L’elica, un oggetto che ancora oggi può essere innovato, è al centro di un progetto europeo, cui partecipa la Detra Custom Propellers, teso al miglioramento delle prestazioni e alla ottimizzazione nella costruzione, montaggio e manutenzione.
Siamo nel cuore della zona cantieristica all’interno del porto di Genova, una fascia di terra stretta tra il mare e i vicoli del centro storico, cantieri e aziende del comparto nautico si contendono gli spazi con discrezione. Tra le varie realtà esiste un’autentica eccellenza a livello internazionale: la Detra Custom Propellers, azienda trentennale che spicca per il livello di specializzazione nella produzione di eliche per yacht e nell’assistenza e riparazione di eliche di qualunque tipo. Un’officina meccanica genovese molto articolata in cui sono presenti macchine utensili e tecnologie all’avanguardia come frese multiasse a controllo numerico e stampanti 3D.
Ma ciò che rende speciale la Detra è il suo fondatore, l’ing Piero Travi, vero cuore pulsante dell’azienda: non solo preparazione tecnica ma anche intuito e fantasia a rendere possibili anche lavorazioni che sembrano impossibili. Una progettazione su misura basata sulle specifiche dell’imbarcazione, sulle linee d’acqua e sulle prestazioni volute permette di ottenere il massimo da ogni elica. E non solo: rientrano nelle “mission impossible” anche le modifiche ad eliche esistenti per variarne i parametri, per fermarne il “canto” o la cavitazione (anche in ambito militare). Un mix di tradizione consolidata e di innovazione spinta connotano la Detra Custom Propellers e l’ing Travi, sempre alla ricerca di un miglioramento, di quel passo in avanti necessario per rimanere leader di mercato. É il caso di un recente importante progetto di ricerca denominato “Studio e sviluppo di un sistema innovativo di propulsione a pale modulari, ad elevata efficienza, in particolare per i sistemi di propulsione ibrida ed elettrica in ambito nautico” cofinanziato con fondi F.E.S.R. (Fondo Europeo di Sviluppo Regionale) per il quale DETRA ha studiato e realizzato una serie di “device” per migliorare le prestazioni delle eliche.
Sistemi di miglioramento di efficienza delle eliche
Detra, in stretta collaborazione con l’Università di Genova (Dipartimento DITEN – Dipartimento di Ingegneria Navale, Elettrica, Elettronica e delle Telecomunicazioni), ed utilizzando la fluodinamica numerica (CFD o Computational Fluid Dynamics), ha studiato una serie di alette deviatrici del flusso da applicare al cappellozzo dell’elica per equalizzare le velocità tangenziali e recuperare parte dell’energia dissipata, sistema in alcuni casi denominato PBCF (Propeller Boss Cap Fins).
In pratica si tratta di un mozzo secondario (che va ad allungare quello originale) sul quale sono create pale a profilo squadrato che vanno ad essere così sistemate a poppavia delle pale dell’elica sulla quale è montato il sistema: le alette intercettano i flussi turbolenti di scarto e li raddrizzano indirizzandoli correttamente nella scia.
Questa raffinata tecnica progettuale e costruttiva vuole eliminare l’inevitabile vortice che si crea al mozzo durante la rotazione dell’elica ed è tesa al raggiungimento di un incremento dell’efficienza generale della propulsione.
L’efficacia di questo sistema, evidenziata pienamente dagli studi teorici, è stata successivamente confermata da prove sperimentali al tunnel di cavitazione presente all’interno delle strutture dell’Università di Genova utilizzando modelli realizzati mediante la tecnologia “Additive Manufacturing” con stampanti 3D di ultima generazione.
In seguito alla conferma delle prestazioni calcolate con la CFD mediante le prove al tunnel di cavitazione, si è provveduto alla realizzazione di una serie di manufatti nelle dimensioni finali di progetto adatti ad essere installati a bordo del M/Y Benetti S10/14, identificato come mezzo ideale per la prova in mare.
Il sistema è stato realizzato in vera grandezza utilizzando tre materiali differenti: in bronzo, in vetroresina con la tecnologia dell’additive manufacturing e in PLA rivestito in vetroresina realizzato tramite stampante 3D con tecnologia FDM (modellazione a deposizione fusa).
Quest’ultimo è stato realizzato per essere sottoposto ad una prova di robustezza strutturale. Due degli esemplari realizzati, uno in bronzo e uno in vetroresina, sono stati installati sullo Yacht Benetti S10/14 nel cantiere AZIMUT-BENETTI di Fano per due serie di test in mare.
I risultati ottenuti dalle prove in mare hanno confermato che la tecnologia di progetto e la realizzazione di questi sistemi concepiti per eliche navali sono applicabili anche alle eliche di motor yacht di elevate velocità e prestazioni.
Una nuova tipologia di eliche sperimentata da Detra…
Nell’ambito dello stesso progetto di ricerca di cui sopra “Studio e sviluppo di un sistema innovativo di propulsione a pale modulari, ad elevata efficienza, in particolare per i sistemi di propulsione ibrida ed elettrica in ambito nautico” cofinanziato con fondi F.E.S.R. (Fondo Europeo di Sviluppo Regionale) Detra, in collaborazione con altri partner (Azimut-Benetti, Engintech, Novigo) e con il supporto dell’Università di Genova DITEN (Dipartimento di Ingegneria dell’Università di Genova), ha sviluppato e collaudato una tipologia di eliche a pale riportate particolarmente adatte all’installazione su yacht.
Questa tecnologia di produzione di eliche consente di lavorare le pale ed il mozzo separatamente unendoli successivamente mediante una serie di bulloni, soluzione che offre sicuramente particolari vantaggi dal punto di vista realizzativo, ma soprattutto da quello operativo, per la facilità di movimentazione e di manutenzione durante la vita dell’imbarcazione.
Si può infatti sostituire, qualora fosse necessario, una singola pala anziché tutta l’elica, anche mantenendo in acqua l’imbarcazione ed inoltre, per ridurre al minimo l’eventuale fermo dello yacht, si può tenere a bordo solo una singola coppia di pale di rispetto.
Le difficoltà progettuali riscontrate in questo tipo di progetto sono costituite soprattutto dalle dimensioni estremamente ridotte del mozzo delle eliche degli yacht, difficoltà incrementate dalla necessità di individuare un collegamento piede di pala-mozzo semplice ma estremamente preciso, robusto ed affidabile.
Un prototipo di eliche a pale riportate adatte per lo yacht serie Mediterraneo di Azimut-Benetti è stato studiato sfruttando le più moderne tecnologie a disposizione, come la fluodinamica numerica (CFD) per determinare i carichi agenti sulle pale in diverse condizioni operative (massima andatura, bollard-pull etc) ed i calcoli ad elementi finiti per determinare le sollecitazioni sul collegamento delle pale con il mozzo.
Le pale, inoltre, sono state lavorate mediante fresa a controllo numerico per ottenere la massima precisione dei manufatti.
I calcoli ad elementi finiti hanno fornito ottime indicazioni sull’ottimizzazione, dal punto di vista dimensionale, del sistema di collegamento piede di pala-mozzo con verifica delle sollecitazioni sia sul piede di pala sia sui perni di collegamento, tenendo conto di tutte le forze agenti sul sistema (idrodinamiche, centrifughe e di montaggio).
La parte di studi teorici è stata inoltre supportata da una estesa campagna di verifiche idrodinamiche su modello al tunnel di cavitazione dell’Università di Genova.
Per la realizzazione dei modelli, oltre alle tecniche tradizionali di fusione in bronzo e fresature a controllo numerico, sono state sperimentate anche diverse tecnologie innovative basate sull’additive manufacturing in materiale metallico e materiali compositi realizzati mediante speciali stampanti 3D.
Le prove al tunnel di cavitazione su modelli hanno confermato le prestazioni e le caratteristiche cavitative previste dalla fluodinamica numerica per l’elica studiata dalla Detra Custom Propellers.
Gli studi teorici e quelli sperimentali su modello sono stati successivamente validati mediante prove strutturali su una pala al vero presso il laboratorio strutture dell’Università di Genova e mediante prove in mare sul M/Y Benetti Mediterraneo (BM005MY BIG FIVE).
L’insieme degli studi teorici e sperimentali, nonché le prove in vera grandezza, hanno pertanto pienamente confermato la fattibilità e la affidabilità della soluzione di elica realizzata a pale riportate.
Contatti:
Detra Srl
Via al Molo Giano
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Tel. 010.2511503
Email: info@detra.it
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