Introduzione
Considerazioni di carattere tecnico-commerciale
Basi teoriche
Fattori critici delle eliche di serie
Campo di intervento del mio tuning eliche
Diversi Forumisti, a conoscenza dei miei esperimenti di modifica delle eliche mi hanno chiesto di parlarne sul Forum, perché interessati. L’argomento (almeno per me) molto coinvolgente è però molto complesso non solo e non tanto perché richiederebbe almeno una “infarinatura” nella teoria della meccanica dei fluidi, quanto per il gran numero di fattori che influenzano il rendimento delle eliche. Pur avendo in gioventù fatto degli studi specifici (che mi hanno aiutato a comprendere almeno a livello qualitativo i fenomeni in gioco), peraltro molto “arrugginiti” specie nella parte matematico-analitica, devo dire che gran parte delle intuizioni su cui si basano le modifiche da me apportate alle eliche sono frutto di pratica e osservazione del comportamento delle eliche nelle diverse condizioni di carico e di velocità. Per mia facilità e per evitare di “allontanare” troppi lettori ho deciso di dare un taglio il più possibile divulgativo a questa mia trattazione che, quindi, non ha il rigore di uno studio scientifico né tanto meno la pretesa di aver centrato al 100% il problema. Lo scopo non è tanto quello di creare una classe di “modificatori di eliche” (a differenza di quanto tentato, con scarso successo, nella prima stesura di questo post) quanto di far comprendere (a chi è interessato) i principi su cui si basano i miei interventi e aiutarli nella scelta di questo fondamentale componente dei loro battelli. Termino questa introduzione ribadendo che quello che scrivo non è “il verbo” ma il frutto delle mie personali osservazioni, opinabilissime da parte di tutti, specie da chi, per formazione o pratica professionale ha elementi “contro” le mie deduzioni, che sarò felice di ascoltare, specie se comprensibili a tutti.
Considerazioni di carattere tecnico-commerciale
Le eliche in commercio sono classificabili in due grandi categorie: quelle costruite in lega leggera di alluminio e quelle in acciaio (in genere inox, per resistere all’azione aggressiva del salino). Entrambi i tipi vengono fabbricati per fusione in una forma di materiale idoneo, in genere scomponibile in un numero di pezzi pari al numero di pale. La forma delle pale viene studiata per ottenere il massimo rendimento possibile ma è fortemente condizionata dalla necessità di rendere possibile l’estrazione dell’elica da ognuna delle parti che costituiscono lo stampo. Questo aspetto è pesantemente condizionante specie nelle eliche di alluminio che dopo l’estrazione non sono sottoposte ad alcuna lavorazione se non la verniciatura con fondo e vernice colorata. Nelle eliche di acciaio il maggior costo è motivato prevalentemente dalle lavorazioni successive alla fusione con asportazione di materiale per avvicinarle il più possibile alla forma ideale e per sottoporle a lucidatura (aspetto che ha una valenza estetica ma serve principalmente a preservarle dall’ossidazione in ambiente salino, il peggiore in natura). Va da sé che comunque si tratta di lavorazioni di grande serie che sono tanto più accurate quanto maggiore è il costo. Una considerazione di carattere tecnico-commerciale: la qualità delle eliche inox after-market è legata anche al target commerciale cui è destinata. Per spiegarsi meglio: un cliente che acquista un fb di grande potenza è più disponibile a spendere di uno che acquista un motore di piccola-media potenza, per cui, tendenzialmente, più si sale con le potenze più la lavorazione dell’elica inox sarà accurata e il costo elevato. Inoltre dal punto di vista delle lavorazioni è relativamente più semplice “lavorare” ed ottimizzare un’elica di grandi dimensioni rispetto ad una di (relativamente) piccole dimensioni. Tutto questo porta alla conseguenza che, sebbene un intervento di ottimizzazione possa portare comunque a sensibili miglioramenti, in genere l’elica destinata p. es. ad un 40-60 è suscettibile di miglioramento proporzionalmente più elevato rispetto all’ elica di un motore più potente (e costoso) che dovrebbe comunque partire già ad un buon livello.
Basi teoriche
Inizio con il confutare l’idea (molto diffusa) che l’elica di una imbarcazione (mi limito ad esaminare quelle plananti) eserciti la propria azione propulsiva “avvitandosi” nell’acqua come un dado su una vite (o viceversa). Anche se si caratterizzano con termini analoghi come “passo” e “diametro” la realtà è del tutto diversa. Come si può capire facilmente l’elica agisce in un mezzo fluido (anche se incomprimibile, a differenza dell’aria) che quindi non ha una “forma” propria, a differenza dei solidi (come sono un dado e una vite). Come agisce quindi l’elica per esercitare la propria azione propulsiva? Ritengo di non essere molto lontano dal vero nell’affermare che il principio cui rifarsi è (principalmente) quello di azione e reazione. In termini semplici: ad una spinta esercitata in una direzione corrisponde una spinta uguale e contraria nella direzione opposta. A chiunque sarà capitato di avvertire la spinta esercitata su una manichetta da cui fuoriesce acqua in pressione. A parità di sezione del tubo, quanto maggiore è la velocità di uscita dell’acqua (e quindi la portata), tanto maggiore è la spinta esercitata sulla manichetta. Se noi consideriamo il complesso piede-elica come una scatola che contiene una pompa, maggiore è la quantità d’acqua che viene pompata, maggiore è la spinta esercitata sull’imbarcazione. Se tralasciamo per il momento la potenza assorbita dalla pompa, è possibile dire che la pompa costituita dall’elica eserciterà una spinta tanto più intensa quanto maggiore è la quantità di acqua “raccolta” e poi “spinta” dalle pale dell’elica.
Dato che la potenza e la coppia motrice sono fattori che dipendono dal tipo di propulsore (in questo caso fuoribordo) dobbiamo, per forza di cose, intervenire sui “difetti” dell’elica che possono provocare in misura sensibile il decadimento della sua efficienza e quindi, in definitiva, della spinta propulsiva (a parità di giri/1’ dell’elica).
Più di qualcuno (specie gli “addetti ai lavori”, in particolare venditori e meccanici che si occupano normalmente della manutenzione dei motori marini) potrebbe sollevare la questione: Su quali presupposti, da amatore, pensi di fare meglio di un progettista specializzato e di una illustre Casa produttrice di eliche?
Fattori critici delle eliche di serie
Nel titolo è già racchiusa gran parte della risposta. Non vorrei imbarcarmi in una lunga e noiosa trattazione della tecnologia di fabbricazione delle eliche ma, per evitarlo, tocca che vi fidiate delle mie osservazioni. Mi limito a dire per esempio che l’elevato costo delle eliche inox rispetto a quelle in lega leggera non è solo dovuto al diverso costo della materia prima, ma anche al numero di “passaggi” richiesti per ottenere dalla fusione dei due tipi di metallo un prodotto finito da porre in commercio. Nonostante l’elevato costo però ho rilevato, anche sui modelli più prestigiosi, dei palesi “difetti di fabbricazione”. Le eliche Mercury che conosco più delle altre, per esempio utilizzavano a scopo precauzionale contro le rotture sotto sforzo degli spessori di pala sovradimensionati, fino all’introduzione delle più recenti Enertia, Enertia Eco, Fury e Spitfire X7 per adottare una lega inox, la X7, ben più resistente che permette di adottare spessori di pale più sottili di quelli, prudenziali dei precedenti modelli, riducendo così gli attriti e, quindi l’efficienza a parità di conformazione della pala.
L’operazione di estrazione dalla forma di fusione e anche le successive lavorazioni comportano comunque delle imperfezioni che “allontanano” il prodotto “elica di serie” da quello che è il disegno ideale volto a ridurre le perdite derivanti dalle complesse dinamiche che regolano il regolare scorrere dell’acqua lungo le pale dell’elica.
Perdite di carico (e di velocità del flusso) dovute a strozzature e/o irregolarità della sezione di scorrimento, picchi di pressione localizzati, determinati dall’eccessiva inclinazione della parte iniziale della pala, deputata all’accelerazione iniziale del flusso d’acqua, la forza centrifuga derivante da elevate velocità di rotazione dell’asse elica causano la fuoruscita periferica di parte del volume di acqua “catturato” dalla pala. Ciò comporta, a parità di forza motrice assorbita, un calo di massa/velocità di acqua in uscita dall’elica e, in definitiva, di spinta efficace.
Campo di intervento del mio tuning eliche
E’ su questi aspetti che si applicano le modifiche alle eliche da me “tunizzate”. Ho verificato che il luuungo lavoro (specie sulle eliche inox X7) di asportazione del materiale consente di ottenere diversi vantaggi:
- aumento del volume utile di acqua “catturata” ad ogni giro dell’asse elica;
- riduzione della pressione localizzata nelle parti rastremate (quindi di superficie minore) iniziali della pala con maggiore progressività dell’accelerazione dell’acqua e riduzione delle perdite periferiche;
- indirizzamento dello sforzo meccanico verso la radice della pala dove lo spessore è maggiore e garantisce maggiore resistenza;
- ulteriore assottigliamento delle pale nella parte esterna dove la velocità periferica è sensibilmente più alta, diminuendo così la resistenza idrodinamica;
- affinamento degli spessori del bordo di uscita della pala per ridurre il fenomeno delle turbolenze con ulteriore riduzione della resistenza e dei fenomeni erosivi superficiali.
La filosofia quindi del tuning è quella di ottenere la maggiore spinta possibile a tutti i regimi diminuendo peraltro la coppia assorbita da attriti e perdite con maggiore facilità a raggiungere i regimi motore più elevati, quando la coppia motrice tende comunque a calare.
Spero di essermi spiegato nonostante la complessità dell’argomento ma sono a disposizione per eventuali domande.
