­ver­se so­lu­zio­ni che van­no a mo­di­fi­ca­re la geo­me­tria dei re­dan, del­la ca­re­na, ad­di­rit­tu­ra del­le mu­ra­te al fi­ne di crea­re un ca­na­le che con­vo­gli l’aria sot­to­ca­re­na. Si trat­ta di so­lu­zio­ni, a vol­te di dub­bia ef­fi­ca­cia, che co­mun­que for­ni­sco­no tut­te un be­ne­fi­cio mol­to par­zia­le, al­me­no in ter­mi­ni di ri­du­zio­ne del­la re­si­sten­za di at­tri­to, quan­ti­fi­ca­bi­le in qual­che pun­to per­cen­tua­le. In­fat­ti man­te­nen­do­ci al­le nor­ma­li ve­lo­ci­tà di uti­liz­zo di una bar­ca, ve­lo­ci­tà di 20, 30 no­di mas­si­mo, la bol­la di aria ge­ne­ra­ta dai re­dan ne­ces­sa­ria­men­te avrà un’esten­sio­ne li­mi­ta­ta. In tut­ti i ca­si so­no mol­to più in­te­res­san­ti, co­me di­ce­va­mo pri­ma, i be­ne­fi­ci che si ot­ten­go­no in ter­mi­ni di mi­glio­re sta­bi­li­tà di­na­mi­ca. Una so­lu­zio­ne di­ver­sa, che ten­ta di su­pe­ra­re que­sti li­mi­ti, vie­ne dal grup­po Bé­né­teau che, da al­cu­ni an­ni, pro­po­ne su al­cu­ne del­le sue bar­che pla­nan­ti a motore dai 7 ai 12 me­tri un si­ste­ma che, per mez­zo di due pre­se d’aria po­ste a mu­ra­ta, con­vo­glia aria sul fon­do. Con ta­le si­ste­ma, bre­vet­ta­to e de­no­mi­na­to “Air Step”, l’aria va a lu­bri­fi­ca­re in mo­do na­tu­ra­le il ter­zo pop­pie­ro del fon­do del­la ca­re­na op­por­tu­na­men­te con­for­ma­to per con­te­ne­re l’aria stes­sa (fi­gu­ra 12). Ol­tre al­la ri­du­zio­ne dell’at­tri­to ed il con­se­guen­te mi­glio­ra­men­to del­le per­for­man­ce, Bé­né­teau di­chia­ra an­che un mi­glio­ra­men­to del­le do­ti di te­nu­ta al ma­re del­la bar­ca (mo­ti più dol­ci) do­vu­to al cu­sci­no di aria crea­to a pop­pa. Co­me si ve- de si trat­ta di una so­lu­zio­ne in­ter­me­dia tra la lu­bri­fi­ca­zio­ne per scor­ri­men­to e la tec­no­lo­gia del­le Air Ca­vi­ty Ship di cui ab­bia­mo par­la­to pre­ce­den­te­men­te. Sem­pre ri­ma­nen­do su si­ste­mi di lu­bri­fi­ca­zio­ne ad aria che non ri­chie­do­no ul­te­rio­re ener­gia ester­na per il lo­ro fun­zio­na­men­to, ac­cen­nia­mo in­fi­ne agli sca­ri­chi del motore con­vo­glia­ti sul fon­do, un espe­dien­te che spes­so dà be­ne­fi­ci dav­ve­ro mol­to li­mi­ta­ti, al­me­no in ter­mi­ni di ri­du­zio­ne dell’at­tri­to e mi­glio­ra­men­to del­le per­for­man­ce. Ciò è do­vu­to so­prat­tut­to al­la li­mi­ta­tez­za dell’area di fon­do che può es­se­re in­te­res­sa­ta dal­lo scor­ri­men­to dell’aria. Spes­so in­fat­ti i gas di sca­ri­co ven­go­no con­vo­glia­ti sul fon­do più per ri­dur­re il li­vel­lo di ru­mo­ro­si­tà che per rea­li mo­ti­vi di mi­glio­ra­men­to del­le per­for­man­ce, che pos­so­no ad­di­rit­tu­ra peg­gio­ra­re con fa­ci­li­tà se i gas di sca­ri­co non so­no ben di­stri­bui­ti o van­no ad in­te­res­sa­re le eli­che in­ne­scan­do pro­ble­mi di ca­vi­ta­zio­ne. Ec­co il mo­ti­vo per il qua­le gli sca­ri­chi som­mer­si so­no ge­ne­ral­men­te po­si­zio­na­ti mol­to la­te­ral­men­te (fi­gu­ra 13 e 14). An­che in que­st’ul­ti­mo ca­so è fon­da­men­ta­le ave­re una ve­lo­ci­tà so­ste­nu­ta

che per­met­te una di­mi­nu­zio­ne lo­ca­le del­la pres­sio­ne dell’ac­qua di en­ti­tà ta­le da con­sen­ti­re la fuo­riu­sci­ta del gas di sca­ri­co. Non è quin­di un ca­so se que­ste bar­che han­no un doppio si­ste­ma di sca­ri­co dei gas di com­bu­stio­ne, uno im­mer­so, uti­liz­za­to a bar­ca fer­ma o a mo­to len­to, ed uno som­mer­so quan­do la bar­ca è in ve­lo­ci­tà. Per con­clu­de­re ac­cen­nia­mo ai ma­te­ria­li idro­fo­bi­ci o super idro­fo­bi­ci, l’ul­ti­ma fron­tie­ra del­la lu­bri­fi­ca­zio­ne di una su­per­fi­cie di ca­re­na. Si trat­ta di ma­te­ria­li in gra­do di ri­pro­dur­re l’ef­fet­to del­le fo­glie di lo­to che, ri­ve­sti­te da cri­stal­li di ce­ra idro­fo­bi­ca di di­men­sio­ni na­no­me­tri­che, ri­man­go­no asciut­te do­po una gior­na­ta di piog­gia. Sia­mo quin­di nel cam­po del­le na­no­tec­no­lo­gie, quel­le tec­ni­che che per­met­to­no la ma­ni­po­la­zio­ne del­la ma­te­ria a li­vel­lo ato­mi­co e mo­le­co­la­re. È gra­zie a que­ste tec­ni­che che, ad esem­pio, pos­sia­mo be­ne­fi­cia­re del­le pa­del­le an­ti­a­de­ren­ti op­pu­re

L’at­tri­to vi­sco­so Quan­do un cor­po si muo­ve all’in­ter­no di un flui­do, es­so è sog­get­to ad un par­ti­co­la­re ti­po di at­tri­to, det­to at­tri­to vi­sco­so, do­vu­to all’in­te­ra­zio­ne del cor­po stes­so con le mo­le­co­le di flui­do. Nel ca­so dell’at­tri­to vi­sco­so so­no in­fat­ti le for­ze di coe­sio­ne in­ter­ne al flui­do (for­ze vi­sco­se) a de­ter­mi­na­re l’at­tri­to che si svi­lup­pa in una pic­co­la fa­scia di ac­qua ade­sa al­la su­per­fi­cie di ca­re­na det­ta “stra­to li­mi­te”. È in que­sto sot­ti­le stra­to d’ac­qua, uno stra­to che per una na­ve è dell’or­di­ne di gran­dez­za di qual­che cen­ti­me­tro, che si ge­ne­ra­no gli sfor­zi vi­sco­si tra le mo­le­co­le di flui­do, cioè, det­to in al­tre pa­ro­le, l’at­tri­to. È pos­si­bi­le im­ma­gi­na­re lo stra­to li­mi­te com­po­sto da tan­ti sot­ti­lis­si­mi stra­ti di ac­qua che, co­me dei ve­li, scor­ro­no uno sull’al­tro, a par­ti­re dal­lo stra­to più pros­si­mo al­la su­per­fi­cie del­la ca­re­na, ade­so al­la stes­sa e che quin­di si muo­ve al­la sua stes­sa ve­lo­ci­tà. Poi, pian pia­no che ci si al­lon­ta­na dal­la su­per­fi­cie, que­sti stra­ti scor­ro­no con una ve­lo­ci­tà man mano de­cre­scen­te fi­no ad ar­ri­va­re all’ac­qua in­di­stur­ba­ta a qual­che cen­ti­me­tro dal­la su­per­fi­cie. L’en­ti­tà dell’at­tri­to vi­sco­so per una ca­re­na è fun­zio­ne quin­di del­la su­per­fi­cie a con­tat­to con il flui­do e del­la ve­lo­ci­tà con cui es­sa si muo­ve, ma an­che del­le ca­rat­te­ri­sti­che pro­prie di vi­sco­si­tà del flui­do che, a lo­ro vol­ta, so­no mol­to di­pen­den­ti dal­la tem­pe­ra­tu­ra. Sen­za ad­den­trar­ci in cal­co­li di dif­fi­ci­le com­pren­sio­ne, ba­sti pen­sa­re che per tra­sci­na­re con mo­to uni­for­me una la­stra pia­na del­la su­per­fi­cie com­ples­si­va di 10 me­tr i qua­dra­ti al­la ve­lo­ci­tà di 10 no­di in aria, sup­po­nen­do che la la­stra “gal­leg­gi” nel flui­do aria, ba­sta eser­ci­ta­re una tra­zio­ne in­fe­rio­re al chi­lo­gram­mo, men­tre se la la­stra è im­mer­sa in ac­qua sa­rà ne­ces­sa­ria una tra­zio­ne di qua­si 400 chi­lo­gram­mi, cir­ca 400 vol­te di più. Ta­le va­lo­re poi cre­sce­rà di cir­ca il 10% se, dal­la tem­pe­ra­tu­ra di ri­fe­ri­men­to di 20°, ci si ab­bas­sa di una de­ci­na di gra­di pas­san­do a 10°. Se in­ve­ce au­men­tia­mo la ve­lo­ci­tà, pas­san­do da 10 a 20 no­di, la for­za ne­ces­sa­ria per trai­na­re la no­stra la­stra in aria pas­se­rà a qua­si 3 kg in aria e ol­tre 1400 kg in ac­qua. È evi­den­te al­lo­ra che, riu­scen­do a te­ne­re an­che una pic­co­la par­te del­la su­per­fi­cie di ca­re­na a con­tat­to con l’aria, si ot­ter­rà una sen­si­bi­le di­mi­nu­zio­ne di re­si­sten­za per­ché l’at­tri­to si svi­lup­pe­rà pre­va­len­te­men­te nel flui­do me­no den­so e vi­sco­so, cioè l’aria.

Fi­gu­ra 1) Le Air Ca­vi­ty Ship ( ACS) so­no bar­che che han­no il fon­do op­por­tu­na­men­te sa­go­ma­to al fi­ne di ge­ne­ra­re una ca­vi­tà in cui una bol­la d’aria, ge­ne­ra­ta ed ali­men­ta­ta ar­ti­fi­cial­men­te con l’im­mis­sio­ne for­za­ta dall’ester­no, ri­ma­ne in­trap­po­la­ta. Nel­le fi­gu­re la con­for­ma­zio­ne ti­pi­ca di un ACS e lo sche­ma di fun­zio­na­men­to sia per un pic­co­lo sca­fo pla­nan­te (in bas­so) sia per una gran­de na­ve com­mer­cia­le (in bas­so a sx). Fi­gu­ra 2) A de­stra, og­gi le Air Ca­vi­ty Ship so­no una real­tà spe­cie nel pic­co­lo na­vi­glio mi­no­re ve­lo­ce, co­me pic­co­li tra­ghet­ti e pic­co­le uni­tà mi­li­ta­ri. Il Fa­st Fer­ry di 24 m “Lin­da” è un traghetto ve­lo­ce che tra­spor­ta 70 pas­seg­ge­ri ad una ve­lo­ci­tà mas­si­ma di 38 no­di; co­me si vede si trat­ta du­na bar­ca ester­na­men­te del tut­to si­mi­li ad uni­tà ana­lo­ghe.

Fi­gu­ra 3) Il gra­fi­co mo­stra, in fun­zio­ne del­la ve­lo­ci­tà, i be­ne­fi­ci in ter­mi­ni di­mi­nu­zio­ne dei con­su­mi in rap­por­to al ca­ri­co im­bar­ca­to e le mi­glia per­cor­se di una ca­re­na ACS ri­spet­to al­le bar­che ve­lo­ci con­ven­zio­na­li, be­ne­fi­ci che au­men­ta­no al cre­sce­re del­la ve­lo­ci­tà.

Fi­gu­ra 5) Il di­se­gno mo­stra la geo­me­tria di ca­re­na dell’asv­mo­no ’65, si­gla che in­di­ca un mo­to­rya­cht da 65 pie­di pro­get­ta­to con la tec­no­lo­gia Air Sup­por­ted Ves­sel (ASV) svi­lup­pa­ta dal­la so­cie­tà nor­ve­ge­se ESI (Ef­fect Ship In­ter­na­tio­nal). Dal­la fi­gu­ra al cen­tro è pos­si­bi­le com­pren­de­re la for­ma del­la ca­vi­tà ri­ca­va­ta al cen­tro del­la ca­re­na, sa­go­ma­ta in mo­do da con­te­ne­re l’aria con­vo­glia­ta for­za­ta­men­te dall’ester­no per mez­zo di una con­dot­ta. La fi­gu­ra a de­stra mo­stra il pro­to­ti­po pro­pul­so da due IPS 600 te­sta­to in Tur­chia nel 2010-11. Ol­tre che le ot­ti­me per­for­man­ce pro­pul­si­ve, i te­st han­no mo­stra­to an­che una bar­ca con un as­set­to ot­ti­ma­le co­stan­te, mol­to asciut­ta, con una scia di pop­pa con­te­nu­ta ed un ot­ti­mo com­por­ta­men­to su on­da.

Fi­gu­ra 4) An­che nel cam­po del­le gran­di na­vi com­mer­cia­li so­no al­lo stu­dio in­te­res­san­ti so­lu­zio­ni ACS (Air Ca­vi­ty Sy­stem). La Ste­na Bulk, una del­le mag­gio­ri com­pa­gnie mon­dia­li di tra­spor­to greg­gio e pro­dot­ti de­ri­va­ti, ne­gli an­ni ha stu­dia­to a fon­do la pos­si­bi­li­tà di uti­liz­za­te il si­ste­ma ACS sul­le sue na­vi, pro­muo­ven­do di­ver­se cam­pa­gne spe­ri­men­ta­li sia con te­st su mo­del­li in va­sca na­va­le che con te­st che con gran­di pro­to­ti­pi. Nel­la foto in al­to a si­ni­stra il mo­del­lo di 15 me­tri (sca­la 1:12) di una na­ve del­la pe­tro­lie­ra Ste­na Bulk di cir­ca 200 me­tri (foto a dx). Nel­lo sca­fo so­spe­so in aria si no­ta­no le ca­vi­tà sul fon­do (in bas­so a sx) evi­den­zia­te nel­la fi­gu­ra a de­stra.

Fi­gu­ra 7) I te­st ese­gui­ti, e tutt’ora in cor­so, sui pro­to­ti­pi di 18 m del­le nuo­ve uni­tà ve­lo­ci con tec­no­lo­gia ASV, co­strui­ti dai can­tie­ri Da­ne­si Tu­co Ma­ri­ne Group, stan­no di­mo­stran­do con­su­mi estre­ma­men­te ri­dot­ti (3 li­tri/mi­glio a 25 no­di e 3.3 a 30 no­di) e no­te­vo­li do­ti di te­nu­ta al ma­re e mor­bi­dez­za nell’im­pat­to con l’on­da gra­zie al “cu­sci­no” d’aria in­trap­po­la­to nel­la ca­vi­tà.

Fi­gu­ra 6) Mo­del­lo di ca­re­na ASV Mo­no in pro­va pres­so la va­sca na­va­le di Go­te­borg al­la ve­lo­ci­tà di 30 no­di: più di tan­te pa­ro­le, la foto su­bac­quea (in aper­tu­ra ar­ti­co­lo), che per­met­te di ve­de­re la bol­la di aria che si esten­de su buo­na par­te del fon­do, spie­ga co­me fun­zio­na la ca­re­na ASV.

Fi­gu­ra 8) Con la tec­no­lo­gia del­le mi­cro­bol­le d’aria iniet­ta­te for­za­ta­men­te sot­to­ca­re­na, che è co­sa di­ver­sa dal­le ca­vi­tà ri­ca­va­te nel vo­lu­me del­la ca­re­na (ACS), è pos­si­bi­le lu­bri­fi­ca­re il fon­do piat­to ed este­so di bar­che len­te co­me le na­vi da ca­ri­co. La Mi­tsu­bi­shi, uno dei co­los­si mon­dia­li del­lo ship­ping, ha mes­so a pun­to un si­ste­ma per la lu­bri­fi­ca­zio­ne del­la ca­re­na re­cen­te­men­te in­stal­la­to an­che su due na­vi da cro­cie­ra AI­DA Crui­ses ( 2016 e 2017). Si chia­ma MALS, acro­ni­mo che sta per “Mi­tsu­bi­shi Air Lu­bri­ca­tion Sy­stem”. Si no­ti il si­ste­ma di pom­pag­gio dell’aria che vie­ne iniet­ta­ta qua­si a me­tà na­ve, do­ve la par­te piat­ta del fon­do di­ven­ta suf­fi­cien­te­men­te lar­ga. La stes­sa aria scor­re poi sul fon­do fi­no a sfug­gi­re via la­te­ral­men­te in pros­si­mi­tà del pro­pul­so­re, sen­za co­sì in­ter­fe­ri­re con il suo fun­zio­na­men­to. Per evi­ta­re che l’aria iniet­ta­ta sul fon­do sfug­ga la­te­ral­men­te nel suo flui­re ver­so pop­pa, e ren­de­re più ef­fi­cien­te la lu­bri­fi­ca­zio­ne ad aria sul­le gran­di na­vi, è pos­si­bi­le ap­pli­ca­re una sor­ta di binari che con­ten­ga­no l’aria all’in­ter­no di ca­na­li lon­gi­tu­di­na­li. Op­pu­re com­bi­na­re la sem­pli­ce lu­bri­fi­ca­zio­ne con il si­ste­ma del­le Air Ca­vi­ty co­me mo­stra la fi­gu­ra 9 a fian­co.

Fi­gu­ra 10) Re­dan in fran­ce­se, step in in­gle­se: si trat­ta di ve­ri e pro­pri gra­di­ni sul fon­do di una ca­re­na pla­nan­te, qua­si sem­pre pre­sen­ti su im­bar­ca­zio­ni mol­to ve­lo­ci co­me i mo­to­sca­fi da com­pe­ti­zio­ne (a si­ni­stra). Fi­gu­ra 11) La geo­me­tria dei re­dan per­met­te di con­vo­glia­re aria sot­to la ca­re­na (ven­ti­la­zio­ne), in mo­do da ri­dur­re la su­per­fi­cie ba­gna­ta e au­men­ta­re la sta­bi­li­tà di­na­mi­ca.

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