Motori primi, energia e globalizzazione – Parte 10 – Il Diesel marino, Suezmax, Panamax e affini

di Mario Giardini

petroliereSuezmax, Panamax, Aframax, Handymax, VLCC (very large crude carrier) e ULCC (ultra large crude carrier) sono nomi di classi di navi da trasporto.

In grande numero imbarcano petrolio e materie prime, quali minerali, carbone e granaglie. In qualche modo, i nomi indicano dimensioni e capacità di carico.

Così una Suezmax è una petroliera in grado di navigare attraverso il canale di Suez.

Quindi ha limitazioni di pescaggio, larghezza ed altezza (c’è un ponte sul canale di Suez). Il carico complessivo (dwt, dead weight tonnage, cioè quello utile più lubrificante e carburante necessario alla navigazione) è compreso fra 125.000 e 170.000 tonnellate metriche. Una ULCC va oltre le 350.000 ton. Una Handymax, che in genere trasporta prodotti petroliferi raffinati, è una roba piccola, da 40 – 55 000dwt.

Solo alla fine degli anni ’50 del secolo passato si compresero appieno i vantaggi che offriva il diesel rispetto alla turbina a vapore nel trasporto marino. Il motore diesel costava certamente di più, ma si ripagava nel giro di un paio di anni. Fu così che il diesel a due tempi venne adottato su larga scala, soprattutto per le navi più grandi.

Alle ragioni dette in altro articolo se ne possono aggiungere altre. Intanto, un motore a due tempi, a parità di cilindrata, peso e ingombri, è potente circa il doppio di un quattro tempi (1,8 volte nelle realizzazioni odierne). Poi è un motore che funziona benissimo ad un basso numero di giri, e quindi può accoppiarsi direttamente all’elica, senza necessità di riduttori.

Poiché sono lenti, si usurano di meno, e garantiscono una maggiore affidabilità. Di fatto, anche per i casi dove si ha bisogno di altissime potenze, si ricorre ad un solo motore. E a motori diesel ausiliari per le altre necessità di bordo, ad esempio produrre energia elettrica.

Ci sono ampie applicazioni anche per i quattro tempi diesel. Ma in genere sono a medi o anche alti (relativamente) numeri di giri, dovendo anche fornire grandi quantità di energia elettrica, come quella che serve sulle navi passeggeri o speciali, tipo le posa-cavi o posa-dotti.

I regimi di rotazione bassi sono piuttosto standard: 76 a 79, 91 – 97 e 102-108 giri/minuto. Più lento il motore, maggiore la flessibilità d’uso.

Le eliche sono multi-pala e spesso di dimensioni mostruose, costruite in leghe di rame. Per le ULCC possono contare fino a sei pale e 10 – 11 m di diametro. All’aumentare del diametro aumenta l’efficienza. All’aumentare del numero delle pale, l’efficienza diminuisce.

Tenuto conto del fatto che molte navi, in particolare petroliere e navi trasporto per gas liquido, fanno di solito il viaggio di ritorno vuote (con la sola zavorra a bordo), il diametro non può superare determinati valori. Altrimenti l’elica sporgerebbe dall’acqua, cosa che non deve accadere mai.

Eliche a passo variabile sono state provate, ma il meccanismo di controllo è particolarmente complesso, e dunque tale da compromettere l’affidabilità dell’insieme.

Per queste ragioni, non sono molto diffuse: quello che a bordo non c’è, non si rompe. Vecchia massima dell’aviazione, universalmente valida per qualsiasi sistema semovente.

La potenza del motore dipende, ovviamente, dalle dimensioni della nave, dal suo peso e dalla velocità che si vuole tenere in navigazione. Dipende dall’aerodinamica, in quanto la resistenza all’avanzamento è data dal profilo della parte immersa, che deve muoversi nell’acqua; dalla resistenza indotta dalla turbolenza generata dall’elica e dalla resistenza all’avanzamento offerta dall’aria.

E dipende anche, infine, dalle condizioni del mare. In talune situazioni, un mare assai mosso può richiedere anche il doppio della potenza necessaria in condizioni di acqua calma.

Le potenze dei motori per le navi tipo Handymax sta tra i 4 ed i 10 MW ( tra 5 000 e 14 000 hp circa). La velocità di crociera sta intorno ai 14 nodi (26 km/h). Una ULCC da 350 000 dwt richiede, per viaggiare a 16 nodi intorno ai 30 MW (40.000 hp). Una superpetroliera da 500.000 tonnellate richiede 40 MW (54.000 hp). Le navi più veloci sono attualmente portacontainers e quelle che trasportano il gas.

I motori sono controllati da sistemi computerizzati che ne regolano il funzionamento in base alle necessità, determinando numero di giri in base a velocità, carico, situazione del mare.

Si osservi che la potenza richiesta dipende dal quadrato della velocità. Se una petroliera da 300 000 dwt viaggia a 15,5 nodi con 25,9 MW di potenza, per aumentare la velocità di 1 nodo, di MW ne servono circa 32, sei in più, cioè un aumento di più del 20%. Per converso, se si diminuisce la velocità di 1 nodo, allora di MW ne bastano circa 21.

Le navi di trasporto di gas (liquefatto o compresso) e le porta-containers sono le più veloci. Le prime navigano con velocità dell’ordine dei 20 nodi (39 km/h), le seconde intorno ai 26 – 27. A causa di ciò, le più grandi portacontainers (capaci di trasportare 10 – 14 000 containers da 20 ft) richiedono motori la cui potenza supera i 100 000 HP (75 MW).

Data la loro peculiarità, entrambe queste tipologie meritano un discorso a parte.

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