IL PASSO GIUSTO
La maggior parte dei diportisti usa la barca a vela
d' estate, quando solitamente di vento ce n'é poco o, quando ce n'è, non
si sa per quale oscuro destino, quasi sempre arriva dritto dritto sul
muso.
Ormai, dopo 20 anni di crociere estive in barca a vela, con 20.000
miglia percorse attraverso il Mediterraneo, mi sono reso conto che il
rapporto tra miglia percorse a vela e quelle a motore è almeno di 1 a 2.
Questo significa che se abbiamo percorso 1000 miglia sicuramente ne avremo
fatte, e nel migliore dei casi, 500 a motore.
Questo preambolo per sottolineare come, anche su di una barca a vela,
sia importante avere un motore affidabile e di potenza adeguata e
soprattutto come un' elica «giusta» sia fondamentale per permetterci di
sfruttare appieno la potenza erogata dal nostro motore e garantirne al
contempo una più lunga durata.
Molti velisti non si sono mai posti il problema del passo e del
diametro dell'elica. Pochi ad esempio sanno quanti giri prende il loro
motore a vuoto e quanti ne dovrebbe prendere sotto carico.
Bisogna dire che l'argomento «elica» è piuttosto complesso e i pochi
testi che lo trattano sono molto tecnici (quindi non alla portata di
tutti) e comunque non risolvono fino in fondo il problema. Infatti si può
dire che non esiste una regola teorica universale applicabile a priori a
qualsiasi imbarcazione: troppi sono i fattori che influiscono sulla
determinazione dell'elica «giusta», come potenza del motore, numero di
giri all'elica, dimensioni e peso dello scafo, disegno della carena ecc.
Lasciando quindi da parte sofisticate teorie «ingegneristiche», in
questo articolo cercherò di aiutarvi a trovare l'elica giusta per la
vostra barca, affrontando l'argomento sotto il profilo strettamente
pratico del «fai da te».
Esistono svariati tipi di eliche e la terminologia per descrivere le
caratteristiche e le prestazioni di un' elica è molto colorita:
orecchietta, inclinazione piatta, inclinazione progressiva, pale
arrotondate, contorno, forma obliqua ecc. Questi dati li lasciamo però al
costruttore.
A noi interessano solo due dati fondamentali: diametro e passo.
Diametro: è il diametro di un ipotetico
cerchio che unisce le estremità delle pale. La scelta del diametro è
determinata principalmente dal numero di giri dell'elica e dalla quantità
di potenza disponibile all'elica. Il diametro generalmente aumenta con
l'aumentare delle dimensioni dell'imbarcazione.
Passo: è la distanza che un'elica percorrerebbe in un giro
completo se potesse muoversi in un solido morbido, come una vite nel
legno. Se, ad esempio, un 'elica, dopo aver compiuto un giro completo
all'interno di un solido morbido, avanza di 100 mm, significa che ha un
passo di 100 mm.
Per semplificare al massimo dividerei a questo punto le eliche in tre
categorie: eliche a pale fisse, eliche a pale abbattibili ed eliche a
passo variabile.
Eliche a pale fisse: hanno le pale saldate al mozzo e il passo
viene deciso in fabbrica in fase di costruzione. Queste eliche sono
certamente più robuste delle altre, poiché non hanno la possibilità di
prendere «giochi» tra le varie parti dell'elica. Per contro, oltre ad
avere una perdita di rendimento in retromarcia di circa il 50%, sono poco
indicate su di una barca a vela per la resistenza idrodinamica che
offrono, influendo in modo sensibile sulla velocità nelle andature a vela.
Eliche a pale abbattibili: hanno le pale che si chiudono
automaticamente con la spinta idrodinamica esercitata dalla velocità della
barca quando procede a vela e a motore spento. Offrono pochissima
resistenza, ma manovrano male in retromarcia.
Eliche a passo variabile: hanno le pale orientabili tramite
ingranaggi interni o esterni, e questo permette di modificare il passo a
piacere. Inoltre offrono pochissima resistenza idrodinamica durante la
navigazione a vela, in quanto le pale si posizionano in «bandiera».
Sicuramente l'elica a passo variabile è quella più versatile in quanto,
permettendoci di variare il passo a nostro piacimento, ci consente di
trovare quello più idoneo alle nostre esigenze.
Poiché la maggioranza delle barche a vela sono dotate ormai di eliche a
passo variabile, diamo per scontato che il diametro scelto dal cantiere
sia quello giusto e vediamo come trovare da noi il passo migliore.
La maggior parte dei costruttori di eliche e di motori sostiene che
l'elica è «giusta» quando il motore perde, sotto carico, tra il 5% e il
10% dei giri massimi. Se, ad esempio, un motore prende 3600 giri a vuoto,
dovrebbe perdere circa 200 giri sotto carico in condizioni di mare calmo,
assenza di vento, carena pulita, barca leggera ecc., e 360 con mare mosso,
carena sporca e vento contrario.
Se perde più giri vuol dire che l'elica è troppo «carica» e fa lavorare
il motore sottosforzo, se ne prende di più, l'elica è troppo «scarica» e
non sfruttiamo appieno la potenza del motore.
Al contrario qualcuno sostiene che si deve aumentare di molto il passo
dell'elica in modo tale che la velocità di crociera venga raggiunta ad un
basso regime di giri. Facciamo un esempio: ammettiamo che per raggiungere
una velocità di crociera di 6 nodi con un determinato passo il motore
debba marciare a 2800 giri, aumentando adeguatamente il passo (a parità
ovviamente di diametro) ne basterebbero 2000 per raggiungere la stessa
velocità. Il motore gira meno, le vibrazioni all'asse sono minori, è meno
rumoroso, e, sempre secondo questa teoria, dura di più.
Qual è la strada giusta da percorrere?
La teoria del passo elevato e del basso numero di
giri, anche se sembra essere a prima vista stimolante, è da scartare.
Infatti il motore che lavora sotto sforzo, anche se il regime di giri è
basso, in realtà si danneggia di più di un motore che lavora ad un numero
di giri elevato, ma senza fatica, in quanto si determina un carico enorme
sui pistoni, sull'albero e sui cuscinetti. Lo stress meccanico è molto
elevato e può comportare battito in testa, grippaggio dei pistoni e altri
danni al motore.
Per fare un esempio, facendo girare un motore con un' elica troppo
«caricata», ci metteremmo in una situazione molto simile a quella di un
automobilista che percorre una ripida salita di montagna in quinta,
anziché in terza o in seconda. Il motore si surriscalda, la velocità non
aumenta, anche se pigiamo a fondo sull'acceleratore, il motore non riesce
a sviluppare la potenza necessaria per proseguire la salita, il consumo
sale vertiginosamente.
La teoria più diffusa, quella che il motore deve perdere sotto carico
tra il 5% e il 10% dei giri massimi, anche se non affatica il motore,
sicuramente affatica le nostre orecchie e gli organi della trasmissione.
Inoltre l'elica, girando più velocemente, trasmette più vibrazioni
all'asse, e la boccola, assieme ad altre parti in movimento, viene
sottoposta ad un maggior logorio.
L'ideale è, quindi, secondo la mia esperienza, trovare un giusto
compromesso tra le due teorie tramite delle prove pratiche.
La prima cosa da fare è sapere a quanti giri il motore raggiunge la
potenza dichiarata dalla casa costruttrice. Questo dato lo trovate sul
libretto d' istruzioni.
Ammettiamo che il motore raggiunga la potenza massima a 3600 giri.
A questo punto controllate (dopo averlo scaldato un
pò) quanti giri prende in folle con la manetta al massimo. Se il motore
raggiunge i 3700/3750 giri tutto o.k., altrimenti dovete «tarare» il
vostro contagiri su questo numero di giri (in folle infatti il motore deve
prendere circa il 3-4% di giri in più rispetto ai giri massimi dichiarati
dalla casa, perché il costruttore generalmente tiene conto del carico
dell'invertitore. Nel caso di dubbio informatevi presso il rivenditore).
Ovviamente questo vale per un motore in buono stato e con filtro della
nafta pulito e iniettori efficienti. Un motore, ad esempio, che abbia
perso compressione, non raggiungerà certo i giri massimi dichiarati dalla
casa.
Una volta che siamo sicuri della «veridicità» del nostro contagiri,
possiamo passare finalmente alle prove pratiche che ci permettono, tra
l'altro, di scoprire se, ed eventualmente a quanti giri, il nostro motore
lavora sotto sforzo.
Uscire con il mare calmo e poco vento. Non issare alcuna vela.
Aumentare il numero di giri di 200 in 200, tenendo una rotta costante
rispetto al vento. Ad ogni aumento del numero dei giri annotare l'aumento
di velocità. Per misurare la velocità servirsi esclusivamente del log e
non del GPS, perché troppo incostante su questo parametro. Vedrete che la
velocità aumenterà costantemente e regolarmente ad ogni aumento di 200
giri. Contemporaneamente tenete d'occhio lo scarico del motore e
verificate che il colore dell'acqua dello scarico e dei fumi sia sempre lo
stesso.
Quando ad un aumento di 200 giri la velocità non aumenterà più con la
stessa progressione (ad esempio invece che 1/2 nodo ogni 200 giri scenderà
a 1/4 di nodo o non aumenterà per niente, a patto ovviamente che non sia
stata raggiunta la velocità critica di carena) da quel momento in poi il
motore inizierà a lavorare sotto sforzo. La conferma viene anche dalla
quantità dei fumi emessi e dal colore dell'acqua di scarico. Infatti, man
mano che lo sforzo cresce, aumentano la quantità, la densità e il colore
del fumo e anche l'acqua di scarico diventa via via più scura, fino ad
uscire (nei casi in cui il passo è eccessivo) nera. La barca a questo
punto, anche aumentando i giri, non prenderà maggiore velocità, una parte
del gasolio sarà incombusto e i consumi aumenteranno inutilmente.
Fare la stessa prova con mare mosso e vento ed annotare i dati.
Una volta effettuate queste prove, sarà abbastanza semplice sapere se
il passo della vostra elica è giusto o va aumentato o diminuito.
Controlliamo nuovamente il libretto d' istruzioni del motore dove
dovrebbero essere riportati i cavalli (o i kW) che il motore sviluppa ad
un certo numero di giri e il rapporto cavalli/giri al minuto. Cerchiamo il
miglior rapporto potenza/ giri.
Ammettiamo che il nostro motore eroghi la potenza massima a 3600 giri e
che la potenza aumenti costantemente di 2 cavalli (o 1471 Watt) ogni 500
giri fino a 2800 giri, per aumentare poi di 1 cavallo e mezzo fino ai 3200
giri e di un cavallo fino ai 3600. Il miglior rapporto cavalli/giri al
minuto è quindi, in questo caso, a 2800 giri.
A questo punto, tenendo conto che il regime di crociera ideale è circa
al 20% di giri in meno di quelli che il motore prende al massimo sotto
carico, più ci avviciniamo a questo dato e più il passo della nostra elica
sarà giusto.
Se ad esempio il nostro motore esprime la sua massima efficienza a 2800
giri e raggiunge sotto carico, al massimo del gas, i 3500 giri con mare
calmo e i 3300 con mare mosso, vuol dire che il passo della nostra elica è
giusto (infatti il 20% di 3500 dà 2800). Sempre che dalla nostra prova
abbiamo verificato che fino a 2800 giri il motore non lavori sotto sforzo.
Altrimenti il passo va diminuito.
Ho condotto delle prove con il mio Panda 31
(imbarcazione a vela di 9.60 m dotata di un'elica Max Prop del diametro di
38 cm. e di un motore entrobordo diesel Buk da 24 HP a 3600 giri/minuto
con migliore rapporto potenza/giri tra i 2400 e i 2600 giri/minuto.
Rapporto di riduzione dell'invertitore 21/2:1. Carena della barca pulita.
Le prove sono state da me effettuate prima su una base misurata, con
l'aiuto del meccanico della Buk Gianni Magurno, successivamente si sono
svolte nell'arco di due anni durante le mie crociere estive, compiendo più
di 2000 miglia. Ho avuto modo quindi di valutare molto attentamente
vantaggi e svantaggi di ogni soluzione nelle diverse condizioni di mare e
vento.
Ecco i risultati
Prima prova: elica posizionata a 26°
corrispondente ad un passo di 350 mm. Il motore prende al massimo 2500
giri con mare calmo e 2400 con mare mosso. La barca raggiunge a stento,
con il massimo del gas, i 6 nodi e mezzo. Al regime ideale di crociera di
2000 giri, la barca raggiunge, con mare calmo, la velocità di 5 nodi e
mezzo. Il rumore è cupo e si sente chiaramente che il motore «sforza». Già
a 2200 giri il motore fuma ed esce acqua scura dallo scarico.
Conclusioni: il passo è eccessivo. Non si sfrutta appieno la
potenza del motore e infatti la velocità non cambia dai 2200 ai 2500. Al
minimo l'imbarcazione è troppo veloce. Ogni volta che si inserisce la
marcia l'invertitore prende un duro contraccolpo.
Seconda prova: elica posizionata a 20°, corrispondente ad un
passo di 260 mm. Il motore prende al massimo 3450 giri con mare calmo e
3300 con mare mosso. La barca raggiunge al massimo del gas circa 7 nodi.
Al regime ideale di crociera di 2800 giri raggiunge 6 nodi con mare calmo.
C'è una buona riserva di potenza con mare mosso. Il rumore alla velocità
di crociera è squillante ed eccessivo. Il motore a 3400 giri emette fumo e
acqua scura.
Conclusioni: il passo è giusto secondo la teoria accreditata dai
costruttori di eliche e motori. Infatti con il gas al massimo, la perdita
di giri si aggira tra il 5% con mare calmo e del 10% con mare mosso.
Rispetto alla prima soluzione il motore gira con meno sforzo, la barca
guadagna mezzo nodo alla velocità di crociera, ma per raggiungerla servono
2800 giri, con conseguente rumore e vibrazioni eccessive. Inoltre a 2800
giri non si sfrutta il miglior rapporto potenza/giri di questo motore.
Ecco quindi che si rende necessaria la terza prova.
Terza prova: elica posizionata a 22° corrispondente ad un passo
di 290 mm. Il motore prende al massimo 3200 giri con mare calmo e 3000 con
mare mosso. Al regime ideale di crociera di 2600 giri la barca raggiunge i
6 nodi con mare calmo. La velocità aumenta costantemente e
progressivamente fino a quasi 2800 giri (a questo regime si raggiugono i 6
nodi e mezzo). Fumi e acqua scura dopo i 3000 giri.
Conclusioni: Delle tre prove, quella che mi ha convinto di più è
stata la terza. Rispetto alla seconda (tralascio la prima perché senza
dubbio negativa in tutti i sensi) la media della velocità di crociera è
stata sempre più elevata a tutte le andature sia a motore che a vela e
motore, soprattutto con mare calmo. Il maggior vantaggio si è fatto
sentire anche in termini di rumorosità e vibrazioni. Con mare mosso
qualche volta ho sentito la mancanza di una riserva di potenza, ma la
barca si è comportata bene ugualmente in quanto non ho mai avuto
l'esigenza di portare il motore oltre i 2700 giri. Inoltre, nella maggior
parte dei casi in cui c' era mare mosso, o sono andato solo con le vele o,
quando il vento era proprio sul muso e dovevo arrivare alla meta prima del
buio, mi sono aiutato col motore per risalire il vento, facendo comunque
portare anche la randa.
In conclusione, spero con questo articolo di avere fornito gli elementi
necessari affinché ognuno possa trovarsi da solo il passo ideale per la
propria imbarcazione, a seconda del tipo di barca e delle proprie
esigenze.
Non vi resta che provare... Non spaventatevi però, non è necessario che
facciate 2000 miglia! Ad ogni modo vi raccomando di effettuare le prove
almeno con un pò di attenzione e soprattutto con tanta pazienza.
Buon divertimento.