Eliche per barche a vela: una questione tanto complessa quanto piena di false certezze

Ma essendo la propulsione a motore - e quindi l’elica- un argomento di primaria importanza , mi sono voluto consigliare con un'esperta tra i più grandi al mondo di questo complesso argomento.

Si tratta dell'ingegnere tedesca Claudia Adamczyk, progettista di eliche e di componenti meccanici relativi alla propulsione e fondatrice della famosa azienda SPW.

Claudia è un personaggio non comune: persona aperta e comunicativa, ha una visione molto più ampia di un commerciale o di un esperto di marketing. Ad attrarre il suo interesse è solo la concezione e realizzazione tecnica di un prodotto. Possiede la rara dote della divulgatrice capace di affascinare chi l'ascolta guidandolo in un percorso di soluzioni tecnico-scientifico-tecnologiche, ingegnose se non addirittura rivoluzionarie. Rivelandogli in tutta la sua complessità un prodotto che fino a un attimo prima gli sembrava solo una pala in ottone.

Nella sua azienda, nelle vicinanze di Brema, ha riunito un team di ingegneri meccanici di cui è il riferimento tecnico centrale e la conoscenza-archivio storico: Claudia sa tutto di ogni questione, conosce o trova ogni soluzione, ha sempre il consiglio giusto e l’idea che fa la differenza.

Non a caso la SPW, avendo anticipato da quando esiste tutte le innovazioni tecniche presenti nelle eliche da barca a vela, guida il mercato ed è il punto di riferimento tecnologico a cui la concorrenza cerca d’adeguarsi. Chi fa il mio mestiere sa cosa sia la SPW e conosce bene la fama delle sue eliche VariProp e VariProfile.

Ho incontrato Claudia e le ho fatto un'intervista per me illuminante proprio per la visione completa della materia e per aver smentito diversi  luoghi comuni: sono sicuro che lo sarà per molti.

Parliamo di eliche da barca a vela, ovvero di eliche a pale abbattibili, a bandiera e a passo variabile: il focus ovviamente è la sicurezza.

Si capisce quanto sia importante un’elica per la sicurezza a bordo: fa avanzare la barca, ci permette di manovrarla, può essere fondamentale nel superare o meno momenti di difficoltà come mare formato, correnti molto forti, venti impetuosi.

L’elica è importante per la sicurezza attiva e passiva!

Le eliche menzionate hanno tutte una caratteristica: quella, rispetto a un'elica fissa, di ridurre il loro attrito consentendo di raggiungere una maggiore velocità a vela. Maggior velocità vuol dire miglior controllo, minor scarroccio, maggiore sicurezza.

Ma un’elica a bandiera può far le differenza anche nel controllo della barca in manovra perché capovollgendosi aumenta la sua portanza e riduce l'effetto evolutivo.

Ma ecco l'intervista.

“Una buona elica deve avere innanzitutto gli ingranaggi protetti , chiusi in un sistema inscatolato. Ingranaggi chiusi vuol dire, per esempio, che sono protetti dall'aggressività della vegetativa che potrebbe bloccarli o danneggiarli. Altro punto importante, che sembrerebbe banale ma in realtà  non lo è affatto, è che deve essere progettata e realizzata  per garantire le migliori performance in marcia avanti e marcia indietro, così da poter contare sempre sulla migliore spinta in ogni situazione, ottimizzare le manovre le performance  a vela con  motore spento”.

“Oltre a quella ovvia ma non sempre scontata di garantire in ogni situazione il miglior rapporto fra velocità e potenza, una buona elica deve prevenire l’usura delle parti meccaniche del motore: questo è un aspetto importantissimo che pochi considerano!

Per esempio, quando si procede a motore spento,  un'elica a pale fisse o la si lascia girare a rischio di usura delle parti meccaniche dell’invertitore (che girerà mentre la frizione lo avrà staccato dal motore), oppure la si lascia in marcia per bloccarla. E ciò terrà sotto sforzo continuo in torsione tutti gli elementi meccanici fino all’albero motore

Mentre un’elica a bandiera, lasciandola in marcia e mettendosi di profilo a motore spento, non tenderà a girare e quindi non trasferirà alcuna torsione alle parti meccaniche.

Ancora, un’elica non ben bilanciata o con pale non sufficienti nel numero o nelle dimensioni, creerà delle vibrazioni che si riflettono in un’alta usura delle parti meccaniche e quindi in un rischio di degrado e rottura”.

“Un’elica a pale abbattibili, come le nostre Varifold, a motore spento si chiude e migliora le performance a vela. Ma rispetto alle eliche a bandiera, come le nostre VariProp o VariProfile, non può garantire la stessa migliore manovrabilità in marcia avanti e indietro. Solo le eliche a bandiera si girano nel senso di marcia, assicurando la massima portanza.

Infine le eliche abbattibili sono quasi sempre un sistema "aperto" con alcune parti meccaniche esposte al fouling, per cui a rischio di cattiva apertura, se non di blocco, a causa di denti di cane o serpulidi che si possono formare fra gli ingranaggi”.

“Per prima cosa sono da esaminare i sistemi meccanici di sicurezza come il sistema anti-shock per il passaggio da marcia avanti e indietro nelle eliche a bandiera: questi sistemi ancora oggi non sono presenti in molte eliche anche estremamente diffuse.

Un sistema anti-shock preserva le caratteristiche dell’elica nel tempo e quindi le sue prestazioni. Poi sono da controllare i sistemi di regolazione dell’incidenza delle pale: noi facciamo arrivare le nostre eliche già regolate e con tutti i dati riportati su un manuale, ma lasciamo la possibilità al cliente di ritoccarle (e lo deve fare senza difficoltà). Sconsigliamo di giocare con i parametri perché cambiare l’incidenza vuol dire, a parità di giri, dare più velocità ma minore potenza – o viceversa – : queste sono scelte che si possono pagar care se non si tiene conto di condizioni di mare non consuete, in cui l' uno o l’altro valore  diventano determinanti.

Altro fattore di cui tenere conto nel giudicare la qualità dell’elica è la manutenzione: se sia o meno facilitata

Infine la lavorazione: bisogna guardare con attenzione i profili, quanto sono curati e confrontarli fra i vari produttori. Attenzione: un profilo curato non vuol dire che sia un profilo eccellente, ma è indice della qualità della lavorazione dell’elica”.

“Effettivamente i profili avanzati, così come tante scelte tecniche, sono frutto della progettazione e  dei sistemi di produzione sviluppati in azienda: sistemi di calcolo che garantiscono o meno il corretto dimensionamento di ogni singola elica, sistemi di controllo di qualità, ecc.

Al riguardo bisognerebbe informarsi sulla storia dell’azienda, sui sistemi produttivi e sulle garanzie reali che ogni produttore è in grado di dare. E’ la storia dell’azienda, il nome che si è fatta nel tempo, che fa la differenza.

Generalmente, e questo è il miglior consiglio che posso dare, le eliche più economiche sono “economiche” anche nelle performance: i profili sono fondamentali ed un buon profilo (non dico eccellente) costa tanto nella progettazione quanto nella realizzazione.

E’ da escludere che un’elica con un prezzo troppo basso possa essere buona; non esistono buoni affari in questo senso”.

“Se hai l’elica perfetta per la tua barca, hai le migliori performance in marcia avanti e indietro, in ogni circostanza.

La differenza è comunque evidente se si sa osservare: per esempio, se in Germania vieni con me nell’isola Helgoland, avrai la prova che, in alcune non rare condizioni di mare formato, io sono in grado di dirti, guardando da lontano le barche che entrano ed escono dal canale, se sono dotate di un’elica da due, tre o quattro pale.

Ci sono infatti numerose situazioni che possono mettere in crisi un’elica, come per esempio onde verticali che creano cavitazione: più pale, ben calcolate e calibrate, vuol dire minor rischio di cavitazione.

Altre situazioni sono le forti correnti, contro o a favore, in cui è essenziale mantenere un controllo sicuro della potenza e della manovrabilità.

Naturalmente la manovrabilità in porto con vento formato è un limite importante di cui tenere conto, nel quale l’elica è determinante”.

Certo, come la perdita di una pala o dell’elica stessa o come un’elica con un sistema di fissaggio non perfetto si può perdere con facilità: se non ben aderente all'asse o non ben fissata con un sistema di blocco, sviluppa delle vibrazioni che portano alla perdita delle sicure, e  all'allentamento della chiusura fino alla perdita.

La perdita di una pala è più probabile in un’elica a pale abbattibile dove non solo gli ingranaggi sono esterni ma anche le singole pale sono incernierate esternamente.

In un’elica a bandiera come le nostre, la cui rotazione è vincolata in un corpo chiuso, la singola pala non si può perdere.

Esistono però delle eliche a bandiera che girano su perni a cui sono fissati tramite un grano o un pin: ecco, queste sono poco sicure”.

“Prima di tutto le eliche fisse: molti pensano che le eliche fisse siano più sicure, ma non è vero  perché si possono rompere facilmente.

Generalmente sono prodotte in alluminio o bronzo/manganese e quindi realizzate in materiali troppo “morbidi” (500 N/mm ) rispetto per esempio al nikel-alluminio-bronzo da noi utilizzato (650 N/mm) che garantisce una maggiore resistenza ad eventuali impatti.

Poi, come già accennato, le eliche a pale abbattibili perché, come ho detto, non sono inscatolate e soffrono della vegetativa che blocca gli ingranaggi: se si bloccano semplicemente non funzionano più e bisogna immergersi per pulirle.

E ancora, come già visto, alcuni modelli sono suscettibili a perdere le pale nel tempo perché appunto sono sistemi meccanici aperti.

E infine le eliche over-drive (a passo variabile).

“Sono le eliche che in generale, automaticamente o con una serie di manovre, cambiano il passo per cui hanno un passo normale ed un passo di velocità, detto over-drive, ovvero che permette di mantenere una velocità di crociera a bassi regimi, a discapito ovviamene della potenza propulsiva.

Col passo over-drive si fa scendere il motore di circa 500/600 giri senza perdere velocità in condizioni normali.

Ma questo tipo di eliche possono incorrere in alcuni problemi.

Per esempio, in quei modelli che richiedono delle precise manovre per entrare in modalità over-drive, in cattive condizioni con mare formato di prua dove si ha la necessità di potenza e quindi del passo normale,  non è sempre possibile o facile rientrare nel passo normale; e il rischio di rimanere senza potenza quando se ne ha bisogno è concreto.

Oppure in porto, quando devo fare le manovre passando dalla marcia avanti a indietro e viceversa; se entra inavvertitamente l’over-drive non me ne accorgo se non quando è troppo tardi e questo potrebbe creare dei danni; danni, non un vero problema di sicurezza.

C’è poi un altro tipo di eliche a passo variabile che definirei "a libera rotazione" (non possiamo fare il nome delle aziende che le producono): queste si regolano automaticamente a seconda del flusso che ricevono all’incedere della barca.

Ma se per esempio navighiamo in condizioni di corrente in poppa , questa dà una falsa informazione all’elica la quale si regola automaticamente sottodimensionando la spinta.

Anche con onde formate potrebbe ricevere false informazioni e regolarsi di conseguenza in maniera sbagliata”.

“Sì certo, riguardano i sistemi di tenuta stagna dell’asse elica: sono enormemente importanti per la sicurezza a bordo, perché in poche parole si parla dei sistemi che non permettono all’acque d’entrare a bordo attraverso uno dei punti d’accesso più a rischio: l’asse.

Molti di questi, anche quelli montati di serie da importantissimi produttori di motori (n.d.a.: non possiamo nominare i produttori), non sono di buona qualità e quindi non sono sicuri”.

"In generale considero “cattivi” quei sistemi costruiti senza una vera possibilità di manutenzione e comunque concepiti troppo compatti.

Non potendo nominare marche e modelli, li descrivo tecnicamente : sono quelli in cui la prima parte è costituita da un sigillo ad anello in gomma in una prima camera bagnata, e di una seconda  con un altro sigillo immerso nel grasso.

In questi sistemi col tempo l’acqua passa nel secondo settore e porta via il grasso: la gomma di conseguenza si secca e quindi intacca l’asse che rotea al suo interno. A questo punto si incominciano ad avere perdite e si può solo spostare l’attacco più verso il motore.

Ma nel tempo il fenomeno si ripeterà e si dovrà cambiare l’asse.

Il miglior sistema dev'essere invece  composto da sigilli di tipo diverso nelle due camere, un sistema di lubrificazione della seconda camera, e la possibilità di cambiare i secondi sigilli di sicurezza se necessario anche con la barca in acqua. Questi sistemi sono inscatolati.

Alti sistemi di buona qualità ma di durata minore sono quelli con flangia in carbonio e lubrificati dall'acqua di mare. Non richiedono manutenzione ma hanno appunto un degrado più veloce rispetto alle tenute stagne inscatolate”.

“I migliori sono quelli che presentano un tipo di filo frastagliato per tagliare, e spaccare o stracciare cime di tipo e durezza differenti. Ruotano e quindi  non possono avere un filo costante per essere efficienti.

Ne esistono di tanti tipi ma hanno tutti un limite in comune: affinché siano affilati non possono essere realizzati in acciaio marino perché troppo morbido. Avranno quindi un degrado inevitabile nel tempo.

Altro piccolo problema è che sono montati a prua dell’elica, il che ne diminuirà un po’ le prestazioni.

Noi abbiamo appena creato il primo taglia-cime anche per sail-drive: finora ne esistevano solo per assi dell’elica.

Un altro tipo di taglia-cime di qualità è creato sul concetto di tronchese: una parte fissata all’elica, a l’altra alla barca, trancia la cima, non la taglia.

Ma ha come limite, benché remoto, che se prende una cima con anima in piombo o un cavo metallico non riesce a ovviamente tagliarlo, ma rischia di bloccarsi chiuso e non permette quindi il ripristino con un semplice intervento d’emergenza sott'acqua”.