max prop 4 pale
Oltre a delle bellissime foto e alla scheda d'ordine mi hanno allegato questa interessante sebbene un pò 'dura' scheda tecnica.
Largo a Prop...
RELAZIONE TECNICA ELICA MAX PROP MODELLO ECOWIND ANTISHOCK
I sistemi propulsivi attualmente utilizzati nella nautica da lavoro e da diporto sono essenzialmente composti dal motore e dal propulsore vero e proprio. Vorremmo innanzitutto osservare che per qualsiasi imbarcazione, la funzione svolta dal sistema propulsivo rappresenta, se non l’elemento più importante per quanto riguarda la sicurezza, sicuramente un elemento fondamentale. Chiunque può facilmente rendersi conto che un’ imbarcazione che si dovesse trovare improvvisamente privata di detto sistema (perché si è verificato un guasto di qualsiasi tipo) diventa di colpo un relitto. Per tale imbarcazione, divenuta ingovernabile, che stava navigando magari sotto costa, a ridosso degli scogli, con mare in burrasca, la probabilità di una tragedia risulta tutt’altro che inesistente. Queste importanti considerazioni, unite al fatto che il sistema propulsivo in questione deve lavorare in un ambiente particolarmente difficile e delicato, hanno determinato i criteri finora seguiti per la sua progettazione. Pertanto, nello studio di un qualsiasi sistema propulsivo di questo tipo si è finora dato all’affidabilità un ruolo prioritario. Per realizzare ogni elemento che compone tale sistema si è scelta la soluzione più semplice e sicura. Nella quasi totalità dei casi il propulsore è attualmente rappresentato dall’elica nei suoi vari modelli, tipi, versioni offerti dal mercato. Le caratteristiche di rendimento, semplicità e sicurezza che l’elica offre, fanno prevedere che, ancora per parecchio tempo, questo importante elemento non potrà essere sostituito.
Il sistema propulsivo deve essere progettato e dimensionato in modo che l’imbarcazione che lo utilizza possa sviluppare, in tutte le possibili condizioni di navigazione, le prestazioni richieste. Si deve cioè poter disporre di una potenza sufficientemente elevata per far sì che l’imbarcazione possa, in qualunque condizione, navigare in piena tranquillità e sicurezza. Purtroppo la tecnologia di cui fin qui si è detto e che finora è universalmente utilizzata, non permette di conciliare l’ottenimento ed il rispetto di quanto sopra esposto con l’ ulteriore necessità quanto mai attuale e sempre più sentita di disporre di un sistema propulsivo che abbia anche rendimenti ottimali, tali da consentire consumi di carburante il più possibile contenuti.
Per soddisfare e conciliare le due richieste, che appaiono tra loro contrastanti, si sono effettuati molteplici studi e sperimentazioni. Le principali difficoltà che si incontrano per dare una soluzione al problema, discendono dal fatto che i sistemi propulsivi attualmente disponibili presentano ottime caratteristiche di affidabilità, ma risultano decisamente rigidi. Sono oggi disponibili motori che danno le più ampie garanzie di funzionamento. Sono altresì disponibili eliche, realizzate con materiali ad altissima resistenza meccanica, aventi profili studiati con grande precisione che si adattano perfettamente ad ogni singolo tipo di imbarcazione. Tali eliche consentono prestazioni indubbiamente molto elevate e sicure, ma, in contropartita, e praticamente nella totalità dei casi, le medesime eliche richiedono anche elevati consumi di carburante. La rigidità del sistema propulsivo è il principale prezzo che finora è stato pagato, e si continua a pagare per poter navigare in totale sicurezza. La rigidità semplifica e conferisce affidabilità ma impedisce al sistema di adattarsi in maniera ottimale e rapida alle continue, e a volte anche repentine, variazioni delle condizioni di navigazione.
Basti pensare alla navigazione con mare mosso, durante la quale l’imbarcazione (se di dimensioni non elevate) continua a variare la propria posizione sull’onda. Per un tempo brevissimo può venire spinta in avanti (come se procedesse lungo una discesa) e pochi istanti dopo può essere frenata (come se procedesse lungo una salita). L’imbarcazione può inoltre, ovviamente, navigare con mare calmo, con vento a favore, con vento contrario, con carico leggero, a pieno carico, con carena pulita, con carena incrostata, ecc.
Se si cerca ora di analizzare più nel dettaglio il sistema propulsivo, si può constatare come il motore sia per propria natura un elemento rigido. La potenza che sviluppa ed il carburante che un determinato motore consuma aumentano infatti (secondo precise curve) con l’aumentare del numero di giri al minuto che il motore compie. Per ogni motore prodotto, il costruttore fornisce i grafici che riportano, per ogni numero di giri al minuto, sia la potenza sviluppata sia i consumi di carburante. Anche i propulsori (eliche) offerti dal mercato sono oggi essenzialmente rigidi. La rigidità del propulsore è dovuta al fatto che tutte le eliche attualmente disponibili sul mercato vengono realizzate con passi che rimangono fissi per tutta la durata della navigazione. Questo comporta che la velocità della imbarcazione dipende rigidamente, in ogni momento, dal numero di giri al minuto che l’elica compie. A conclusione di quanto fin qui esposto, si può affermare che, con gli attuali sistemi propulsivi, sia la potenza erogata dal motore (ed utilizzata per la navigazione), sia il consumo di carburante, sia la velocità sviluppata dall’imbarcazione, dipendono direttamente e rigidamente dal numero di giri al minuto che l’elica (ed il motore) compiono. Un sistema di questo tipo è adatto e funziona perfettamente nelle condizioni di navigazione più gravose ed avverse. In tali condizioni infatti, la navigazione richiede al motore la massima potenza disponibile. Risulta quindi necessario far compiere al motore stesso il massimo numero di giri al minuto previsto in sede di progetto, come pure sarà necessario avere il massimo consumo di carburante. Le condizioni sopra descritte si verificano però solo eccezionalmente, e comunque la loro durata sarà alquanto limitata. Per la maggior parte del tempo, l’imbarcazione navigherà in condizioni di normalità che richiedono prestazioni meno impegnative. In alcuni casi, anche molto frequenti, anzi, l’eventuale favorevole spinta del vento e del mare può addirittura dare un notevole contributo gratuito all’avanzamento dell’imbarcazione. La rigidità del sistema propulsivo, così come attualmente concepito, rende però praticamente impossibile sfruttare gli aiuti naturali e non consente di realizzare il risparmio energetico. Essendo infatti la velocità dell’imbarcazione rigidamente dipendente dal numero di giri al minuto che l’elica compie, è possibile raggiungere la velocità richiesta per l’imbarcazione solamente aumentando detto numero di giri, con conseguente maggior consumo di carburante. Il maggior consumo viene pertanto richiesto, non per soddisfare una reale necessità di potenza, ma semplicemente per far raggiungere all’imbarcazione la velocità desiderata. Il programma di studio intrapreso da Max Prop ha come obbiettivo la realizzazione di un’elica di nuova concezione che, pur rispettando totalmente le caratteristiche richieste di affidabilità, sicurezza e semplicità, possa anche adattarsi in modo ottimale e rapido ad ogni variazione delle condizioni di navigazione. Detto adattamento dovrà avvenire in modo da poter annullare (o comunque ridurre al minimo) ogni spreco di energia e di sfruttare al meglio ogni contributo che le forze naturali offrono durante la navigazione. Max Prop ha denominato il progetto in questione “progetto elica ecowind antishock”. Tale progetto prevede di dotare l’elica di uno speciale dispositivo elastico, estremamente sensibile e rapido, che sia in
grado di comandare e variare istantaneamente ed autonomamente il passo dell’elica, per adattarlo in maniera ottimale, in ogni momento della navigazione, alla forza che si oppone all’avanzamento dell’imbarcazione.
Per aiutare a mettere in risalto (e quantificare) la differenza di funzionamento che si ottiene montando su un’imbarcazione un’elica tradizionale con passo fisso, oppure un’elica Max Prop modello ecowind antishock con passo che varia automaticamente durante la navigazione, riteniamo possa essere utile servirsi del presente schema matematico. I valori di funzionamento che si desidera determinare potranno essere calcolati utilizzando le formule che riportiamo. Osserviamo che per facilitare i calcoli si sono apportate alcune semplificazioni, che però non modificano in modo sostanziale i risultati. Risultati che comunque potranno-dovranno essere verificati in navigazione.
P (potenza sviluppata dal motore) = Kp . giri motore / minuti
V (velocità imbarcazione) = Ke . passo elica . giri elica / minuti
C (consumo carburante) = Kc . (giri motore – 1300) / minuti
F (forza che si oppone all’avanzamento dell’imbarcazione) = Kf . (passo base – passo elica)
Il passo base dell’elica ecowind antishock è il passo che l’elica assume quando la forza che si oppone all’avanzamento dell’imbarcazione è nulla (cioè quando l’elica non lavora).
Kp (coefficiente di potenza) = N . metro / giri motore
Ke (coefficiente regresso elica) < 1
Kc (coefficiente di consumo) = litri carburante / (giri motore – 1300)
Kf (coefficiente elastico del passo dell’elica) = N / metro
La potenza massima che il motore deve sviluppare è data da:
P max = F max . V max
Tale potenza viene calcolata ipotizzando quanto segue:
• L’imbarcazione naviga nelle condizioni più gravose.
• L’imbarcazione avanza alla massima velocità prevista in sede progettuale.
• Il motore ruota al massimo numero di giri al minuto previsto in sede progettuale.
Anche il diametro ed il passo fisso dell’elica tradizionale vengono dimensionati in modo da realizzare-consentire le ipotesi di navigazione qui sopra riportate. Tale dimensionamento si effettua utilizzando i procedimenti di calcolo noti, che per semplicità qui non sono riportati in quanto non servono allo scopo del presente studio. Osserviamo che in un’elica tradizionale a passo fisso il coefficiente Kf tende ad un valore infinito pertanto il passo di tale elica coincide con il passo base. Se invece si naviga utilizzando un’elica Max Prop ecowind antishock, il valore di Kf
viene determinato in sede progettuale in modo da ottimizzare le caratteristiche del sistema propulsivo. A puro titolo esemplificativo calcoliamo qui di seguito il risparmio energetico, espresso come minor consumo di carburante, che si ottiene sostituendo un’elica avente passo fisso con un’elica ecowind antishock. Si è ipotizzato che le due eliche abbiano uguale diametro. Si sono presi come dati di partenza valori medi che generalmente vengono utilizzati nelle applicazioni più comuni e/o si riscontrano durante la navigazione in condizioni normali.
• Passo fisso elica tradizionale = 1
• Passo elica ecowind antishock nelle condizioni di navigazione più gravose = 1
• Passo base elica ecowind antishock = 4
• Forza che mediamente si oppone all’avanzamento dell’imbarcazione in condizioni di navigazione normale = 0.9 . F max
• Velocità dell’imbarcazione = massima velocità prevista in sede di progetto
• Massimo numero di giri al minuto del motore = 3200
• Consumo di carburante riscontrato con l’elica a passo fisso = 1
passo base – passo ecowind antishock in condizioni medie = 0,9 . (passo base – passo ecowind antishock in condizioni più gravose)
(4 – passo ecowind antishock in condizioni medie) = 0,9 . (4 – 1 )
Passo ecowind antishock in condizioni medie = 4 – 2,7 = 1,3
• Numero giri al minuto del motore con elica fissa = 3200
• Numero giri al minuto del motore con elica ecowind antishock = 3200 / 1,3 = 2460
• Consumo carburante con elica fissa = Kc . (3200 – 1300) / minuti = 1
• Consumo carburante con elica ecowind antishock = Kc . (2460 – 1300) / minuti = 1 . 1160 / 1900 = 0,61
Osserviamo che si potrebbe determinare il risparmio energetico anche seguendo una differente procedura di calcolo che tenga in considerazione il rendimento dell’elica. Come noto, l’elica ha il compito di trasformare la potenza motrice (che le viene fornita dalla rotazione dell’albero portaelica) in una spinta rettilinea. Questa trasformazione genera delle perdite di energia. La letteratura del settore su questo argomento fa discendere il rendimento dell’elica dal valore del fattore di pala, che viene calcolato con la seguente formula:
Cp =
Cp = fattore di pala
P= potenza motrice ceduta all’elica
ne= numero giri al minuto dell’elica
Vs= velocità di avanzamento dell’elica nella sola scia ( Vs < V )
Il rendimento massimo dell’elica si ottiene con valori di Cp molto bassi. Aumentando Cp il rendimento diminuisce in modo abbastanza rapido. Osserviamo che, la maggior parte delle eliche lavora generalmente con rendimenti compresi fra il 75% e il 40%. Questi valori mettono in risalto l’importanza del fattore di pala. Si noti infatti che, con un rendimento del 40%, l’elica lascia dietro di se, sottoforma di calore per attriti e vortici, il 60% della potenza motrice che ha ricevuto. Come si può notare dalla formula, a pari velocità di avanzamento, il fattore di pala diminuisce (e quindi il rendimento dell’elica aumenta) con il diminuire sia della potenza motrice ceduta all’elica, sia del numero di giri al minuto dell’elica. Come illustrato nelle precedenti pagine della presente relazione, una sensibile riduzione di questi due fattori si ottiene utilizzando un’elica ecowind antishock opportunamente dimensionata.
Sempre a puro titolo esemplificativo, supponiamo che il motore abbia una potenza massima di 100 CV, mentre tutti gli altri dati ipotizzati nel precedente esempio di calcolo rimangano invariati. La variazione del fattore di pala sarà la seguente:
#916;P (riduzione della potenza) = #916;ne (riduzione del numero di giri al minuto dell’elica) = 1,3
. 3200 = #916; Cp (riduzione del fattore di pala) . . 2460
#916;Cp = 1,55
Dalla letteratura del settore, risulta che, se il fattore di pala si riduce di 1,55 volte, il rendimento dell’elica aumenta di circa il 15%. A questo vantaggio deve essere sommato il risparmio di combustibile (pari a circa il 20%) dovuto alla riduzione della rotazione “a vuoto” del motore. Si ottiene pertanto che il risparmio energetico complessivo è di circa il 35%.
Vorremmo infine sottolineare che, oltre al risparmio energetico, l’elica ecowind antishock offre anche altri evidenti vantaggi, quali maggior durata del motore, minore rumorosità durante la navigazione, minore usura di tutti gli organi interessati alla trasmissione del moto rotatorio, maggiore autonomia di navigazione a pari carico dell’imbarcazione, completa protezione contro gli urti accidentali e/o di manovra che vengono totalmente ammortizzati salvaguardando l’intero cinematismo di trasmissione del moto, ecc…
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