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Visualizza/apri - POLITesi

1. Durante la stagione invernale infatti le imbarcazioni sono soggette ad attivit di controllo e manutenzione che possono richiedere un parziale smontaggio dell impianto oleodinamico e dei suoi componenti Ad esempio potrebbe essere necessaria la rimozione dei motori primi dei cilindri del girafiocco oppure dei motori elettrici Inoltre i componenti che contengono al loro interno guarnizioni ed elementi striscianti cilindri e girafiocco richiedono intervalli di manutenzione per la sostituzione dei componenti soggetti ad usura richiedendo quindi lo smontaggio e la spedizione presso l officina dell azienda Molto importante l indicazione dei collegamenti fra l unit centrale di controllo plc e la serie di valvole e sensori disposti lungo i componenti del sistema Il manuale deve anche contenere lo schema di collegamento dei cablaggi e gli indirizzi dei segnali contenuti nel sistema di controllo Infine ma non meno importanti l indicazione dei componenti attivati durante lo svolgimento di ciascuna operazione e nelle differenti condizioni di utilizzo dell imbarcazione e la spiegazione delle informazioni riportate nelle pagine dello schermo che permette agli utenti di interfacciarsi col sistema di gestione dell impianto Il manuale suddiviso in otto capitoli nell ordine elenco articoli panoramica sistema impianto idraulico cilindri idraulici pulsantiere impianto elettrico plc e logica allegati Di seguito riportata una d
2. macchine e il dissalatore e infine svariate apparecchiature atte a garantire i pi elevati livelli di comfort aria condizionata frigorifero forno Naturalmente tutte queste considerazioni cambiano a seconda delle caratteristiche del tipo di utilizzo e delle dimensioni della barca Per quanto riguarda la barca in questione essa stata concepita per poter ottenere le massime prestazioni durante le regate e per essere utilizzata durante le crociere e gli spostamenti con un equipaggio ridotto Questo ha portato al concepimento di un impianto complesso e fortemente automatizzato in cui la ricerca del massimo grado di flessibilit e la riduzione delle masse hanno rappresentato gli aspetti pi critici della progettazione 2 2 Lo sfruttamento delle diverse fonti di energia La pi antica fonte di energia utilizzata sulle imbarcazioni sicuramente costituita da quella umana Sulle navi del passato numerose serie di uomini lavoravano insieme per manovrare l imbarcazione Essi si servivano anche di congegni che permettevano di moltiplicare la forza applicata si trattava di paranchi costituiti da enormi bozzelli e diversi rinvii Al giorno d oggi vengono ancora realizzate barche che sfruttano questa fonte di energia per le manovre esse sfruttano opportuni sistemi come verricelli manuali e coffee grinder per amplificare le forze e per ottimizzare il lavoro dell uomo questa scelta pu discendere da ragioni di semplicit oppure pu
3. e TI una A Ea da asse a zi a MAIN SHEET ee A ana i ay fan B B Pressurized a EE sur s E ee dali P TANK Q zm amp PORT g zoo ema il ESRI w par Ea zm 3 jes CYLINDERS MANIFOLD 4 em MAN_2CL_700_15347 C scien d Es eih paro lc MANIFOLD 16 GEAR BOX em MF_16_LS_18290 GENERATOR PROPELLER MF16 ge STBD on Gr o samad BE PROPULSION 4 5 BAR Ea MANIFOLD 7 em HEADSTAY CUNNINGHAM MF_05_LS_15353 n pas MFT CYLINDERS MANIFOLD 8 La MAN_5CL_700_16250 MAIN c MF8 h serena s sa CUNNINGHAM DEFLECTOR 63 em MAST a b ao ME m 7 A ALATA ee 670607 410007 so ae a a a j y schema a sonoma y d T e a pa pose Lu id Sur eo colo j E ma us STBD eet F 4 CYLINDERS MANIFOLD 1 sli gt g cam Hi E o m e n a ma es MAN_3CL_700_16040 E E an c MF1 si joann zx zex schema 0 eS 200_MP_A_18093 E M10 RI RUNNER BACKSTAY STBD z a Fi TRANSOM DOOR emane p LIFTING STERNE CYLINDER b PROPELLER E IE F WATER Col F MAKER ENGINE ROOM Lip Pen VENTILATOR a pe ia em yo MANIFOLD 6 MF_11_LS_15352 MF6 Tia ra ni S al E dik ew F00 bor ATIO bar FMN bor 7O bor b NAR EVE MANTOO re Ee I 1 4 1 4 G MAN EVC HP A 17228 CYLINDERS MANIFOLD 2 fo th MAN_6CL_650_A_15410 MAIN EVC MANIFOLD LI CUTAN NANG JIB UP DOWN JIB IN OUT C MF2 LP EVC MF 11 MAN_EVC_A_18067 E E MAIN ENGINE me em a OSMAN E Fal Fer SMHB 3 gT E H h Li elobar 670bar pee Pre H pesi A t co em m ay
4. 6352 MAN 2CL 700 15347 CARIBONI S r l 39 039 6079609 amp 39 039 6079128 info caribani italy it www cariboni italy com 6348 ALT HYD A 15780 Via Mattei 3 A 20885 Ronco Briantino MB ITALY Manifold 2 positions 700 bar for Lifting Keel page 1 3 H No A050850 Generator Group Meccalte ECP 282L 2 Alternator Sunfab SCM 025W H 142 K30 K3G 100 Pistons motor SUNFAB BM030400 91019 170 Flushing valve pick up Rexroth HDD2L16PA20 Speed Figura 6 1 Estratto di una pagina del primo capitolo del manuale Come esempio sono state messe in evidenza le informazioni relative ad un articolo nello specifico il gruppo di generazione dell energia elettrica Per ciascuno vengono indicati il codice identificativo il nome completo del modello e l elenco dei componenti d acquisto con i relativi codici di prodotto 166 Capitolo 6 6 2 2 Panoramica sistema Il secondo capitolo riporta una schematizzazione dell impianto e l elenco completo delle valvole dei sensori e dei tubi presenti Questo indispensabile per l individuazione di ciascun componente e della sua posizione all interno del sistema soprattutto in caso di problemi di funzionamento Una volta che l impianto installato a bordo della barca a causa della sua estensione e del posizionamento di parte dei suoi componenti risulter di difficile accesso complicando notevolmente l individuazione di possibili guasti operazione gi
5. Electric board details ANALOGIC INPUT electric board n electric board LE ANALOGIC OUTPUT by HAWE ELECTRONIC AMPUIRIERS electric board ARON A A 20885 Ranco Beto MB ITALY 6079609 B 39 039 6379128 fo cordoni toya mv conbeni tty com 2 della cassetta posizionata alla base dell albero Section 06 ELECTRICAL SYSTEM MAIN BOX PLC amp EXPANSION Wiring DIGITAL INPUTS PORT NAME CONNECT TO NOTES DIO Generator SPEED PICK UP on Used by proximity sensor Di2 Button BACKSTAY STBD PUMP Normally open DI Button BACKSTAY STBD RELEASE Normally open DIA Button FORESTAY PUMP Normally open DIS Button FORESTAY RELEASE Normally open Button DEFLECTOR PUMP Normally open Button DEFLECTOR RELEASE Normally open Button FUNCTION KEY Normally open Button MARK Normally open puo Button TACK Normally open ona Button GYBE Normally open DI12 Button OUTHAUL PUMP Normally open D13 Button OUTHAUL RELEASE Normally open Duna Button CUNNINGHAM PUMP Normally open DIS Button CUNNINGHAM RELEASE Normally open D116 Button VANG PUMP Normally open DI17 Button VANG RELEASE Normally open os Button PORT BACKSTAY FINE IN Normally open DI19 Button PORT BACKSTAY FINE OUT Normally open DIZO Button STBD BACKSTAY FINE IN Normally open DI2I Button STBD BACKSTAY FINE OUT Normally open DI22 Button MAIN FAST IN
6. alternatore 9 ed il ventilatore della sala macchine 10 mentre i restanti due alimentano una serie di utenze differenti relative a funzioni veliche ed ausiliarie Particolarit di questi distributori quella di presentare una doppia linea di collegamento alla pompa di alimentazione Oltre alla linea di mondata dell olio infatti ne presente una seconda definita linea di load sensing che permette ad una piccola quantit di fluido di fluire dal collettore verso la pompa permettendo a questa di adattarsi alle condizioni di carico Un opportuno distributore 12 permette di convogliare le tre linee in una sola diretta alla macchina idraulica Un ultima pompa collegata in serie alle precedenti Si tratta di una macchina a pistoni radiali in grado di generare portate modeste ma a pressioni operative che possono raggiungere i 70 MPa 700 bar Essa aspira olio dal serbatoio 21 ed alimenta sei differenti collettori 15 16 17 18 19 e 20 che a loro volta alimentano una serie di cilindri a singolo e doppio effetto Per permettere all olio di defluire dall utenza e ritornare in circolo tutti i distributori sono collegati al serbatoio 21 tramite linee di ritorno Perch il sistema possa funzionare correttamente in ogni condizione di utilizzo l impianto deve prevedere opportuni accorgimenti In particolare essendo motore primo e pompe collegati da un accoppiamento rigido non scollegabile assenza di frizioni ne consegue c
7. cccccssssccccssssccccenssceccncsscecceassceccenssseceacssssseensess 153 5 1 Descrizione delle MANOVre ii 153 5 2 Descrizione funzionamento impianto oleodinamico 155 5 3 Descrizione logica di controllo 159 Capitolo 6 Il manuale di gestione dell iMpiaNtO ssccccssssceccsssccceesseeeeeesees 163 6 1 Redazione del Manuale 163 6 2 Struttura del Manuale ii 164 VII 6 2 1 Elenco articoli italia 165 6 2 2 Panoramica sistema iioneari s iee nE NEEE EEEE EAEAN 167 6 2 3 Impianto idraulico sess ii 168 6 2 4Pulsafitiere ila ai E an aa 169 6 2 5Impianto elettricor eat 170 6 2 6 Plc e logica di funzionamento ii 172 6 27 Allegati aL iL ws hasindiees bette ees eee 174 CONCIUSIONN siuiccescssss sscsssuvessassdancsnacwtensasssgsdasscoseseessdecgecasnbenenssssadesegedennesssecceceseuses 175 NCE E i e PN N EPSE EAE E E ENTE EIEE AANE ala 177 BibliOSratiaiccans ciccesiacsceisn snss oie sess oesesesicuet sess a ONASA siii 181 VIII Elenco delle figure 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 1 10 1 11 1 12 1 13 2 1 Parti principali dell imbarcazione a vela iii 21 Differenti andature La freccia in alto indica la direzione di provenienza del VOLO EEE EE sacecesdeuiavaet lage cous sdvavien caaecesedevaws ch caaeeecesusauees ceadecsbsusam acs 22 Piano velico di un imbarcazione di tip
8. connesso In questa condizione il rapporto di trasmissione 1 1 garantisce alta velocit di rotazione e bassa coppia Risulta cos possibile avvolgere intorno al tamburo svariati metri di cima in pochi secondi senza che sia necessario applicare una forza elevata essendo la manovra nella fase iniziale i carichi sono necessariamente bassi Alimentando il motore idraulico dalla luce di alimentazione opposta rispetto al caso precedente esso comincer a ruotare nel verso contrario Per la particolarit costruttiva del congegno questo movimento creer il disinnesto della prima marcia e l innesto della seconda Il tamburo del verricello girer con lo stesso senso di rotazione rispetto al caso precedente ma questa volta con una minore velocit ed un momento torcente maggiore Queste caratteristiche sono in congruenza con le necessit di intervento sulla manovra in quanto i carichi tendono ad aumentare rispetto alla condizione precedente Invertendo nuovamente le luci di alimentazione del flusso d olio al motore idraulico esso invertir di nuovo il proprio verso di rotazione il meccanismo interno al verricello innescher automaticamente la terza marcia Il tamburo del verricello avr una velocit di rotazione molto pi bassa rispetto a quella del motore ma il momento torcente risulter molto superiore Queste caratteristiche sono indispensabili durante la fase finale delle manovre in cui necessario apportare piccole regolazioni al piano velic
9. di per s difficile e dispendiosa in termini di tempo Un impianto non funzionante impedir l utilizzo dell imbarcazione sottoponendo l azienda al pagamento di un risarcimento nei confronti del cliente Per questo motivo fondamentale accelerare il pi possibile le operazioni di ripristino del sistema e risulta quindi fondamentale fornire ai tecnici tutte le informazioni necessarie per agevolare il loro lavoro Nella figura seguente riportata una tabella contenente le informazioni relative ai tubi di collegamento fra le pompe ed i distributori a cui vengono collegate le varie utenze In particolare sono indicati nome del tubo componenti a cui connesso dimensione lunghezza tipi di raccordi e loro dimensioni nome del produttore PRESSURE LINE LENGTH Num FROM To PIPE mm Pnet A punet B THREAD SUPPLIER P1 TMF8 MFI 3 8 1 050 g s 9 16 JIC FRENTUBO P2 MF12 EVCHP MF2 3 8 1 610 s s 9 16 JIC FRENTUBO P3 TMF3 MF3 3 8 385 5 s 9 16 JIC FRENTUBO P4 TMF4 MF4 3 8 385 Ss s 9 16 JIC FRENTUBO P5 MF12 EVC HP MES 3 8 5 000 s s 9 16 JIC FRENTUBO P7 MF11 EVC LP MF7 1 12 150 45 90 1 BSP PARKER 5 s s g Pa TMF MFS 3 8 370 P9 TMF3 TMF8 3 8 5 770 P10 TMF4 TMF3 3 8 180 P 10 additional T MF3 SPARE TMF4 3 8 1 035 MF11 EVC LP MF12 EVC HP MF12 EVC HP s 9 16 JIC FRENTUBO s 9 16 JIC FRENTUBO s 9 16 JIC FRENTUBO g 9 16 JIC FRENTUBO HAWE V60N_110 on VM engine HAWE R 2 08 4
10. di rendere un determinato ramo percorribile dal flusso in un senso e di bloccarlo automaticamente nel senso opposto La valvola di bloccaggio consente il flusso in un senso e lo blocca a perfetta tenuta nel senso opposto Ne esistono di due differenti tipologie le valvole di ritegno semplici e le valvole di ritegno sbloccabili Costruttivamente sono costituite da un elemento mobile su sede conica sfera o cono il quale si solleva dalla sede se assoggettato ad un flusso nel verso appropriato ed entra invece in battuta interrompendo la vena liquida se il verso di flusso tende ad invertirsi l impulso iniziale per la chiusura pu provenire dall opera di una molla La valvola sbloccabile possiede in aggiunta un pistone di sblocco pilotato dalla pressione che permette di aprire il flusso anche nel senso normalmente bloccato 6 Figura 2 6 Simboli di valvole di non ritorno da sinistra a destra valvola semplice senza e con molla e valvola sbloccabile 69 L oleodinamica sulle imbarcazioni a vela 2 7 5 Valvole regolatrici di pressione Comprendono fondamentalmente le valvole di massima pressione dette anche limitatrici di pressione le valvole riduttrici di pressione le valvole di strozzamento e le valvole di sequenza inserzione o disinserzione La valvola di massima pressione ha la funzione fondamentale per la sicurezza dell impianto di aprire una comunicazione tra la condotta in pressione alla quale collegata la derivazio
11. presente un terminale di programmazione che pu consistere in un dispositivo dedicato o in un semplice pc accoppiato al plc mediante un collegamento dati opportuno Per poter controllare una macchina o un processo a volte identificato col termine di campo il plc deve acquisirne lo stato istante per istante ed in base alle istruzioni scritte nella propria memoria determinare se devono o meno essere apportate delle 141 Funzionamento e gestione dell impianto modifiche allo stato attuale delle uscite Per acquisire lo stato attuale del processo vengono collegati agli ingressi del plc tutte quelle apparecchiature che fungono da sensori del sistema in particolare pulsanti finecorsa interruttori rel termici Per attuare quanto stato determinato dall elaborazione del programma alle uscite del plc sono collegate tutte quelle apparecchiature atte a realizzare quanto necessario per l esecuzione del processo Questi attuatori possono essere a seconda di come viene realizzato l automatismo di tipo oleodinamico pneumatico elettromeccanico o anche misto Tra essi si distinguono rel elettrovalvole cilindri pneumatici o oleodinamici valvole elettropneumatiche La scelta ed il dimensionamento del controllore programmabile tra la grande disponibilit di apparecchiature presenti in commercio deve tenere conto di una serie di aspetti quali numero e tipo di segnali che si devono elaborare cio numero di ingressi uscite tipo e v
12. Essa deve essere tesata nel caso si voglia diminuire l angolo compreso tra boma e mezzeria della barca lascata nel caso contrario Questa operazione ha per l effetto di modificare lo stato di tensione della balumina a cui segue una modifica non voluta della forma della randa con conseguenze negative sulla navigazione Per evitare ci necessario che l equipaggio 35 La barca a vela della barca possa attuare le regolazioni relative alla posizione del boma in una maniera differente E quindi necessaria un ulteriore manovra definita trasto la quale permette di spostare da un lato all altro della barca il punto in cui la scotta della randa vincolata al ponte In pratica la scotta vincolata ad un carrello il quale pu essere mantenuto in posizione fissa oppure spostato trasversalmente sotto l azione di opportune forze F e F3 scorrendo su delle rotaie vincolate al ponte dell imbarcazione Muovendo il carrello cos possibile modificare l angolatura del boma rispetto all asse longitudinale della barca senza modificare la forma della vela e quindi mantenendone la massima efficienza Nel complesso le manovre descritte hanno la funzione di ottimizzare la forma e la posizione della vela di poppa in modo da poter sfruttare al meglio gli effetti positivi che si generano dalla sua interazione con il vento Figura 1 8 Particolare scotta della randa e carrello del trasto con indicazione delle forze applicate 1
13. campo di regimi ammesso grado di regolarit richiesto dal regime rotatorio limiti di pressione variabilit del regime quando richiesta Inoltre bisogna considerare il tipo di applicazione la portata massima erogabile dalle pompe regime fisso o variabile la massa e l ingombro Di grande interesse per la scelta sono i grafici delle ellissi di isorendimento forniti dai costruttori cilindri sono attuatori lineari con differenti tipologie costruttive La pi comune quella a semplice o doppio effetto con stelo singolo 6 65 L oleodinamica sulle imbarcazioni a vela Sono costituiti da un mantello cilindrico al cui interno scorre il pistone messo in movimento dalla pressione dell olio Ad esso vincolato lo stelo che trasmette all esterno una forza di trazione o compressione Il volume d olio racchiuso in direzione assiale dalla testata e dal fondello Un foro di alimentazione permette al fluido di entrare ed uscire dalla camera La tenuta fra parti fisse e mobili assicurata da apposite guarnizioni Sono presenti sistemi di fissaggio differenti in base alla metodologia di installazione Figura 2 5 Cilindro a singolo effetto per mettere in tensione la base della randa Negli attuatori a semplice effetto la pressione comanda solo il movimento d uscita o solo il movimento di rientro sviluppando solo la forza di spinta oppure la forza di tiro Il movimento in senso opposto comandato da una molla o dall espan
14. disponibile all albero per una specifica velocit di rotazione compatibile con la velocit di rotazione delle pompe la massa per la macchina in questione pari a 460 kg a secco la massima inclinazione supportabile durante il funzionamento ed infine il consumo di carburate Come enunciato nei paragrafi precedenti il sistema stato concepito per attuare un controllo del motore in velocit Esso deve funzionare ad un regime di rotazione ben definito e compatibile con i limiti di velocit delle pompe montate costruttori impongono limiti che difficilmente superano i 315 rad s 3000 rpm Velocit superiori causano perdite di efficienza e danneggiamenti delle macchine stesse Il secondo parametro per importanza nella scelta della macchina termica senza dubbio la sua massa Essa influenza le prestazioni della barca nonch il rispetto dei vincoli di stazza imposti dal regolamento di categoria Il suo posizionamento a bordo influenza inoltre l assetto ed il funzionamento dell imbarcazione Un ulteriore fattore che non va assolutamente trascurato nella selezione della macchina pi adatta dato dai massimi angoli di inclinazione che essa pu raggiungere durante il funzionamento Nelle andature a vela durante le quali l impianto oleodinamico viene utilizzato per apportare le dovute regolazioni all attrezzatura l imbarcazione pu raggiungere angoli di rollio prossimi ai 20 che potrebbero causare problemi agli apparati di aspirazione e
15. pollici lunghezza in millimetri geometria dei raccordi diametro e tipo di filettatura nome del costruttore 167 Esempi di pagine dei capitoli tre e quattro del manuale 168 Alcuni dei pannelli contenti i pulsanti di comando del sistema 169 Esempi di pagine del sesto capitolo del manuale Collegamenti elettrici di un distributore aiar seek R A e i 170 Esempi di pagine del sesto capitolo del manuale Collegamenti elettrici della cassetta posizionata alla base dell albero ii 171 Esempi di pagine del capitolo sei del manuale Elenco segnali di controllo 171 Esempi di pagine del capitolo sette del manuale Funzionamento sistema 173 Esempi di pagine del capitolo sette del manuale Interfaccia utente plc 173 XII Elenco delle tabelle 1 1 3 1 3 2 3 3 3 4 3 5 3 6 3 7 3 8 3 9 3 10 3 11 3 12 3 13 3 14 3 15 3 16 3 17 4 1 5 1 5 2 5 3 Carichi agenti sulle manovre espressi in NeWton ii 30 Caratteristiche dimensionali Magic Carpet Cubed 78 Diametro camera e corsa pistone dei cilindri a singolo effetto 81 Diametro stelo e carico di snervamento dei cilindri a singolo effetto 81 Massa a secco e volume d olio alla massima estensione per cilindri a singolo effetto anali Lilia 82 Caratteristiche principali carrello della
16. 1934 Sensore pressione avvolgifiocco P 075 0 10 V Mi 1935 Sensore pressione salpa ancora P 076 0 10 V Mi 1936 Sensore pressione salpa ancora P 077 0 10 V Mi 1937 Sensore pressione camera cilindro scotta randa P 078 0 10 V Mi 1938 Sensore pressione camera cilindro scotta randa P 079 0 10 V Mi 1939 Sensore di posizione stelo cilindro scotta randa lato 4 1 S 078 ESPANSIONE 5 Can bus 4 10 AI8 ic Input___Mors Descrizione Annotazioni f Sensore di posizione stelo cilindro scotta randa lato 2 1 S 079 Sensore pressione su linea cilindro spostamento base albero P 186 0 10 V Sensore pressione su linea cilindro spostamento base albero P 188 0 10 V Sensore di posizione cilindro tensionatore gennaker S 184 4 20 mA Sensore di posizione cilindro tensionatore secondo strallo S 100 4 20 mA ESPANSIONE 6 Can bus 4 10 RO16 Digital Output Mors Descrizione Annotazioni Indirizzo 2145 288 DO 145 Controllo flusso sistema spostamento base albero 2146 289 DO 146 Controllo flusso sistema spostamento base albero 2147 290 DO 147 Controllo flusso sistema spostamento base albero 2148 291 DO 148 Controllo flusso sistema spostamento base albero 2149 292 DO 149 2150 293 DO 150 2151 294 DO151 2152 295 DO 152 2153 296 DO 153 2154 297 DO 154 2155 298 DO 155 2156 299 DO 156 2157 300 DO 157 2158 301 DO 158 2159 302 DO 159 2160 303 DO 160 151 Funzionamento e gestione dell impianto ESPANSIONE 1 Can bus 5 I0 DI16 Digital Output Mors D
17. 2 2 Lo sfruttamento delle diverse fonti di energia ii 46 2 3 Le funzioni che richiedono energia ii 47 2 3 1 Il sistema di propulsione 47 2 3 2l a regolazione dellevele c caraleira lidia tn 49 2 3 3 Sistemi ausiliari iaia aaa lia 50 2 3 4 Generazione di energia elettrica ii 50 2 4 Forz e potenze iN gioco ai 51 2 5 Differentis l ionis g astraea a a a arri 53 2 5 1 Il sistema di propulsione i 53 2 5 2 Generazione energia elettrica ii 54 2 5 3 Regolazione dell attrezzatura ii 55 2 5 4 Sistemi ausiliafi sacello RE aaa i leale cari 56 2 6 La scelta dell oleodinamica ii 56 2 6 1 Principi di oleodinamica ii 57 2 6 2 L oleodinamica sulla barca a vela i 60 2 7 L impianto oleodinamico ii 61 2 7 1 La pompa oleodinamica ii 61 2 7 2 GliattUatori ia riali it 64 2 7 3 La linea di trasmissione i 66 2 7 4 Valvole di bloccaggi0 ii 69 2 7 5 Valvole regolatrici di pressione i 70 2 7 6 Valvole regolatrici di portata 72 2 8 Esempio di impianto oleodinamico per imbarcazione a vela di medie dimension ie Lai e ee ie ed 73 Capitolo 3 L impianto oleodinamico dell imbarcazione Wally 100 Magic Carpet CUDC RR AO AR RA II 75 3 l la classe WallvEento ci LL al eae niece 75 3 1 1 Reg
18. 292416 Spostamento massimo mm 3500 Tabella 5 1 Principali caratteristiche relative alle sartie volanti Il dimensionamento viene fatto partendo dalla scelta dei massimi valori di pressione a cui si vuole che la parte dell impianto oleodinamico relativa alla manovra in oggetto lavori Partendo da questo valore possibile determinare la dimensione della superficie del pistone a contatto col fluido necessaria a generare la forza richiesta Le valvole di massima pressione presenti sulla culatta del cilindro vengono regolate in modo che la loro apertura si verifichi al raggiungimento del valore di pressione generato dal carico di picco Il dimensionamento meccanico di tutti i componenti viene fatto invece sfruttando il carico di rottura 5 2 Descrizione funzionamento impianto oleodinamico In questo paragrafo verr descritto nello specifico il funzionamento di una funzione in particolare il cilindro oleodinamico doppio ed a doppio effetto che controlla la regolazione della sartia volante destra Verr dunque analizzato l intero percorso effettuato dal flusso d olio durante il funzionamento della manovra nella condizione di utilizzo definita regata per maggiori chiarimenti sulle modalit di funzionamento dell impianto riferirsi al paragrafo 4 4 del capitolo 4 Facendo riferimento alle figure riportate di seguito il motore endotermico principale collegato a tre pompe disposte in serie quella principale 1 destinata all alimentazi
19. EV 183 2137 280 Controllo flusso tensionatore gennaker trazione EV 184 2138 281 Controllo flusso tensionatore gennaker rilascio EV 185 2139 282 Controllo flusso load sensing EV 062 2140 283 Rel scambio valvole proporzionali verricello albero lato destro EVP 70 71 2141 284 Rel scambio valvole proporzionali verricello albero lato sinistro EVP 72 73 2142 Rel scambio valvole proporzionali avvolgifiocco EVP 74 75 2143 286 Rel scambio valvole proporzionali salpa ancora EVP 76 77 Rel scambio valvole proporzionali cilindro doppio a doppio effetto EVP 78 79 Descrizione Annotazioni Mi 1025 Controllo valvole proporzionali verricello albero lato destro EVP 70 71 Mi 1026 Controllo valvole proporzionali verricello albero lato sinistro EVP 72 73 Mi 1027 Controllo valvole proporzionali avvolgifiocco EVP 74 75 Mi 1028 Controllo valvole proporzionali salpa ancora EVP 76 77 Mi 1029 Controllo valvole proporzionali salpa ancora EVP 78 79 Mi 1030 Controllo valvola proporzionale rilascio rapido scotta randa EVP 144 152 Capitolo 5 Capitolo 5 Le sartie volanti In questo capitolo viene descritto in maniera completa il funzionamento delle sartie volanti La scelta di spiegare una funzione nello specifico permette di comprendere meglio come l oleodinamica venga sfruttata per svolgere una determinata operazione a bordo di un imbarcazione Le manovre correnti scelte sono particolarmente significative in quanto sfruttano l oleodinamica
20. Nella prima parte viene riportato l elenco completo dei dispositivi prodotti dall azienda codificati secondo lo standard da essa utilizzato Ciascun componente infatti riporta un etichetta contenente una serie di informazioni quali nome completo del disegno del dispositivo contenuto nella banca dati dell azienda data di consegna codice di identificazione univoco Questo consente l identificazione del pezzo senza possibilit di errore ed un rapido accesso ai responsabili dell ufficio tecnico dell azienda alle caratteristiche di tutte le parti per rendere pi agevole possibile il lavoro quando viene prestata assistenza al cliente Data l estensione e la complessit dell impianto il manuale deve riportare anche l elenco delle singole valvole dei sensori e dei singoli tubi con specificata la loro posizione all interno del sistema Di particolare importanza sono le caratteristiche dei tubi componenti che possono essere soggetti a disfunzioni in prossimit dei raccordi di collegamento ai distributori In caso di guasto l azienda dovr procedere rapidamente all allestimento di un nuovo tubo nella propria officina con le stesse caratteristiche dimensionali ed i raccordi del componente danneggiato Particolare attenzione viene prestata all indicazione dei collegamenti fra tubi pompe motori idraulici cilindri girafiocco distributori serbatoio e nel complesso di tutti i componenti che potrebbero essere smontati 164 Capitolo 6
21. Normally open DI23 Button MAIN FAST OUT Normally open DI24 Button FUNCTION Normally open D125 Button EMERGENCY DUMP Normally open DI26 Button GS TACK PUMP Normally open 0127 Button GS TACK RELEASE Normally open DI28 Button JIB FURLER Normally open D129 Button JIB FURLER RELEASE Normally open DI30 Button J4 TACK PUMP Normally open I ife Guardando sere cantoni an Figura 6 7 Esempi di pagine del capitolo sei del manuale Elenco segnali di controllo Pe 171 Pe Collegamenti elettrici Section 06 ELECTRICAL SYSTEM PORT NAME CONNECT TO NOTES DI31 Button J4 TACK RELEASE Normally open DI32 Button JIB CUNNINGHAM PUMP Normally open 0133 Button JIB CUNNINGHAM RELEASE Normally open DI34 Button JIBIN Normally open DI35 Button JIB OUT Normally open DI36 Button JIB CLEW UP Normally open 0137 Button JIB CLEW DOWN Normally open 138 Button TRAVELER PORT Normally open 0139 Button TRAVELER ST8D Normally open 140 Button SYSTEM ENABLE Normally open Did Button SYSTEM STOP Normally open oraz Button RUDDER ENGAGE Normally open D143 Button RUDDER RELEASE Normally open Dida Button MAIN IN Normally open bias Button MAIN OUT Normally open DI46 Button FUNCTION Normally open DI47 Button TACK Normally open bias Button BACKSTAY PORT PUMP Normally open 1a Button BACKSTAY PORT RELEASE Normally open DISO DONKEY IN DISI DONKEY RUNNING DIS2 POS
22. V P 204 010 V P 206 0 10 V P 208 0 10 V P 210 0 10 V P 150 0 10 V P 152 0210 V Annotazioni P 716 0 10 V P 700 0 10 V P 059 0 10 V P 061 0 10 V P 063 0 10V P 064 0 10V P 500 0 10 V Annotazioni P 304 0 10V P 305 0 10 V S 200 0 10 V S 061 4 20 mA P 601 0 10 V P 602 0 10 V Annotazioni P 054 0 10 V P 055 0 10V S 054 4 20 mA S 055 4 20 mA P 056 0 10 V P 057 0 10 V S 056 4 20 mA Funzionamento e gestione dell impianto ESPANSIONE 1 Can bus 2 IO RO16 Digital Output Indirizzo 2017 160 2018 161 ESPANSIONE 2 Can bus 2 10 RO16 Digital Output Mors Descrizione Controllo flusso olio culatta cilindro sartia destra lato 4 1 Controllo flusso olio culatta cilindro sartia destra lato 2 1 Rilascio rapido cilindro sartia destra lato 4 1 Controllo flusso olio testata cilindro sartia destra lato 2 1 Controllo flusso olio testata cilindro sartia destra lato 4 1 Controllo flusso olio culatta cilindro sartia sinistra lato 4 1 Controllo flusso olio culatta cilindro sartia sinistra lato 2 1 Rilascio rapido cilindro sartia sinistra lato 4 1 Controllo flusso olio testata cilindro sartia sinistra lato 2 1 Controllo flusso olio testata cilindro sartia sinistra lato 4 1 Svincolamento carrello trasto Controllo flusso olio carrello trasto lato destro Controllo flusso olio carrello trasto lato sinistro Descrizione Discesa skeg Sollevamento ske
23. Volume massimo olio testata dm 0 42 Tabella 3 14 Principali caratteristiche del cilindro di sollevamento del sistema propulsivo Non comprensivo delle perdite idrodinamiche 101 L impianto oleodinamico dell imbarcazione Wally 100 Magic Carpet Cubed Figura 3 13 Componenti del sistema propulsivo e flusso di potenza Si distinguono nell ordine motore endotermico 1 pompa oleodinamica 2 distributore 3 motore oleodinamico 4 giunto di collegamento e albero di trasmissione 5 elica 6 3 4 3 Generazione energia elettrica Il sistema di generazione di energia elettrica rappresenta la seconda utenza per quantitativo di potenza richiesta L impianto di ricarica delle batterie si compone di due unit distinte un alternatore principale composto da un motore trifase brushless con regolazione elettronica a due poli connesso ad un motore oleodinamico ed erogante una potenza massima di 18kW un alternatore di emergenza collegato al motore endotermico principale tramite cinghia ed erogante una potenza massima di 3 6 KW L alternatore principale connesso al circuito oleodinamico ma a differenza del sistema propulsivo esso lavora in circuito aperto Il motore endotermico fornisce potenza ad una pompa che invia l olio ad un apposito distributore Il sistema di controllo interviene sulle valvole elettromagnetiche montate sul distributore per indirizzare il flusso verso differenti utenze tra cui il motore oleodin
24. come il comandante ed i suoi assistenti Questo serve per risolvere al meglio i problemi e soddisfare appieno tutte le esigenze del cliente Si pu scegliere di adottare tutti sistemi manuali tutti automatizzati oppure una parte di essi manuali e la restante parte automatizzati Definito ci si passa alla scelta specifica di ciascun sistema relativo alla singola utenza ed al modo di movimentarlo se esso non manuale A nnn Figura 2 2 Due esempi di attrezzatura per imbarcazione a vela a sinistra cilindro oleodinamico a destra verricello elettrico 49 L oleodinamica sulle imbarcazioni a vela principali vincoli che si presentano riguardano le potenze richieste gli ingombri e le masse dei vari componenti l efficienza la possibilit di utilizzo simultaneo di pi funzioni la stabilit di funzionamento L attrezzatura comprende un certo numero di verricelli cilindri e sistemi avvolgifiocco 2 3 3 Sistemi ausiliari A secondo del tipo e della categoria di imbarcazione si possono trovare diversi sistemi ausiliari come salpa ancora dissalatore pompa dell acqua ventilatore E molto importante una corretta definizione delle contemporaneit delle funzioni per poter determinare il massimo fabbisogno energetico e dimensionare opportunamente tutti i componenti Come esempio si pu citare il dissalatore funzione che non di importanza primaria il cui utilizzo pu essere negato in talune condi
25. compatibile con le caratteristiche dell olio e con le specifiche dei componenti prevede l installazione nell impianto di un serbatoio di adeguate dimensioni eventualmente alettato per migliorare l efficienza di scambio fra le pareti e l aria Questo il raffreddamento naturale adatto ad impianti di piccole dimensioni e funzionanti per intervalli di tempo limitati presenta per una serie di limitazioni che rende questa 114 Capitolo 3 tecnica di raffreddamento inadatta agli impianti pi grandi L efficienza di scambio del serbatoio relativamente bassa inoltre le sue dimensioni devono essere contenute per limitare gli ingombri i costi ed i volumi di olio Questi problemi vengono risolti mediante il raffreddamento forzato da eseguire con appositi scambiatori termici di cui esistono sostanzialmente due tipologie olio acqua e olio aria La scelta dipende da fattori ambientali e funzionali sulle imbarcazioni si preferisce la prima tipologia in quanto consente lo scambio del calore con l acqua del mare e permette l installazione del componente sotto la coperta senza che sia necessaria la presenza di prese d aria Inoltre presentano un efficienza nettamente superiore a parit di ingombro sono esenti da rumorosit e il loro funzionamento perfettamente controllabile in termini di inserzione e disinserzione per mezzo di un termostato immerso in olio In entrambi i casi occorre trattare la massima portata d olio possibile ossia
26. con due volanti controllate da un sistema di cilindri idraulici oppure da verricelli motorizzati Un sistema di ripristino manuale deve essere Derive mobili con profilo asimmetrico disposte lungo i lati dell imbarcazione e necessarie a produrre una forza di portanza idrodinamica Deriva mobile con profilo simmetrico disposta lungo l asse centrale dell imbarcazione e necessaria a garantire una forza di portanza idrodinamica 76 Capitolo 3 in grado di intervenire sul sistema in caso di pericolo Esso provveder a rilasciare la tensione sulle manovre in maniera rapida La barca pu essere equipaggiata con un sistema di sollevamento della chiglia ma sono vietate le chiglie basculanti e rotanti Per quanto riguarda la generazione di energia elettrica ogni imbarcazione deve essere dotata di un sistema in grado di sviluppare una potenza pari a 12 kW o superiore Questa destinata all alimentazione degli apparecchi elettrici alcuni dei quali obbligatori in particolare dovranno essere installati un sistema di condizionamento dell aria un forno da cucina un frigorifero un freezer ed un sistema di riscaldamento dell acqua Infine un dissalatore con capacit pari a 0 03 dm5 s completa la dotazione dell imbarcazione Un parametro importante che il progettista non deve trascurare il livello di intensit sonora generato dal motore primo Le regole di classe prevedono di misurare questo valore in condizioni di barca orm
27. corrisponderebbe alla piena portata ossia a realizzare un controllo in velocit Se la pompa di alimentazione ha cilindrata variabile il controllo di velocit dell utenza si potrebbe ottenere anche riducendo la cilindrata Questa soluzione non pu essere applicata se le utenze sono pi di una e le rispettive velocit vanno controllate singolarmente In queste condizioni la soluzione pi comune consiste nell installazione di un regolatore di flusso per ogni utenza 6 72 Capitolo 2 2 8 Esempio di impianto oleodinamico per imbarcazione a vela di medie dimensioni Sfruttando le potenzialit offerte dell oleodinamica possibile trasformare una barca a vela anche di ingenti dimensioni in un oggetto facile da gestire sicuro adatto ad essere governato da un numero ridotto di persone e con un basso sforzo fisico Unendo all oleodinamica un sistema di controllo elettronico possibile automatizzare l intero sistema Questo si sposa con la filosofia dell azienda Cariboni Srl denominata easy sailing Nell esempio qui riportato schema in figura 2 9 si vogliono mostrare le caratteristiche di un impianto nel suo complesso per la descrizione dei singoli componenti ci si riferir all apposita sezione Figura 2 9 Schema di impianto oleodinamico per imbarcazione a vela di tipo crociera veloce con lunghezza intorno ai 20 metri L impianto costituito da 1 Un cilindro a doppio effetto dedicato alla scotta d
28. della velocit di regime In questa condizione il motore oleodinamico connesso all albero della macchina deve vincere solamente il suo momento d inerzia e le resistenze causate dagli attriti interni tra gli organi di accoppiamento quali i cuscinetti Quando la macchina viene collegata alla rete elettrica la coppia resistente cresce per effetto delle interazioni elettromagnetiche che si creano al suo interno Il motore oleodinamico incontrer dunque una maggiore resistenza alla rotazione e la pressione nel circuito aumenter di conseguenza La pompa dovr perci fornire al fluido maggiore potenza mentre la portata dovr essere mantenuta costante Il sistema di controllo interverr sul sistema di alimentazione del motore endotermico per incrementare la potenza erogata pur mantenendo costante la velocit di rotazione Le maggiori difficolt che si incontrano con questo tipo di controllo e gestione del motore primo riguardano il mantenimento di una velocit di rotazione costante al variare del carico resistente offerto dall utilizzatore Se il carico elettrico sull alternatore diminuisce si verifica per effetto una diminuzione della pressione nella linea di mandata tra pompa e motore oleodinamico Se si vuole che la pompa mantenga una portata costante il motore endotermico dovr fornire una potenza minore pur mantenendo invariata la velocit di rotazione Il sistema di controllo e gestione della velocit di rotazione dovr dunque intervenir
29. delle pulsantiere tramite un apposito tasto L unit di controllo centrale effettua una verifica sullo stato dei pulsanti e se trova una qualche anomalia disattiva i tasti relativi Questo per evitare che nel caso un qualsiasi pulsante rimanga bloccato in modalit attiva si verifichi un funzionamento involontario dell utenza relativa quando uno dei motori primi viene attivato Una volta effettuata questa operazione possibile decidere quale fonte di potenza utilizzare Se si decide di avviare il motore endotermico principale un sensore installato su di esso provvede ad inviare un segnale al sistema di controllo informandolo sullo stato del sistema La modalit di funzionamento risulta cos definita L unita di controllo provvede alla verifica della disponibilit delle tre differenti unit che costituiscono il serbatoio mediante la lettura dai segnali provenienti dai sensori di posizione posti presso le leve di comando delle valvole a sfera Se la disponibilit confermata il sistema pu procedere al funzionamento in condizioni normali Nel caso contrario comparir un segnale dall allarme sullo schermo di comando dell unit plc Se la disponibilit dei serbatoi limitata ad una unit il sistema pu essere comunque 137 Funzionamento e gestione dell impianto avviato ma va prestata la massima attenzione alla temperatura dell olio in quanto potrebbe crescere oltre misura L equipaggio pu procedere tramite un a
30. di scarico del motore termico nonch ai sistemi di lubrificazione e raffreddamento Bisogna considerare infine il consumo di combustibile Esso non un parametro cos stingente per questo tipo di barche in quanto per i lunghi spostamenti sfruttano in genere la propulsione a vela Inoltre non si pu presentare il problema che l imbarcazione rimanga bloccata per mancanza di combustibile In base a queste considerazioni ed in base ai calcoli effettuati sul massimo fabbisogno di potenza si scelto di utilizzare il motore nella condizione di massima efficienza corrispondente ad un regime di rotazione pari a 272 rad s 2600 rpm La potenza erogata risulta pari a 200 kW ed il consumo specifico di combustibile risulta inferiore del 20 rispetto alla condizione di massima potenza Inoltre il rumore generato risulta ridotto e compatibile ai vincoli regolamentari 119 L impianto oleodinamico dell imbarcazione Wally 100 Magic Carpet Cubed La seconda fonte di potenza costituita da un altro motore endotermico a ciclo diesel con dimensioni e prestazioni inferiori rispetto al precedente Esso in grado di erogare una potenza massima pari a 55 kW mentre la massa complessiva a secco uguale a 264 kg Esso movimenta due differenti pompe disposte in serie e collegate all albero di uscita con le stesse modalit del sistema precedentemente esposto Questa unit svolge una funzione di supporto al motore principale ed in grado di sostituir
31. elettrovalvole a controllo proporzionale la definizione dei limiti di temperatura dell olio entro i quali richiesta l attivazione dello scambiatore di calore l impostazione dei limiti delle corse di alcuni cilindri l impostazione del campo di tolleranza sul numero di giri dell alternatore la possibilit di disinserire la protezione termica dei motori elettrici l impostazione della posizione superiore ed inferiore della chiglia la definizione delle modalit di funzionamento dei Magic Double e inoltre una 172 Capitolo 6 serie di informazioni riguardanti la pressione dell olio nei diversi punti dell impianto la velocit di rotazione dell alternatore le posizioni degli steli dei cilindri Nelle figure seguenti sono riportate in qualit di esempio alcune delle schermate mostrate dall unit di controllo 4 First of all you must press the ENABLE button to activate the button panels The system checks all the Buttons if there is some that don t work correctly switches off these functions Only then you can start the diesel engine start up procedure by the buttons in the pedestal panel control When the main diesel engine VM MR705 is switched on and all the oil tanks three tanks are available You can use the propulsion system In emergency conditions at least o Section 07 PLC amp LOGIC 7 02 Propulsion condition n s under control Remember you must move the propeller down till the limit s
32. energia In entrambi gli impieghi descritti della leva idraulica vale il principio di conservazione dell energia l energia immessa o restituita sul pistone 1 uguale all energia restituita 0 immessa sul pistone 2 La legge della conservazione dell energia vale in linea teorica per qualunque trasmissione fermo restando che in 1 per poter funzionare correttamente il sistema necessita di valvole di ritegno X e Y che impediscono il riflusso del liquido dalla pompa al serbatoio e un rubinetto Z che consente la discesa del pistone 2 senza l intervento della pompa figura 2 4 58 Capitolo 2 pratica l energia immessa differisce dall energia restituita per le perdite intercorse La leva idraulica la forma pi elementare di trasmissione idraulica dell energia Il principio di Bernoulli una diretta conseguenza del principio di conservazione dell energia Riferito al liquido ideale fluido incomprimibile privo di attrito interno e rispetto alle pareti che scorre in regime permanente velocit costanti nelle singole sezioni entro un tubo di flusso mantello chiuso rigido impermeabile di sezione qualunque si enuncia come segue In ogni sezione di un tubo di flusso per un liquido ideale in regime permanente costante la somma della pressione statica idrostatica e dinamica 1 p p g ht p v cost 3 6 p rappresenta la pressione di tipo statico lungo la linea di flusso p la densit del fluido g l acceleraz
33. essa potr infatti essere posizionata in base alle condizioni di navigazione presso l asse di mezzeria della nave oppure vicino ad uno dei suoi lati 83 L impianto oleodinamico dell imbarcazione Wally 100 Magic Carpet Cubed 2 7 y 224 al x IN a 0 2 1 Figura 3 3 Particolari delle manovre di regolazione del punto di scotta del fiocco 1 2 e del carrello del trasto 7 84 Capitolo 3 Un secondo cilindro 2 regola l altezza della scotta modificando la posizione verticale di un anello 5 attraverso cui passa la scotta del fiocco Per una descrizione dettagliata sul funzionamento di queste manovre si rimanda al paragrafo 1 5 6 capitolo 1 Nella stessa figura 3 3 inoltre presente un particolare del sistema di regolazione del carrello della randa 6 Questa manovra definita trasto costituita da un cilindro oleodinamico a doppio effetto realizzato in lega di titanio Ti 6A1 4V collocato nella parte poppiera dell imbarcazione al di sotto della coperta il quale permette la regolazione di due cime 7 8 che scorrono attraverso delle pulegge connesse alla camera dell attuatore che in questo caso mobile e scorre su dei carrelli mentre lo stelo fisso e vincolato alle strutture dell imbarcazione Le cime 7 8 sono collegate al carrello 9 al quale viene connessa la scotta della randa Questo consente un controllo preciso dello spostamento del carrell
34. exo f f fsa fi ID as Xi xe G RENOVABLE DONKEY E CYLINDERS MANIFOLD 3 E GS DONK MF 13 MAN_2CL_700_15342 MAN_2CL_700 15342 PT sul om e C MF3 Cari K K pesigia Cona DONKEY MF 14 MAN_EVC_5_A_16952 L asa sd pes REV DATATDATE DESCRUONE DBCRPTON NOME NAME ae x WALLY CENTO RP AE co CARIBON I S r l J CONTROLLATO CHECKED DATA DATE Via Mattei YA L e PRESSURE LINE eee TANK LINE APPROVATOT APPROVED DATA BATE L e MIA Tel 039 6079609 a ee LOAD SENSING DISEGNO N DRAWING TREY CARIBONI 3 039 6079128 SCH OLEO_WALLY_RP100 REV 22 SS BESCAIIONE DESCRPTON E Hydraulic Scheme Wally RP100 E 2 3 4 5 6 T 8 Pee ela OO L E TTT Bibliografia 1 2 3 4 5 6 7 Roger Marshall 1979 Disegnato per vincere Mursia editore Carl A Marchaj 1987 Aero idrodinamica della vela Analisi interpretazioni dei dati e implicazioni pratiche Mursia editore John Terry 1993 Andare a vela Mursia editore Ivar Dedekam 2012 Tecniche di vela illustrate Editrice incontri nautici Giorgio Diana Fabio Fossati 2002 Principi di funzionamento di un imbarcazione a vela Schonenfeld amp Ziegler Dr Ing Hanno Speich Dr Ing Aurelio Bucciarelli 1991 L oleodinamica principi componenti circuiti Tecniche Nuove Paolo Lodigiani 1998 Introduzione al capire e progettare le barche B C A Demco Kit
35. fanno parte le sartie lo strallo di prua e lo strallo di poppa o paterazzo All albero sono fissate le crocette e la trozza del boma su di esso viene poi inferita la randa Per quanto riguarda le manovre correnti fanno parte di questa categoria le drizze per alzare ed ammainare le vele le scotte per regolarle ed il caricabasso del boma che ne impedisce il suo innalzamento 20 Capitolo 1 La parte aperta della barca dove solitamente si trovano i verricelli ed il timone prende il nome di pozzetto durante la navigazione normale l equipaggio sta al suo interno Nel capitolo ci si riferir sempre ad un imbarcazione di tipo dislocante in cui la capacit di raddrizzarsi e di tornare nella posizione verticale una volta che essa si trova sbandata per effetto del vento che agisce sulle vele non legata al peso dell equipaggio ma affidata alla presenza di una chiglia dotata di zavorra testa d albero penna vela testa d albero strallo ballumina paterazzo crocette o varea stecche ralinga _Sartie albero piede d albero mura ni boma trasto coperta scafo linea di galleggiamento pescaggio timone deriva bulbo Figura 1 1 Parti principali dell imbarcazione a vela 1 2 1 Fondamenti sulla conduzione di un imbarcazione a vela Per andatura di un imbarcazione a vela si intende l angolazione che esiste tra la direzione lungo la quale la barca procede e la direzione da cui proviene il vento U
36. in ogni istante di funzionamento ed evitare che possano verificarsi anomalie o danni ai componenti Concettualmente si pu associare un segnale trasmesso da un sensore ad un informazione in base alla quale l unit centrale di controllo agir di conseguenza Inoltre potr rendere disponibili tali informazioni all utente mediante un videoterminale La tabella 4 1 riporta l elenco completo dei sensori II sistema di controllo riceve inoltre in ingresso i segnali provenienti da un potenziometro e da due sensori di posizione collegati alla leva di comando del sistema propulsivo In totale i segnali in ingresso sono 183 Per quanto riguarda i segnali in uscita oltre a quelli gi citati relativi alle valvole il sistema deve essere in grado di regolare il grado di ammissione dei motori endotermici fornire il consenso al dispositivo di connessione che permette la ricarica delle batterie quando il numero di giri dell alternatore si trova all interno di un campo ben definito avviare i motori elettrici all occorrenza e attivare una serie di spie di segnalazione sullo stato del sistema In totale i segnali in uscita sono 128 Da questo si capisce come la gestione dell impianto possa divenire cosa alquanto complessa se non vengono fornite agli utenti tutte le informazioni necessarie al suo corretto utilizzo al suo controllo e monitoraggio nonch alla risoluzione dei pi comuni inconvenienti che si possono verificare Queste saranno alcune delle
37. interseca con la vela Modificando la posizione verticale dell anello 3 mediante l intervento di una cima 5 viene modificata l angolazione con la quale la scotta applica la forza di trazione sulla vela In particolare lascando la manovra l anello si allontaner dalla superficie del ponte e la componente orizzontale della forza di trazione della scotta assumer un valore maggiore In questo modo verr aumentata la tensione sulla base del fiocco ci determiner una diminuzione della curvatura della vela che porter a generare una minore forza di portanza ed una minore forza laterale Se invece la manovra viene tesata l anello 3 si sposter verso il basso ed in questo caso sar la componente verticale della forza di trazione sulla scotta ad assumere il valore maggiore In questo modo l aumento di tensione sulla vela riguarder soprattutto la balumina il fiocco assumer una forma pi arrotondata determinando un aumento della forza di portanza In talune condizioni pu diventare necessario modificare l angolo compreso tra l asse di mezzeria della barca e la linea di corda definita dalla vela di prua Questa regolazione concessa da un ulteriore manovra la quale permette lo spostamento orizzontale del gi menzionato anello 3 lungo la direzione trasversale della barca Questo possibile modificando la posizione del punto di collegamento fra la cima 5 di controllo della manovra precedentemente descritta ed il ponte Questo s
38. l utilizzo di semplici dispositivi e mediante un opportuna logica E possibile dunque fare assumere al sistema una natura 136 Capitolo 4 differente In sostanza come se si avessero a disposizione impianti diversi ciascuno con una determinata funzionalit Se si assumono questi concetti e li si trasferiscono nella progettazione di un imbarcazione a vela si ottiene ci di cui la barca in questione l espressione uno strumento capace di coniugare differenti filosofie e di rispondere alle differenti esigenze che l armatore di un imbarcazione di questo livello richiede La barca pu assumere cos una doppia natura efficace in regata utilizzabile in crociera da un equipaggio ristretto a pochi membri Proprio quest ultimo aspetto rappresenta un limite per barche a vela di ingenti dimensioni in quanto richiedono un equipaggio relativamente numeroso non compatibile con la disponibilit di alloggi presenti a bordo Inoltre la possibilit di avere un sistema propulsivo con una doppia alimentazione garantisce una maggiore sicurezza e riduce al minimo le probabilit che la barca rimanga bloccata in mare aperto Di seguito vengono descritte nello specifico le differenti modalit di funzionamento del sistema 4 4 1 Modalit propulsiva La prima operazione che l equipaggio deve effettuare quando decide di utilizzare l impianto oleodinamico a prescindere dalla modalit di funzionamento scelta prevede l attivazione
39. lato sinistro Sensore pressione verricello primario lato sinistro Sensore pressione verricello volante lato destro Sensore pressione verricello volante lato destro Sensore pressione verricello volante lato sinistro Sensore pressione verricello volante lato sinistro Descrizione Sensore pressione verricello albero lato destro Sensore pressione verricello albero lato destro Sensore pressione verricello albero lato sinistro Sensore pressione verricello albero lato sinistro Sensore pressione camera cilindro volante lato destro Sensore pressione camera cilindro volante lato destro Sensore di posizione stelo cilindro sartia lato destro lato 2 1 Sensore di posizione stelo cilindro sartia lato destro lato 4 1 Descrizione Rel scambio valvole proporzionali cilindro doppio a doppio effetto Rel scambio valvole proporzionali cilindro doppio a doppio effetto Rel scambio valvole proporzionali cilindro a doppio effetto Rel scambio valvole proporzionali sistema propulsivo condizione emergenza Controllo flusso load sensing Controllo valvole proporzionali cilindro doppio a doppio effetto Controllo valvole proporzionali cilindro doppio a doppio effetto Controllo valvole proporzionali cilindro a doppio effetto Controllo valvola proporzionale dissalatore Controllo valvola proporzionale scambiatore di calore Controllo valvola proporzionale alternatore Descrizione Controllo valvola proporzionale ventilatore Contro
40. limit vai The system accelerates the diesel 21305 1vp622 7304 9305 vam engine to the set limit BUTTON CONDITION WORKING COMPONENTS ENABLE the button panels ENGINE MODE The system moves the propeller EV5O1 EVP500 EV200 EV203 200 POVERA DOS owt p200 P500 The system moves the propeller EVSO1 FVP500 201 Ev202 5200 peers up 202 P500 pes The system moves the steering EVSO1 EVPS0O EV204 V207 5204 cylinder to engage the quadrant P204 P500 The system moves the steering EV501 EVP500 EV205 EV206 S206 RUDDER DISENGAGE cinder to disengage the yan pao quadrant The system opens the transom A RANSOM DOOR OPEN oor cylinder to open the door TRANSOM DOOR CLOSE T esvstemdioses he transom eso evason ev210 P210 P500 door cylinder to close the door OUTHAUL PUMP bren aai EV501 EVPS00 EV130 P130 P500 The system releases the outhaul OUTHAUL RELEASE evi cylinder VANG PUMP an ee een oe EV501 EVPSO0 EV132 P132 P500 cinder iii asa The system releases the vang bi so cvtinder ss posa The system releases the vang Pas nm cylinder fast PEER The system releases the jb iva sini up down cylinder JB CLEW DOWN Prata ee EVSO1 EVPS0O EV150 P150 P500 up down cylinder mN Tree rn are eee EVSO1 EVPSOO EV152 P152 P500 up down cylinder Po Figura 6 8 Esempi di pagine del capitolo sette del manuale Funzionamento sistema 4 Winches setting pages Section 07 PLC amp LOGIC Measured pressure Me
41. linea di bassa pressione mentre l altra identificato come numero due fornisce potenza oleodinamica alla linea di alta pressione Nel caso la potenza richiesta da una delle due linee risulti superiore a quella fornibile da un unico motore il sistema di controllo provveder ad azionare entrambe le motopompe collegandole alla stessa linea di pressione Nella situazione opposta in cui entrambe le motopompe stanno alimentano la stessa linea di pressione ed un membro dell equipaggio aziona un utenza collegata alla linea opposta il sistema provveder ad indirizzare il flusso erogato da una delle due macchine verso quest ultima linea Bisogna inoltre sottolineare che le due pompe presentano una doppia serie di pistoni le quali alimentano due distinte linee di uscita dalla macchina Questo permette di implementare un sistema di controllo che rimandi al serbatoio uno dei due flussi quando la pressione nel circuito supera un predeterminato valore In 139 Funzionamento e gestione dell impianto questo modo la pompa erogher una portata inferiore ma il motore elettrico non verr messo in crisi Questo tipo di gestione possibile solamente grazie ad un appropriata logica implementata nel sistema di controllo che interviene su una serie di valvole posizionate sopra un apposito distributore ci garantisce una grande flessibilit nel convogliare i flussi Naturalmente l utilizzo dei motori elettrici deve essere limitato nel tem
42. manovre correnti sulla parte inferiore della randa A sinistra forza di trazione F applicata dal tesabase a destra forza di trazione F applicata dal cunningham dispositivi non sono visibili nelle fotografie in quanto posizionati all interno del boma o sotto la coperta e funzionanti tramite un meccanismo di rinvii 38 Capitolo 1 1 5 6 I tenditori del punto di scotta delle vele di prua Per le imbarcazioni che presentano un armamento di tipo bermudiano il caso della barca in questione quando si parla della velatura che si trova a prua dell albero ci si riferisce ad un insieme di vele le quali vengono armate singolarmente o in talune condizioni anche in maniera simultanea nella parte pi avanzata dell imbarcazione Esse presentano caratteristiche tra loro differenti che le rendono pi o meno adatte alle differenti condizioni di navigazione Le manovre correnti descritte in questo paragrafo non si riferiranno dunque ad una vela specifica come accadeva per le manovre relative alla randa ma si occuperanno della regolazione dei diversi fiocchi che saranno di volta in volta armati sullo strallo di prua Aiutandosi con la figura 1 10 possibile comprendere il funzionamento delle suddette regolazioni Una cima collega il punto di scotta della vela di prua 1 ad un verricello 2 posizionato nella zona centrale dell imbarcazione Essa passa attraverso degli anelli 3 4 necessari a variare la direzione con cui la cima si
43. montare lo scambiatore sulla tubazione generale di ritorno inoltre esso va protetto dalle sovrapressioni 6 Riferendoci al sistema installato nell impianto della barca in questione esso presenta un serbatoio dell olio suddiviso in tre unit con capacit pari a 100 dm ciascuna ci garantisce un elevata inerzia termica per via del grande volume di fluido presente ed una maggiore superficie di scambio con l ambiente Inoltre nell impianto presente uno scambiatore a piastre 1 all interno del quale scorrere l olio di ritorno dalla utenze Questi scambiatori di calore a superficie sono costituiti da una serie di piastre metalliche di forma approssimativamente rettangolare disposte l una accanto all altra delimitando dei volumi in cui i fluidi si avvicendano con flusso in controcorrente Le piastre sono appositamente sagomate in modo da aumentare la superficie di scambio la turbolenza ed incrementare la resistenza alla flessione e mantenute separate attraverso guarnizioni in gomma alloggiate in appositi solchi laterali che garantiscono la tenuta idraulica verso l esterno ed intorno ai fori di passaggio Ciascuna piastra a contatto da un lato con il fluido caldo e dall altro con il fluido freddo in maniera alternata L alimentazione e lo scarico dei fluidi avviene tramite dei fori ricavati agli angoli delle piastre Esse sono impaccate a pressione in un opportuno telaio L unita di controllo centrale plc monitora costantemen
44. permesso di comprendere nel dettaglio il funzionamento del sistema i motivi che hanno portato al compimento di determinate scelte gli aspetti 163 Il manuale di gestione dell impianto pi delicati del funzionamento e della gestione Questo ha fornito un ulteriore serie di informazioni che aggiunte a quelle precedentemente acquisite hanno permesso la definizione del manuale Lo studio di tutti i dati a disposizione ha poi concesso un controllo accurato di tutte le funzioni mettendo alla luce le eventuali incongruenze derivanti da sbagli e mancato aggiornamento di alcuni degli interventi apportati Particolare attenzione stata data al controllo di tutti i segnali in ingresso ed uscita dal controllore a logica programmabile plc e delle potenzialit offerte dal sistema modifica di alcuni parametri controllo dei segnali avvertimento in caso di funzionamento anomalo Interfacciandosi col tecnico che si occupato della stesura del programma documentandosi sui meccanismi di funzionamento di questi dispositivi e venendo progressivamente aggiornati sulle modifiche richieste dal cliente si giunti ad un quadro completo del funzionamento dell intero sistema II manuale ha subito cos degli aggiornamenti che si sono avvicendati durante le sue fasi di stesura 6 2 Struttura del manuale II manuale strutturato in capitoli ciascuno dedicato ad un preciso aspetto dell impianto in modo da renderne pi rapida la consultazione
45. permesso la realizzazione di progetti sempre pi complessi e sofisticati Come altri sistemi di trasmissione della potenza l oleodinamica presenta limiti e controindicazioni di cui occorre tenere conto nell impostazione iniziale del progetto Il 56 Capitolo 2 rendimento totale della trasmissione inferiore a quello di trasmissioni meccaniche ed elettromeccaniche Se sono richieste tolleranze spinte di sincronizzazione di pi utenze occorrono dispositivi di controllo e di regolazione relativamente complessi L alimentazione contemporanea di attuatori in parallelo richiede particolari accorgimenti circuitali La comprimibilit del liquido sebbene limitata pu incidere sulla precisione dei movimenti soprattutto nei grandi impianti funzionanti ad alta pressione inoltre la variazione di viscosit del liquido dovuta ai cambiamenti di temperatura pu essere fonte di perturbazione E quindi richiesta una progettazione impiantistica molto attenta che adotti tutti quei provvedimenti necessari a limitare gli aspetti negativi e che permetta di sfruttare appieno tutti i vantaggi di questa tecnologia 2 6 1 Principi di oleodinamica Si immagini di collegare con un tubo due recipienti cilindrici 1 e 2 di diametri d e d aree A ed A2 pieni di liquido incomprimibile e muniti di due pistoni Se si applica al pistone di diametro d la forza F4 perch il sistema rimanga in equilibrio necessario applicare al pistone di diametro d
46. principale atto ad alimentare il sistema di propulsione 157 kw ed eventualmente il generatore di energia elettrica 26 kw ed un ulteriore numero limitato di utenze per una potenza massima di 12 kW La modalita regata rappresenta la seconda condizione di funzionamento Essa prevede il funzionamento del solo motore endotermico principale atto ad alimentare un numero massimo di quattro utenze collegata alla linea di bassa pressione e contemporaneamente un numero massimo di tre utenze collegate alla linea di alta pressione In questo caso il carico sul motore risulta inferiore rispetto alla configurazione precedente Nella terza modalit denominata regata crociera entrambi i motori endotermici sono in funzione Il motore principale alimenta il sistema di propulsione ed in pi un numero limitato di utenze al massimo tre Il secondo motore alimenta invece il generatore di energia elettrica ed il ventilatore della sala macchine fornendo una potenza complessiva intorno a 30 kW Potenza richiesta dal sistema propulsivo in condizioni di massime prestazioni Potenza richiesta dal sistema di generazione di energia elettrica nella condizione di massimo carico 128 Capitolo 3 Nella modalit elettrica denominata anche modalit silenziosa i motori endotermici non vengono accesi e l intero funzionamento dell impianto demandato a due macchine elettriche che si trovano in una condizione di attesa e vengono attivate dal sist
47. randa ii 85 Principali caratteristiche relative al cilindro caricabasso del boma 87 Caratteristiche principali avvolgifiOCCO i 88 Caratteristiche delle manovre integrate nel sistema di avvolgimento del TIOCCO ss a ao LR ta 88 Principali dimensioni del cilindro della randa e dei cilindri delle sartie volanti Caratteristiche prestazionali e masse del cilindro della randa e dei cilindri delle sartievolanti trai italia re 91 Volumi d olio del cilindro della randa e dei cilindri delle sartie volanti 91 Principali caratteristiche motore idraulico verricelli i 95 Principali caratteristiche relative al sistema di propulsione 101 Principali caratteristiche del cilindro di sollevamento del sistema propulsivo Cilindrata macchine oleodinamiche relative al sistema di generazione dell energiaelettrica lle LR Ancona 104 Principali caratteristiche del cilindro di sollevamento del portellone di poppa alii iaia aaa 106 Principali caratteristiche cilindro della timoneria i 109 Tipologie sensori di misura e quantit presenti nell impianto 134 Principali caratteristiche relative alle sartie volanti i 155 Segnali gestiti dall unit centrale di controllo durante la fase di apertura del cilindro rele la aaa 160 Segnali gestiti dall unit centrale di controllo durante la fase di chiusura del cilin
48. realizzare con relativa facilit dei sistemi di controllo i quali presentano per alcune limitazioni in particolare bassa velocit di elaborazione dei segnali costo elevato difficolt di riconfigurazione lunghezza e complessit di progettazione e manutenzione Applicazioni di questo tipo spesso definite come logica cablata trovano utilizzo soprattutto per applicazioni in cui richiesto un basso livello di automazione 140 Capitolo 4 In tutti i sistemi in cui richiesta una maggiore flessibilit e complessit di interveto il caso dell impianto in questione tali sistemi vengono soppiantati da sistemi a logica programmata o plc dall inglese programmable logic controller Le principali caratteristiche che tali sistemi possiedono sono la facilit di programmazione e riprogrammazione eventualmente anche sul luogo di utilizzo la facilit di manutenzione e quindi l elevata modularit la robustezza ad ambienti severi insensibilit ai disturbi elettromagnetici alla polvere ed alle vibrazioni la grande affidabilit la facilit nell apportare modifiche ed estensioni la possibilit di recupero dell apparecchiatura la facilit dell autodiagnosi dei guasti la possibilit di controllo remoto dell impianto per mezzo di una LAN local area network la compattezza ed infine il costo relativamente basso La definizione di cosa sia un controllore a logica programmabile si pu trovare nella norma intern
49. regolazione dello strallo sul quale vincolata la manovra L impianto oleodinamico deve prevedere dunque un complesso sistema di alimentazione dell olio al motore idraulico che comanda il sistema di avvolgimento del fiocco intorno allo strallo un sistema di alimentazione dell olio al cilindro che conferisce la tensione allo strallo ed infine un sistema di alimentazione dell olio al cilindro che permette di mettere in tensione il punto di mura del fiocco Entrambi i cilindri sono a singolo effetto con ritorno a gas 87 L impianto oleodinamico dell imbarcazione Wally 100 Magic Carpet Cubed Manovra Portata olio al motore Massa complessiva oleodinamico dm s sistema g Avvolgifiocco 0 42 123800 Tabella 3 7 Caratteristiche principali avvolgifiocco Manovra Corsa pistone Carico di Volume massimo mm snervamento N olio dm Tenditore strallo 398 338445 1 97 Cunningham sul fiocco 200 59233 0 4 Tabella 3 8 Caratteristiche delle manovre integrate nel sistema di avvolgimento del fiocco DE Ri i vr D dl Aye l NW i TON f 6 4 1 3 2 5 Figura 3 5 Particolari del caricabasso del boma e del sistema di avvolgimento del fiocco 6 88 Capitolo 3 L impianto oleodinamico ad alta pressione alimenta anche un cilindro a doppio effetto posto alla base dell albero ed in grado di modificarne la posizione Esso stato fornito da un altra azienda e l
50. sul lato dell imbarcazione da cui proviene il vento nella condizione di figura la sartia volante di sinistra viene messa in tensione mentre quella di destra viene lascata iii 43 Particolari del punto di mura del gennaker e del secondo strallo con indicazione delle forze esercitate dalle manovre di regolazione 44 Resistenza idrostatica in funzione della velocit di avanzamento relativa all imbarcazione Wally 100 Magic Carpet Cubed in assenza di sbandamento 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 2 10 3 1 3 2 3 3 3 4 3 5 3 6 3 7 3 8 3 9 3 10 Due esempi di attrezzatura per imbarcazione a vela a sinistra cilindro oleodinamico a destra verricello elettrico iriririrererereeeee rire rene 49 Treno di trasmissione della potenza per un classico sistema di propulsione 52 Leva idraulica a sinistra Torchio idraulico a destra 57 Cilindro a singolo effetto per mettere in tensione la base della randa 66 Simboli di valvole di non ritorno da sinistra a destra valvola semplice senza e con molla e valvola sbloccabile i 69 A sinistra schema valvola limitatrice ad azione diretta con otturatore a cono a destra simboli grafici n a E a a 70 Schema valvola di strozzamento 72 CIRTEBNo s rela 72 Schema di impianto oleodinamico per imbarcazione a vela di tipo crociera veloce
51. un alternativa all utilizzo di motori elettrici soluzione tipicamente utilizzata per il funzionamento di questi meccanismi Lo sfruttamento della potenza dell impianto oleodinamico presente sull imbarcazione per la movimentazione delle utenze ausiliarie rappresenta una soluzione intelligente che rende completo lo sfruttamento delle potenzialit offerte dal sistema Il livello di complicazione nella realizzazione dell impianto e nella sua gestione non viene sensibilmente aumentato e la richiesta ulteriore di potenza di due ordini di grandezza inferiore rispetto a quella delle utenze principali Questo non implica dunque un sostanziale aumento della potenza massima che i motori primi devono 117 L impianto oleodinamico dell imbarcazione Wally 100 Magic Carpet Cubed fornire e l unico accorgimento da tenere in fase di definizione del progetto riguarda la determinazione delle contemporaneit di funzionamento delle differenti utenze L oleodinamica consente dunque ai progettisti la realizzazione di impianti destinati al controllo di tutte le funzioni presenti sulla barca Figura 3 23 Ventilatore sala macchine 3 5 L impianto oleodinamico nel suo complesso Come esposto nei paragrafi precedenti sono innumerevoli le utenze che si trovano a bordo dell imbarcazione Se poi si considerano le differenti modalit di utilizzo che la barca offre si capisce come il sistema si trovi a funzionare in un numero elevato di condizioni di
52. una forza F di maggiore entit Si pu definire rapporto di moltiplicazione della forza K il numero adimensionale 2 E A d K 4 4 4 3 1 Be Ap di Fi Fe F2 hep h di At di 1 A2 2 2 Figura 2 4 Leva idraulica a sinistra Torchio idraulico a destra 57 L oleodinamica sulle imbarcazioni a vela Se si sostituisce il cilindro 1 con una pompa manuale in grado di prelevare da un serbatoio con ripetute pompate un volume di liquido indefinito ed inviarlo al cilindro 2 si ottiene un torchio idraulico AI pari della leva meccanica la leva idraulica pu essere impiegata in senso diretto o in senso inverso Nel primo caso applicando al pistone 1 la forza F si genera una pressione sp 3 2 p X 3 2 per il principio di Pascal la stessa pressione si applica al pistone 2 dove sviluppa la forza E p A 3 3 quindi possibile concludere xa F Na La forza sviluppata in 2 il prodotto della forza applicata in 1 per il rapporto di moltiplicazione K Dall uguaglianza dei volumi spostati dai pistoni si pu determinare il rapporto fra le corse h1 e h2 h A h A A E fee 3 5 He ae a eee ae DS Applicando al pistone 2 la forza F si ottengono risultati corrispondenti Si conclude che un sistema come quello appena descritto pu essere sfruttato per incrementare una forza o uno spostamento Il prodotto di questi due termini si definisce lavoro o
53. valvole proporzionali verricello volante lato destro EVP 44 45 Controllo valvole proporzionali verricello volante lato sinistro EVP 46 47 Controllo valvole proporzionali verricello pozzetto lato destro EVP 48 49 Controllo valvole proporzionali verricello pozzetto lato destro EVP 50 51 ESPANSIONE 1 Can bus 3 10 DI16 Digital Input Descrizione Annotazioni Pulsante comando 1 velocit verricello primario lato destro Pulsante comando 2 velocit verricello primario lato destro Pulsante comando 1 velocit verricello primario lato sinistro Pulsante comando 2 velocit verricello primario lato sinistro Pulsante comando 1 velocit verricello volante lato destro Pulsante comando 2 velocit verricello volante lato destro Pulsante comando 1 velocit verricello volante lato sinistro Pulsante comando 2 velocit verricello volante lato sinistro Pulsante comando 1 velocit verricello pozzetto lato destro Pulsante comando 2 velocit verricello pozzetto lato destro Pulsante comando 1 velocit verricello pozzetto lato sinistro Pulsante comando 2 velocit verricello pozzetto lato sinistro Pulsante rilascio rapido caricabasso boma Pulsante sollevamento skeg Pulsante discesa skeg ESPANSIONE 2 Can bus 3 IO DI16 Digital Input Mors Descrizione Annotazioni DI 98 DI 99 Pulsante innalzamento velocit di rotazione motore principale DI 100 Pulsante sollevamento skeg DI 101 Pulsante discesa skeg DI 102 S
54. 2 scambiatore di calore 3 alternatore 4 serbatoio 5 motore endotermico secondario e struttura di supporto 6 contenitore skeg 7 3 5 2 Principi di funzionamento Lo scopo di questo paragrafo quello di fornire una descrizione sommaria del funzionamento dell impianto Con questo si intende definire le modalit con le quali opera senza addentrarsi sullo specifico intervento di tutte le valvole necessarie al funzionamento di una specifica funzione Per semplificare la spiegazione l impianto viene suddiviso in diversi sottosistemi corrispondenti a differenti modalit di funzionamento Vengono perci creati semplici disegni che hanno lo scopo di esporre il funzionamento del sistema dal punto di vista concettuale prescindendo dalla definitiva configurazione realizzativa La figura 3 25 rappresenta una semplificazione dell impianto in cui l unica fonte di potenza presente quella principale Il motore endotermico 1 connesso ad una prima pompa a cilindrata variabile 2 essa mette in circolazione il fluido e lo invia ad un distributore 5 che provvede ad indirizzarlo al motore oleodinamico 6 collegato al sistema di propulsivo Pompa distributore e motore oleodinamico sono collegati in circuito chiuso tramite una linea di andata ed una di ritorno le quali possono essere 121 L impianto oleodinamico dell imbarcazione Wally 100 Magic Carpet Cubed invertite Le macchine oleodinamiche sono inoltre collegate al ser
55. 2 A on VM engine P1 HAWE R 2 08 4 2 A on VM engine P2 MF12 EVC HP 7 16 JIC 9 16 JIC 9 16 JIC 7 16 JIC 7 16 JIC 7 16 sIC 7 16 JIC 7 16 JIC 9 16 JIC 3 4 BSP 7 16 JIC 7 16 JIC 3 4 BSP FRENTUBO FRENTUBO TMFA FRENTUBO Powerpack 1 Mela MFI4 MIA MEI FRENTUBO FRENTUBO FRENTUBO FRENTUBO FRENTUBO Powerpack 2 Powerpack 3 Powerpack 4 MF14 MF14 MF11 EVC LP MF14 PWC MF12 EVC HP MF11 EVC LP MF16 FRENTUBO PARKER FRENTUBO FRENTUBO PARKER Through deck donkey Through deck donkey MF11 EVC LP HAWE R 6010 Pump on Donkey HAWE V60N_60 Pump on Donkey S Straight P11 HAWE V60N_110 on VM engine MFI1 EVCLP 1 2070 45 90 1 BSP PARKER Figura 6 2 Elenco dei tubi di mandata dell olio verso i distributori Come esempio sono state messe in evidenza le informazioni relative al tubo di collegamento fra la pompa a pistoni assiali comandata dal motore endotermico principale ed il distributore della linea in bassa pressione Nello specifico vengono indicati 167 Il manuale di gestione dell impianto numero identificativo del tubo componenti di collegamento diametro in pollici lunghezza in millimetri geometria dei raccordi diametro e tipo di filettatura nome del costruttore Queste informazion
56. 3 81 2 65 Tabella 3 11 Volumi d olio del cilindro della randa e dei cilindri delle sartie volanti Aiutandosi con la figura 3 7 possibile descrivere il percorso effettuato dalla scotta della randa 1 Questa manovra costituita da una cima che viene vincolata ad un capo al carrello della randa viene fatta passare attraverso il boma tramite delle pulegge viene deviata all interno dell albero ed infine raggiunge il dispositivo di comando posizionato nella prua della barca nella zona di sentina La cima effettua una serie di giri intorno alle pulegge montate agli estremi degli steli dei cilindri in modo da ottenere uno spostamento tanto pi elevato con un dispositivo tanto pi contenuto possibile figura 3 6 Il capo della cima viene sottoposto all operazione di impiombatura in modo da creare un occhio che poi viene racchiuso in un punto fisso come mostrato in figura 3 8 In questo modo quando il meccanismo di comando della manovra applica una forza di trazione sulla cima il boma schematizzabile come una trave a sbalzo vincolata all albero tramite uno snodo viene sottoposto ad una forza diretta verso il basso e applicata al suo estremo libero Questo causer la curvatura dell elemento dalla quale deriver una modifica della forma assunta dalla randa 91 L impianto oleodinamico dell imbarcazione Wally 100 Magic Carpet Cubed Figura 3 7 Particolari dei meccanismi di comando delle scotta della randa 1 e delle sart
57. 5 4 Il tesabase Questa manovra ha la funzione di mettere in tensione la base della randa agendo sul punto di scotta della vela per decretare un appiattimento pi o meno accentuato della sua parte inferiore Essa applica una forza di trazione F diretta verso poppa come mostrato in figura 1 9 lato sinistro Come visto per le manovre precedentemente descritte l equipaggio della barca pu intervenire in due modi sull attrezzatura cazzando per incrementare lo stato di tensione sulla cima collegata alla vela oppure lascando per diminuirlo In questo modo possibile modificare la forma della vela in base alle esigenze specifiche della navigazione 36 Capitolo 1 Normalmente il tesabase viene lascato permettendo una maggiore curvatura della randa quando il vento apparente diminuisce e quando la prua si allontana dalla direzione di provenienza del vento viene invece cazzato diminuendo la curvatura della vela quando il vento apparente aumenta di velocit e quando la prua si avvicina alla direzione di provenienza del vento Bisogna sottolineare che per comprendere meglio l effetto che una certa manovra ha sul sistema imbarcazione essa non dove essere valutata singolarmente ma bisogna valutare l effetto congiunto derivante della regolazione di tutte le manovre che costituiscono l attrezzatura E proprio grazie ad uno stretto connubio fra l utilizzo di tutte le manovre che l equipaggio di una barca a vela pu esprimere al
58. 6 65 7 7 5 VELOCITA BARCA m s Resistenza idrodinamica Resistenza idrodinamica e aerodinamica in assenza di vento contrario Resistenza idrodinamica e aerodinamica in presenza di vento contrario con velocita 5 15 m s Resistenza idrodinamica e aerodinamica in presenza di vento contrario con velocita 10 3 m s Figura 3 10 Diagramma forza resistente in funzione della velocita della barca per differenti condizioni 96 Capitolo 3 75 00 50 00 quessececere 49 2 KW eeeeeeeees POTENZA EFFETTIVA kW 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 75 VELOCITA BARCA m s Figura 3 11 Diagramma della potenza effettiva in funzione della velocit dell imbarcazione Naturalmente queste curve sono il frutto di simulazioni e sono del tutto teoriche dunque bene mantenere sempre un margine cautelativo Per la barca in questione l impianto deve garantire una velocit di crociera di 5 15 m s 10 nodi in presenza di vento contrario alla direzione di avanzamento e con velocit pari a 10 3 m s 20 nodi La potenza effettiva teorica necessaria in questa condizione pari a 49 2 kW Scopo del sistema propulsivo quello di trasformare la potenza meccanica fornita da un motore endotermico in forza di avanzamento mediante l accelerazione del fluido Per fare ci utilizza un elica opportunamente dimensionata e posizionata al di sotto dello scafo della barca nella zona poppiera Essa collegata ad un a
59. Controllo flusso sistema propulsivo in modalit emergenza Controllo flusso linea bassa pressione Controllo flusso linea alta pressione Controllo flusso linea alta pressione Controllo flusso load sensing Controllo flusso load sensing Controllo flusso linea bassa pressione da motore secondario Controllo flusso linea bassa pressione da motore secondario Controllo flusso linea bassa pressione da motore principale Controllo flusso load sensing 148 Annotazioni EV 306 EV 307 EV 705 EV 606 EV 607 EV 610LS EV 611 LS EV 706 EV 707 EV 708 EV 762 Capitolo 4 ESPANSIONE 5 Can bus 2 10 RO16 Digital Output Descrizione Annotazioni Controllo flusso sistema propulsivo in modalit emergenza Controllo flusso sistema propulsivo in modalit emergenza Rel scambio valvole proporzionali verricello primario lato destro EVP 40 41 Rel scambio valvole proporzionali verricello primario lato sinistro EVP 42 43 Rel scambio valvole proporzionali verricello volante lato destro EVP 44 45 Rel scambio valvole proporzionali verricello volante lato destro EVP 46 47 Rel scambio valvole proporzionali verricello pozzetto lato destro EVP 48 49 Rel scambio valvole proporzionali verricello pozzetto lato sinistro EVP 50 51 Descrizione Annotazioni Controllo valvole proporzionali verricello primario lato destro EVP 40 41 Controllo valvole proporzionali verricello primario lato sinistro EVP 42 43 Controllo
60. ITION SWITCHES on BALL VALVES TANK 1 SF 11 SF 12 SF 13 DIS3 POSITION SWITCHES on BALL VALVES TANK 2 SF 21 SF 22 SF 23 DISa POSITION SWITCHES on BALL VALVES TANK 3 SF 31 SF 32 SF 33 DISS OIL FILTER FULL If close system is OK DIS6 DIL LEVEL If close system is OK 0157 Not used DISS MAIN ENGINE RUNNING piso Not used 160 Button VANG PUMP same of D116 Normally open DIGI Button VANG RELEASE same of DI17 Normally open DI62 POSITION SWITCHES on RETURN VALVE SF 702 Dies DONKEY SUCTION VALVE DI6a Not used DIES FUN SELECTOR ON TARON SI samoa 6079609 amp 29 Il manuale di gestione dell impianto 6 2 6 Plc e logica di funzionamento Nel capitolo sette riportata una descrizione dettagliata delle modalit di funzionamento del sistema Per una loro descrizione specifica si rimanda al capitolo 4 4 Data la complessit dell impianto risulta di fondamentale importanza fornire all equipaggio dell imbarcazione tutte le informazioni relativi alle procedure necessarie alla messa in servizio del sistema alle sue potenzialit ed anche ai suoi limiti Nel capitolo vengono perci descritte le modalit di funzionamento di ciascun componente e di ciascuna funzione presente nel sistema secondo la logica definita in fase di sviluppo del progetto Un ottima conoscenza dell impianto oltre a garantire il massimo sfruttamento delle potenzialit da esso offerte fondamentale per poter mantenere il sistema sotto controllo e ri
61. Meccanica dell imbarcazione a vela L imbarcazione a vela interagisce contemporaneamente con due fluidi aria ed acqua attraverso le forze del vento e del mare Ogni barca composta da componenti strettamente interconnessi lo scafo le vele le appendici di carena le manovre e le prestazioni globali del sistema non possono essere determinate dalle prestazioni di una qualsiasi delle sue parti considerata singolarmente Nella navigazione a vela tutte le forze che governano il moto di un imbarcazione sono dovute al movimento relativo tra la barca stessa ed i fluidi che la circondano Le forze aerodinamiche che agiscono sulla velatura spingono l imbarcazione che nella sua parte immersa interagisce con l acqua tramite una pinna di deriva con profilo ad alta efficienza in grado di produrre una forza idrodinamica opposta alla precedente Mediante la regolazione delle vele e l azione del timone la barca pu essere mantenuta lungo una data rotta Il comportamento dell imbarcazione pu essere interpretato attraverso un equilibrio che si viene ad instaurare tra le forze in questi due elementi aria e acqua 1 3 1 Il triangolo del vento Per effetto del movimento dell imbarcazione bisogna fare una distinzione tra vento reale che quello che si misura da un punto fisso e vento apparente che quello a cui soggetta l imbarcazione in movimento Facendo riferimento alla figura 1 4 detta Vs la velocit della barca un osservatore che si t
62. POLITECNICO DI MILANO Facolt di Ingegneria Industriale Corsa di Laurea in Ingegneria Meccanica Sull impiego dell oleodinamica nella nautica da diporto il caso del maxi yacht Wallycento Magic Carpet 3 Relatore Prof Fabio Vittorio FOSSATI Correlatore Gianni CARIBONI Tesi di laurea di Cristian CASIRAGHI Matricola 784362 Anno Accademico 2013 2014 Ringraziamenti Un ringraziamento particolare va fatto al Sig Gianni Cariboni per avermi dato la possibilit di lavorare presso la sua azienda ed avermi messo a disposizione conoscenze strumenti e persone indispensabili alla svolgimento del mio lavoro Un doveroso ringraziamento va poi fatto al Professor Fabio Vittorio Fossati per la disponibilit e l aiuto prestatomi durante lo svolgimento della tesi Per quanto riguarda il lavoro svolto in azienda voglio ringraziare l intera famiglia Cariboni nello specifico la dott ssa Paola e la Sig ra Mary ed in generale tutto il personale ed i collaboratori in essa impiegati Fabio Erik Lara Galia Daniele Roberto sono solo alcuni Un grosso grazie va poi a Giorgio per avermi istruito sull arte dell oleodinamica ed avermi fornito tutte le informazioni a lui richieste Un ringraziamento molto speciale lo voglio fare all ing Pierluca per avermi sopportato ed aver risposto a tutte le mie domande con grande pazienza Infine voglio ringraziare la mia famiglia che mi ha sempre supportato e sopportato durante il corso dei mie
63. a Nel presente paragrafo vengono descritti tutti quei sistemi montati a bordo delle imbarcazioni per i quali il progettista deve prevedere uno specifico sistema di alimentazione di energia atto a permetterne il funzionamento Va premesso che i sistemi che possono essere collocati sulle barche sono molteplici per questo ci si riferir solamente a quelli montati sulla barca in questione II fabbisogno energetico un aspetto molto importante per quanto riguarda un imbarcazione perch da esso dipender la scelta dei principali impianti di bordo quali motore endotermico generatore elettrico accumulatori che a loro volto influenzeranno il progetto dell intera imbarcazione in termini di posizione della sala macchine e dimensioni esponenti di carico e posizione del baricentro 2 3 1 Il sistema di propulsione II sistema di propulsione divenuto ormai un elemento indispensabile per le imbarcazioni a vele tanto che praticamente tutte ne sono provviste Oltre a 47 L oleodinamica sulle imbarcazioni a vela permettere la navigazione in assenza di vento fondamentale durante le manovre di avvicinamento ai porti e attracco durante le quali vietato l uso delle vele Tutte le barche sono perci equipaggiate con un motore endotermico che oltre a fornire l energia al sistema di propulsione provvede a generare la potenza ausiliaria Esso deve essere opportunamente dimensionato per vincere la resistenza all avanzamento che la barca in
64. a grande maneggevolezza e facilit di controllo 3 1 1 Regole di costruzione generali L imbarcazione deve essere costituita da un unico scafo di qualsiasi materiale con lunghezza compresa fra 30 m e 30 48 m e larghezza compresa fra 6 50 m e 7 20 m La lunghezza massima della linea d acqua non deve superare i 29 5 m mentre la sporgenza di prua che definita come la distanza orizzontale tra il punto pi avanzato dello scafo ed il punto pi avanzato della linea d acqua non deve superare 0 2 m Lo 75 L impianto oleodinamico dell imbarcazione Wally 100 Magic Carpet Cubed specchio di poppa deve avere un inclinazione minima di 4 rispetto all asse verticale Per quanto riguarda la massa complessiva essa deve essere compresa fra 45000 kg e 50000 kg La massima distanza fra la linea d acqua ed il punto pi basso dell imbarcazione prende il nome di pescaggio nel caso la barca sia dotata di chiglia fissa il suo valore non deve risultare superiore a 5 m mentre nel caso in cui la chiglia sia mobile lo stesso valore deve essere compreso tra 4 5 m e 6 2 m Il timone pu essere unico oppure possono essere due in quest ultimo caso devono essere montati sullo stesso piano trasversale Daggerboard alette canard e serbatoi dell acqua utilizzati come zavorra non sono permessi In merito all attrezzatura il regolamento vieta l utilizzo di alberi in grado di inclinarsi o ruotare Inoltre prescrive le principali dimen
65. a pompa al fluido pari a P p Q 3 1 e se con np si indica il rendimento della pompa la potenza richiesta al motore primo indicata con Py W pari a P 3 2 Nelle applicazioni navali il motore primo pu essere elettrico asincrono a regime fisso per navi di una certa entit oppure a combustione interna In quest ultimo caso il campo di lavoro della macchina in termini di velocit in genere abbastanza ridotto per sfruttare al meglio la massima potenza erogabile ed ottimizzare i consumi di combustibile Da questo si capisce che l utilizzo di una pompa a cilindrata fissa adatto ad applicazioni in cui la portata deve rimanere costante se invece questo parametro deve cambiare necessario l utilizzo di una pompa a cilindrata variabile un utilizzo tipico quello negli impianti di propulsione La regolazione pu avvenire tramite un comando esterno oppure tramite una retroazione idraulica che prende il nome di load sensing il sistema viene descritto nello specifico nella sezione 3 5 3 Un altra caratteristica che non pu essere trascurata nella valutazione della bont della scelta di una pompa volumetrica la cosiddetta pulsazione di portata La pompa volumetrica infatti non regola con continuit la mandata perch ad ogni giro le camere di trasporto trasferiscono il fluido con una portata istantanea variabile All aumentare del numero di camere di trasporto che lavorano contemporaneamente diminuisce l irre
66. a quella che si trova installata sul motore principale Il 124 Capitolo 3 fatto di avere due macchine distinte permette di gestire in maniera pi efficiente il fabbisogno energetico delle varie utenze Infatti se le quantit di flusso e di potenza richieste sono limitate soltanto un motore elettrico verr attivato mentre l altro rimarr in stato di attesa e pronto ad entrare in servizio in caso di bisogno Le due macchine potranno cos operare contemporaneamente collegate insieme alla linea di bassa pressione o alla linea di alta pressione oppure una di esse potr essere collegata alla linea di bassa pressione mentre l altra verr collegata alla linea di alta pressione La gestione dei flussi assolta dagli stessi distributori 4 7 e 11 descritti nelle configurazioni precedenti In questa condizione di funzionamento sia il sistema propulsivo sia dell alternatore non possono essere attivati in quanto il loro fabbisogno energetico di gran lunga superiore a quello che pu essere fornito dai motori elettrici Per quanto riguarda il ventilatore della sala macchine invece non ci sono motivi per decretarne il funzionamento quando i motori endotermici risultano spenti Per questi motivi i suddetti componenti non compaiono nello schema di figura 3 27 SERBATOIO OLIO Figura 3 27 Schema semplificato di impianto in modalit di funzionamento elettrica 125 L impia
67. a tabella 5 3 160 Capitolo 5 Segnali in ingresso Segnali in uscita Pulsante di comando gt DI3 AO 10 gt Apertura EVP 053 Spostamento Sensore di posizione lineare a gt Al51 DO22 gt cassetto valvola su cilindro lato 4 1 EV 083 Sensore di posizione lineare Spostamento su cilindro lato 2 1 gt Al50 DO21 gt cassetto valvola EV 084 1 Punit di controllo comanda un rel che permette di indirizzare il segnale AO 10 verso una delle due valvole EV 052 oppure EV 053 Tabella 5 3 Segnali gestiti dall unit centrale di controllo durante la fase di chiusura del cilindro 161 Le sartie volanti 162 Capitolo 6 Capitolo 6 Il manuale di gestione dell impianto Rappresenta uno strumento indispensabile alle persone che si troveranno ad utilizzare l impianto ed ai tecnici che si occuperanno della sua messa in servizio della sua ordinaria manutenzione e della risoluzione degli eventuali problemi che possono nascere durante il suo utilizzo In esso sono raccolte tutte le informazioni riguardanti le modalit di funzionamento di tutti i sistemi che ne fanno parte le loro principali caratteristiche le modalit di collegamento dei vari dispositivi i procedimenti per effettuare le regolazioni di una serie di parametri Inoltre l azienda potr usufruire di un agevole strumento contenente l elenco completo dei componenti forniti al cliente indispensabile per la fornitura di pezzi di ricamb
68. a turbolenze il bordo d uscita o caduta di poppa della vela Per aiutare l equipaggio nel correggere l angolatura delle vele rispetto al vento sulla superficie di queste vengono fissati dei fili di lana o di materiale simile detti segnavento noti anche col termine inglese tell tales Essi indicano efficacemente il comportamento del flusso d aria Finch sventolano in senso orizzontale il flusso d aria viene deviato correttamente se uno di essi comincia a sollevarsi o a penzolare significa che si sta formando una turbolenza dei filetti fluidi dell aria Da questo si deduce che la vela non regolata correttamente in termini di forma e di posizione relativa rispetto al flusso d aria ne consegue che dovranno essere apportati degli aggiustamenti E altres importante mantenere un flusso d aria regolare nello spazio tra la vela di prua e la vela di poppa Questa apertura tra il lato sopravvento del fiocco e il lato sottovento della randa conosciuta col nome di fessura 3 Essa ha un notevole effetto sulle prestazioni La forma assunta da una vela uno dei fattori principali che ne definiscono l efficienza Essa viene definita soprattutto da due parametri la curvatura o convessit che il rapporto fra freccia e corda chiamata in gergo dai velisti pancia la posizione del punto in cui si trova la freccia rispetto al bordo d attacco Spostando la freccia verso l inferitura si abbassa il rapporto po
69. abile adattatore e moduli delle espansioni 143 Funzionamento e gestione dell impianto L adattatore pu gestire una serie di massimo otto moduli contraddistinti da numeri compresi tra 0 e 7 A ciascun segnale associato un indicatore luminoso che consente un rapido monitoraggio sul funzionamento del sistema Tutti i dispositivi sono montanti all interno di cassette tre in totale assemblate al di fuori dell imbarcazione e costituenti un unit chiusa Esse contengono delle morsettiere a cui vengono collegati tutti i cablaggi durante l installazione a bordo del sistema Questo facilita il lavoro dei tecnici e permette di preservare i componenti pi delicati Siccome a ciascun segnale corrisponde un filo che collega l unit di controllo al generico componente posizionato in un qualsiasi punto dell imbarcazione buona norma raggruppare i segnali relativi a componenti che si trovano in punti adiacenti della barca Questo per semplificare il lavoro di cablaggio compiuto dai tecnici elettricisti Per questo motivo il sistema stato scisso in tre parti due installate nella zona poppiera dell imbarcazione vicino alla sala macchine ed una installata nella zona centrale presso la base dell albero Il sistema prevede una serie di schede di amplificazione per il comando di valvole idrauliche con magnete proporzionale Esse convertono un segnale di tensione in ingresso 0 5 V oppure 0 10 V nella rispettiva corrente di pilot
70. aggio per magneti proporzionali Ciascuna scheda presenta dei pulsanti che permettono di modificarne i parametri interni in particolare corrente minima corrente massima tempo di rampa di salita e tempo di rampa di discesa Mediante il collegamento ad un rel comandato dal sistema di controllo possibile la gestione alterna di due valvole proporzionali mediante una sola scheda Questa tecnica viene utilizzata nel controllo delle valvole di alimentazione relative ai motori oleodinamici connessi ai verricelli al salpa ancora e all avvolgifiocco e dei cilindri a doppio effetto in quanto queste funzioni presentano due linee di flusso alimentate alternativamente per consentire l inversione del moto dell utenza Per salvaguardare i componenti del sistema da possibili sovracorrenti ai capi delle morsettiere vengono inseriti fusibili di protezione 144 Capitolo 4 A orhan EACE T mL ANN Ay Pla RRR NY Daga IEEE Eg pb bESGD Onan ROB EMANA Gy gap MANDAN Raga OLO MP Morsettiere Schede di amplificazione Figura 4 3 Esempio di cassetta con indicazione dei componenti presenti Nel seguito riportata la lista dei segnali in ingresso ed uscita all unit di controllo con la fedele suddivisione in espansioni e canali di comunicazione bus presenti nel sistema Nelle tabelle vengono riportate le informazioni relative a ciascun segnale in particolare gli indirizzi di destinazione all interno del plc la posizione all interno della
71. ai sistemi tradizionali questi risultano pi veloci leggeri ed affidabili In generale questi meccanismi rappresentano un alternativa all utilizzo dei verricelli presentano il grosso vantaggio di potere essere installati sotto coperta riducendo l affollamento di attrezzature sul ponte Inoltre possono essere automatizzati tramite un sistema atto al controllo dell alimentazione dell olio verso le camere dei cilindri e gestito tramite valvole a comando elettromagnetico Non pi dunque necessario che i membri dell equipaggio debbano provvedere ad avvolgere intorno al tamburo del verricello la cima relativa ad una certa manovra oppure in base all intervento che si trovano ad effettuare a rilasciarla gradualmente Il tutto pu essere semplificato all intervento su un pulsante di comando 89 L impianto oleodinamico dell imbarcazione Wally 100 Magic Carpet Cubed Figura 3 6 Cilindro MagicDouble per tesare la scotta della randa con schematizzazione del percorso effettuato dalla cima Si vedono le due configurazioni completamente chiuso 1 e completamente aperto 2 Per quanto riguarda l attrezzatura dell imbarcazione Wally 100 Magic Carpet Cubed essa presenta tre MagicDouble uno dedicato alla scotta della randa e due dedicati alle sartie volanti Ciascuno di essi presenta una camera realizzata in lega di titanio Ti 6A1 4V testata e culatte realizzate in lega di alluminio 7075 T6 steli realizzati in fibra d
72. almente bisogno non una vela con profilo ideale predeterminato per una predeterminata velocit del vento e rotta stabilit ma una vela con possibilit di regolazione infinita che possa essere messa a punto efficacemente per adattarsi ad una grande variet di velocit del vento e condizioni di 31 La barca a vela navigazione Cos le numerose regolazioni della forma della vela che un equipaggio pu intelligentemente introdurre nel processo di regolazione messo a punto per mezzo di diversi dispositivi di controllo sono pi importanti della disponibilit delle migliori vele disegnate al calcolatore 2 Ci sono due modi per variare l angolazione delle vele Il primo consiste nel servirsi del timone per far cambiare rotta alla barca orzando nella direzione del vento o poggiando per allontanarsi da esso L altro modo consiste nel regolare le scotte per variare l angolo tra le vele e l asse di mezzeria della barca Per navigare in maniera efficiente si deve mantenere un flusso d aria costante sui due lati delle vele Il problema rappresentato dal fatto che l aria non pu fluire lungo curve troppo pronunciate senza dare origine a turbolenze La curvatura del flusso d aria dovrebbe quindi essere il pi possibile graduale E molto importante una corretta angolatura delle vele specie lungo il bordo d attacco la zona che per prima investita dal flusso E importante inoltre che il flusso d aria lasci senz
73. alori di potenza che il motore primo deve essere in grado di erogare Per quanto riguarda le macchine oleodinamiche tutte del tipo a pistoni i valori dei rendimenti si attestano intorno al 90 Da questo si capisce come l abbinamento di una pompa e di un motore a formare una trasmissione idraulica della potenza determina di per s un rendimento di poco superiore all 80 Considerando poi le dissipazioni all interno della linea di trasmissione tubazioni raccordi distributori valvole le quali determinano una diminuzione della pressione di mandata e quindi della potenza trasmessa si ottiene un rendimento complessivo approssimativamente pari al 70 La quota parte di potenza che non pu essere utilizzata dall utenza viene dissipata in parte come flusso diretto al serbatoio flussi di drenaggio di pompa e motore oleodinamico e in parte come innalzamento della temperatura dell olio e dei componenti Detto questo possibile quantificare la potenza che i motori primi devono erogare Per fare ci bene fare una distinzione fra le diverse modalit di funzionamento del sistema Si tratta di cinque differenti condizioni di utilizzo che vengono automaticamente definite all accensione dei motori primi e che il sistema di controllo riconosce permettendo o negando l utilizzo di determinate utenze La modalit propulsiva rappresenta la condizione di utilizzo pi gravosa dell impianto Essa prevede il funzionamento del solo motore endotermico
74. amico connesso all albero dell alternatore In un circuito ad anello aperto l intero flusso d olio in uscita dall utenza fluisce al serbatoio e la pompa aspira sempre olio fresco dal circuito di alimentazione Questo schema di impianto d obbligo se un unica pompa deve alimentare nello stesso tempo utenze differenti con differenti condizioni di contemporaneit 102 Capitolo 3 Per erogare corrente elettrica con le dovute caratteristiche di tensione e frequenza pari rispettivamente a 220 V e 50 Hz la macchina elettrica deve ruotare ad una velocit di 321 rad s 3000 rpm con un certo grado di tolleranza ammesso Un apposito sistema di controllo connetter la macchina al sistema di alimentazione delle batterie quando i valori dei suddetti parametri rientreranno nel campo di tolleranza e la escluder durante le fasi di accensione e spegnimento questo per evitare un danneggiamento irreparabile del pacco batterie II motore oleodinamico a cilindrata costante deve perci essere alimentato con una quantit di flusso fissa necessaria a garantire un regime stazionario Un aspetto peculiare di questa parte dell impianto causa di non poche difficolt nella messa a punto del sistema l ingente variabilit di carico cui utenza soggetta derivante dall utilizzo dell impianto elettrico dell imbarcazione L alternatore infatti vede una coppia resistente molto bassa durante le fasi di accensione fino al raggiungimento
75. anovra verr chiuso un contatto elettrico ed il plc ricever un segnale digitale in ingresso per maggiori chiarimenti sul funzionamento del sistema riferirsi al paragrafo 5 5 Per come l unit centrale stata programmata essa generer dei segnali elettrici di tensione in uscita diretti ai solenoidi delle valvole che si vuole controllare Sensori di posizione lineari contenuti negli steli dei cilindri inviano dei segnali analogici in corrente alla stessa unit che interromper la specifica operazione quando i valori di tali segnali raggiungeranno una determinata soglia impostata in fase di programmazione La tabella 5 2 riporta i segnali relativi al comando delle elettrovalvole che gestiscono il pompaggio dell olio all interno delle culatte dei cilindri permettendone l apertura Segnali in ingresso Segnali in uscita Pulsante di comando gt DI2 AO10 gt Apertura EVP 052 Sensore di posizione lineare gt gt z udc anda AI 51 DO 18 Apertura EV 080 Sensore di posizione lineare AI 50 DO19 gt Apertura EV 081 su cilindro lato 2 1 Tabella 5 2 Segnali gestiti dall unit centrale di controllo durante la fase di apertura del cilindro La regolazione della manovra pu essere arrestata in un qualsiasi momento sospendendo l azione sul pulsante di comando Un secondo pulsante comanda l azione di rilascio mediante un uguale modalit di funzionamento segnali gestiti dal plc e le relative funzioni sono riassunti nell
76. assiali connessa a due linee di mandata di flusso Ciascun motore collegato elettricamente ad un avviatore dolce si tratta di dispositivi composti da un elettronica di potenza totalmente controllata da un sistema di comando a microprocessore Il funzionamento di questi dispositivi si basa sulla parzializzazione della tensione di rete in modo da aumentarla gradualmente fino al raggiungimento di un valore nominale In questo modo l avviamento della macchina pi dolce e la potenza richiesta non presenta un brusco incremento Ogni motore inoltre dotato di un sistema di protezione atto ad arrestarlo nel caso di superamento di una soglia di temperatura critica In questo modo la macchina risulta protetta da possibili sovraccarichi L utilizzo di questi dispositivi ha il vantaggio di offrire una fonte di potenza molto compatta dalle masse ridotte con tempi di avviamento molto piccoli risultano dunque ottimi se utilizzati per brevi istanti quando i motori endotermici non sono in funzione Naturalmente la potenza che possono erogare ridotta con un picco pari a 9 KW per ciascuna macchina In questa condizione le uniche utenze che possono 120 Capitolo 3 funzionare sono quelle relative alle manovre veliche con un numero ridotto di contemporaneit Figura 3 24 Disposizione componenti all interno della sala macchine Partendo dalla parte pi a prua possibile distinguere motore endotermico principale 1 pompa dell acqua
77. asured pressure in A ine foar in B e arl Touchto Touch to SET PRESSURE SET PRESSURE usa for 2 LUMANTS for and speed 3 speeds touh io Tovon to sev Row ser now PERCENTAGE PERCENTAGE THROUGH EVPAO THROUGH EVO for 1 and 3 tors overspeed ceeds Touch to Touch to SET FLOW sev Flow PERCENTAGE THROUGH EVPA3 for 2 overspeed L PERCENTAGE a THROUGH EVP41 Touch 10 for 2 speed BACK MENU PAGE the system changes the speed automatically when the pressure exceeds the set limit Tanet pre eaeesredpresare In A fine fhar in B ine fbar Tanto Townia SET PRESSURE SET Presse UMIT for 27 speed UMITS for 1 and L I per J Touhie SET ROW Touch to PERCENTAGE sernow THROUGH EVP42 rancana meou e ThrouGh veaz speeds for 1 overspeed Towhio Touch to serRow sernow Ran PERCENTAGE Trouan veaa THROUGH Eves tered ta Z carne sace menu Pace the system changes the speed automatically when the pressure exceeds the set limit Roe 4 Measured Measured pressure pressure Ttar Ttar Pump Fost Pump Slow Eose Fest Eose Slow Ease Siow Town 10 BACK MENU PAGE Touch to Touch ta SET FLOW SET FLOW PERCENTAGE PERCENTAGE THROUGH VALVE IN THE THROUGH VALVE a LAST SECTION OF NORMAL CONDITION OPERATION ftar Touch to SET STROKE LIMITS FOR 453 RAM UPPER Linart ma Touch to fr fouch t
78. azionale di riferimento IEC 61131 che lo indica come un sistema elettronico a funzionamento digitale destinato all uso in ambito industriale che utilizza una memoria programmabile per l archiviazione interna di istruzioni orientate all utilizzatore per l implementazione di funzioni specifiche come quelle logiche di sequenziamento di temporizzazione di conteggio e di calcolo aritmetico e per controllare mediante entrate ed uscite sia digitali sia analogiche vari tipi di macchine e processi Nel complesso un plc composto tipicamente da quattro elementi un modulo processore una serie di moduli di ingresso uscita un modulo alimentatore e un terminale di programmazione Il modulo processore rappresenta il vero e proprio plc costituito essenzialmente da una scheda a microprocessore con architettura simile a quella dei calcolatori convenzionali Controlla e supervisiona tutte le operazioni all interno del sistema attraverso l esecuzione delle istruzioni eseguite nella memoria Alcuni moduli di ingresso uscita consentono l interfacciamento tra il plc e il mondo esterno Tali moduli consentono solitamente l interfacciamento con segnali di tipo analogico e digitale Tipici valori dei segnali trattati sono 0 24 V per i segnali digitali 5 V 10 V 0 5 V 4 20 MA in corrente continua per i segnali analogici Il modulo alimentatore pi di uno se necessario garantisce l alimentazione elettrica a tutti i moduli presenti Infine
79. batoio 21 tramite una linea di scarico necessaria ad evacuare la quantit di olio che trafila fra i componenti interni delle macchine stesse Per reintegrare tale volume d olio e per garantirne un continuo ricambio indispensabile a mantenere sotto controllo la sua temperatura una pompa ausiliaria integrata in quella principale aspira una certa quantit di fluido dal serbatoio 21 costituito da tre unit distinte per motivi di ingombro e di sicurezza mettendola in circolazione nel sistema Come descritto nel paragrafo 3 4 2 possibile intervenire sui componenti interni della pompa per invertire le porte di aspirazione e scarico per cambiare il senso di rotazione dell utenza MOTORE PRINCIPALE SERBATOIO OLIO Linea di pressione Linea di aspirazione Linea di ritorno Linea di drenaggio Linea di load sensing Figura 3 25 Schema semplificato di impianto nelle modalit di funzionamento regata e regata crociera Una seconda pompa anch essa a cilindrata variabile 3 aspira olio dal serbatoio 21 e lo invia ad un distributore 7 il quale gestisce la linea di bassa pressione Comandando opportunamente l apertura e la chiusa delle valvole che si trovano al suo 122 Capitolo 3 interno possibile indirizzare il flusso verso taluni distributori 8 oppure 13 e 14 a loro volta connessi direttamente alle utenze Uno di questi collettori 8 alimenta l
80. bilizzante proporzionale alla distanza fra le due direzioni di applicazione b la quale tende a raddrizzare la barca La forza di gravit Fp applicata nel baricentro del sistema essa genera un momento raddrizzante tanto pi ingente tanto pi questo punto si trova al di sotto dello scafo Da qui l importanza di dotare l imbarcazione di una zavorra da posizionare il pi in basso possibile Per limitare la forza resistente essa dovr avere una forma affusolata inoltre dovr essere realizzata in materiale ad alta densit tipicamente piombo per limitare la superficie bagnata ed i volumi di fluido spostati La forza di spinta idrostatica Fs invece applicata nel baricentro della massa di fluido spostato la quale cambia al variare dell angolo di inclinazione della nave La figura 3 19 riporta le forze che agiscono sul sistema in differenti condizioni di equilibrio 109 L impianto oleodinamico dell imbarcazione Wally 100 Magic Carpet Cubed 1 Fs Fp Figura 3 19 Indicazione delle forze agenti sull imbarcazione in condizione di equilibrio statico 1 ed in condizione di moto a regime 2 L analisi dell equilibrio del sistema un aspetto molto importante nella progettazione di una barca perch da ci dipenderanno la possibilit di sfruttare la sua massima superficie velica e l angolo di rollio raggiunto nelle differenti condizioni Questi fattori influiscono notevolmente sulle prestazioni
81. carichi saranno molto elevati esso girer pi lentamente Quando questo non basta nasce la necessit di dovere incrementare la potenza applicata al verricello La soluzione pi comune prevede l utilizzo di motori elettrici collegati agli assi del verricello nella parte inferiore L energia elettrica assorbita ingente ed aumenta proporzionalmente alla tensione che devono sopportare per tesare le cime Per esempio un verricello a 12 volt necessita di un circuito elettrico a 90 ampere 1 Inoltre al crescere delle potenze installate aumentano notevolmente ingombri e masse dei motori comandi avvengono tramite centraline poste nelle vicinanze o vicino al timone 55 L oleodinamica sulle imbarcazioni a vela Un alternativa possibile rappresentata dall oleodinamica Permette di applicare potenze elevate mediante l utilizzo di apparecchiature contenute Inserendo nel sistema delle valvole comandate elettricamente e gestite da un opportuno sistema di controllo si pu automatizzare il sistema e limitare l intervento dell equipaggio all utilizzo di pulsanti posizionati in opportuni punti dell imbarcazione Alcune manovre correnti vengono regolate per mezzo di cilindri oleodinamici Essi permettono di generare forze elevate senza dovere utilizzare i verricelli In questo modo possibile evitare di utilizzare bozzelli pesanti e ingombranti e ridurre la complicazione dell armamento Le considerazioni fatte risultano di notevole
82. ccanismo che consente di effettuare l operazione appena descritta necessario effettuare un passo indietro e descrivere pi nel dettaglio il sistema di timonerie di questo tipo di imbarcazioni Per le considerazioni seguenti fare riferimento alla figura 3 18 Tipicamente queste barche presentano due ruote di comando 1 2 posizionate nel pozzetto le quali muovono dei cavi chiamati frenelli che a loro volta imprimono la rotazione a delle ruote dette settori 3 4 posizionate al di sotto del piano di coperta ciascuna collegata all asse delle pala Come si vede dalla schematizzazione ogni ruota comanda il settore e di conseguenza la pala posta sul lato opposto della barca Questo perch il timoniere deve stare sul lato da cui proviene il vento mentre la pala immersa in acqua si trova sul lato opposto Una barra di accoppiamento 5 vincolata ai due settori 3 4 accoppia il movimento dei due meccanismi L imbarcazione in questione dispone di un cilindro oleodinamico a doppio effetto il cui stelo collegato ad uno dei due estremi della barra di accoppiamento Azionando il cilindro viene spostato il punto in cui la barra si accoppia al settore Questo concede un piccolo gioco laterale alla barra e di conseguenza alla pala non direttamente comandata Figura 3 18 Schematizzazione del sistema di governo dell imbarcazione componenti principali sono le ruote del timone 1 e 2 i settori 3 e 4 i frenelli 6 e 7 la barra di accoppiame
83. ccupano della regolazione del punto di mura del gennaker 3 e della tensione dello strallo secondario 4 entrambe sono controllate da cilindri oleodinamici posizionati presso la prua dell imbarcazione al di sotto della coperta Ciascuno di essi controlla una cima la quale viene indirizzata tramite una puleggia alla vela di prua nel primo caso ed allo strallo nel caso secondo Entrambi i sistemi permettono l applicazione di una forza diretta verso prua 82 Capitolo 3 e verso il basso Per maggiori chiarimenti sulla funzionalit di queste manovre riferirsi al paragrafo 1 5 9 del capitolo 1 Figura 3 2 Meccanismi di controllo di alcune delle manovre che equipaggiano l imbarcazione In particolare tesabase 1 cunningham della randa 2 regolatore del punto di mura del gennaker 3 controllore della tensione del secondo strallo 4 Nella figura 3 3 sono evidenziate le manovre relative al controllo del punto di scotta della vela di prua e del carrello della randa La vela di prua viene regolata tramite l intervento di due cilindri posizionati longitudinalmente al di sotto del piano di coperta della barca Uno di essi 1 controlla la posizione di un carrello 3 il quale pu scorrere lungo una rotaia 4 collocata trasversalmente sul punte dell imbarcazione a lato dell albero Questo consente la regolazione della scotta del fiocco mediante la quale viene modificata la posizione laterale della vela
84. cilindri a singolo effetto Nelle figure sottostanti vengono mostrati i meccanismi di comando delle manovre sopra elencate Per aiutare la comprensione sono state inserite delle linee tratteggiante che evidenziano il percorso delle cime di comando di ciascuna manovra Questo rende pi agevole l illustrazione del loro funzionamento La figura 3 2 mostra solo alcune delle manovre di cui l imbarcazione equipaggiata In particolare il tesabase 1 il cunningham 2 il tenditore del punto di mura del gennaker 3 ed il tenditore del secondo strallo 4 Il cilindro che permette di mettere in tensione la base della randa per l appunto chiamato tesabase 1 posizionato all interno del boma e vincolato ad una paratia tramite un perno di fissaggio Esso collegato ad una cima che viene rinviata tramite una puleggia e collegata all estremit poppiera della randa Questo sistema permette l applicazione di una forza orizzontale applicata nella parte inferiore della vela e diretta verso poppa figura 1 9 paragrafo 1 La stessa vela presenta un ulteriore manovra di regolazione definita cunningham 2 costituita da un cilindro oleodinamico posizionato al di sotto della coperta della barca Esso mette in tensione una cima che tramite una puleggia di rinvio raggiunge il punto di mura della vela Il meccanismo permette l applicazione di una forza verticale diretta verso il basso figura 1 9 paragrafo 2 Per quanto riguarda le manovre che si o
85. con lunghezza intorno ai 20 mettri ii 73 Esempio di pulsantiera fornita dall azienda Cariboni Srl 74 Magic Carpet Cubed durante una regata nel mar Mediterraneo 78 Meccanismi di controllo di alcune delle manovre che equipaggiano l imbarcazione In particolare tesabase 1 cunningham della randa 2 regolatore del punto di mura del gennaker 3 controllore della tensione del secondo strallo 4 ipaieL a ul aloni dalai 83 Particolari delle manovre di regolazione del punto di scotta del fiocco 1 2 e del carrello del trasto 7 beni iaia 84 Particolare del deflettore e meccanismo di funzionamento della manovra 86 Particolari del caricabasso del boma e del sistema di avvolgimento del fiocco Cilindro MagicDouble per tesare la scotta della randa con schematizzazione del percorso effettuato dalla cima Si vedono le due configurazioni completamente chiuso 1 e completamente aperto 2 90 Particolari dei meccanismi di comando delle scotta della randa 1 e delle sartiewvolanti 2 ca adi ala at 92 Particolare della culatta di un cilindro oleodinamico doppio con rappresentazione della cima vincolata al suo punto fisso 93 Particolare di un verricello oleodinamico con rappresentazione dei tubi di passaggio dell olio Nell immagine si distinguono il tamburo 1 il motore oleodinamico 2 la linea di alimentazione 3 la li
86. consente ad una piccola quantit di fluido in pressione di ritornare alla pompa modificandone la cilindrata e adattandola alla richiesta dell utenza Si tratta della tecnica definita load sensing per la quale una trattazione specifica stata riservata al paragrafo 3 5 3 5 3 Descrizione logica di controllo In questo paragrafo verr descritta la modalit operativa dell impianto relativa alla manovra descritta nel paragrafo precedente In particolare verr spiegato il funzionamento del sistema di gestione delle valvole che controllano l andamento dei flussi di olio Partendo da una condizione in cui l impianto risulta gi avviato motore endotermico principale in moto operazioni di controllo sul sistema gi effettuate dall unita centrale con esito positivo si mostrer tutto ci che intercorre fra l operazione di comando imposta dall equipaggio ed il movimento del meccanismo che ne consegue 159 Le sartie volanti Supponiamo di trovarci a bordo dell imbarcazione e di essere nella fase in cui raggiunta una certa distanza dal porto il comandante decide che sia giunto il momento di sollevare il sistema propulsivo e procedere con la navigazione a vela L equipaggio isser dunque le vele e proceder alla loro regolazione Successivamente ci verr ordinato di tesare la sartia volante che si trova sul lato dell imbarcazione da cui proviene il vento supponiamo il lato destro Tenendo premuto il pulsante relativo alla m
87. contra durante la navigazione e quindi garantire determinate condizioni di navigazioni in ben determinate condizioni di vento e di mare La resistenza all avanzamento si pu considerare costituita da due contributi la resistenza aerodinamica e la resistenza idrodinamica La prima legata all azione del vento sull opera morta e sulle sovrastrutture la seconda legata all azione dell acqua sulle appendici e sull opera viva Quest ultima connessa alla viscosit dell acqua e si pu suddividere a sua volta in tre differenti contributi la resistenza d attrito la resistenza di pressione detta anche di forma che dipende dalla forma del corpo immerso e si manifesta attraverso la formazione di turbolenze intorno allo scafo la resistenza d onda dovuta alla generazione di onde da parte dello scafo le quali determinano una certa dissipazione di energia Inoltre bisogna considerare la resistenza aggiunta causata dal moto ondoso e dai movimenti della barca che ne derivano rollio e beccheggio 45000 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 FORZA RESISTENTE N 5000 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 VELOCITA BARCA m s Figura 2 1 Resistenza idrodinamica in funzione della velocit di avanzamento relativa all imbarcazione Wally 100 Magic Carpet Cubed in assenza di spandamento 48 Capitolo 2 La figura 2 1 mostra l andamento della componente idrodinamica della forza resistente in assenza di sbandamento condizion
88. cquisito i raggruppamenti longitudinali di pi distributori in banchi di distribuzione Si tratta di costruzioni compatte ottenute con un certo numero di elementi base componibili racchiusi fra due testate terminali e tenuti insieme da tiranti Tale struttura permette di ridurre notevolmente l ingombro e soprattutto di eliminare raccordi e tubi per i reciproci collegamenti dei singoli distributori che sono realizzati semplicemente attraverso le facce contrapposte dei singoli elementi con tenute a o ring statici Per applicazioni specifiche si pu realizzare l intero corpo del banco in un unico blocco Questa tecnica che naturalmente elimina i vantaggi economici della componibilit strutturale particolarmente adatta nel campo dell alta pressione L assenza di tiranti e l elevata rigidit meccanica dei banchi monoblocco rendono minimi i trafilamenti Una volta prefissata la funzione idraulica gli altri elementi determinanti per la scelta di un distributore sono il valore della portata che lo deve attraversare e la pressione massima di esercizio Indipendentemente dal criterio costruttivo un distributore necessita sempre di un dispositivo atto a comandare gli spostamenti delle parti mobili e a fargli conseguentemente assumere i diversi posizionamenti previsti Tale dispositivo caratterizza il sistema di azionamento del distributore Si hanno azionamenti manuali pneumatici oleodinamici elettromagnetici diretti ed elettropilotati Questi ultimi d
89. cui dotato l impianto in questione Tra le sue caratteristiche principali alimentazione in corrente continua a 24 V schermo a colori da 5 7 sensibile al tocco gestione di pi di mille segnali i ingresso ed uscita possibilit di espansione tramite moduli addizionali scheda di memoria di tipo SD registratore dei dati comunicazione cellulare SMS e GPRS web server per gestione posta elettronica memoria interna 2 MB per applicazioni logiche e 12 MB per immagini L unita riceve in ingresso 17 segnali digitali provenienti da una serie di sensori e pulsanti presenti nel sistema e un segnale analogico proveniente dal potenziometro collegato alla leva di comando del sistema propulsivo mentre in uscita trasmette tre segnali digitali due di comando del motore secondario e uno per il consenso alla ricarica delle batterie e uno analogico controllo della velocit di rotazione del motore principale Gli altri ingressi e le altre uscite sono invece gestiti da moduli di espansione remoti Essi sono collegati in serie e tramite un apposito adattatore al plc A tutti gli ingressi e alle uscite allocate nei moduli di espansione viene assegnato un indirizzo che comprende una lettera ed un numero La lettera distingue i segnali di ingresso da quelli di uscita mentre il numero indica il posizionamento nel sistema Adapter Expansion module identification number Figura 4 2 Rappresentazione del collegamento fra il controllore a logica programm
90. del collegamento dei cablaggi di ciascun componente nella seconda parte presente una descrizione dei collegamenti fra plc espansioni morsettiere nella terza e ultima parte riportato l elenco completo dei segnali suddivisi in base alla propria tipologia ed alla posizione all interno del sistema 4 Section 06 ELECTRICAL SYSTEM Section 06 ELECTRICAL SYSTEM 4 c MF2 MAN_6CL_650_A_15410 a ae PRESSURE gaoa PRESSURE gom 6 functions Lifting propeller Steering cylinder a Transom door cylinder VA v200 DIRECTIONAL VALVE 206 DIRECTIONAL VALVE Ev204 DIRECTIONAL VALVE v202 DIRECTIONAL VALVE v208 v210 peschonn bscnona lei ea agi osi DEL P206 PRESSURE PRESSURE PRESSURE TRANSDUCER TRANSDUCER v207 evzoo evzii oiecnona oirecTionat omecnonat VALVE varve VALVE Ev205 DIRECTIONAL VALVE Beo Figura 6 5 Esempi di pagine del sesto capitolo del manuale Collegamenti elettrici di un distributore 170 Capitolo 6 Section 06 ELECTRICAL SYSTEM Mast box HAWE ELECTRONIC AMPLIFIERS Tanaonar Via Morte 3 4 20885 Ronco Briantino MB ITALY 39 039 60 79609 amp 39 039 6079128 info cordoni tot move concitato com 20 Figura 6 6 Esempi di pagine del sesto capitolo del manuale Section 06 ELECTRICAL SYSTEM Mast box
91. del lavoro stato quello di prendere parte a tutte le fasi di collaudo dell impianto e realizzare un manuale operativo dell intero sistema strumento indispensabile ai tecnici dell azienda ingegneri addetti ai collaudi ed all installazione nonch agli utenti finali quali i membri dell equipaggio della barca Ci ha richiesto un analisi attenta dell intero sistema del suo funzionamento della sua gestione e del suo controllo Di fondamentale importanza stata la collaborazione con progettisti e tecnici che hanno contribuito alla sua realizzazione soprattutto durante le fasi di collaudo Questo ha permesso una migliore comprensione dell intero sistema dei motivi che hanno portato all effettuazione delle scelte progettuali dei problemi affiorati durante le prove e delle relative modifiche e soluzioni apportate Il contenuto del lavoro stato organizzato in sei capitoli cercando di esporre nella maniera pi chiara e logica possibile tutte le informazioni relative all impianto ed al contributo apportato Nel primo capitolo vengono esposte le principali caratteristiche relative ad un imbarcazione a vela al suo funzionamento alla natura delle manovre e delle regolazioni necessarie al suo governo e controllo Queste informazioni sono indispensabili per la comprensione di quanto esposto nei capitoli successivi Nel secondo capitolo vengono presentate le potenzialit offerte dall oleodinamica in merito al suo sfruttamento a bordo di q
92. della velocit dell imbarcazione Programmando opportunamente l unit di controllo in modo che elabori il segnale in ingresso proveniente dal suddetto potenziometro ed invii un segnale in uscita alla suddetta pompa possibile ottenere una risposta lineare fra lo spostamento della leva dell acceleratore e l aumento di cilindrata della macchina idraulica Durante questa condizione il sistema permette l utilizzo contemporaneo di altre tre funzioni idrauliche 4 4 2 Modalit regata Durante le fasi di regata l impianto oleodinamico viene utilizzato per apportare modifiche e regolazioni al piano velico In particolare vengono azionati i cilindri e i verricelli oleodinamici i cilindri denominati MagicDouble e l avvolgifiocco La fonte della potenza idraulica la medesima descritta per la modalit precedente Mantenendo la leva dell acceleratore in posizione centrale il sistema di controllo concede il funzionamento contemporaneo di quattro utenze in bassa pressione e di tre utenze in alta pressione Parallelamente le funzioni non indispensabili alla navigazione come il generatore di energia elettrica ed il dissalatore vengono negate 138 Capitolo 4 4 4 3 Modalit intermedia regata crociera Avviando entrambi i motori endotermici l unit centrale di controllo riceve in ingresso i segnali provenienti dai sensori posizionati sulle due macchine termiche e determina cos la modalit di funzionamento In questa cond
93. der CL 35 stroke 500 6276 VNG 095 4140 15580 Vang cylinder pin to pin lenght close 4140 6277 CL 050 S 0400 15530 Gs cylinder CL 50 stroke 400 6280 CL 055 DS 2000 14393 Main Traveler CL 55 stroke 2000 6281 CL 025 D 0044 15810 Steering Float cylinder CL 25 stroke 44 6282 MAN SCL 700 16250 Manifold 5 positions 700 bar for Main Cunningham Deflector Gs Mast base 6283 MAN 2CL 700 15342 Manifold 2 positions 700 bar for Outhaul Vang 6284 MAN 2CL 700 15342 Manifold 2 positions 700 bar for Car in out Car up down 6285 MAN 3CL 700 16040 Manifold 3 positions 700 bar for J4 Headstay Jib Cunningham 6286 CL 070 S 0400 15540 J4 cylinder CL 70 stroke 400 6345 MD 0900600 1570 15133 Runner Backstay Starboard Magic Double MD 90 4 1 stroke 1570 2 1 stroke 600 6346 MD 090 0600 1570 15133 Runner Backstay Port Magic Double MD 90 4 1 stroke 1570 2 1 stroke 600 Main Engine Pumps 6347 65023 A 15451 ROM ADe Hawe R 2 08 4 2 A ALT HYD A 15780 6349 PPA15421 6350 PP A 15421 Generator Group Meccalte ECP 282L 2 Alternator Sunfab SCM 025W H 142 K30 K3G 100 Pistons motor SUNFAB BM030400 91019 170 Flushing valve Rexroth HDD2L16PA20 Speed pick up Electric Powerpack Lynch motor 200 5000 Hawe R 2 08 4 2 A Pump Electric Powerpack Lynch motor 200 5000 Hawe R 2 08 4 2 A Pump 6351 MAN EVC A 18067 Manifold 11 positions for 6 winches Runner Backstay Port Runner Backstay Starboard Main Traveler Water Maker Water Pump
94. diretta verso il basso e verso poppa con lo scopo di generare una tensione sulla balumina della randa il lato pi a poppa della vela Quando il vento debole questa manovra dove essere lascata per concedere una maggiore curvatura della vela e quindi permetterle di generare una maggiore forza di portanza Quando il vento aumenta di intensit invece opportuno tesare la vela per ridurne la sua curvatura e di conseguenza la forza di portanza e la forza laterale da essa generate La manovra dovr dunque generare una forza di trazione tanto pi ingente tanto pi saranno elevati la superficie velica e lo stato di tensione delle fibre costituenti la vela Come gi citato precedentemente il boma collegato all albero tramite la trozza questo particolare tipo di snodo concede al componente la massima libert di movimento sia sul piano orizzontale sia su quello verticale sotto l azione del vento Per come il sistema fatto esso tenderebbe ad assumere spontaneamente una condizione di equilibrio il boma si posizionerebbe in modo da formare un angolo nullo rispetto alla direzione del vento e la vela assumerebbe un angolo di incidenza tale da non poter generare alcuna forza di portanza Da questo si capisce come l equipaggio della barca debba intervenire in qualche modo sull attrezzatura per evitare che questo si verifichi Queste regolazioni possono essere effettuate intervenendo sulla scotta della randa che assume dunque una seconda funzione
95. dro s nia Lain 161 XIII XIV Sommario L oleodinamica una delle tecniche di trasmissione della potenza pi diffuse ed affermate Questa tecnologia decisamente moderna ed in continua espansione si basa su un principio fisico enunciato dal fisico e matematico francese Blaise Pascal 1623 1662 secondo cui in un liquido incomprimibile in equilibrio la pressione si trasmette ugualmente in ogni direzione esercita forze uguali su aree uguali ed indipendente dalla natura del liquido e dalla forma del recipiente Tra le molteplici applicazioni di questa tecnologia spicca il mondo della vela Dalla Coppa America alla grandi imbarcazioni a vela da diporto l oleodinamica offre una serie di vantaggi che la rendono sempre pi apprezzata dai progettisti degli equipaggiamenti di bordo Una barca a vela un oggetto complicato specie se di ingenti dimensioni la sua progettazione e realizzazione richiede un gran numero di ore di lavoro da parte di personale altamente qualificato l aggiunta di un impianto oleodinamico contribuisce ad aumentare la complicazione del progetto Durante le fasi di progettazione realizzazione e collaudo nasce dunque la necessit di raccogliere tutte le informazioni relative ai sistemi in questione per renderle facilmente disponibili e consultabili ai tecnici coinvolti nel progetto nonch agli utenti finali dell impianto La redazioni accurata di un manuale diventa un aspetto fondamentale permette una s
96. dro che presenta un rapporto di moltiplicazione della corsa della cima pari a quattro volte chiamato nel seguito 4 1 decretando lo spostamento del pistone L olio contenuto nella testata potr defluire attraverso una valvola normalmente aperta posta in un ulteriore distributore 10 collegato al serbatoio Quando il pistone avr effettuato tutta la sua corsa disponibile la valvola di alimentazione verr chiusa a questo punto aprendo la valvola EV 081 l olio potr fluire verso la camera del cilindro opposto il quale presenta un rapporto di moltiplicazione della corsa della cima pari a due volte chiamato nel seguito 2 1 spostando il pistone fino alla sua massima corsa L olio nella testata defluir attraverso la stessa valvola di scarico del cilindro 4 1 per poi defluire al serbatoio Nel contempo l elettrovalvola EVP 052 verr chiusa eee m Figura 5 4 Schema collettori di distribuzione e cilindro doppio a doppio effetto 158 Capitolo 5 A questo punto per lascare la manovra bisogner aprire l elettrovalvola EVP 053 attraverso cui l olio potr fluire verso un successivo distributore in cui incontrer una valvola a cassetto comandata da due solenoidi Eccitando il solenoide EV 083 il cursore della valvola si sposter dalla sua condizione di equilibrio e permetter all olio di fluire verso la testata del cilindro 4 1 Perch il pistone possa muoversi necessario che l ol
97. durre al minimo i possibili inconvenienti che si potrebbero verificare Si capisce dunque l importanza di riassumere in maniera chiara e precisa tutte le indicazioni di cui l equipaggio della barca deve disporre per garantire quanto appena esposto Inoltre in caso di problemi al funzionamento del sistema indispensabile fornire ai tecnici dell azienda una descrizione dettagliata dell esercizio dell impianto per poter effettuare prove e collaudi necessari all individuazione dei guasti ed alla loro risoluzione La seconda parte del capitolo contiene invece tutte le informazioni relative al funzionamento del controllore a logica programmabile plc Infatti questo dispositivo ha uno schermo che permette all utente di interfacciarsi con l unit di controllo dell impianto Le potenzialit del dispositivo sono molto ampie e vengono sfruttate per semplificare ed ottimizzare la gestione dell intero sistema Nello specifico le operazioni svolte riguardano la diagnostica delle principali cause di malfunzionamento dell impianto l indicazione dello stato di ciascun segnale attivo non attivo l impostazione dei ritardi nell intervento di alcune valvole l impostazione dei limiti di pressione relativi alle diverse velocit dei verricelli l impostazione della velocit di rotazione del motore endotermico principale nelle differenti condizioni di utilizzo dell imbarcazione e per le differenti funzioni attivate l impostazione dei flussi attraverso le
98. e esso tender ad appiattire la randa rendendo pi lineare il flusso dell aria quando i venti sono deboli e diminuendo la forza sbandante quando essi hanno grande intensit Un secondo strallo collega l albero in un punto pi in basso rispetto al primo strallo alla prua dell imbarcazione in una posizione pi arretrata rispetto all estremo di collegamento dello strallo principale Esso contribuisce al controllo della forma dell albero in particolare permette di regolare la sua curvatura verso prua dalla quale dipende la forma assunta dalla randa 1 5 8 Le sartie volanti Si tratta di due manovre perfettamente identiche posizionate su entrambi i lati della barca a poppavia Esse collegano un punto situato nella parte pi alta dell albero alle strutture dello scafo posizionate sotto la coperta La presenza di due sistemi distinti disposti ai lati della randa consente alla suddetta vela un maggiore sviluppo nella parte superiore mentre la sua rotazione intorno all asse dell albero garantita dal fatto che solo la sartia che si trova sul lato della barca da cui proviene il vento sar in tensione mentre l altra verr messa a scarico ed eventualmente spostata verso prua per non interferire con il movimento della randa La loro funzione quella di esercitare una forza di trazione diretta verso il basso e verso poppa necessaria a controbilanciare la forza esercitate dallo strallo di prua figura 1 12 Intervenendo accuratamente ne
99. e caratteristiche relative non sono state fornite 3 4 1 1 Cilindri MagicDouble Queste manovre meritano una descrizione dettagliata Si tratta di cilindri doppi a doppio effetto inventati dall azienda Cariboni Srl e sviluppati negli anni Questi sistemi unici nel loro genere sfruttano un complesso apparato di rinvii tramite pulegge connesse agli steli dei cilindri per moltiplicare la forza finale applicata alla cima ed ottenere una corsa elevata mantenendo il sistema quanto pi compatto possibile Ciascun cilindro di questo tipo composto da due steli di differente lunghezza connessi a delle pulegge costituenti un paranco Lo stelo con maggiore lunghezza connesso ad un paranco con rapporto 4 1 e viene utilizzato per tesare le cime con elevata velocit durante la fase iniziale delle manovre in cui i carichi sono pi bassi ma sono richieste corse elevate Lo stelo con minore corsa invece connesso ad un paranco con rapporto 2 1 e viene utilizzato per la regolazione delle cime durante le fasi finali delle manovre in cui i carichi sono ingenti ma le corse richieste sono ridotte Sulla culatta di questo tipo di cilindri ricavato un foro di ancoraggio che rappresenta un punto fisso in cui viene bloccata estremita della cima figura 3 8 A differenza dei cilindri a singolo effetto precedentemente descritti in cui lo stelo soggetto ad un carico di trazione in questo caso gli steli sono soggetti ad un carico di compressione Paragonati
100. e diffusione di questo sport su scala mondiale Per comprendere meglio cosa si intende per navigazione da diporto si pu sfruttare la definizione riportata sul sito della Guardia Costiera Italiana la navigazione da diporto quella effettuata a scopi sportivi o ricreativi dai quali esuli il fine di lucro le unit destinate a tale navigazione si distinguono in navi imbarcazioni e natanti Tuttavia il Codice della Nautica da Diporto prevede che talune unit possano essere utilizzate per fini commerciali ad esempio attivit di locazione e noleggio insegnamento professionale della navigazione da diporto eccetera 19 La barca a vela 1 2 Caratteristiche principali dell imbarcazione In qualsiasi imbarcazione dotata di qualsivoglia tipo di velatura l equipaggio deve apportare continue regolazioni atte ad ottimizzare le caratteristiche delle vele alle mutevoli condizioni di navigazione Naturalmente data la vastissima variet di tipologie di imbarcazioni che si contraddistinguono per dimensioni caratteristiche tipologie costruttive e complicazioni estremamente differenti ne risulta un altrettanta variet di parametri da controllare tramite sistemi diversi Nel seguente capitolo vengono perci descritte le regolazioni relative alle manovre correnti attrezzature dedicate alle regolazioni durante le operazioni di manovra relative ad una moderna imbarcazione di tipo regata crociera la quale verr descritta pi approfondita
101. e e regolazione della potenza invertibilit dei moti finali L elemento fondamentale della linea di trasmissione il fluido contenuto nelle tubature del circuito Si tratta di olio minerale di origine petrolifera con additivi polimerici per esaltare determinate caratteristiche chimico fisiche Quest olio possiede un elevato potere lubrificante non corrosivo non lascia depositi ed alle temperature di esercizio non presenta problemi di evaporazione L olio adatto al circuito deve avere una viscosit bassa ed il pi possibile indipendente dalla temperatura Per gli impianti in questione si raccomanda un olio con un valore di viscosit cinematica intorno 40 m s a 40 C II collegamento degli elementi oleodinamici si basa sull impiego di tubi raccordi e flange e richiede semplicemente che i componenti da collegare siano muniti di attacchi filettati o flangiati tubi di collegamento si distinguono sostanzialmente in due famiglie rigidi e flessibili Alla prima categoria appartengono i tubi in acciaio per alte pressioni Un parametro fondamentale del tubo il diametro interno noto come diametro nominale soggetto presso i costruttori ad una normalizzazione precisa Quando alcuni degli apparecchi da alimentare modificano la loro posizione rispetto agli altri durante l esercizio quando le macchine sono soggette a vibrazioni e quando sono necessarie geometrie particolari si ricorre alle tubazioni flessibili che pur sopportando va
102. e implicheranno anche aspetti tecnico economici nonch la reperibilit sul mercato Su questo tipo di barche la potenza elettrica installata di norma compresa tra 10 20 kW Dalle considerazioni qui riportate e dal piano di utilizzo delle funzioni di bordo discende la scelta della fonte di potenza primaria in termini di caratteristiche potenza massima generata consumi masse Per questo tipo di imbarcazioni la scelta tipica ricade su motori marini a ciclo diesel con potenze superiori a 250 kW 2 5 Differenti soluzioni Molte sono le alternative a disposizione dei progettisti Ogni soluzione prevede vantaggi e aspetti sfavorevoli la scelta finale deve rappresentare la soluzione di miglior compromesso che sia in grado di soddisfare tutti gli obiettivi del progetto e che sia economicamente vantaggiosa In questo paragrafo vengono descritte le soluzioni che pi comunemente equipaggiano le imbarcazioni da diporto questo aiuter a valutare alcune delle scelte riguardanti il presente progetto 2 5 1 Il sistema di propulsione motori a combustione interna hanno regimi di rotazione di molto superiori ai 1000 giri al minuto ed erogano la loro massima potenza a un regime molto elevato rispetto alle necessit della propulsione idrodinamica tramite l elica Risulta quindi necessario predisporre un meccanismo in grado di ridurre i giri del motore prima che siano trasmessi all asse dell elica il riduttore Il meccanismo normalmente accoppiato co
103. e relativa alla navigazione con propulsione a motore o con andatura in poppa piena E possibile apprezzare l entit di tale forza e come essa cresca con l aumentare della velocit di avanzamento Considerando la forza resistente ad una data velocit possibile determinare la potenza necessaria all avanzamento in tale condizione Bisogna ricordare che la componente aerodinamica della forza resistente in figura 2 1 non considerata pu avere un peso notevole nel computo della forza resistente totale specie in condizioni di vento contrario e di notevole intensit Per il dimensionamento del sistema di propulsione bisogna considerare che per una barca di questo tipo durante gli spostamenti in cui sfrutta la potenza del motore la velocit di crociera in condizioni normali attorno a 5 m s 10 nodi 2 3 2 La regolazione delle vele Come gi descritto nel capitolo precedente la corretta regolazione delle vele che va attuata al variare delle condizioni di navigazione andature e delle condizioni ambientali vento e mare richiede una notevole fonte di energia E compito del progettista definire tutti i sistemi e i meccanismi che mettano l equipaggio nella condizione di poter condurre la barca nella maniera pi efficiente e prestazionale Non a caso soprattutto per imbarcazioni particolari e progetti one off realizzazione di un unico esemplare il progettista lavora a stretto contatto con alcuni membri che costituiranno l equipaggio
104. e sull apparato di alimentazione per diminuire la coppia erogata Se tale sistema non abbastanza rapido nell intervenire la velocit di rotazione del propulsore si discoster dal valore obiettivo causando una variazione della portata erogata dalla pompa Di conseguenza le velocit di rotazione del motore idraulico e dell alternatore si discosteranno dal valore di progetto Le stesse considerazioni valgono anche nel caso si verifichi un brusco aumento del carico resistente sull utenza In questo caso il sistema di controllo 103 L impianto oleodinamico dell imbarcazione Wally 100 Magic Carpet Cubed dovr intervenire per incrementare la potenza erogata dal motore primo in accordo con l aumento di pressione nel sistema Un altro aspetto che bisogna considerare dato dal fatto che durante l utilizzo del generatore di corrente il motore primo deve essere in grado di alimentare delle utenze aggiuntive che di conseguenza andranno ad aumentare la quantit di potenza e di flusso richiesti A questi effetti vanno poi sommate le inerzie dei vari componenti quali motore primo pompa motore oleodinamico ed alternatore Le considerazioni esposte chiariscono come sia molto importante una messa a punto precisa della logica di controllo e della capacit di intervento del controllore di velocit di rotazione del motore Cilindrata massima pompa cm 110 Cilindrata motore oleodinamico cm 25 4 Tabella 3 15 Cilindrata macchine o
105. e tutte le attivit di controllo ed i settaggi che l equipaggio pu apportare nella vastissima variet di condizioni ambientali che si possono incontrare risulta in impresa alquanto ardua che non cos fondamentale per comprendere l attivit svolta Nel presente paragrafo si descriveranno dunque le regolazioni sulle manovre principali nelle condizioni di navigazione pi frequenti questo baster per comprendere l importanza delle stesse e di tutti quei sistemi che saranno descritti nel seguito In una barca a vela la maggior parte delle attrezzature di controllo chiamate manovre correnti hanno la funzione di esercitare un carico di trazione su parti delle vele o degli alberi permettere di salpare movimentare e ammainare la velatura Tali funzioni sono in genere demandate a cime sulle quali pu agire la forza generata da un uomo o da pi uomini applicata in maniera diretta in genere per piccole imbarcazioni in cui una superficie velica ridotta richiede forze commisurabili a quelle applicabili da un individuo oppure per le barche di maggiori dimensioni tramite una serie di meccanismi che permettono di moltiplicare la forza applicata leve e particolari rotismi in alternativa possono essere utilizzati sistemi elettrici motori elettrici applicati a verricelli e sistemi idraulici motori idraulici applicati a verricelli e martinetti 1 5 1 Utilizzo della velatura nella conduzione dell imbarcazione Ci che una barca a vela ha re
106. e valvole di priorit si realizza un adattamento automatico dei parametri idraulici portata e pressione alle necessit istantanee delle utenze Ne conseguono numerosi vantaggi risparmio energetico aumento di durata dei componenti riduzione del calore dovuto alle dissipazioni di energia diminuzione della rumorosit possibilit di risolvere l alimentazione del circuito con una singola pompa al posto di due Un tempo i circuiti idraulici venivano concepiti semplicemente in funzione dei valori massimi previsti per la portata e la pressione Quando un sistema concepito in questo modo opera come prevalentemente accade nello zone medie e basse di sollecitazione richiesto lo smaltimento sotto forma di calore di notevoli quote di energia dissipata e inutilizzata Non neppure pensabile che sistemi cos concepiti consentano un vero controllo fine delle operazioni come richiesto per il comando delle operazioni di alcune macchine La tecnologia load sensing pone rimedio a questi aspetti ed particolarmente apprezzata nei settori delle macchine operatrici e mobili caricatori ruspe escavatori macchine per lavori forestali ed agricoli in cui ogni fase di movimento ha esigenze di svolgimento specifiche e deve essere comandata singolarmente dell operatore Se la pompa a cilindrata variabile integrata nel sistema load sensing come generatore di flusso ossia se il suo regolatore di cilindrata riceve i segnali delle diverse sollecitazioni la p
107. eculiari in quanto garantisco all impianto differenti modalit di funzionamento in base alla condizione di utilizzo dell imbarcazione Queste sono di seguito elencate mentre una trattazione specifica verr affrontata nei paragrafi successivi modalit propulsiva modalit regata modalit intermedia regata crociera modalit elettrica modalit emergenza Questi aspetti hanno rappresentato dei vincoli stringenti nella stesura dello schema di impianto nella definizione dei componenti della linea di trasmissione e nella progettazione degli stessi Ulteriori vincoli sono scaturiti dall installazione dell impianto a bordo della barca soprattutto in termini di posizionamento ed ingombro dei vari componenti alcune scelte progettuali hanno dovuto tenere conto anche di questi aspetti 80 Capitolo 3 3 4 1 Funzioni veliche La parte dell impianto che si occupa delle funzionalit veliche costituita da sette cilindri a singolo effetto con ritorno a gas realizzati in lega di titanio Ti 6A1 4V dimensionati per una pressione massima di lavoro di 70 MPa Il sistema di alimentazione dell olio costituito da una serie di collettori in lega di alluminio 7075 T6 specificamente realizzati per ciascuna funzione tubazioni in materiale composito raccordi in lega di titanio Ti 6A1 4V per le linee di mandata raccordi in lega di alluminio 6082 T6 per le linee di ritorno Le linee si completano poi di distributori a coma
108. eggiata ad un metro di distanza da essa Durante la prova il generatore di energia elettrica deve essere attivo ed il sistema di condizionamento deve funzionare al 50 delle sue potenzialit valori misurati non devono superare la soglia di 65 db 3 2 Caratteristiche generali Magic Carpet Cubed L MC un maxi yacht a scafo singolo dotato di attrezzatura di tipo sloop Si tratta di un imbarcazione con una doppia natura durante le regate in grado di sfruttare l ampia superficie velica per generare forza propulsiva anche con un vento reale di bassa intensit In questa modalit di utilizzo l equipaggio deve essere composto da un numero di persone compreso tra 25 e 27 Durante le crociere pu essere condotta da un equipaggio ristretto a quattro membri inoltre l ampia disponibilit di spazio sotto coperta nonch la dotazione di notevoli servizi accessori garantiscono i massimi livelli di confort e la possibilit di ospitare sei persone 1 Imbarcazioni da diporto con lunghezza superiore a 21m 77 L impianto oleodinamico dell imbarcazione Wally 100 Magic Carpet Cubed Figura 3 1 Magic Carpet Cubed durante una regata nel mar Mediterraneo La tabella seguente riassume le principali caratteristiche dimensionali della barca in questione Dimensioni Lunghezza scafo 30 48m Lunghezza linea d acqua 29 29m Larghezza scafo 7 2m Pescaggio con chiglia sollevata 4 5m Pescaggio con chiglia abbassata 6 2 m Superficie v
109. elica nell andatura di bolina 640 m Superficie velica nell andatura di lasco 1300 m Dislocamento 49950 kg Massa chiglia 20000 kg Tabella 3 1 Caratteristiche dimensionali Magic Carpet Cubed 78 Capitolo 3 3 3 Obiettivi dell impianto Scopo dell impianto oleodinamico quello di fornire potenza a quell insieme di congegni attrezzature e dispositivi di servizio che di norma equipaggiano questo tipo di imbarcazioni Uno degli aspetti peculiari cha ha questo sistema il fatto che tutte le funzioni sono alimentate dalla stessa fonte di potenza Questo risulta un punto molto importante in quanto garantisce pi alti livelli di efficienza ed una riduzione ragionevole delle masse Naturalmente per raggiungere appieno questi obiettivi l impianto dovr essere progettato con assoluta precisione essere realizzato con estrema cura e per ultimo ma non per importanza essere regolato e messo a punto con grande accuratezza nelle fasi di collaudo Affidabilit e durata sono aspetti fondamentali in ambito nautico La sicurezza delle persone che si trovano a bordo dell imbarcazione dipende anche dall utilizzo di tali impianti Tra le qualit che un buon impianto deve avere bisogna sottolineare la facilit di utilizzo e di gestione L equipaggio della barca non deve disporre di competenze particolari o esperienze in taluni settori per poter sfruttare al meglio e gestire con efficienza i sistemi di bordo Sar compito del progettista fo
110. ell imbarcazione e raggruppati in gruppi di 12 o 14 a formare pannelli preassemblati Alcuni di essi sono sdoppiati e posizionati in entrambi i lati della barca per potere effettuare le operazioni nelle differenti condizioni di navigazione barca inclinata sul lato destro o sinistro Ciascun pulsante alimentato da una corrente di 24 V e collegato ad un unit di controllo centrale che rappresenta il cuore del sistema di comando Quando il membro dell equipaggio incaricato di svolgere una determinata operazione tiene premuto il pulsante di un comando il circuito relativo viene chiuso ed il sistema di controllo riceve un segnale elettrico L unit di controllo in grado di leggere questi segnali in ingresso ed programmata in modo da generare in base alla natura di questi ingressi opportuni segnali elettrici in uscita a 24 V in corrente continua Questi sono diretti alle elettrovalvole presenti nell impianto Esse sono di differente tipo e presentano differenti caratteristiche ma in generale tutte sono costituite da un solenoide che percorso da corrente attira un nucleo ferroso all interno di un canale causando cos lo spostamento dell elemento occludente del dispositivo In questo modo viene concesso o negato il passaggio dell olio in precisi punti dell impianto attivando o disattivando determinate funzioni Figura 4 1 Rappresentazione del collegamento fra pulsantiera plc e valvola a frutto Alcune utenze richiedono u
111. ella randa Garantisce regolazioni ad alta velocit in tesatura e rilascio Sensori lineari integrati al cilindro garantiscono il pieno controllo della funzione 73 L oleodinamica sulle imbarcazioni a vela 2 Due cilindri a doppio effetto dedicati alla scotta del fiocco Garantiscono regolazioni ad alta velocit in tesatura e rilascio E presente un sistema di virata che li muove simultaneamente in maniera automatica sfruttando i segnali provenienti da sensori integrati ai cilindri 3 Un avvolgifiocco idraulico con tensionatore dello strallo di prua integrato 4 Un carrello della randa idraulico 5 Un serbatoio dell olio in alluminio atto a garantire lo smaltimento del calore 6 Due motori elettrici con potenza di 4500 W ciascuno collegati a pompe ad alta pressione per controllare la randa ed il fiocco in maniera simultanea 7 Un collettore in alluminio per controllare il cilindro della randa ed il trasto 8 Un collettore in alluminio per controllare i cilindri del fiocco il suo avvolgitore ed il tensionatore dello strallo 9 Un collettore in alluminio con controllo proporzionale della velocit per una regolazione precisa di tutte le funzioni Tutte le manovre possono essere agilmente comandate tramite pulsanti posizionati in prossimit della ruota del timone Figura 2 10 Esempio di pulsantiera fornita dall azienda Cariboni Srl 74 Capitolo 3 Capitolo 3 L impianto oleodinamico dell imba
112. elle superfici a cui si pu porre rimedio prestando attenzione alla pulizia dei filtri ed il mantenimento di valori di pressione contenuti all interno delle piastre di scambio mediante l inserimento di una valvola di bypass opportunamente tarata per aprirsi al raggiungimento di determinati livelli di pressione di cui l impianto in questione dotato L intero apparato garantisce il perfetto controllo della temperatura dell olio indispensabile per il corretto funzionamento dell impianto per la durata dei suoi componenti e per la conservazione del fluido Figura 3 22 Schematizzazione impianto di raffreddamento dell olio ad acqua di mare 116 Capitolo 3 3 4 4 7 Ventilatore sala macchine Le sale macchine delle imbarcazioni sono costituite da ambienti chiusi di volume relativamente contenuto in cui sono presenti la maggior parte dei dispositivi che consentono il funzionamento dell intero sistema Queste apparecchiature rappresentano delle fonti di calore ingenti che tendono a surriscaldare gli ambienti in cui esse sono contenute Se non vengono apportati degli accorgimenti per limitare la temperatura di questi spazi i dispositivi stessi che si trovano al loro interno potrebbero andare incontro a seri danni inoltre questi ambienti risulterebbero inaccessibili alle persone addette al controllo ed alla manutenzione per via delle alte temperature raggiunte E dunque indispensabile dotare questi spazi di opportuni disp
113. ello stato degli ingressi e della generazione dei segnali di uscita Ci sono poi criteri tecnologici da tenere presente per la scelta del plc pi adatto ad un determinato ambiente di lavoro ambiente inteso sia in senso fisico sia in senso di apparecchiature ad esso collegate Innanzi tutto necessario considerare le caratteristiche dei sensori presenti nell impianto i quali possono essere elettronici o elettromeccanici Nel caso di sensori 142 Capitolo 4 di tipo elettromeccanico bisogna valutare il tipo di alimentazione da fonte esterna oppure dal plc stesso Un aspetto da non trascurare riguarda il cablaggio E buona norma utilizzare cavi schermati per i collegamenti dei sensori ed inoltre preferibile utilizzare delle morsettiere removibili che in caso di guasto delle apparecchiature consentano una sostituzione rapida ed agevole Infine opportuno considerare i fattori esterni che potrebbero incidere negativamente sui dispositivi In particolare bisogna prestare attenzione alla temperatura dell ambiente in cui l apparecchiatura si trover ad operare L operativita di un plc inizia dalla fase di programmazione dello stesso per continuare con il collaudo e la messa in funzione la normale conduzione ed infine l eventuale modifica ed ampliamento Perch il plc abbia una buona operativit necessario che tutte queste fasi siano condotte nella maniera migliore Il V570 57 T20B il controllore logico programmabile di
114. ema di controllo nel caso l equipaggio della barca interpelli una qualche funzione Essendo la potenza massima limitata a 18 kW il numero di funzioni attive nello stesso istante non dovr superare il numero di due inoltre per evitare un eccessivo riscaldamento i motori elettrici non possono operare per lunghi periodi lontano dalla condizione di funzionamento nominale potenza fornita pari a 3 kW per ciascuna macchina Per questi motivi non pensabile in questa modalit il funzionamento del sistema propulsivo del generatore di corrente dello scambiatore di calore e del dissalatore Infine quando l impianto si trova in modalit emergenza il motore secondario provvede al funzionamento del sistema propulsivo con prestazioni ridotte e contemporaneamente di un numero limitato di altre utenze tre in bassa pressione oppure una in alta pressione L efficienza dell impianto non pu essere definita in maniera univoca Essa dovrebbe essere determinata per ogni singolo stato di funzionamento vale a dire per ogni pompa per ogni utenza e per ogni condizione di carico che si traduce in differenti valori di pressione nelle linee Dalla misura dei valori di portata e di pressione in opportuni punti del circuito in genere a cavallo dei motori oleodinamici e dei collettori possibile determinare un rendimento medio della parte oleodinamica dell impianto pari a circa 0 7 Il rendimento complessivo invece risente fortemente dei valor
115. emplificazione degli interventi manutentivi una semplificazione della sua gestione del suo controllo ed un elemento indispensabile in caso di problemi di funzionamento Il manuale diventa dunque uno strumento di sintesi dell intero progetto contribuendo all ottimo funzionamento del sistema nel corso della sua vita operativa Parole chiave imbarcazione a vela manovre correnti oleodinamica regolazioni manuale operativo XV Abstract The hydraulic is one of the techniques of power transmission most widespread and well established This technology is very modern and growing is based on a physical principle enunciated by French physicist and mathematician Blaise Pascal 1623 1662 In an incompressible liquid in equilibrium pressure is transmitted equally in all directions exerts equal forces on equal areas and is independent of the nature of the liquid and the shape of the container Among the many applications of this technology stands out sailing boats From the America s Cup to the large sailboats hydraulics offers a number of advantages increasingly appreciated by the sailboats designers A sailboat is an object complicated especially of large size its design and construction requires a large number of hours of work by highly qualified personnel the addition of a hydraulic system helps to increase the complication of the project During the early stages of design implementation and testing it s important to collect all the i
116. ensore di prossimit cilindro disinnesto timoni limite superiore DI 103 Sensore di prossimit cilindro disinnesto timoni limite inferiore DI 104 Pulsante discesa portellone di poppa DI 105 Pulsante sollevamento portellone di poppa DI 106 Pulsante luci pulsantiere DI 107 DI 108 DI 109 DI 110 Selettore accensione alternatore DI 111 Selettore accensione motore secondario DI 112 Selettore propulsione modalit emergenza DI 113 149 Funzionamento e gestione dell impianto ESPANSIONE 3 Can bus 3 I0 DI16 Digital Input Mors DI 114 DI 115 DI 116 DI 117 DI 118 DI 119 DI 120 DI 121 DI 122 DI 123 DI 124 DI 125 DI 126 DI 127 DI 128 DI 129 ESPANSIONE 4 Can bus 3 10 AIS Analogic Input __ Mors Indirizzo Mi 1900 Mi 1901 Mi 1902 Mi 1903 Mi 1904 Mi 1905 Mi 1906 Mi 1907 ESPANSIONE 5 Can bus 3 10 AI8 Analogic Input __ Mors Indirizzo Mi 1908 Mi 1909 Mi 1910 Mi 1911 Mi 1912 Mi 1913 Mi 1914 Mi 1915 ESPANSIONE 6 Can bus 3 10 D116 Digital Output Mors ESPANSIONE 7 Can bus 3 IO AO6X Analogic Output Mors Indirizzo Mi 1007 Mi 1008 Mi 1009 Mi 1010 Mi 1011 Mi 1012 ESPANSIONE 8 Can bus 3 IO AO6X Analogic Output _ Mors Indirizzo Mi 1013 Mi 1014 Mi 1015 Mi 1016 Mi 1017 Mi 1018 Descrizione Tensionamento gennaker Rilascio gennaker Descrizione Sensore pressione verricello primario lato destro Sensore pressione verricello primario lato destro Sensore pressione verricello primario
117. ensore pressione su linea sollevamento portellone di poppa Sensore pressione su linea discesa portellone di poppa Sensore di pressione su linea controllo verticale vela di prua Sensore di pressione su linea controllo posizione orizzontale Descrizione Sensore di pressione su linea alterantore Sensore di pressione aria serbatoio Sensore di pressione su linea dissalatore Sensore di pressione su linea poma dell acqua Sensore di pressione ingresso olio scambiatore Sensore di pressione uscita olio scambiatore Sensore di pressione su linea alta pressione Descrizione Sensore di pressione su linea propulsione marcia avanti Sensore di pressione su linea propulsione marcia indietro Sensore potenziometrico posizione skeg Sensore temperatura olio campo di funzionamento 0 100 C Sensore di pressione su linea alta pressione Sensore di pressione su linea bassa pressione Descrizione Sensore di pressione cilindro sartia lato sinistro lato 2 1 Sensore di pressione cilindro sartia lato sinistro lato 4 1 Sensore di posizione stelo cilindro sartia lato sinistro lato 2 1 Sensore di posizione stelo cilindro sartia lato sinistro lato 4 1 Sensore di pressione su linea carrello trasto lato sinistro Sensore di pressione su linea carrello trasto lato destro Sensore di posizione carrello trasto 147 Annotazioni uguale a DI 34 uguale a DI 35 SF 609 SF 610 SF 611 SF 703 SF 704 Annotazioni P 200 0 10 V P 202 0 10
118. ento volumetrico e alle dissipazioni di energia dovuta allo strisciamento tra i denti delle ruote dentate Un aspetto importante di queste macchine rappresentato dal fatto che sull asse si scaricano forze nette che bench possano essere bilanciate costituiscono un limite alla crescita delle pressioni di lavoro Trovano impiego nella ricircolazione del fluido nella lubrificazione e nei circuiti ausiliari delle pompe a pistoni Un tipo particolare di pompa ad ingranaggi la pompa a lobi in cui due ruote dentate una conduttrice ed una trascinata fanno ruotare due rotori trilobati che rimanendo sempre in contatto trasferiscono il fluido nei meati formati con la cassa Tra le pompe ad ingranaggi sono le pi semplici e quelle con caratteristiche inferiori Nelle pompe a pistoni gli elementi operativi sono appunto i pistoni che disposti in maniere diverse rispetto all asse motore trasferiscono il fluido dall aspirazione alla mandata spostandosi all interno dei propri cilindri Il raggiungimento di pressioni elevate le notevoli portate l ottimo rendimento e la possibilit nelle versioni a 63 L oleodinamica sulle imbarcazioni a vela cilindrata variabile di precise regolazioni le rendono le pi adatte a questi tipi di impianti Si tratta per di macchine complesse con pi alti costi di produzione e manutenzione Le due tipologie di base sono rappresentate dalle pompe a pistoni assiali e da quelle a pistoni radiali Le prime
119. er agevolare l intervento dell equipaggio sia che la barca navighi sbandata su un lato o su quello opposto pulsanti contraddistinti da differenti colori in base alle specifiche del cliente sono posizionati su appositi pannelli precablati per facilitare le operazioni di montaggio e smontaggio degli stessi sul ponte dell imbarcazione La figura 6 4 riporta i pannelli contenti i pulsanti che comandano le funzioni dell intero impianto Figura 6 4 Alcuni dei pannelli contenti i pulsanti di comando del sistema 169 Il manuale di gestione dell impianto 6 2 5 Impianto elettrico Il capitolo sei contiene tutte le informazioni riguardanti la parte elettrica dell impianto Nello specifico vengono indicate tutte le elettrovalvole ed i sensori montati sui componenti con il relativo indirizzo del segnale di ingresso o uscita all unit centrale di controllo Essa riceve in ingresso i segnali provenienti da 100 sensori e 89 pulsanti di comando delle funzioni e deve generare in uscita 121 segnali di comando alle elettrovalvole e 5 segnali di attivazione di altrettanti indicatori luminosi relativi allo stato del sistema Da questo si capisce come le dimensioni del sistema e la sua complessit richiedano una descrizione completa e dettagliata che sar di fondamentale importanza per i tecnici che si occuperanno della sua gestione e manutenzione Il capitolo suddiviso in tre parti Nella prima parte presente una descrizione dettagliata
120. erno della macchina Esso il risultato del prodotto dei rendimenti parziali quali il rendimento volumetrico il rendimento idraulico e il rendimento meccanico Il primo quantifica le perdite dovute al fatto che la portata di mandata minore di quella aspirata a causa di perdite per trafilamento tra i componenti interni alla pompa Il secondo quantifica le perdite di energia che subisce il fluido nell attraversare i condotti all interno della macchina Infine il rendimento meccanico quantifica le perdite per attrito fra le parti in movimento Questi parametri sono strettamente legati al tipo ed alle caratteristiche della macchina Sono di interesse in questo campo di applicazione le pompe ad ingranaggi e le pompe a pistoni Le prime sono le pi semplici e diffuse che si possono trovare Il loro successo dovuto ad una serie di caratteristiche quali la notevole leggerezza la semplice meccanica la compattezza la tollerabilit alle variazioni di viscosit la facilit di montaggio la tollerabilit di un ampio campo di regimi l ottima aspirazione ed il basso costo Tali pompe vengono collegate direttamente all asse motore e forniscono portate dipendenti esclusivamente dalla velocit dell asse uno dei maggiori svantaggi che presentano proprio l impossibilit di regolazione della cilindrata Bisogna poi sottolineare un rendimento complessivo piuttosto modesto non superiore a 0 7 dovuto ai trafilamenti dell olio che abbassano il rendim
121. escrizione Annotazioni Indirizzo 2113 Controllo flusso olio culatta cilindro scotta randa lato 4 1 2114 Controllo flusso olio culatta cilindro scotta randa lato 2 1 2115 Rilascio rapido cilindro scotta randa lato 4 1 2116 Controllo flusso olio testata cilindro scotta randa lato 4 1 2117 Controllo flusso olio testata cilindro scotta randa lato 2 1 2118 Rilascio rapido cilindro caricabasso boma 2119 Controllo flusso tensionatore secondo strallo trazione 2120 Controllo flusso tensionatore secondo strallo rilascio 2121 Controllo flusso tensionatore strallo principale trazione 2122 Controllo flusso tensionatore strallo principale rilascio 2123 Controllo flusso cunningham del fiocco trazione 2124 Controllo flusso cunningham del fiocco rilascio 2125 Controllo flusso tesabase trazione 2126 Controllo flusso tesabase rilascio 2127 Controllo flusso caricabasso boma trazione Controllo flusso caricabasso boma rilascio Descrizione Annotazioni Indirizzo 2129 272 Controllo flusso sistema sollevamento chiglia EV 140 2130 273 Controllo flusso sistema sollevamento chiglia EV 141 2131 274 Controllo flusso sistema sollevamento chiglia EV 142 2132 275 Controllo flusso sistema sollevamento chiglia EV 143 2133 276 Controllo flusso cunningham della randa trazione EV 180 2134 277 Controllo flusso cunningham della randa rilascio EV 181 2135 278 Controllo flusso deflettore trazione EV 182 2136 279 Controllo flusso deflettore rilascio
122. escrizione riassuntiva di ciascuno di essi 6 2 1 Elenco articoli II primo capitolo del manuale contiene l elenco dei componenti che costituiscono l impianto ordinati secondo il loro codice identificativo Questo consente ai tecnici una comprensione rapida di tutti gli elementi forniti dall azienda Infatti i cantieri navali si avvalgono spesso di pi societ per la realizzazione di un determinato impianto ed quindi indispensabile evitare qualunque tipo di equivoco associando una certa parte ad un produttore errato Le informazioni basilari dell intero sistema vengono dunque condensate in poche pagine permettendo anche ad un neofita dell impianto per esempio ad un nuovo membro dell equipaggio dell imbarcazione o ad un tecnico che si trova ad operarvi per la prima volta una facile comprensione del sistema La figura 6 1 riporta una pagina estratta dal primo capitolo del manuale Per ciascun articolo sono riportati il codice identificativo il nome completo del modello solido contenuto nella banca dati dell azienda e una breve descrizione del componente con indicazione dei componenti d acquisto se presenti 165 Il manuale di gestione dell impianto Section 01 ITEM LIST 01 ITEM LIST S N MODEL ID FUNCTION 6273 CL 040 S 0400 15415 Outhaul cylinder CL 40 stroke 400 6274 CL 050 D 0420 15600 Lifting Propeller cylinder CL 50 stroke 420 6275 CL 035 S 0500 15400 Main Cunningham cylin
123. essere dettata da regolamenti se la barca destinata a particolari competizioni Le imbarcazioni pi sofisticate presentano differenti soluzioni atte a rendere la navigazione quanto pi semplice agevole sicura e confortevole La soluzione pi comune prevede l utilizzo di un motore endotermico generalmente a ciclo diesel di cui si sfrutta l alternatore per caricare una serie di batterie elettriche atte ad alimentare dei motori elettrici collegati ai verricelli e gli altri servizi che richiedono questo tipo di energia per essere alimentati Questa tipologia adatta a barche che hanno un fabbisogno energetico non troppo elevato tipicamente non pi lunghe di 15 m che non prevedono elevati cicli di scarica e ricarica delle batterie Per imbarcazioni pi grandi vengono utilizzati opportuni gruppi elettrogeni che sono macchine costituite da un motore endotermico e da un generatore elettrico dedicati alla ricarica delle batterie Queste soluzioni presentano per dei limiti quando le potenze in gioco diventano importanti i motori elettrici assumono dimensioni elevate con problemi relativi agli ingombri e ai pesi inoltre la dimensione dei cavi diventa 1 lt H x nie Verricello utilizzato sulle grandi barche da regata composto da una torretta a cui si applicano due manovelle laterali azionate da una o pi persone 46 Capitolo 2 ragionevole essendo la quantit di energia che essi possono trasportare proporzionale alla
124. et by the button in the pedestal panel contro and only then you can operate the throttle lever Throttle lever usage turn the throttle lever for few degrees in ane direction from the centre position for decide the direction of travel forward backwards the engine stay at minimum tum again the throttle lever for accelerate the engine to the set value 1400 rpm aditable by a PLC page tum again the throttle lever for increase the displacement of the Rexroth ASVG125 pump till the set value 20 of the total turn again the throttle lever for increase both the engine speed and the pump displacement till their set limits With the propulsion on the system allows to perform three hydraulic functions in the same time except the heat exchanger that must run alone SYSTEM CONTROL CONDITION WORKING COMPONENTS The system checks if all the ball SF 11 F 12 F 13 SF 21 SF 22 F 23 POSITION SWITCHES valves on the return line and on paperi SF 31 SF 32 SF 33 k 5F 702 The system controls the olf OIL TEMPERATURE S61 temperature oe The system controls the filter setae coase sm OIL LEVEL The system controls t 708 TANK AIR PRESSURE 7700 Thesystem controls all the ra peuns pressure lines 59 pressure gauges 4 Section 07 PLC amp LOGIC THROTTLE LEVER CONDITION WORKING COMPONENTS FORWARD The system accelerates the diesel r 306 Evn623 P304 9305 engine to the set
125. ette di far funzionare il motore primario nella condizione pi efficiente mentre l alternatore deve funzionare entro una ristretta gamma di giri per poter erogare corrente elettrica con determinate caratteristiche in grado di ricaricare gli accumulatori 2 5 3 Regolazione dell attrezzatura Sono innumerevoli gli interventi che si possono apportare attraverso l attrezzatura Il sistema pi semplice prevede l utilizzo di verricelli manuali Un verricello costituito da un tamburo messo in rotazione da una leva e lungo cui viene avvolta una cima La forza applicata dall uomo moltiplicata per il braccio della leva si trasforma in coppia tramite una serie di ingranaggi interni al tamburo possibile cambiare il rapporto di trasmissione e moltiplicare la coppia applicata Siccome la potenza non pu superare un determinato valore dato dai limiti delle capacit umane ed essendo questa data dal rapporto della coppia per la velocit di rotazione ne consegue che ad una moltiplicazione della coppia seguir una corrispondente riduzione dei regimi di rotazione del tamburo Ci porta ad un incremento dei tempi di intervento sulle manovre correnti verricelli pi moderni ed evoluti presentano la possibilit di cambiare il rapporto di trasmissione in questo modo durante la prima fase di intervento sulla manovra nella quale i carichi sono pi bassi il tamburo del verricello girer pi velocemente mentre durante la fase terminale nella quale i
126. fferenti Per garantire la massima flessibilit nel rispondere a queste esigenze l impianto prevede quattro differenti fonti di potenza Questo ha implicato un notevole incremento della complicazione del sistema soprattutto per quanto riguarda la definizione della sua conduzione Inoltre la gestione di tutte le funzionalit ha richiesto la stesura di un opportuna logica che stata implementata in un sistema di controllo informatico Una tale complessit anche se rappresenta un aspetto per certi versi negativo in quanto porta a maggiori difficolt nella messa a punto dei sistemi ed alla risoluzione dei problemi che si possono verificare in fase di funzionamento rappresenta il prezzo da pagare se si vuole rendere fortemente automatizzata un imbarcazione di questo livello Detto questo si pu passare ad una descrizione sommaria del funzionamento del sistema Lo schema completo dell impianto allegato in fondo al testo 118 Capitolo 3 3 5 1 Le fonti di potenza La fonte principale di potenza rappresentata da un motore endotermico a ciclo diesel in grado di sviluppare una potenza massima di 257 kW ad un regime di rotazione di 398 rad s 3800 rpm Esso movimenta tre differenti pompe disposte in serie e collegate all albero di uscita tramite un apposito giunto Rappresenta il componente dell impianto col maggiore ingombro e con la maggiore massa Le caratteristiche fondamentali per la scelta del motore sono nell ordine la potenza
127. fra pulsantiera plc e valvola a frutto 132 Rappresentazione del collegamento fra il controllore a logica programmabile adattatore e moduli delle espansioni ii 143 XI 4 3 Sal 5 2 5 3 5 4 6 1 6 2 6 3 6 4 6 5 6 6 6 7 6 8 6 9 Esempio di cassetta con indicazione dei componenti presenti 145 Dispositivo di comando della sartia volante destra 154 Schema delle pompe oleodinamiche connesse al motore endotermico principale fara leleine ala 156 Schema distributore linea in bassa pressione 157 Schema collettori di distribuzione e cilindro doppio a doppio effetto 158 Estratto di una pagina del primo capitolo del manuale Come esempio sono state messe in evidenza le informazioni relative ad un articolo nello specifico il gruppo di generazione dell energia elettrica Per ciascuno vengono indicati il codice identificativo il nome completo del modello e l elenco dei componenti d acquisto con i relativi codici di prodotto ii 166 Elenco dei tubi di mandata dell olio verso i distributori Come esempio sono state messe in evidenza le informazioni relative al tubo di collegamento fra la pompa a pistoni assiali comandata dal motore endotermico principale ed il distributore della linea in bassa pressione Nello specifico vengono indicati numero identificativo del tubo componenti di collegamento diametro in
128. g Sollevamento skeg Discesa skeg Innesto timoni Disinnesto timoni Disinnesto timoni Innesto timoni Sollevamento portellone di poppa Discesa portellone di poppa Discesa portellone di poppa Sollevamento portellone di poppa Controllo posizione verticale vela di prua Controllo posizione verticale vela di prua Controllo posizione orizzontale vela di prua Controllo posizione orizzontale vela di prua Annotazioni Annotazioni IESPANSIONE 3 Can bus 2 10 R016 Digital Output Mors Descrizione Annotazioni li Do 49 194 DO 51 195 DO 52 196 DO 53 197 DOS4 198 DO55 199 DO 56 200 DO 57 201 DO 202 DO 59 203 DO 60 204 DO 61 205 DO 62 206 DO 63 207 ___DO 64 ESPANSIONE 4 Can bus 2 lO RO16 Digital Output __Mors Limite potenza elettrica assorbita Indicatore luminoso temperatua olio Comando motore elettrico 1 Comando motore elettrico 2 Controllo flusso pompa alta pressione su motore principale Controllo flusso pompa alta pressione su motore principale Consenso accensione motore principale Consenso accensione motore secondario Allarme luminoso serbatoi in numero ridotto Controllo flussi pompe linea alta pressione Controllo flussi pompe linea alta pressione Controllo flussi pompe linea alta pressione Controllo flussi pompe linea alta pressione Controllo flussi pompe linea alta pressione Indicatore luminoso skeg abbassato Descrizione Controllo flusso sistema propulsivo in modalit normale
129. gime permanente la massa di liquido entrante in una sezione di monte e quella uscente da una sezione di valle si conservano inalterate Ne discende il principio di continuit in un tubo di flusso il volume di liquido che attraversa ogni sezione nell unit di tempo costante Questa l espressione pi semplice per definire la portata Q 6 2 6 2 L oleodinamica sulla barca a vela Dalle navi da carico e da lavoro fino alle barche da diporto l oleodinamica ha preso sempre pi piede grazie ai diversi vantaggi che propone componenti oleodinamici sono robusti protetti contro l azione delle onde ai pericoli elettrici all incendio Assicurano totale libert di posizionamento fra motopompe e utenze Per quanto riguarda i sistemi di propulsione i comandi oleodinamici assicurano invertibilit di rotazione sollevamento regolazione di regime indipendenza fra pompa ed elica La variabilit di cilindrata apre la possibilit di conversione della coppia e del regime di rotazione in modo da ottimizzare il rendimento del motore endotermico e l efficienza propulsiva nel suo complesso L applicazione dell oleodinamica sulle imbarcazioni molto vasta si hanno infatti trasmissioni a fluido per verricelli salpa ancore portelloni timoni eliche di manovra Le trasmissioni oleodinamiche constano in generale di componenti operatori quali pompe linee di trasmissione e componenti attuatori cilindri e motori oleodinamici 60 Ca
130. golarit Questo non rappresenta un problema per quanto riguarda gli impianti in oggetto in quanto il volume di fluido spostato dalla pompa durante un ciclo completo alcuni ordini di grandezza inferiore rispetto all intero volume di olio presente inoltre le velocit di rotazione elevate determinano una pulsazione di portata a frequenze ben superiori rispetto alle dinamiche degli elementi presenti nel sistema La scelta della pompa va effettuata a partire dalla portata massima da garantire all utilizzatore per ottenere la velocit desiderata valore ottenibile una volta note la cilindrata di quest ultimo In secondo luogo in virt della forza o coppia resistente all utilizzatore deve valutarsi la pressione massima che si instaura nel sistema per valutare che essa assuma valori ragionevoli e adatti alla tipologia dei componenti 62 Capitolo 2 Inoltre bisogna valutare la contemporaneit di interventi delle singole utenze il tipo ed il regime di rotazione del motore primo prescelto e l accoppiamento con la pompa con o senza riduttore Ulteriori considerazioni riguardano il tipo di fluido idraulico impiegato il campo di variazione della temperatura d esercizio e la conseguente variazione di viscosit del fluido rumorosit accettabile limiti di peso e ingombro affidabilit e durata costi d acquisto e manutenzione Un discorso specifico merita il rendimento np che permette di quantificare le perdite di energia all int
131. hanno i cilindri allineati e disposti in circonferenza in un blocco cilindri detto barilotto Si possono avere diverse soluzioni costruttive con blocco cilindri inclinato o a piatto inclinato Questi sistemi permettono di trasformare un moto rotatorio in un moto lineare Questo tipo di pompe si presta alla regolazione automatica della pressione e della potenza con sistemi idraulici o elettro idraulici integrati Nelle pompe con pistoni radiali i cilindri sono disposti a stella su un piano perpendicolare all asse di rotazione della macchina Una tipologia costruttiva prevede la presenza di un blocco stellare fisso messo in movimento da una camma posta sull albero Le pressioni d esercizio sono in assoluto le pi alte fino a 70 MPa ma in genere le portate sono ridotte Complessivamente queste macchine garantiscono un ottima affidabilit compattezza robustezza e alti valori di rendimento grazie all ottima tenuta tra pistoni e cilindri che minimizza il trafilamento dell olio migliorando il rendimento volumetrico Esse vengono collegate direttamente al motore primo e possono anche venire disposte in serie utilizzando pompe con albero passante per sfruttare al meglio la potenza disponibile e soddisfare i diversi fabbisogni di portate delle differenti tipologie di utenze che costituiscono l impianto 2 7 2 Gli attuatori componenti attuatori di un circuito oleodinamico possono essere motori idraulici o cilindri primi sono macchine motrici
132. he ogni qual volta esso verr avviato metter in funzione le pompe che erogheranno una certa quantit di portata Per questo motivo lungo le linee di mandata delle pompe sono inseriti dei distributori 5 7 e 11 che inviano l intero flusso di olio al serbatoio 21 quando le valvole a controllo elettromagnetico in essi contenute non vengono eccitate Questo permette di inviare il flusso d olio solo nelle parti dell impianto in cui richiesto Se cos non fosse i rami delle utenze non in funzione entrerebbero in pressione in quanto il flusso di fluido sarebbe arrestato da valvole chiuse valori di pressione continuerebbero a salire fino al raggiungimento dei valori di apertura delle valvole di massima pressione Questo causerebbe una grande dissipazione di energia una maggiore sollecitazione di tutto il circuito ed un maggiore riscaldamento dell olio A questo punto si passa a descrivere un altra configurazione dell impianto Quella in cui la potenza fornita dal secondo motore endotermico Come mostra la figura 3 26 la macchina termica 1 collegata ad una pompa a cilindrata variabile 2 dello stesso tipo di quella montata sul motore principale ma con cilindrata inferiore Essa aspira olio dal serbatoio 21 e alimenta un distributore 7 che come descritto in precedenza collegato ai collettori che alimentano le utenze funzionanti in bassa pressione 123 L impianto oleodinamico dell imbarcazione Wally 100 Mag
133. i carbonio per ridurne le masse Opportuni trasduttori lineari inseriti all interno degli steli dei cilindri permettono al sistema di controllo di conoscere la posizione istantanea raggiunta dal pistone Ogni dispositivo viene comandato dall equipaggio tramite un opportuno pulsante posizionato nei pressi della ruota del timone Il posizionamento a bordo di questi dispositivi e la schematizzazione dei meccanismi di comando delle manovre sono illustrati nella figura 3 7 mentre le principali caratteristiche dei cilindri sono riportate nelle tabelle 3 9 3 10 e 3 11 Corsa pistone Corsa pistone Diametro Diametro i Manovra camere lmm steli mm lato puleggia lato puleggia 4 1 mm 2 1 mm scotta della 100 85 2150 800 randa Sartie volanti 90 75 1570 600 Tabella 3 9 Principali dimensioni del cilindro della randa e dei cilindri delle sartie volanti 90 Capitolo 3 Forza massima Lunghezza massima Manovra di trazione sulla di spostamento Massa a secco g cima N della cima mm Scotta della randa 86328 10200 116400 Sartie volanti 97472 7480 70670 Tabella 3 10 Caratteristiche prestazionali e masse del cilindro della randa e dei cilindri delle sartie volanti Volume Volume Volume Volume massimo olio massimo olio massimo olio massimo olio Manovra culatta lato testata lato culatta lato testata lato puleggia 4 1 puleggia 4 1 puleggia 2 1 puleggia 2 1 dm dm dm dm atada 16 88 4 68 6 28 1 74 randa Sartie volanti 10 6 93
134. i di rendimento dei motori endotermici intorno a 0 45 nella condizione di massima efficienza scendendo cos ad un valore vicino a 0 32 129 L impianto oleodinamico dell imbarcazione Wally 100 Magic Carpet Cubed 130 Capitolo 4 Capitolo 4 Funzionamento e gestione dell impianto In questo capitolo si passa ad una descrizione specifica del funzionamento dell impianto In pratica dopo avere esposto le caratteristiche principali del sistema ed i compiti che esso deve svolgere vengono descritte tutte quelle operazioni che intercorrono tra il comando impartito da un membro dell equipaggio e lo svolgimento di una certa operazione Si passa dunque alla descrizione del sistema di controllo e gestione dell intero sistema dei relativi problemi dell importanza di fornire all utente tutte le informazioni necessarie al suo corretto funzionamento Detto ci non si vorr addentrarsi nel descrivere tutte le modalit di intervento delle singole valvole presenti 135 per l esattezza al variare delle condizioni di utilizzo del sistema ma baster definire i principi comuni al funzionamento di tutti gli attuatori per enunciare i concetti e le logiche che stanno alla base di questo tipo di impianto 4 1 Descrizione del funzionamento Il concetto che sta alla base del funzionamento di un impianto oleodinamico molto semplice prelevare una certa quantit di olio da un certo punto di un sistema con una macchina e trasferirla attraver
135. i raccoglie quindi un gran numero di informazioni relative all installazione alla messa in servizio al normale utilizzo ed alla risoluzione dei problemi relativi all impianto in questione informazioni che per quanto riguarda i prodotti realizzati in serie prevedono normalmente la stesura di differenti tipi di manuali per esempio manuale utente di montaggio dell installatore dell operatore di servizio L importanza di raccogliere tutte le informazioni relative al progetto e di renderle rapidamente disponibili a chi si trovasse ad averne bisogno l obiettivo principale del manuale di un qualsiasi manufatto Esso rappresenta uno strumento indispensabile alle persone che si troveranno ad utilizzare l impianto ed ai tecnici che si occuperanno della sua messa in servizio della sua ordinaria manutenzione e della risoluzione degli eventuali problemi che possono nascere durante il suo utilizzo In esso sono raccolte tutte le informazioni riguardanti le modalit di funzionamento di tutti i sistemi che ne fanno parte le loro principali caratteristiche le modalit di collegamento dei vari dispositivi i procedimenti per effettuare le regolazioni di una serie di parametri Inoltre l azienda potr usufruire di un agevole strumento contenente l elenco completo dei componenti forniti al cliente indispensabile per la fornitura di pezzi di ricambio e di pezzi danneggiati o malfunzionanti 175 Conclusioni 176 Allegati Allega
136. i sono indispensabili nel caso sia richiesta una rapida sostituzione di uno di essi operazione che richiede il preventivo approvvigionamento dei componenti il taglio del tubo con la giusta lunghezza il serraggio dei raccordi alle estremit del tubo la spedizione al porto in cui la barca ormeggiata 6 2 3 Impianto idraulico I capitoli tre e quattro raccolgono una serie di informazioni dettagliate relative al collegamento fra tubi e componenti Per ciascun distributore identificato con una sigla riportata sul componente per facilitarne l individuazione sono indicate le dimensioni dei raccordi ed il tipo di filettatura le linee dell impianto oleodinamico ad esso collegate linea di pressione di ritorno di drenaggio di load sensing le caratteristiche del tubo e dei relativi raccordi il nome e la schematizzazione delle elettrovalvole presenti 4 Section 03 HYDRAULIC SYSTEM Section 04 HYDRAULIC CYLINDERS 4 03 03 Service manifolds 04 15 Runner backstay port magic double MF10 Runner backstay port magic double MD_090_0600_1570_18131 t 5 da UNE FROM MF19 a 0 UNF 37 NIC 200_MP_A_18093 Propulsion manifold rancune UNF 37 teca FROM MFS 3 4 UNE 37 NC PRESSURE LINE 1 BSP 2 1 UNE FROM MF19 3 4 UNF 37 NNC PROPULSION LINES ROTATING FITTINGS 1 BSP PRESSURE LINE FROM MFI6 ayar UNF 37 C Se Figura 6 3 Esempi di pagine dei capitoli tre e qua
137. i studi Indice generale ACER IRR RR I A 17 Capitolo 1 La barca avela LiaGlala ala 19 1 1 Nascita e sviluppo della vela da diporto i 19 1 2 Caratteristiche principali dell imbarcazione i 20 1 2 1 Fondamenti sulla conduzione di un imbarcazione a vela 21 1 2 2 Le attrezzature fondamentali ii 22 1 3 Meccanica dell imbarcazione a vela i 24 1 3 1 Il triangolo del vento i 24 1 3 2 Equilibrio dinamico dell imbarcazione a vela 25 1 3 3 Aerodinamica della vela ii 27 1 4 Regolazioni e carichi nell utilizzo di un imbarcazione a vela di grosse FIMENSIONI natia 28 1 5 Conduzione dell imbarcazione e principali Manovre 30 1 5 1 Utilizzo della velatura nella conduzione dell imbarcazione 31 1 5 2 Il caricabasso del DOMA 33 1 5 3 La scotta della randa e il carrello del trasto iii 35 L 5 4 Ilitesabase inaa ai aaa aa 36 1 5 5 Il conninghami cali Lala 37 1 5 6 tenditori del punto di scotta delle vele di prua 39 15 7 Lo strallo di prua sisi 41 1 5 8 Le sartie volantit castani nonna ia i e aana 42 1 5 9 Il tenditore del punto di mura del gennaker 43 Capitolo 2 L oleodinamica sulle imbarcazioni a vela cssssssscssssssscecessssceeessseeees 45 2 1 L energia su una barca a vela i 45
138. i una serie di stecche nella sua parte superiore Questo tipo di imbarcazioni sono equipaggiate con una sola randa la cui estensione pu essere modificata riducendo la lunghezza dell inferitura Figura 1 3 Piano velico di un imbarcazione di tipo sloop Per quanto riguarda le vele di prua ogni imbarcazione equipaggiata con una serie di fiocchi con differenti dimensioni e caratteristiche i quali possono essere issati o ammainati dall equipaggio in base alle condizioni di navigazione La serie di fiocchi parte dalla vela con superficie massima e tessuto pi leggere per passare via via a vele pi piccole e di maggiore robustezza fino a raggiungere il fiocco da tempesta il quale 23 La barca a vela presenta le minori dimensioni ma la maggiore robustezza La sostituzione delle vele permette di diminuire la superficie di tessuto esposta al vento quando esso aumenta di intensit in modo da ridurre la forza sbandante senza diminuire la spinta propulsiva La spinta del vento infatti proporzionale al quadrato della sua velocit ne consegue che se il vento raddoppia la sua velocit la superficie della vela dovr essere ridotta di un quarto Sempre allo scopo di ridurre la forza sbandante le vele che vengono armate all aumento di intensit del vento oltre ad essere pi piccole sono anche pi basse in modo da abbassare il centro velico e ridurre la coppia sbandante pi di quanto venga ridotta la spinta propulsiva 1 3
139. iarie Oltre alle funzioni gi descritte l impianto oleodinamico pu essere sfruttato per alimentare utenze ausiliarie di differente tipologia Si tratta di funzionalit che sulle pi comuni barche sono movimentate manualmente o attraverso motori elettrici Naturalmente le forze e di conseguenza le potenze in gioco sono di un ordine di grandezza inferiori rispetto a quelle relative alle funzioni precedentemente descritte Questi dispositivi permettono di rendere pi facile agevole e confortevole l utilizzo dell imbarcazione 105 L impianto oleodinamico dell imbarcazione Wally 100 Magic Carpet Cubed 3 4 4 1 Specchio di poppa L imbarcazione presenta un portello di dimensioni 2400x875 mm sullo specchio di poppa Esso rappresenta un utile accesso al lazzaretto e quando completamente abbassato una superficie piana al livello del mare utile alla balneazione Un cilindro oleodinamico a singolo effetto movimenta una cima essa passa attraverso una serie di pulegge ed connessa ad un estremit del portello in questo modo la struttura pu essere sollevata completamente Per quanto riguarda la fase di apertura due cilindri caricati con gas in pressione spingono il portello nella parte inferiore quando il cilindro oleodinamico viene rilasciato La forza di gravit di aiuto al sistema in questa fase AI cilindro oleodinamico demandata anche la funzione di ritenuta del sistema quando completamente sollevato i
140. ic Carpet Cubed La differenza sostanziale rispetto allo schema di figura 3 25 riguarda il sistema di alimentazione del motore oleodinamico collegato al sistema propulsivo 6 In questo caso il distributore dedicato 5 non viene pi alimentato direttamente da una pompa in circuito chiuso ma tramite i collettori gi descritti 7 e 8 dalla stessa pompa di alimentazione della linea di bassa pressione Questo decreter una diminuzione della quantit di flusso e quindi della potenza a disposizione del sistema propulsivo durante il funzionamento contemporaneo delle utenze della stessa linea La pompa 2 ha un albero passante che la collega ad una seconda macchina 3 pi piccola dedicata alla linea di alta pressione Si tratta di una macchina a pistoni radiali caratterizzata da una portata molto limitata ma in grado di sostenere pressioni dell ordine dei 70 MPa 700 bar Quando nessuna delle utenze collegate a questa linea in funzione un distributore 4 devia il flusso d olio verso il serbatoio 21 limitando il fabbisogno energetico del sistema MOTORE SECONDARIO SERBATOIO OLIO Figura 3 26 Schema semplificato di impianto in modalit di funzionamento emergenza La terza configurazione figura 3 27 prevede l utilizzo di due motori elettrici 1 e 2 come unica fonte di potenza Ciascuno di essi collegato ad una pompa 3 e 5 a pistoni radiali del tutto identica
141. ido m s 67 L oleodinamica sulle imbarcazioni a vela questo modo viene garantita la perfetta tenuta dell olio un montaggio ed uno smontaggio agevoli Per conferire all impianto la flessibilit alle diverse esigenze di esercizio richieste dagli utilizzatori si utilizzano dei distributori chiamati anche valvole di direzione Si tratta di commutatori che spostandosi su un numero limitato di posizioni fisse interrompono aprono commutano il flusso fra i loro attacchi Le grandezze che caratterizzano un distributore sono il numero di vie che definisce i tipi di collegamento che esso permette di realizzare ed il numero di posizioni che definisce il numero delle varianti di collegamento In generale la funzione di distribuire in vari modi un flusso l olio presuppone l esistenza di un corpo fisso dotato di un opportuno numero di attacchi e di cavit interne entro il quale si sposta per comando esterno uno o pi elementi mobili capaci di aprire determinati passaggi e di chiuderne altri Il sistema pi diffuso quello che adotta come elemento mobile un pistone o cursore cilindrico provvisto di gole e forature appropriate scorrente linearmente in una cavit a sua volta provvista di gole e passaggi ricavati nel corpo fisso In questo modo possibile realizzare i collegamenti voluti tra una serie di condotte del corpo facenti capo agli attacchi presenti sulle facce esterne Un interesse pratico notevole hanno a
142. ie volanti 2 92 Capitolo 3 Per quanto riguarda i meccanismi di controllo delle sartie volanti 2 il funzionamento identico a quello appena esposto per il dispositivo di controllo della scotta della randa In questo caso per ciascuna cima regola la posizione di una puleggia mobile 3 posta nella parte poppiera dell imbarcazione alla quale vincolato un cavo 4 che costituisce la manovra vera e propria Il capo libero della cima viene avvolto intorno ad un verricello idraulico 5 il quale costituisce un punto fisso La sua funzione quella di permettere il rilascio rapido della manovra in caso di mancato funzionamento del meccanismo appena descritto Questo ulteriore fattore di sicurezza dettato dal regolamento di categoria seguito per le progettazione della barca in questione Il sistema garantisce un controllo molto preciso delle manovre e apre spazio all automazione di parte delle regolazioni che l equipaggio deve effettuare in determinate condizioni In particolare durante una virata in cui cambia il lato dell imbarcazione esposto al vento la sartia volante che prima dell effettuazione della manovra si trovava in tensione deve essere rilasciata mentre la sartia volante che prima era libera deve essere messa in tensione Questo per evitare che la randa vada a sbattere con una delle suddette manovre Sfruttando un controllore logico descritto in dettaglio nel capitolo 5 opportunamente programmato per la gest
143. importanza per alcuni tipi di barche specie se utilizzate per crociera Le attrezzature manuali richiedono forza e abilit da parte di chi le usa richiedono i giusti spazi dal parte del manovratore sono inoltre necessari coordinazione e tempismo Gli impianti oleodinamici automatizzati consentono ad un uomo solo di azionare pi manovre contemporaneamente riducendo cos l affollamento a bordo 2 5 4 Sistemi ausiliari Queste apparecchiature richiedono un fabbisogno di potenza inferiore rispetto ai sistemi gi menzionati Tipicamente gli impianti prevedono l utilizzo di motori elettrici per il comando di pompe e ventilatori nel mercato presente una vasta gamma di dispositivi completi ottimizzati per le condizioni di utilizzo e facilmente installabili Ancora una volta l oleodinamica rappresenta la pi valida alternativa se gi presente un impianto che lavora con olio in pressione L utilizzo di un unico sistema per movimentare tutte le funzioni a partire da un unica fonte di potenza pu apportare notevoli vantaggi in termini di efficienza flessibilit e massa totale dell impianto 2 6 La scelta dell oleodinamica II successo incontrato dall oleodinamica in moltissimi settori riconducibile agli innumerevoli vantaggi offerti da questa tecnologia che combina formidabili concentrazioni di potenza con eccellenti capacit di controllo e regolazione Inoltre la sua combinazione con l elettronica delle ultime generazioni ha
144. in Pressione velocita in Massima Potenza Cilindrata si Ne sa i dm servizio massima di servizio velocit massima continuo picco MPa continuo giri s KW MPa giri s 0 1 0 2 0 31 11 15 12 Tabella 3 12 Principali caratteristiche motore idraulico verricelli Figura 3 9 Particolare di un verricello oleodinamico con rappresentazione dei tubi di passaggio dell olio Nell immagine si distinguono il tamburo 1 il motore oleodinamico 2 la linea di alimentazione 3 la linea di scarico 4 invertibile con la 3 per cambiare il senso di rotazione del sistema e la linea di drenaggio 5 dell olio 95 L impianto oleodinamico dell imbarcazione Wally 100 Magic Carpet Cubed 3 4 2 Propulsione Il sistema propulsivo rappresenta l utenza con la maggiore richiesta di potenza Una volta scelte le caratteristiche della carena e dell attrezzatura occorre determinare la quantit di potenza che consenta alla nave di rispettare i requisiti operativi e contrattuali in termini di velocit Il progettista dell imbarcazione calcola le curve della forza resistente in funzione della velocit di avanzamento figura 3 10 Conoscendo queste i rendimenti degli organi del sistema e definendo una velocit obiettivo possibile determinare la potenza che il motore primo deve fornire FORZA RESISTENTE N 22500 20000 17500 15000 12500 10000 7500 5000 2500 2 25 3 35 4 45 5 55
145. informazioni contenute nel manuale di gestione che risulter uno strumento indispensabile ai tecnici che si dovranno prendere cura dell impianto La definizione della gestione dell impianto ha inizio durante le fasi preliminari del progetto in cui il progettista ed i committenti si riunisco per definire tutte le caratteristiche le modalit di funzionamento i gradi di intervento e le logiche di controllo del sistema e dei suoi componenti Precisati questi aspetti l impianto pu essere definito in maniera sempre pi dettagliata fino al raggiungimento di una 133 Funzionamento e gestione dell impianto configurazione definitiva Si giunge quindi alla realizzazione ed all acquisto di tutti i componenti per poter assemblare il tutto e procedere alle fasi di collaudo Queste rappresentano un aspetto fondamentale nella realizzazione di un impianto e permettono di definire i giusti valori che i parametri dovranno assumere per il suo corretto funzionamento percentuale di apertura delle valvole ritardi nel loro intervento ritardo nell intervento della leva di comando della propulsione numero di giri di rotazione del propulsore in determinate condizioni ritardo nel suo spegnimento limiti nella corsa di alcuni cilindri Rilevamento sensore Numero sensori Velocit di rotazione generatore 1 Presenza a bordo motore secondario 1 Motore secondario in funzione 1 Posizione valvole a sfera 15 Livello olio nel serbatoio 1 Motore principale in f
146. io contenuto nella culatta possa defluire attraverso l apertura della valvola EV 080 Terminata l operazione di chiusura del cilindro la valvola verr chiusa Subito dopo verr eccitato il secondo solenoide della valvola a cassetto EV 084 che permetter l alimentazione della testata del cilindro 2 1 Come nel caso precedente lolio presente nella culatta dovr essere fatto defluire mediante l apertura di un altra valvola I EV 081 Nel caso l equipaggio della barca ritenga necessario il rilascio della manovra in maniera rapida l apertura di un opportuna valvola EV 082 posizionata sulla culatta del cilindro permette il collegamento diretto fra la camera del cilindro 4 1 contente un volume di liquido decisamente superiore rispetto al 2 1 e la linea di ritorno dell olio verso il serbatoio aggirando in questo modo i distributori Questo consente al fluido di defluire pi celermente velocizzando le operazioni di manovra Questa la descrizione completa del funzionamento della parte dell impianto dedita al controllo della sartia volante posizionata sul lato destro dell imbarcazione La sartia di sinistra viene controllata mediante una logica identica il collettore principale 11 alimenta una parte di impianto uguale a quella appena descritta riprodotta in maniera equivalente sul lato opposto dell imbarcazione Per ottimizzare il consumo di potenza richiesto dalla pompa in testa al collettore principale inserita una valvola che
147. io e per la sostituzione di pezzi danneggiati o malfunzionanti II manuale dovr dunque essere redatto in maniera completa chiara sintetica e sufficientemente dettagliata 6 1 Redazione del manuale La notevole complessit del sistema nonch le sue differenti modalit di funzionamento hanno richiesto una lunga serie di prove al banco dell impianto che hanno rappresentato le fasi preliminari per la stesura del manuale operativo Ci ha richiesto un analisi dettagliata dell intero sistema dei componenti e sottocomponenti che lo costituiscono E stato dunque necessario raccogliere tutte le informazioni a riguardo cercando di esporle nella maniera pi chiara e logica possibile Inoltre si dovuta prestare molta attenzione all evoluzione del progetto dell impianto durante le fasi di collaudo Infatti una serie di problemi scaturiti durante queste fasi hanno portato all effettuazione di una serie di modifiche ad alcune parti del sistema ed alle sue modalit di controllo In particolare stato ripensato l intero gruppo di alimentazione del sistema propulsivo dell alternatore e del ventilatore della sala macchine il motore endotermico secondario stato sostituito con uno di maggiore potenza comportando la sostituzione delle pompe ad esso collegate E stato dunque fondamentale relazionarsi con i tecnici che si sono occupati del progetto della realizzazione e del collaudo di ciascun componente costituente l impianto Questo ha
148. ione 1 Un altra manovra di fondamentale importanza per il perfetto controllo della velatura dell imbarcazione costituita dal caricabasso del boma 1 figura 3 5 Esso collega un punto posto sulla superficie inferiore del boma 4 ad un punto situato nella parte inferiore dell albero 5 sulla sua faccia di poppa Il meccanismo di comando prevede 85 L impianto oleodinamico dell imbarcazione Wally 100 Magic Carpet Cubed un cilindro 2 costruito in lega di titanio Ti 6A1 4V esso connesso ad una prolunga composta da un cavo in fibra tessile in grado di trasmettere carichi di trazione racchiuso da una struttura cilindrica realizzata in fibra di carbonio 3 e in grado di trasmettere carichi di compressione Una prerogativa di questo componente la capacit di sopportare il carico di compressione dovuto al peso del boma e di mantenerlo orizzontale in condizione di riposo Tale funzione demandata all espansione di un gas argon inserito in un opportuna camera alla pressione di 5 MPa Le caratteristiche principali di questo componente sono riportate nella tabella 3 5 Figura 3 4 Particolare del deflettore e meccanismo di funzionamento della manovra 86 Capitolo 3 Diametro camera mm 95 Corsa pistone mm 310 Diametro stelo mm 45 Carico di snervamento N 549360 Carico massimo in compressione N 36249 Massa a secco g 39600 Volume massimo olio dm 1 7 Tabella 3 6 Principali caratteristiche
149. ione sequenziale delle valvole relative alla parte dell impianto oleodinamico che si occupa dell alimentazione e dello scarico dell olio dei cilindri in questione possibile rendere automatiche le operazioni appena descritte limitando l intervento dell equipaggio all invio di un segnale di comando al sistema di controllo centrale tenendo semplicemente premuto un pulsante posizionato presso i comandi del timone Figura 3 8 Particolare della culatta di un cilindro oleodinamico doppio con rappresentazione della cima vincolata al suo punto fisso 93 L impianto oleodinamico dell imbarcazione Wally 100 Magic Carpet Cubed 3 4 1 2 Verricelli idraulici L imbarcazione equipaggiata con otto verricelli ciascuno dei quali connesso ad un motore oleodinamico a pistoni radiali L utilizzo dei verricelli cos ripartito due verricelli sono dedicati alle manovre relative alla regolazione di randa fiocchi e gennaker quattro verricelli sono dedicati alle drizze manovre utilizzate per issare le vele i restanti due sono dedicati alle sartie volanti Costruttivamente questi verricelli sono realizzati in modo da generare tre differenti rapporti di trasmissione Premendo un pulsante posto sulla sommit del verricello si inserisce la prima marcia AI motore idraulico viene fornita una certa quantit di olio ad una delle due luci di alimentazione questa metter in moto il motore stesso e di conseguenza il verricello a cui
150. ione del sistema di governo dell imbarcazione componenti principali sono le ruote del timone 1 e 2 i settori 3 e 4 i frenelli 6 e 7 la barra di accoppiamento 5 le pale 8 e 9 ii 108 Indicazione delle forze agenti sull imbarcazione in condizione di equilibrio statico 1 ed in condizione di moto a regime 2 ii 110 Sistema di generazione flusso ad alta pressione nell impianto di dissalazione Schematizzazione dei flussi di olio e acqua i 112 Andamento della temperatura dell olio in un impianto nelle varie fasi di funzionamento al variare del tempo Le curve da A a F si riferiscono a valori crescenti della potenza termica immessa i 114 Schematizzazione impianto di raffreddamento dell olio ad acqua di mare 116 Ventilatore sala Macchine 118 Disposizione componenti all interno della sala macchine Partendo dalla parte pi a prua possibile distinguere motore endotermico principale 1 pompa dell acqua 2 scambiatore di calore 3 alternatore 4 serbatoio 5 motore endotermico secondario e struttura di supporto 6 contenitore skeg 7 121 Schema semplificato di impianto nelle modalit di funzionamento regata e regata rocief scesi eee EEE ARRE Nile 122 Schema semplificato di impianto in modalit di funzionamento emergenza Schema semplificato di impianto in modalit di funzionamento elettrica 125 Rappresentazione del collegamento
151. ione di gravit h la quota media della sezione v la velocit media del flusso supposta costante per tutti i punti della sezione Per quanto riguarda il liquido reale esso differisce da quello ideale in quanto non incomprimibile ed soggetto ad attriti interni e sulle pareti Per il bilancio energetico in un tubo di flusso reale si pu prescindere dalle variazioni di volume dovute alla comprimibilit mentre occorre prendere in considerazione le conseguenze dell attrito che si traducono in perdite di calore trascurabili nel bilancio energetico e perdite di pressione o di carico che invece hanno un peso rilevante Un liquido reale che percorre un circuito composto da tubi raccordi curve deviazioni diramazioni strozzamenti subisce una perdita di carico dovuta a resistenze distribuite ed a resistenze localizzate Di conseguenza la somma della tre pressioni lungo due sezioni di un condotto percorso da un fluido non costante ma differisce per le perdite di carico presenti fra queste L equazione di Bernoulli diventa 1 2 1 2 pepeni ovi J patogen Spey J a 3 7 Negli impianti oleodinamici la pressione idrostatica e la pressione dinamica hanno di regola un ruolo insignificante dislivelli geometrici fra tronchi diversi dell impianto generano pressioni dell ordine delle centinaia di kilopascal mentre le velocit medie normalmente assunte nei tubi di regola non superiori a 6 m s generano pressioni dinamiche con valori inferio
152. ione si parla di una potenza intorno ai 50 kW Partendo da questo valore e ipotizzando i valori dei rendimenti degli organi di trasmissione possibile un primo dimensionamento del motore endotermico Bisogna sottolineare che l elemento col valore di rendimento pi basso che determina una notevole dissipazione di potenza rappresentato dell elica le perdite connesse sono intorno al 50 Nella figura 3 3 schematizzato un sistema di propulsione tipico con gli elementi che lo compongono Motore Guarnizioni endotermico Riduttore Cuscinetti di tenuta Figura 2 3 Treno di trasmissione della potenza per un classico sistema di propulsione La produzione di energia elettrica a bordo di un imbarcazione rappresenta un aspetto abbastanza delicato Il progettista deve prevedere un impianto in grado di soddisfare tutte le esigenze dell equipaggio in termini di utilizzo contemporaneo delle varie apparecchiature garantire la massima efficienza ed i minimi consumi rendere minimo x il rumore generato Inoltre importante considerare il fatto che i sistemi atti alla OP Ja potenza che contribuisce effettivamente allo spostamento dell imbarcazione 52 Capitolo 2 produzione di corrente elettrica quali generatori alternatori relativi sistemi di accoppiamento possono avere masse notevoli il progettista deve cercare di tenere bassi tali valori e prestare attenzione al posizionamento a bordo della nave Naturalmente tutte le scelt
153. istenza Per quanto riguarda le andature di bolina ci che interessa invece l ottenimento del massimo rapporto fra portanza e resistenza Il modo principale per ottenere portanza quello i incrementare l angolo di incidenza che nel caso specifico della vela rappresenta l angolo compreso tra la direzione del vento apparente e la corda della vela stessa ossia la congiungente il bordo di ingresso con quello di uscita Per variare questo angolo esistono due possibilit La prima prevede un cambiamento di rotta della barca in modo da allontanare la prua dalla direzione di provenienza del vento La seconda consiste nell intervenire sulla regolazione delle manovre mantenendo la rotta incrementando la tensione sulla vela in modo da modificare la direzione individuata dalla sua corda Un ulteriore modo per aumentare la portanza della vela quello di aumentare la sua curvatura In questo modo si cerca di far seguire alle linee di flusso dell aria una traiettoria quanto pi favorevole in modo da impedire i fenomeni di distacco dalla vela con conseguente riduzione della portanza Inoltre bisogna sottolineare che il vento apparente subisce delle variazioni con la quota in quanto il vento reale soggetto ad un gradiente con l altezza dal pelo libero a causa degli effetti di strato limite che si generano sulla superficie libera del mare Tutte queste considerazioni fanno capire come il moto dell imbarcazione sia influenzato da un gran numero di fa
154. iungere i 100 m Da questo nasce la necessit di utilizzare un dispositivo atto a rendere semplice ed agevole il suo utilizzo La soluzione pi comune prevede l utilizzo di un motore elettrico connesso ad un verricello Ma la presenza a bordo dell imbarcazione di un impianto oleodinamico garantisce una fonte di potenza utilizzabile per l alimentazione del dispositivo Il meccanismo costituito da un verricello il cui asse collegato ad un motore oleodinamico alimentato tramite un apposito distributore Esso presenta delle elettrovalvole a controllo proporzionale che consentono la regolazione delle luci di passaggio dell olio dalle quali dipende la portata transitante e quindi la velocit di rotazione del dispositivo Inoltre invertendo la luce di alimentazione dell olio al motore con quella di scarico possibile invertire il suo senso di rotazione Sul tamburo del 111 L impianto oleodinamico dell imbarcazione Wally 100 Magic Carpet Cubed verricello viene collegato un cavo o una catena che si avvolge su di esso e alla cui estremit e collegata l ancora Il sistema garantisce facilit di utilizzo e velocit di funzionamento aspetti fondamentali per assicurare la sicurezza della nave e delle persone che si trovano a bordo di essa 3 4 4 5 Dissalatore Grazie ai dissalatori ormai possibile avere un autonomia d acqua a bordo di un imbarcazione pressoch illimitata Questi sistemi sono costituiti da opportuni circui
155. izione almeno due delle tre unit che costituiscono il serbatoio devono essere disponibili ma nel caso di incremento della temperatura dell olio raccomandato l utilizzo di tutte e tre le unit Il motore principale alimenta il sistema propulsivo e contemporaneamente tre utenze idrauliche Il motore secondario invece si occupa dell alimentazione dell alternatore e del ventilatore della sala macchine Questa condizione garantisce dunque le funzionalit offerte dalle modalit precedenti ma con l aggiunta della massima disponibilit di energia elettrica Essa si rende necessaria nel caso di utilizzo del sistema di condizionamento degli ambienti interni della barca necessario a garantire il massimo livello di comfort agli occupanti 4 4 4 Modalit elettrica Avviando il sistema con la stessa modalit descritta nel paragrafo 4 4 1 ma non azionando alcun motore endotermico il sistema di controllo apprende automaticamente di trovarsi in modalit elettrica Esso provveder dunque ad avviare i motori elettrici nel caso un membro dell equipaggio imponga il funzionamento di una qualche utenza I due motori elettrici alimentati in corrente continua sono direttamente collegati ad altrettanti pompe e possono funzionare singolarmente oppure congiuntamente Ciascuna motopompa pu mettere in funzione una sola utenza a causa della disponibilit di potenza limitata Una delle due identificata come numero uno fornisce potenza oleodinamica alla
156. l carico maggiore Se poi la portata della pompa non sufficiente per entrambe le utenze si riduce spontaneamente la differenza di pressione sull utenza pi carica in modo che essa non provochi pi un comportamento proporzionale di velocit 6 Per quanto riguarda l impianto in questione esso presenta due pompe a cilindrata variabile controllate dal segnale di pressione proveniente dal circuito load sensing collegato ai collettori di bassa pressione Le due macchine idrauliche sono alimentate da due motori primi distinti e possono funzionare simultaneamente o singolarmente in base alla condizione di utilizzo del sistema Per questo motivo si rende necessario un distributore 12 nelle figure 3 25 26 atto ad indirizzare il flusso verso l una o l altra pompa 3 6 Efficienza dell impianto In questo paragrafo si passa ad analizzare l impianto dal punto di vista delle potenze in gioco dei rendimenti e delle relative perdite di potenza nelle varie modalit di funzionamento Come descritto nei paragrafi precedenti ciascuna utenza ha bisogno di una definita quantit di potenza per poter funzionare correttamente in una determinata condizione Bisogna poi considerare che tutti i componenti facenti parte del sistema pompe motori oleodinamici filtri scambiatori tubazioni determinano 127 L impianto oleodinamico dell imbarcazione Wally 100 Magic Carpet Cubed indubbiamente delle perdite che vanno ad incrementare i v
157. l corretto funzionamento la schematizzazione del sistema e dei relativi componenti le indicazioni indispensabili alla risoluzione dei pi comuni problemi che si possono presentare Da qui l importanza di redigere un manuale contenente le informazioni sopra elencate Esso risulter cos indispensabile nella gestione della manutenzione e dell assistenza da parte dell azienda A differenza di un impianto oleodinamico per uso industriale in cui i sistemi sono installati all interno di un azienda e sempre accessibili ai tecnici un impianto installato a bordo di un imbarcazione potrebbe richiedere un intervento tecnico in una qualsiasi zona del mondo In queste condizioni la modalit di intervento pi agevole prevede che i tecnici dell azienda prestino telefonicamente assistenza all equipaggio della barca E dunque necessario che i due interlocutori abbiano a disposizione tutte le informazioni necessarie ad un lavoro congiunto nella risoluzione dei problemi La funzione del manuale sar dunque quella di fornire a chi si trova ad intervenire sull impianto tutte le indicazioni necessarie ad effettuare una serie di operazioni quali scollegare e successivamente collegare tutti i componenti facenti parte del sistema che richiedono manutenzione individuare le possibili cause di problemi sostituire eventuali componenti non funzionanti impostare i giusti valori dei parametri del sistema di controllo controllare che i valori dei parametri mi
158. lbero in lega di titanio Ti 6A1 4V di lunghezza uguale a 2749 mm e connesso tramite un opportuno sistema di accoppiamento ad un motore oleodinamico Purtroppo non tutta la potenza a disposizione del sistema pu essere impiegata per muovere l imbarcazione Una parte di essa viene dissipata sotto forma di perdite di differente tipo Per quanto riguarda l albero di trasmissione ed il sistema di accoppiamento al motore la perdita di potenza modesta e si aggira intorno a qualche punto percentuale rispetto al flusso entrante Questo dovuto ad un rapporto di trasmissione unitario ed alla presenza di un opportuno circuito di lubrificazione L efficienza dell elica nel generare spinta propulsiva invece molto pi bassa Questo dovuto a fattori fluidodinamici ed al fatto che essa posta con un certo angolo di 97 L impianto oleodinamico dell imbarcazione Wally 100 Magic Carpet Cubed inclinazione rispetto al piano orizzontale dovuto a vincoli costruttivi di collegamento con il motore La conseguenza di ci la nascita di una componente di spinta verticale che tende a sollevare l imbarcazione e non contribuisce all avanzamento L efficienza del sistema risulta dunque essere intorno a 0 5 In base a queste considerazioni e mantenendo un certo margine di sicurezza il progettista della barca ha definito un valore di potenza indicata pari a 110 kW Il sistema propulsivo costituito da una pompa a pistoni assiali a cilindrata variabi
159. le collegata all albero del motore endotermico Essa aspira lolio e lo invia tramite un sistema tubiero ad un distributore necessario ad indirizzare il flusso verso il motore idraulico o a deviarlo verso la linea di ritorno Inoltre permette al motore di essere alimentato tramite due fonti di potenza distinte in base alla differente condizione di utilizzo della barca Il motore idraulico accoppiato all asse dell elica tramite una doppia flangia La prima connessa all albero del motore tramite un profilo scanalato mentre la seconda connessa all albero dell elica tramite un accoppiamento conico e con chiavetta Questo sistema rende il giunto economico nella costruzione e di facile montaggio La pompa ed il motore oleodinamico sono collegati in circuito chiuso Questa soluzione prevede due rami uno di mandata dell olio dalla pompa al motore ed uno di ritorno dell olio dal motore alla luce di aspirazione della pompa Tramite un opportuno sistema di regolazione interno alla pompa le due linee possono essere invertite questo permette l inversione del senso di rotazione del motore e quindi il cambio del verso di marcia della barca Sia la pompa sia il motore oleodinamico sono soggetti a perdite volumetriche dovute ai trafilamenti dell olio tra i cilindri ed i pistoni interni alle macchine stesse Inoltre a causa delle perdite per attrito si genera calore che in mancanza di un raffreddamento surriscalderebbe il liquido con conseguenze
160. leodinamiche relative al sistema di generazione dell energia elettrica CARICO ELETTRICO Figura 3 14 Flusso della potenza nel sistema di generazione dell energia elettrica 104 Capitolo 3 L impianto si compone poi di un secondo alternatore collegato meccanicamente al motore endotermico Esso garantisce una potenza elettrica ridotta ma indispensabile in caso di guasto dell impianto oleodinamico o dell alternatore principale Un apposito sistema di supporto stato creato per vincolare la macchina elettrica al lato del motore dove presente il volano Questo tipo di generatore differente da quello precedentemente descritto Esso fornisce corrente continua con tensione pari a 24 V per un campo di velocit di rotazione compreso tra 105 rad s 1000 rpm a 628 rad s 6000 rpm L intensit della corrente generata cresce all aumentare del numero di giri della macchina dunque necessario introdurre un opportuno rapporto di moltiplicazione tra i giri della macchina termica definiti da motivi di efficienza ed i giri di quella elettrica Questo viene ottenuto dimensionando opportunamente i diametri delle pulegge connesse alle due macchine in modo da ottenere un rapporto di moltiplicazione pari a 1 9 In questo modo l alternatore sempre in grado di fornire alle batterie una corrente con intensit superiore a 100 A Figura 3 15 Alternatore secondario collegato al motore endotermico principale 3 4 4 Funzioni ausil
161. lindri non sono disponibili in quanto forniti da un altro produttore La pressione massima di lavoro pari a 70 MPa ed necessaria a garantire il sollevamento della massa di deriva e bulbo complessivamente pari a 20000 kg 3 4 4 4 Salpancora L ancora un dispositivo che permette di vincolare un imbarcazione al fondo marino rendendone sicuro lo stazionamento nonostante il vento le correnti ed i moti ondosi Un ancora lavora esercitando le forze di resistenza sufficienti a trattenere l imbarcazione a cui essa collegata Sono due i modi primari di realizzare questa azione tramite il peso che tende a spingere l ancora sul fondo e tramite la sua forma che permette una presa ottimale dei fondali Durante le operazioni di ancoraggio la lunghezza del cavo o della catena filati fuoribordo deve essere pari a tre o quattro volte la profondit del fondale questo per condizioni di mare calmo In condizioni di maltempo o aumento del vento invece opportuno rilasciare ulteriormente il cavo di collegamento in modo che l ancora riceva una forza di trazione con un angolo piccolo rispetto al fondale in modo da evitare un suo possibile sollevamento Da queste considerazioni si capisce come una barca che presenta una stazza intorno a 50000 kg necessiti di un ancora con una massa decisamente elevata superiore a 100 kg inoltre in caso di ancoraggio in fondali profondi la lunghezza del cavo da rilasciare e successivamente avvolgere pu ragg
162. lit Questi aspetti oltre ad altri vantaggi che verranno esposti nel seguito hanno reso l oleodinamica appetibile ai progettisti di imbarcazioni a vela siano esse da regata o da crociera ed ormai diventata parte integrante nel progetto di questo tipo di barche 2 1 L energia su una barca a vela Un imbarcazione a vela di per s un sistema molto efficiente che utilizza l energia del vento e la converte in forza propulsiva Questo per non sufficiente Come gi descritto nel capitolo precedente per sfruttare al meglio l interazione fra vento e vele necessario apportare continue regolazioni a queste ultime perci necessaria una qualche forma di energia che permetta di applicare opportune forze alle manovre correnti che agiscono sull attrezzatura nonch alimentare i numerosi dispositivi presenti A bordo delle imbarcazioni sono presenti una serie di apparecchiature elettroniche che necessitano di energia elettrica per funzionare sono divenute sempre pi diffuse e sono obbligatorie per alcuni tipi di imbarcazioni si tratta di strumenti di radio posizionamento come il GPS e strumenti di comunicazione come la radio VHF Inoltre nelle imbarcazioni da crociera sono presenti sistemi che facilitano il lavoro dell equipaggio come pu essere rappresentato da un salpa ancora automatizzato sistemi dedicati a servizi ausiliari come possono essere il ventilatore della sala 45 L oleodinamica sulle imbarcazioni a vela
163. lla loro regolazione possibile modificare la curvatura dell albero che come gi detto precedentemente determina una modifica nella forma della randa Tramite un ulteriore manovra definita deflettore possibile modificare il punto di collegamento fra sartie volanti e albero in modo che esse possano controbilanciare la forza esercitata dallo strallo secondario quando questo viene messo in tensione 42 Capitolo 1 1 5 9 Il tenditore del punto di mura del gennaker Questa manovra consente di esercitare una forza sul punto di mura del gennaker diretta verso il basso consentendo di fornire alla vela il giusto stato di tensione Il gennaker un particolare tipo di vela asimmetrica che viene utilizzata nelle andature portanti essa viene murata a prua della barca e viene connessa al bompresso Una puleggia montata sull estremita di prua di questo dispositivo e permette il rinvio della manovra al meccanismo di azionamento Come per le manovre descritte in precedenza questa manovra di regolazione assume un ruolo fondamentale in quanto permette di sfruttare al massimo le potenzialit della vela soprattutto nelle condizioni in cui il vento ha bassa intensit Per una descrizione specifica del funzionamento dei meccanismi di controllo di ciascuna manovra si rimanda al paragrafo 3 4 1 del capitolo 3 Figura 1 12 Indicazione delle forze esercitate dalle manovre di regolazione dell albero In rosso forza esercitata dallo stra
164. lle manovre che a questo punto saranno soggette a carichi di elevata entit In particolare lo strallo di prua tender ad essere curvato sotto l azione del fiocco che assumer una forma svantaggiosa dal punto di vista aerodinamico L equipaggio dovr dunque procedere ad aumentare la tensione sullo strallo per riportare l inferitura del fiocco ad assumere una forma rettilinea Le 153 Le sartie volanti sartie volanti servono dunque a contrastare l azione dello strallo che altrimenti causerebbe una deformazione dell albero nella parte superiore Inoltre il complesso delle manovre correnti viene sfruttato per modificare la forma dell albero nella sua parte centrale col fine di modificare la forma assunta della randa Questo permette di adattare meglio la vela alle differenti condizioni di vento e di navigazione Come visibile in figura 5 1 un cavo 1 collega l albero ad una puleggia 2 all interno della quale scorre una cima che tramite una serie di rinvii collegata da un lato ad un verricello oleodinamico 3 dall altro ad un cilindro doppio a doppio 4 effetto denominato MagicDouble per maggiori chiarimenti sul dispositivo si rimanda al paragrafo 3 4 1 1 Figura 5 1 Dispositivo di comando della sartia volante destra L estremo di una cima vincolato alla culatta del cilindro tramite un apposito foro ricavato sulla sua superficie La cima passa attraverso una prima puleggia posta nella parte terminale del
165. llo di prua in verde forza esercitata dalla sartia volante che si trova sul lato dell imbarcazione da cui proviene il vento nella condizione di figura la sartia volante di sinistra viene messa in tensione mentre quella di destra viene lascata 43 La barca a vela Figura 1 13 Particolari del punto di mura del gennaker e del secondo strallo con indicazione delle forze esercitate dalle manovre di regolazione 44 Capitolo 2 Capitolo 2 L oleodinamica sulle imbarcazioni a vela I circuiti oleodinamici sono caratterizzati da prontezza di risposta facilit di trasmissione e trasformazione del movimento anche a distanza dal motore di azionamento e con moti complessi dell utilizzatore capacit di assorbire forti riduzioni di velocit ed anche inversioni ed intermittenze ripetute nel moto Tali impianti possiedono inoltre il grande vantaggio di essere relativamente semplici da controllare e regolare In virt della facilit di regolazione i sistemi idraulici trovano applicazione nella regolazione automatica di processi e nei servomeccanismi Inoltre questi impianti richiedono scarsa manutenzione anche grazie all auto lubrificazione e l unico svantaggio costituito dalla necessit di un controllo continuo della quantit di fluido a disposizione per il corretto funzionamento contro le perdite per trafilamento o per rottura delle tubazioni Ci si traduce in una notevole sicurezza di esercizio ed alta affidabi
166. llo valvola proporzionale linea alta pressione Controllo valvole proporzionali sistema propulsivo condizione emergenza Controllo valvola proporzionale gestione piattello pompa propulsione marcia avanti Controllo valvola proporzionale gestione piattello pompa propulsione marcia indietro 150 Annotazioni Annotazioni P 040 0 10 V P 041 0 10 V P 042 0 10 V P 043 0 10 V P 044 0 10 V P 045 0 10 V P 046 0 10 V P 047 0 10 V Annotazioni P 048 0 10 V P 049 0 10 V P 050 0 10 V P 051 0 10 V P 052 0 10 V P 053 0 10 V S 052 4 20 mA S 053 4 20 mA Annotazioni EVP 52 53 EVP 54 55 EVP 56 57 EVP 712 713 Annotazioni EVP 52 53 EVP 54 55 EVP 56 57 EVP 59 EVP 60 EVP 714 Annotazioni EVP 711 EVP 500 EVP 712 713 EVP 622 EVP 623 Capitolo 4 ESPANSIONE 1 Can bus 4 10 DI16 Digital Input Mors Descrizione Annotazioni Pulsante comando 1 velocit verricello albero lato destro Pulsante comando 2 velocit verricello albero lato destro Pulsante comando 1 velocit verricello albero lato sinistro Pulsante comando 2 velocit verricello albero lato sinistro Pulsante comando 1 velocit salpa ancora Pulsante comando 2 velocit salpa ancora Pulsante comando sollevamento ancora Pulsante comando discesa ancora Pulsante spostamento base albero Pulsante spostamento base albero Pulsante sollevamento chiglia Pulsante discesa chiglia ESPANSIONE 2 Can bu
167. lo parzialmente in caso di mancato funzionamento di questo La peculiarit di questo sistema data dal fatto che esso pu essere rimosso dall imbarcazione quando questa viene preparata alle regate In questo modo possibile ottenere una riduzione della sua massa complessiva intorno a 300 kg e un abbassamento del baricentro con conseguente aumento del momento raddrizzante A ci segue senza dubbio un miglioramento delle prestazioni anche se non stata fatta una quantificazione effettiva Per facilitarne le operazioni di montaggio e rimozione l intera unit stata sistemata all interno di un apposito vano costituito da una struttura di tubi di lega di alluminio 6082 T6 saldati che costituisce un unico componente vincolato ad una struttura dedicata posta nella sala macchine Il vano sigillato da un isolamento acustico e racchiude al proprio interno un unita di ventilazione elettrica ed il sistema di post trattamento dei gas combusti Quando il sistema viene montato a bordo della barca le imboccature delle pompe devono essere collegate alle linee del circuito Le valvole di intercettazione a sfera necessarie ad isolare la parte del sistema che pu essere rimossa dovranno essere completamente aperte per mettere in comunicazione tutte le parti dell impianto Alle fonti di potenza gi menzionate si aggiungono due motori elettrici a spazzole alimentati in corrente continua a 24 V ciascuno dei quali collegato ad una pompa a pistoni
168. lo influenzante il progetto del sistema propulsivo dato dalla velocit di rotazione dell elica legata alle sue dimensioni ed alle sue caratteristiche geometriche un parametro molto importante in quanto definisce l efficienza dell intero sistema Essa determina la definizione della cilindrata di pompa e motore oleodinamico nonch della velocit di rotazione del motore primo Un altra caratteristica di questo sistema propulsivo la possibilit di essere sollevato fino a rientrare all interno della sagoma dello scafo Questa caratteristica garantisce una discreta riduzione della forza resistente durante l utilizzo a vela dell imbarcazione fondamentale soprattutto durante le attivit di regata o Rappresenta la massa di carburante consumata dal motore nell unit di tempo riferita all unita di potenza Si esprime in kg kW h 99 L impianto oleodinamico dell imbarcazione Wally 100 Magic Carpet Cubed L albero dell elica contenuto all interno di uno skeg mobile 1 questo vincolato allo scafo dell imbarcazione tramite un cilindro oleodinamico a doppio effetto e tramite un opportuno supporto che costituisce un punto fisso 3 In questo modo il sistema ruota intorno al punto fisso per effetto dello spostamento dello stelo del cilindro Il motore oleodinamico 4 ed il sistema di connessione all albero dell elica 5 sono vincolati allo stesso supporto tramite due alette di giunzione 6 In questo
169. lo stelo con corsa maggiore prosegue lungo l intero sviluppo del cilindro e viene rinviata da una seconda puleggia posta all estremit dello stelo con corsa minore A questo punto percorre di nuovo l intera lunghezza del cilindro e viene rinviata da una seconda puleggia posta all estremit dello stelo con corsa pi elevata Proseguendo viene rinviata al di sopra del piano di coperta dove passa all interno di una puleggia mobile collegata all estremo inferiore della sartia volante A questo punto torna di nuovo sotto coperta e tramite un ultima puleggia viene rinviata ad un verricello intorno al cui tamburo compie una serie di giri per poi venire fissata tramite 154 Capitolo 5 uno strozzascotte La presenza del verricello di per s superflua imposta da vincoli regolamentari di categoria In questo modo in caso di malfunzionamento dei cilindri oleodinamici l equipaggio potr comunque intervenire sulla regolazione delle manovre evitando di finire in situazioni di pericolo La regolazione della cima avviene muovendo gli steli dei cilindri con le dovute forze legate ai rinvii intorno alle pulegge Il progettista dell imbarcazione fornisce carico massimo e spostamento massimo della manovra in questo modo il meccanismo pu essere dimensionato di conseguenza Nella tabella 6 1 sono riportate le principali caratteristiche delle manovre Carico massimo di lavoro N 121840 Carico di picco N 191944 Carico di rottura N
170. lori di pressione elevati possono facilmente flettersi sotto l azione di piccoli sforzi assumendo le pi diverse conformazioni La struttura di tubi del genere basata su una disposizione alterna di strati di gomma telata e di guaine d acciaio a maglie intrecciate o fibra di carbonio A seconda del campo di pressioni cui il tubo destinato sono previste esecuzioni a una o pi guaine o strati Per i collegamenti ai raccordi e agli organi sono provvisti alle estremit di manicotti terminali filettati Particolare cura va posta nella scelta dei raggi di curvatura durante la fase di montaggio La scelta del tubo sar figlia dei massimi valori di pressione di lavoro e di portata richiesta Soprattutto per impianti grandi complessi e con molte utenze si deduce come le linee di aspirazione e di mandata della pompa necessitino di diametri decisamente pi grandi rispetto a quelli dei tubi relativi alle singole utenze Questo permetter di incrementare le portate e di diminuire le perdite distribuite lungo la linea Le linee di mandata alle utenze avranno pressioni molto elevate con tubazioni ad alta resistenza le linee di ritorno e di drenaggio saranno costituite da tubi pi sottili nello spessore e meno resistenti Per collegare i tubi ai componenti dell impianto si utilizzano raccordi con filettatura interna pressati sui tubi e raccordi con filettatura esterna avvitati ai componenti In o Rapporto tra viscosit dinamica e densit di un flu
171. loro sezione Da queste considerazioni nasce la necessit di utilizzare una differente soluzione in grado di fornire le potenze necessarie permettere di ridurre gli ingombri e le masse essere abbastanza flessibile dal punto di vista della possibilit di utilizzo essere efficiente affidabile e non presentare particolari vincoli per quanto riguarda l installazione La soluzione che meglio sposa tutte queste caratteristiche costituita dell oleodinamica Un motore endotermico dello stesso tipo di quelli gi citati viene accoppiato ad una pompa idraulica la quale trasferisce energia ad un fluido vettore che a sua volta la trasferisce a utenze lineari cilindri oppure a utenze rotative motori La scelta dell impianto finale dipender da molteplici fattori che il progettista deve considerare in fase di definizione del progetto Tra essi le caratteristiche della barca in termini di dimensioni tipologia e caratteristiche del piano velico e sue dimensioni dislocamento tipologia costruttiva caratteristiche della coperta e degli interni finalit di utilizzo esclusivamente per regata esclusivamente per crociera oppure regata crociera tipologia di equipaggio a cui la barca destinata prestazioni assegnazione dell handicap per la definizione dei punteggi durante le regate scelte e gusti dell armatore ed infine norme e regolamenti relativi a competizioni se l imbarcazione dovr prenderne parte 2 3 Le funzioni che richiedono energi
172. meglio le proprie esperienze e capacit nel governare l imbarcazione con la massima efficienza per ottenere i risultati migliori durante le regate E quindi di fondamentale importanza che l equipaggio possa agire su ciascuna manovra in maniera agevole rapida e simultanea 1 5 5 Il cunningham Questa manovra costituita da un particolare tipo di caricabasso che agisce sul punto di mura della randa applicando per l appunto una forza F2 diretta verso il basso ed in direzione verticale figura 1 9 lato destro In condizioni di vento fresco la curvatura della vela tende a spostarsi verso poppa Il cunningham permette di tesare il suo punto di mura tenendo verso il basso la porzione di randa adiacente all inferitura decretando uno spostamento verso prua del punto di mura della vela Questa manovra utile in differenti situazioni quando il vento aumenta di intensit e tende ad arretrare la curvatura della randa quando i venti sono estremamente leggeri perch se l aria si muove a basse velocit non in grado di seguire un profilo con curvatura marcata lato sottovento della vela e ci determina senza dubbio una riduzione della forza di portanza e quindi un peggioramento delle prestazioni dell imbarcazione Il cunnigham offre velocit e facilit nel cambiare la tensione della ralinga e questo porta ad innumerevoli benefici nella navigazione 37 La barca a vela Figura 1 9 Particolari delle forze applicate dalle
173. mente nel seguito Un imbarcazione a vela di qualsiasi tipo e misura composta da tre parti fondamentali lo scafo la velatura ed il timone Lo scafo l elemento che genera il sostentamento e la galleggiabilit per l equipaggio e per le cose trasportate Esso viene concettualmente diviso in due parti in base alla posizione relativa rispetto al pelo libero dell acqua che definisce la linea di galleggiamento L opera viva o carena la parte dello scafo che si trova al di sotto del pelo dell acqua essa genera continuamente spinte verso l alto in proporzione al volume di liquido spostato L opera morta o bordo libero invece costituita dalla parte di scafo che si trova al di sopra del pelo dell acqua e non contribuisce costantemente all equilibrio dell imbarcazione La velatura l elemento che genera la propulsione ne esistono innumerevoli tipologie per le nostre analisi ci si riferir sempre ad un velatura di tipo Marconi figura 1 1 Infine il timone mezzo di governo indispensabile per condurre l imbarcazione e fondamentale per il funzionamento sinergico dell insieme barca vento acqua Entrando maggiormente nel dettaglio si possono definire dei sotto componenti dello scafo e delle manovre che costituiscono l attrezzatura distinguendo tra le manovre correnti che servono ad alzare e manovrare le vele e a regolare l albero e le manovre fisse ovvero le parti che sostengono l albero della barca Di queste ultime
174. mento una valvola di ritegno 71 L oleodinamica sulle imbarcazioni a vela Figura 2 8 Schema valvola di strozzamento Y AN e ritegno p o Tra le funzioni richieste da determinati circuiti vi quella di realizzare l apertura o la chiusura di un passaggio in funzione del raggiungimento di un determinato valore della pressione di esercizio A ci provvede la valvola di sequenza la quale apre il passaggio fra monte e valle quando la pressione di monte raggiunge il valore di taratura Viene utilizzata per diversi scopi tra cui generazione di una successione temporale nell alimentazione di due rami del circuito in funzione della pressione d esercizio e della propria taratura ad esempio per attivare secondo un ordine prefissato diverse utenze mantenimento della pressione in un ramo anche in assenza di pressione a valle messa a scarico di pompe ad esempio se ci sono pompe distinte dedicate alla bassa ed all alta pressione 6 2 7 6 Valvole regolatrici di portata Esse servono a ridurre una portata in arrivo ad un valore inferiore e costante Poich il funzionamento di queste valvole autocompensato rispetto alle pressioni in gioco vengono chiamate anche regolatori di flusso compensati Il regolatore di flusso provoca lo scarico al serbatoio di una quota costante della portata in arrivo e consente quindi di impostare la velocit lineare di un cilindro o il regime di rotazione di un motore ad un valore fisso e inferiore a quello che
175. modo tutti i componenti descritti possono ruotare intorno allo stesso punto Lo skeg realizzato in fibra di carbonio per garantire ottima resistenza e massa contenuta opportunamente sagomato per ridurre l attrito dato dall interazione con l acqua e rendere minimi i disturbi alla fluidodinamica dell elica La parte superiore ha una specifica forma 7 che contiene due teste di scorrimento che si interfacciano a due guide poste all interno dello scafo nello specifico alloggiamento 8 destinato a racchiudere lo skeg quando completamente sollevato gradi di libert tra gli elementi mobili e gli elementi fissi quali motore endotermico pompa collettori sono garantiti dai tubi di collegamento in grado di sopportano un certo grado di flessibilit e di curvatura 7 Figura 3 12 Skeg mobile contenente l asse dell elica Sulla destra le due configurazioni completamente sollevato durante la navigazione a vela e completamente abbassato durante l utilizzo del sistema propulsivo 2 CR i PI 3 Supporto rigido posto al di sotto dello scafo dell imbarcazione nella sua zona poppiera con lo scopo di sostenere l asse dell elica 100 Capitolo 3 Un trasduttore di posizione potenziometrico collegato da un lato ad una delle due alette di giunzione del sistema di trasmissione e dall altro ad un punto fisso sullo scafo Questo sensore collegato al sistema di controllo plc che in questo modo conosce la po
176. morsettiera la descrizione della funzione relativa e l elenco dei componenti connessi elettrovalvole o sensori 145 Funzionamento e gestione dell impianto PLC BASE Digital Input Indirizzo CANAARHWNHAD Descrizione Velocit rotazione alternatore Pulsante tensionamento rapido sartia destra Pulsante rilascio rapido sartia destra Pulsante tensionamento strallo di prua Pulsante rilascio strallo di prua Pulsante tensionamento deflettore Pulsante rilascio deflettore Pulsante boa Pulsante virata automatica Pulsante virata di poppa automatica Pulsante tensionamento tesabase Pulsante rilascio tesabase Pulsante tensionamento cunningham sulla randa Pulsante rilascio cunningham sulla randa Pulsante tensionamento caricabasso Pulsante rilascio caricabasso 2 Analogic Input Mors Descrizione Analog Output Indirizzo 1846 ESPANSIONE 1 PLC 10 DI16 Digital Input ESPANSIONE 2 PLC IO DI16 Digital Input ESPANSIONE 3 PLC 10 DI16 Digital Input Indirizzo 64 65 66 67 68 69 70 AI O Mors Mors Mors Indirizzo Comando propulsione 997 998 Descrizione Pulsante rilascio lento sartia sinistra Pulsante tensionamento lento sartia sinistra Pulsante rilascio lento sartia destra Pulsante tensionamento lento sartia destra Pulsante rilascio rapido scotta della randa Pulsante tensionamento rapido scotta della randa Pulsante rilascio rapido in emergenza Pulsante tensionamento gennaker P
177. n l invertitore svolge contemporaneamente le due funzioni inversione della marcia e riduzione del numero di giri di rotazione rapporti di riduzione nelle barche a vela sono dell ordine di due a uno o uno e mezzo a uno Rapporti pi alti vengono utilizzati dalle barche da lavoro che hanno bisogno di maggiore potenza I primi entrobordo su barche a vela hanno avuto la trasmissione del moto in linea d asse cos come avveniva per le barche a motore Mediante l inserimento di un giunto cardanico interposto tra riduttore e asse elica e mediante un sistema in grado di reggere le spinte assiali provenienti dalla stessa possibile attuare il sollevamento dell elica entro la sagoma dello scafo in modo da ridurre la forza resistente nella 53 L oleodinamica sulle imbarcazioni a vela navigazione a vela Un altra modalit prevede la trasmissione del moto tra motore e elica attraverso un piede poppiero immerso contenente due coppie di ingranaggi conici in un bagno d olio Questa tipologia sta prendendo sempre pi piede sulle imbarcazioni a vela di medie dimensioni Il gruppo di trasmissione comprendente l invertitore riduttore risulta pi raccolto e idrodinamico e l elica si trova in pratica sulla verticale della parte posteriore del motore In questo modo gli ingombri sono ridotti rispetto ad una soluzione a linea d asse e l installazione pi semplice perch non presenta le difficolt di allineamento presenti per la prima s
178. n incremento o una diminuzione della portata in maniera progressiva questo per permettere un attivazione o una disattivazione dolce della funzione Si rende quindi necessario aprire o chiudere i passaggi dell olio in un certo intervallo di tempo per questo motivo vengono inserite nell impianto delle specifiche valvole definite proporzionali Esse vengono alimentate con una corrente variabile che causa uno spostamento dell elemento occludente che risulta appunto proporzionale ai valori assunti dai parametri elettrici Siccome il sistema di controllo 132 Capitolo 4 non in grado di generare segnali variabili con una certa continuit e con le caratteristiche necessarie vengono inserite delle schede di amplificazione in grado di convertire un segnale di ingresso di tensione nella rispettiva corrente di pilotaggio per magneti proporzionali Tutte le operazioni di regolazione interne vengono eseguite attraverso un microprocessore Tramite questi dispositivi cos possibile configurare liberamente i tempi di rampa per le operazioni di apertura e di chiusura delle valvole 4 2 Gestione del sistema Come si intuisce da quanto descritto nel paragrafo precedente alla gi grande complessit del sistema oleodinamico si aggiunge quella del sistema di controllo elettrico Oltre ai comandi gi descritti l unit centrale riceve i segnali provenienti da una serie di sensori che le permettono di mantenere sotto controllo l impianto
179. n modo da garantire una chiusura perfettamente sigillata ed impedire il passaggio dell acqua Esso deve essere opportunamente dimensionato per supportare la massa del portello pi quella di persone e oggetti che possono trovarsi su di esso Diametro camera mm 35 Corsa pistone mm 750 Diametro stelo mm 14 Massa a secco g 4128 Volume massimo olio dm 0 33 Tabella 3 16 Principali caratteristiche del cilindro di sollevamento del portellone di poppa Figura 3 16 Esempio di portellone di poppa installato su un Solaris 48 da Spazio dell imbarcazione posto al di sotto della coperta a poppavia utilizzato come magazzino Tipicamente vi trovano alloggiamento i meccanismi del sistema di governo 106 Capitolo 3 3 4 4 2 Timoneria L imbarcazione equipaggiata con due timoni posizionati ai margini laterali dello scafo nella zona di poppa La presenza di due timoni una caratteristica molto comune per le imbarcazioni a vela di ingenti dimensioni in quanto questo garantisce la completa immersione di almeno uno di essi anche quando la barca naviga con angoli di rollio ingenti Se al contrario venisse installato un unico timone montato in posizione centrale esso dovrebbe avere una lunghezza notevole per mantenere una discreta superficie a contatto con l acqua anche quando la barca procede inclinata verso l uno o l altro lato Questo indispensabile per garantire il perfetto governo dell imbarcazione ma aumente
180. na barca a vela pu avere qualunque andatura ma non pu navigare controvento pi precisamente esiste tutto un intervallo di angoli che costituiscono il cosiddetto settore 21 La barca a vela di bordeggio all interno del quale l equipaggio dell imbarcazione non pu pensare di navigare A ciascuna andatura corrisponde una diversa regolazione delle vele ed un comportamento diverso della barca La regolazione fondamentale consiste nel fatto che cambiando la propria rotta e passando da un andatura ad un altra occorre variare la posizione delle vele intervenendo sulle manovre Ogni andatura richiede infatti una diversa esposizione delle vele la cui regolazione influenzata anche dall intensit del vento e dallo stato del mare Vv Bolina stretta Angolo morto if Bolina larga lasco Gran lasco o giardinetto Poppa o fil di ruota Figura 1 2 Differenti andature La freccia in alto indica la direzione di provenienza del vento 1 2 2 Le attrezzature fondamentali La prima caratteristica dalla quale si identifica un imbarcazione a vela l attrezzatura o armamento ovvero l insieme di antenne cavi e vele Vista l ampia gamma di tipologie esistenti non ci si addentrer in una loro completa descrizione ma ci si limiter a descrivere la tipologia della barca in questione vale a dire uno sloop Si tratta di imbarcazioni a vela con un solo albero posizionato circa a centro barca e dotate di uno strallo di prua al
181. na parallela rispetto all asse del boma stesso figura 33 La barca a vela 1 7 La prima componente Fy la pi importante essa ha l effetto di curvare il boma verso il basso decretando un appiattimento della parte inferiore della randa la componente orizzontale Fy ha invece una funzione secondaria spingere il boma contro l albero determinando una curvatura della parte inferiore di quest ultimo l effetto per marginale rispetto a quello compiuto dalle manovre che hanno la specifica funzione di modificare la forma dell albero esse verranno descritte nel seguito Sulle imbarcazioni a vela pi comuni tale meccanismo viene realizzato tramite un paranco costituito da una cima in fibra tessile che scorre all interno di una serie di pulegge Un alternativa a questa soluzione prevede l utilizzo di un attuatore oleodinamico costituito da un elemento monolitico le cui estremit sono collegate ad albero e boma tramite degli snodi In quest ultimo caso possibile modificare il dispositivo in modo tale che sia in grado di sostenere il peso del boma quando l attrezzatura velica non viene utilizzata II caricabasso del boma una manovra fondamentale nella gestione di un imbarcazione a vela in quanto permette la modifica della forma della randa in base alle differenti condizioni di navigazione Quando la barca procede in condizioni di vento debole la manovra deve essere rilasciata per concedere una maggiore curvatura alla
182. ndo elettromagnetico valvole di bloccaggio valvole limitatrici di pressione L elenco completo dei cilindri con le relative caratteristiche riportato di seguito mentre per le funzionalit degli stessi si rimanda al capitolo 1 paragrafo 1 5 1 Manovra Diametro camera mm Tesabase 40 Cunningham sulla randa 35 Posizione verticale vela di prua 45 Posizione trasversale vela di prua 45 Tenditore secondo strallo 70 Tenditore gennaker 50 Deflettore sartie volanti 60 Corsa pistone mm 400 500 1500 1500 400 400 1300 Tabella 3 2 Diametro camera e corsa pistone dei cilindri a singolo effetto Manovra Diametro stelo mm Tesabase 16 Cunningham sulla randa 14 Posizione verticale vela di prua 18 Posizione trasversale vela di prua 18 Tenditore secondo strallo 30 Tenditore gennaker 20 Deflettore sartie volanti 25 Carico di snervamento N 95697 58860 129492 129492 313920 166770 176580 Tabella 3 3 Diametro stelo e carico di snervamento dei cilindri a singolo effetto 81 L impianto oleodinamico dell imbarcazione Wally 100 Magic Carpet Cubed Volume massimo Manovra Massa a secco g olio dm Tesabase 2600 0 42 Cunningham sulla randa 2650 0 4 Posizione verticale vela di prua 9300 2 Posizione trasversale vela di prua 8800 2 Tenditore secondo strallo 9650 1 26 Tenditore gennaker 5100 0 66 Deflettore sartie volanti 14500 3 04 Tabella 3 4 Massa a secco e volume d olio alla massima estensione per
183. ne ed il serbatoio al raggiungimento di un valore di pressione prestabilito a piacere Si evitano in questo modo danni agli organi e alle tubazioni che potrebbero derivare un da incontrollato aumento della pressione Le valvole limitatrici sono disponibili nelle versioni ad azione diretta e ad azione pilotata Le prime sono costituite da un corpo nel quale alloggiato un otturatore a cono 1 o a sfera appoggiato su una sede e contrastato da una molla 2 tarabile con volantino per modificare il precarico e impostare la pressione d apertura L otturatore collegato ad un pistoncino 3 che grazie ad un ugello di strozzamento 4 smorza le oscillazioni durante lo scarico in mancanza del quale la valvola mostrerebbe una tendenza alle vibrazioni con elevata rumorosit e con il pericolo di danneggiare altri organi dell impianto per una persistente oscillazione ad alta frequenza della pressione L otturatore compresso fra la forza della molla e la forza generata dal prodotto della pressione per la sezione di chiusura dell otturatore Quando la seconda supera la prima la molla cede e l otturatore si solleva scaricando attraverso una luce di passaggio 5 una massa d olio sufficiente a limitare la pressione ak i a L J 4 Figura 2 7 A sinistra schema valvola limitatrice ad azione diretta con otturatore a cono a destra simboli grafici 70 Ca
184. nea di scarico 4 invertibile con la 3 per cambiare il senso di rotazione del sistema e la linea di drenaggio 5 dell Oli0 i 95 Diagramma forza resistente in funzione della velocit della barca per differenti condizion lis ete landini la lana laici ala 96 3 11 3 12 3 13 3 14 3 15 3 16 3 17 3 18 3 19 3 20 3 21 3 22 3 23 3 24 3 25 3 26 3 27 4 1 4 2 Diagramma della potenza effettiva in funzione della velocit dell imbarcazione uri RARESA EEEE TEND KERRE a 97 Skeg mobile contenente l asse dell elica Sulla destra le due configurazioni completamente sollevato durante la navigazione a vela e completamente abbassato durante l utilizzo del sistema propulsivo cccscccccceeeseesenees 100 Componenti del sistema propulsivo e flusso di potenza Si distinguono nell ordine motore endotermico 1 pompa oleodinamica 2 distributore 3 motore oleodinamico 4 giunto di collegamento e albero di trasmissione i elicalo i ic helle bia 102 Flusso della potenza nel sistema di generazione dell energia elettrica 104 Alternatore secondario collegato al motore endotermico principale 105 Esempio di portellone di poppa installato su un Solaris 48 106 Particolare della pala del timone destra in condizioni di barca sbandata Si nota la quasi totale emersione del componente 107 Schematizzaz
185. negative per il funzionamento del circuito l integrit dei componenti e la durata del liquido stesso Al reintegro ed al ricambio dell olio provvede una pompa ausiliaria integrata nella pompa principale che immette continuamente olio fresco nel circuito 6 Il distributore oltre alla funzione gi menzionata monta al proprio interno delle valvole limitatrici di pressione e dei sensori di pressione elettronici In questo modo in caso di funzionamento anomalo del sistema e un conseguente innalzamento della pressione a livelli critici l olio viene scaricato al serbatoio evitando il danneggiamento dell impianto sensori collegati al sistema di controllo e gestione dell impianto permettono un monitoraggio continuo del funzionamento e un ispezione da parte dell equipaggio in caso di guasto II dimensionamento del circuito viene fatto in base alla potenza che esso deve trasferire ed alla pressione operativa Vengono poi scelti pompa e motore tra l ampia gamma di macchine disponibili sul mercato parametri fondamentali per la loro scelta 98 Capitolo 3 sono la cilindrata la velocit di rotazione operativa e la pressione massima di lavoro Da questi dipenderanno poi la portata erogata e di conseguenza per effetto del carico la potenza idraulica fornita al fluido L efficienza della macchina dipende invece dalle caratteristiche costruttive come esposto nel paragrafo 2 7 1 In prima approssimazione e senza considerare i flussi di drenaggio il rap
186. nformation related to these systems to make them easily available and accessible to technicians involved in the project and users of the system The drafting of a manual becomes a fundamental aspect allows a simplification of maintenance management control and is essential in case of operating problems The manual becomes a synthesis elements of the entire project contributing to the operation of the system during its operational life Key words sailboat running rigging hydraulic adjustments operating instructions XVI Introduzione Introduzione Il presente lavoro parte integrante del progetto e della realizzazione di un impianto elettro oleodinamico destinato ad essere installato su un imbarcazione da diporto di tipo fast cruiser Si tratta di imbarcazioni a vela la cui propulsione affidata principalmente al vento ma comunque equipaggiate con un motore da utilizzare in condizioni di bonaccia e per manovrare in porto Pur essendo estremamente veloci queste imbarcazioni sono dotate di ogni genere di servizio che le rende adatte alle attivit di crociera Inoltre per massimizzare le prestazioni durante le regate alcuni componenti vengono in genere smontati permettendo di diminuire le masse e di conseguenza rendere la barca pi competitiva L intero impianto stato concepito progettato realizzato ed installato dall azienda Cariboni Srl altamente specializzata in campo oleodinamico e sulle attrezzature nautiche Scopo
187. no esposte le principali caratteristiche di un imbarcazione a vela le sue andature le forze che nascono dall interazione dei suoi organi con il vento Questo indispensabile per comprendere la natura delle regolazioni che l equipaggio della barca deve effettuare nelle diverse condizioni che si presentano e capire l importanza dell impianto e delle sue caratteristiche esposte nei capitoli successivi 1 1 Nascita e sviluppo della vela da diporto La navigazione a vela divenne uno sport per persone facoltose alla fine del XIX secolo nel momento in cui vapore e gasolio stavano rendendo superfluo l utilizzo delle vele sia per uso commerciale sia navale Il 22 agosto 1851 fu organizzata una regata storica intorno all Isola di Wright al largo della costa meridionale dell Inghilterra a cui parteciparono sedici yacht In palio vi era la Hundred Guinea Cup del Royal Yacht Squadron realizzata dal londinese Garrard Il nome fu poi cambiato in Coppa America in onore della goletta vincitrice America fu l inizio delle competizioni internazionali di yacht cos come le conosciamo oggi Dopo quegli inizi le persone pi agiate hanno continuato a praticare questo sport prendendo parte a gare come l Antigua Race Week la Coppa Aga Kham che si teneva a Porto Cervo o la Regata Nioulargue per yacht d epoca a Saint Tropez Allo stesso tempo per lo sviluppo di barche pi piccole ed accessibili ad un gran numero di persone ha permesso una grand
188. nti tipologie pompa dell acqua schede di amplificazione Infine il capitolo contiene una schematizzazione dettagliata dell intero impianto e gli schemi dei collegamenti interni dell unit plc Nel complesso il manuale stato redatto seguendo gli standard dell azienda seguendo le indicazioni dei tecnici a cui esso destinato ed introducendo dei miglioramenti laddove se ne ritenuto necessario 174 Capitolo 7 Conclusioni Il presente lavoro si colloca nell ambito della gestione delle manovre veliche e di una serie di servizi relativi ad un imbarcazione a vela da diporto di grosse dimensioni Esso parte di un progetto innovativo ed ambizioso in cui si cercato di raggiungere il massimo livello di automazione di una barca sfruttando le potenzialit offerte dall oleodinamica Il lavoro interamente svolto in azienda ha visto una prima fase di studio del progetto e dei componenti costituenti l impianto successivamente se ne analizzato il funzionamento partecipando ai collaudi al banco di tutti i sistemi attivit che si sono protratte per un notevole lasso di tempo a causa della complessit del sistema Solo a quel punto stato possibile redigere il manuale di gestione dell impianto aggiornandolo di volta in volta in base alle modifiche apportate alcune delle finali effettuate dopo la sua messa in servizio a seguito di ulteriori richieste del cliente II manuale redatto in occasione di questo lavoro di tes
189. nto 5 le pale 8 e 9 108 Capitolo 3 Diametro camera mm 25 Corsa pistone mm 44 Diametro stelo mm 12 Massa a secco g 560 Volume massimo olio culatta dm 0018 Volume massimo olio testata dm 0 022 Tabella 3 17 Principali caratteristiche cilindro della timoneria 3 4 4 3 Sistema di sollevamento della chiglia Le imbarcazioni di questo tipo sono dotate di una chiglia a bulbo costituita da una zavorra posta all estremit di una deriva posizionata lungo l asse di mezzeria dell imbarcazione nella sua parte centrale e collegata agli elementi strutturali dello scafo per maggiori dettagli riferirsi al paragrafo 1 2 del capitolo 1 Quando la barca naviga la risultante della forza aerodinamica Fa che nasce dall interazione tra le vele ed il vento applicata in un punto che si trova ad una certa quota rispetto al pelo libero dell acqua Ci genera una coppia sbandante che tende a far inclinare la barca dal lato opposto rispetto a quello di provenienza del vento A questo bisogna sommare l effetto della forza di portanza idrodinamica Fi sviluppata dalle parti immerse la quale si oppone allo spostamento laterale della barca ma contribuisce alla sua rotazione L imbarcazione raggiunger una condizione di equilibrio quando l azione di queste forze verr perfettamente bilanciata dall effetto che la forza peso Fp e la forza di spinta idrostatica Fi hanno sull intero sistema Esse generano una coppia sta
190. nto oleodinamico dell imbarcazione Wally 100 Magic Carpet Cubed 3 5 3 Circuiti load sensing Il load sensing sostanzialmente un nuovo modo di concepire grazie all impiego di pompe distributori e valvole di appropriate caratteristiche il circuito idraulico per renderlo estremamente flessibile e adattabile alle condizioni operative richieste dal carico e indotte dallo stesso nel circuito La caratteristica principale quella di ottenere la portata verso l utenza proporzionale alla posizione del cursore in qualunque condizione operativa quindi indipendente dalla resistenza incontrata dall utenza stessa che si traduce nella generazione di una pressione e indipendente dal numero dei comandi azionati unica limitazione il superamento della portata complessiva fornita dalla pompa In questo modo si ottiene una corrispondenza precisa tra il comando fornito dal controllore e il movimento dell utenza alimentata sia essa un cilindro o un motore idraulico Questa caratteristica non si ottiene per nessun verso con i comandi idraulici convenzionali Il nome load sensing deriva dal fatto che il risultato sopra descritto legato ad una serie di regolazioni idrauliche che avvengono automaticamente in funzione del carico incontrato dall utilizzatore Attraverso questo principio operativo che richiede come si detto l impiego di componenti idraulici di appropriate caratteristiche quali pompe a cilindrata regolabile valvole proporzionali
191. nza termica immessa nel sistema della temperatura ambiente e dei metodi di dispersione termica adottati T C 50 Figura 3 21 Andamento della temperatura dell olio in un impianto nelle varie fasi di funzionamento al variare del tempo Le curve da A a F si riferiscono a valori crescenti della potenza termica immessa Il riscaldamento dell olio dalla temperatura ambiente impianto freddo a quella d esercizio di per s un fenomeno desiderato e utile a condizione che la temperatura raggiunta a regime sia contenuta entro i limiti prescritti dai progettisti del sistema Per la maggioranza delle applicazioni si considera ottimale una temperatura dell olio intorno a 50 C poich le caratteristiche di fluido pompe motori valvole guarnizioni sono ottimizzate per quella temperatura Per evitare un suo aumento incontrollato possibile attuare delle misure preventive ed eventualmente adottare delle tecniche di raffreddamento Una progettazione rigorosa che prevede un accurato dimensionamento di componenti tubazioni serbatoi l impiego di pompe e motori con alti valori di rendimento e la scelta di un liquido idraulico con la classe di viscosit appropriata pu risolvere in parte questo problema Ma nel caso di elevate potenze questo non sufficiente ed il progettista dovr prevedere un adeguato sistema di raffreddamento La tecnica pi semplice per limitare la temperatura di regime sotto il valore
192. o SET STROKE LIMITS FOR 41 RAM Lowen tamer Imat Touch to SET STROKE LIMITS FOR dit RAM LOWER LIMIT mal SET STROKE LIMITS FOR DIRAM UPPER LIMIT ro Touch to BACK MENU PAGE Figura 6 9 Esempi di pagine del capitolo sette del manuale Interfaccia utente plc 173 Il manuale di gestione dell impianto 6 2 7 Allegati Nell ottavo ed ultimo capitolo vengono raccolte le schede tecniche relative ai componenti d acquisto presenti nell impianto E fondamentale poter risalire facilmente alle caratteristiche di questi componenti per poter intervenire rapidamente in caso di funzionamenti anomali e procedere alla loro riparazione o eventualmente alla sostituzione Elettrovalvole e sensori sono i componenti pi delicati del sistema e possono stararsi nel caso subiscano urti o non vengono maneggiati con cura E quindi necessario poter risalire al componente specifico utilizzando la codifica definita dal costruttore Da qui l importanza di riportare in maniera completa i codici di tutti i componenti tramite i quali inoltre possibile risalire alle loro caratteristiche componenti sono stati distinti per tipologia secondo in seguente ordine sensori di pressione temperatura livello intasamento posizione velocit pompe oleodinamiche nell impianto presenti cinque differenti tipologie elettrovalvole motori elettrici alternatore motori oleodinamici nell impianto presenti sette differe
193. o 9 da un lato all altro dell imbarcazione e di conseguenza il controllo della posizione del boma Il sistema alimentato dalla linea dell impianto oleodinamico in bassa pressione Per ulteriori dettagli sul funzionamento del sistema si rimanda al paragrafo 1 5 3 Diametro camera Corse Carico di Massa a volume mm pistone snervamento N secco g massimo olig mm dm 55 200 50992 36600 3 76 Tabella 3 5 Caratteristiche principali carrello della randa Nella figura 3 4 viene mostrato il meccanismo di funzionamento del deflettore Come descritto in precedenza questa manovra consente di modificare il punto di intersezione fra sartie volanti ed albero ponendolo alla stessa altezza del punto in cui l albero collegato al secondo strallo 6 Un cilindro oleodinamico a singolo effetto 5 posizionato sotto la coperta nei pressi della base dell albero 3 applica una forza di trazione ad una cima 2 che scorre attraverso una puleggia montata all estremit dello stelo Questa cima vincolata ad un suo capo ad un punto fisso 4 collegato alle strutture interne della barca mentre dall altro biforcata e collegata alla parte superiore delle sartie volanti 1 In questo modo quando l olio viene pompato nella camera del cilindro il pistone e lo stelo si muovono verso il basso trascinando con s la cima 2 che a sua volta responsabile dello spostamento della sartia volante che nella specifica condizione si trova in tens
194. o SIOOp i 23 Triangolo del vEnto iii 25 Forze agenti sull imbarcazione durante la navigazione in condizioni di equilibrio lei ALLE os aa Eoas TE aTe 26 Forze generate dall interazione tra vela e VeENto iii 28 Particolare del caricabasso del boma con indicazione forza da esso applicata Particolare scotta della randa e carrello del trasto con indicazione delle forze applicate nasennie raider iii alan 36 Particolari delle forze applicate dalle manovre correnti sulla parte inferiore della randa A sinistra forza di trazione F4 applicata dal tesabase a destra forza di trazione F applicata dal cunningham dispositivi non sono visibili nelle fotografie in quanto posizionati all interno del boma o sotto la coperta e funzionanti tramite un meccanismo di rinvii i 38 Schema funzionamento delle manovre di regolazione della vela di prua In alto regolazione della base della vela al centro regolazione della balumina della vela in basso ingrandimento della manovra di regolazione della distanza fra la vela e l asse di mezzeria della barca iii 40 Particolare delle manovre di regolazione della scotta del fiocco con indicazione delle forze applicate ii 41 Indicazione delle forze esercitate dalle manovre di regolazione dell albero In rosso forza esercitata dallo strallo di prua in verde forza esercitata dalla sartia volante che si trova
195. o a bassa velocit ma le forze necessarie a movimentare le cime divengono ingenti L impianto presenta due peculiarit la prima la possibilit di incrementare la velocit di rotazione del verricello mediante una funzione denominata overspeed la seconda consiste nel passaggio automatico da un rapporto di trasmissione ad un altro Per quanto riguarda l incremento di velocit esso attuato incrementando il flusso d olio di alimentazione al motore idraulico attraverso il comando elettromagnetico di una valvola proporzionale Il sistema di controllo permette di impostarne la percentuale di apertura e di conseguenza l incremento di velocit Per quanto riguarda il cambio automatico del rapporto di trasmissione del verricello bisogna anticipare che la linea 94 Capitolo 3 di trasmissione dell olio verso il motore idraulico dotata di sensori di pressione che inviano un segnale ad un sistema di controllo Quando questo sistema legge un segnale corrispondente ad un valore di pressione superiore ad una certa soglia settata in precedenza esso invia dei segnali elettrici alle valvole presenti sulla linea di alimentazione del motore permettendo di invertire le luci di ingresso e di uscita dell olio Questo fa si che la potenza assorbita non cresca eccessivamente andando a richiedere un carico eccessivo al motore primo In totale il sistema pu attuare due variazioni del rapporto di trasmissione Pressione Massima sis massima
196. o velico l insieme delle vele di una barca e la velocit del vento determinano l entit delle forze e di conseguenza le caratteristiche dei sistemi di movimentazione siano essi manuali o automatizzati E facile intuire come una superficie velica importante 640 m o 1300 m per la barca in questione possa generare forze veramente ingenti L utilizzo di paranchi opportunamente dimensionati permette di demoltiplicare tali forze riducendo l entit delle azioni da applicare 28 Capitolo 1 Esistono formule semplici atte a determinare i carichi sui vari componenti e adatte ad un primo dimensionamento a titolo di esempio viene mostrato come sia possibile determinare la forza di trazione sulla scotta della randa per una barca a medio dislocamento la forza espressa in newton 2 2 E P 0 021 V F 9 81 1 2 1 Lunghezza della ralinga l dove E e P sono rispettivamente la lunghezza della base e dell inferitura della randa entrambe espresse in metri V la velocit del vento espressa in nodi La ralinga rappresenta il lato pi a prua della randa costituito da un taglio curvilineo la cui lunghezza nella formula anch essa espressa in metri Per la barca in questione i valori delle suddette grandezze sono rispettivamente 43 m per l inferitura 14 m per la base 45 m circa per la ralinga considerando una velocit del vento di 8 m s 15 nodi condizione in cui ragionevole attuare una riduzione della s
197. ochi d accoppiamento e delle fughe interne danni alle guarnizioni alterazione della precisione di controllo e regolazione Quando si immette calore in un sistema oleodinamico la temperatura dell olio e dei componenti tende a salire fino ad assumere a regime un valore stazionario che dipende dalla misura con cui viene attuata con mezzi naturali o forzati la dispersione verso l ambiente Un esempio di andamento della temperatura illustrato dalla figura 3 21 che mette sostanzialmente in evidenza tre fasi Una prima fase di riscaldamento in cui quasi tutto il calore contribuisce ad incrementare la temperatura del fluido Una fase successiva in cui a causa dell aumento di temperatura e quindi del salto termico rispetto all ambiente il riscaldamento viene parzialmente contrastato da una dispersione verso l ambiente stesso per cui il profilo di temperatura diventa meno ripido e tende ad un certo punto ad assumere andamento orizzontale Infine con la messa a riposo dell impianto la temperatura tende a ridursi prima rapidamente per effetto dell elevato salto termico rispetto all ambiente e quindi pi lentamente per assumere un andamento che entro un tempo sufficientemente lungo tende asintoticamente alla temperatura ambiente profili riportati in figura hanno valore 113 L impianto oleodinamico dell imbarcazione Wally 100 Magic Carpet Cubed puramente indicativo e possono ampiamente variare in funzione del valore della pote
198. ogata dalla pompa di alimentazione e dalla cilindrata del motore stesso 6 La potenza idraulica immessa nel motore N si converte in potenza meccanica Nn e in potenza perduta N N Nm Np 3 3 si pu definire il rendimento totale come na 3 4 Esattamente come per le pompe la potenza persa si divide in perdite volumetriche perdite meccaniche e perdite di pressione L entit di questi effetti strettamente legata alla tipologia costruttiva della macchina stessa a ingranaggi a pistoni assiali a pistoni radiali in generale valgono le stesse considerazioni spiegate nel paragrafo precedente per le pompe Una prerogativa fondamentale dei motori oleodinamici la capacit di sviluppare anche da fermi una coppia di adeguata intensit coppia allo spunto capace di vincere la coppia resistente e di avviare il sistema questa esigenza categorica nelle applicazioni che richiedono appunto una coppia resistente iniziale sempre rispettata dalle costruzioni a pistoni mentre non lo nel caso dei motori a palette o ad ingranaggi provvisti di bronzine di bilanciamento dove per l assenza iniziale di pressione le bronzine stesse non riescono ad aderire ai fianchi del rotore per fare la tenuta occorrente alla creazione della coppia di avviamento Per questa ragione la costruzione che consente i migliori risultati appare quella a pistoni La scelta del motore dipende dai seguenti parametri potenza erogabile massima coppia erogabile massima
199. ole di costruzione generali 75 3 1 2 Regole che hanno coinvolto il progetto dell impianto oleodinamico 76 3 2 Caratteristiche generali Magic Carpet Cubed i 77 3 3 Obiettivi dell impianto i 79 VI 3 4 Funzionalita dell impianto ae rasi aaa alata 79 3 4 1 Funzioni veliche i ca sea aan Gai ica 81 3 4 2 Propulsion e ami nile 96 3 4 3 Generazione energia elettrica i 102 3 4 4 Funzioni ausiliari iii 105 3 5 L impianto oleodinamico nel suo complesso 118 3 5 1 Le fonti dipotenzai ip devas eo aa essai teins Cees a tae 119 3 5 2 Principi di funzionamento ii 121 3 5 3 Circuiti load sensing ira aaa aaa 126 3 6 Efficienza dell impianto ii 127 Capitolo 4 Funzionamento e gestione dell impianto ssssssesseceeessenessseseesees 131 4 1 Descrizione del funzionamento ii 131 4 2 Gestione delsisteM s iori ai 133 4 3 Importanza del manuale utente ii 135 4 4 Modalit di funzionamento 136 4 4 1 Modalit propulsiva iii 137 GAD Modalit regat alal 138 4 4 3 Modalit intermedia regata crociera ii 139 4 4 4 Modalit elettrica i 139 4 4 5 Modalit emergenza iii 140 4 5 Il controllore a logica programmabile 140 Capitolo 5 Le sartie volanti
200. olume dell elaborazione che il plc deve svolgere che determina la capacit della memoria tempo di ciclo tipo di sensori ed attuatori tipo di morsettiere e cablaggi tipi di memorie installabili caratteristiche ambientali possibilit di dialogo con pc linguaggi di programmazione costo delle apparecchiature Vi sono alcuni criteri di massima che possibile seguire per individuare il prodotto che meglio si adatta ad un dato impianto tra questi si possono distinguere criteri funzionali tecnologici operativi ed economici Bisogna innanzi tutto valutare la qualit e la quantit delle funzioni che l apparecchiatura pu svolgere Un aspetto prioritario sicuramente quello del numero e del tipo di ingressi e di uscite necessari i quali potranno essere di tipo analogico o digitale a seconda ovviamente del tipo di segnali presenti nell impianto La scelta del plc dovr tenere conto degli eventuali ampliamenti futuri a cui l impianto potr essere soggetto Successivamente si potr valutare la quantit di memoria necessaria e si potranno definire le funzioni Se dovessero servire delle elaborazioni di tipo matematico si dovr prestare attenzione alle capacit di calcolo del linguaggio di programmazione di cui il sistema dotato comparazioni operazioni aritmetiche E importante inoltre valutare per il processo da gestire l importanza della velocit del tempo di ciclo del tipo di ciclo della velocit dell acquisizione d
201. oluzione Per contro il passaggio attraverso lo scafo deve essere molto pi grande del precedente ed il rendimento risulta pi basso Altre soluzioni prevedono l utilizzo di motori elettrici alimentati da generatori riservati a tale scopo o dalla rete ausiliaria di bordo Gli impianti di propulsione elettrica sono costituiti da uno o pi motori primi motori endotermici a ciclo diesel accoppiati ad alternatori che alimentano le batterie elettriche A queste sono collegati i motori elettrici di propulsione dotati di convertitori che hanno la funzione di variare il regime di rotazione del motore agendo sulla frequenza di alimentazione Queste modalit prevedono una serie di vantaggi basti pensare alle superiori dinamiche dei motori elettrici rispetto a quelli endotermici alla possibilit avendo eliminato il vincolo della linea d asse di allocare pesi e ingombri in modo pi razionale e alla riduzione dei consumi di combustibile da parte dei motori primi che possibile far lavorare nell intorno del punto di massimo rendimento Una soluzione diversa che presenta altrettanti vantaggi rappresentata dall oleodinamica Un motore endotermico movimenta una pompa che aspira olio da un serbatoio e lo invia ad un motore oleodinamico che converte l energia del fluido in un momento torcente che viene a sua volta trasmesso all elica lolio fluisce poi al serbatoio e ritorna nel ciclo Utilizzando una pompa con cilindrata variabile possibile
202. omatico del proprio cursore nella sede in modo da strozzare pi o meno il passaggio fra i rami di alta e di bassa pressione A differenza della valvola limitatrice la valvola riduttrice non va mai collegata a scarico bens in linea fra due rami attivi di cui anche quello a valle deve essere in pressione Nella variante ad azione pilotata presente un drenaggio continuo indispensabile all azione del pilota che va scaricato al serbatoio La valvola di strozzamento pu considerarsi sotto determinati aspetti una valvola di riduzione pressione in quanto determina una riduzione di pressione fra ingresso e uscita Ma mentre la valvola di riduzione produce una diminuzione di pressione indipendente dall entit della portata e tale da lasciare comunque costante la pressione a valle la valvola di strozzamento determina una caduta di pressione che oltre a dipendere dalla portata non mantiene necessariamente costante la pressione a valle inoltre indispensabile che esista effettivamente un passaggio di liquido poich in condizioni statiche la valvola di strozzamento non ha alcuna influenza sulla pressione Nella versione pi elementare costituita da un semplice restringimento a sezione fissa Negli impianti oleodinamici si presenta frequentemente la necessit di utilizzare uno strozzamento solo per un verso del flusso escludendo invece la sua azione quando il verso viene invertito tale risultato si ottiene disponendo in parallelo allo strozza
203. one del motore oleodinamico che movimenta il sistema propulsivo viene 155 Le sartie volanti portata a cilindrata nulla in quanto in questa modalit di funzionamento il suddetto motore oleodinamico non deve essere alimentato La pompa di alta pressione 3 invece a cilindrata fissa ed costretta a generare una certa portata durante il funzionamento del sistema Essa invia il flusso ad uno specifico distributore 4 che lo indirizza direttamente verso il serbatoio nel caso nessuna funzione relativa alla suddetta linea venga attivata La potenza assorbita dalla due macchine dunque molto bassa ed legata alle sole perdite d attrito fra gli organi interni alle macchine stesse ed allo spostamento dell olio La pompa di bassa pressione 2 alimenta un altro distributore il cui schema riportato in figura 5 3 MAIN EV MAIN ENGINE Era pee GS MAIN 4 EEX ps FaFalFeFSMB Figura 5 2 Schema delle pompe oleodinamiche connesse al motore endotermico principale L olio fluisce attraverso tre valvole di non ritorno 5 che hanno la funzione di impedire il flusso d olio nel verso opposto quando l impianto alimentato dal motore endotermico secondario Le tre valvole disposte in parallelo consentono il passaggio di una maggiore portata 156 Capitolo 5 Il flusso fluisce poi all interno del distributore dove incontra delle valvole di non ritorno in corrispondenza delle elettr
204. ore Una modesta porzione si disperde contemporaneamente nell ambiente circostante ma la maggior parte si trasferisce all olio provocando un innalzamento della temperatura che in certe condizioni pu creare seri problemi Alcuna cause di dissipazione della potenza come le perdite di carico distribuite e concentrate nella linea di trasmissione e le perdite volumetriche ed idromeccaniche di pompe e motori idraulici sono gi state analizzate nei paragrafi 2 6 1 e 2 7 1 Altre consistenti cause di dissipazione della potenza sono dovute alla parzializzazione della portata della pompa mediante scarico intermittente o sistematico attraverso una valvola limitatrice all intervento di valvole di strozzamento e di valvole riduttrici di pressione al controllo per strozzamento nei distributori nelle valvole di regolazione e nelle servovalvole Il riscaldamento dell olio si traduce in un innalzamento di temperatura se il suo valore non viene mantenuto sotto controllo il sistema pu andare incontro ad una serie di disfunzioni e di danni funzionali ed economici In particolare quando la temperatura dell olio supera una determinata soglia critica esso subisce una progressiva riduzione della viscosit del potere lubrificante dell effetto di tenuta e va incontro ad un processo di invecchiamento che porta alla formazione di depositi con necessit di frequenti sostituzioni Inoltre il surriscaldamento dei componenti che ne consegue porta all aumento dei gi
205. ortata della pompa pu adeguarsi esattamente ad ogni condizione d esercizio ed essa assorbe istantaneamente dall azionamento solo l energia 126 Capitolo 3 strettamente occorrente Sotto il profilo applicativo i sistemi di rilevamento del carico sono realizzabili in molte forme In pratica quando si vuole risparmiare energia la condizione preliminare per la scelta del sistema l esatta conoscenza dei parametri di carico Usando una pompa a cilindrata regolabile il valore massimo istantaneo di pressione presente in una tubazione di lavoro va rinviato al dispositivo di comando della variazione di cilindrata La differenza di pressione esistente in uno strozzamento del cursore della valvola sotto azionamento rimane costante ed indipendente dal carico in quanto il regolatore della pompa provvede automaticamente ad adeguare la portata Se le pressioni delle utenze sono diverse tra loro la velocit dell utenza meno caricata continua ad aumentare e questo effetto indesiderato Un sistema di controllo dovrebbe perci riportare il cursore in una posizione strozzata per produrre la differenza di pressione corrispondente all utenza pi caricata Con il sistema load sensing il problema viene risolto tramite bilance di pressione sulla mandata di ciascuna valvola direzionale In questo modo entrambe le utenze vengono controllate con precisione e indipendentemente dal carico Una valvola selettrice fa si che il load sensing sia alimentato con i
206. ositivi di ventilazione atti a garantire un ricambio dell aria e quindi uno smaltimento del calore presente Nella sala macchine del Magic Carpet Cubed sono presenti due motori endotermici a ciclo diesel in alcune condizioni con funzionamento simultaneo le pompe oleodinamiche il serbatoio dell olio lo scambiatore di calore ad acqua di mare il generatore di energia elettrica due motori elettrici collegati ad altrettanti pompe il motore oleodinamico che comanda il sistema propulsivo e inoltre una parte dei condotti dei distributori e delle valvole che costituiscono il circuito Il rendimento complessivo dei motori endotermici difficilmente supera il 40 nella condizione di miglior funzionamento la quota di energia che la macchina non pu sfruttare viene nella misura maggiore rilasciata sotto forma di calore attraverso i gas di scarico e dissipazioni attraverso le superfici della macchina stessa Si capisce come il problema dello smaltimento del calore assuma un importanza notevole soprattutto quando le potenze in gioco assumono valori considerevoli superiori a 200 kW Per scongiurare il danneggiamento delle parti dei diversi componenti specialmente delle guarnizioni di tenuta realizzate in elastomero si resa indispensabile l installazione all interno della sala macchine di un ventilatore Esso mosso da un motore oleodinamico ad ingranaggi alimentato della linea dell olio in bassa pressione Questa soluzione rappresenta
207. ovalvole EV 706 6 ed EV 705 7 che ne impediscono il passaggio L elettrovalvola EV 708 8 invece normalmente chiusa essa impedisce il passaggio dell olio quando il suo solenoide di comando non viene eccitato L olio potr dunque scorrere verso l unica direzione rimasta percorribile 9 uscente dal distributore in questione e diretta verso altri due collettori Ciascuno di essi costituito da blocchi identici fra loro disposti in serie ciascuno dei quali collegato alle linee di alimentazione di cilindri o motori oleodinamici Elettrovalvole proporzionali normalmente chiuse controllano i flussi di olio verso queste utenze Se nessuna di esse viene eccitata l olio fluisce lungo l intero collettore uscendo dall estremo opposto e ritornando al serbatoio MAIN EVC MANIFOLD LP LP EVC MF 11 MAN_EVC_A_18067 Figura 5 3 Schema distributore linea in bassa pressione 157 Le sartie volanti Nell esempio qui esposto si partir da una configurazione in cui il cilindro da completamente chiuso vorr essere completamente aperto successivamente si effettuer l operazione opposta riportando il sistema nella configurazione di partenza Quando si vuole tesare la sartia volante si deve aprire la valvola EVP 052 posta nel collettore 11 di figura 5 4 in modo che l olio possa scorrere verso la culatta del cilindro a questo punto aprendo la valvola EV 080 esso potr fluire verso la camera del cilin
208. owatt Per quanto riguarda il sistema di propulsione esso deve essere in grado di generare la forza di spinta necessaria allo spostamento della nave Ad essa si oppongono la forza 51 L oleodinamica sulle imbarcazioni a vela resistente e la forza d inerzia La prima dipende da caratteristiche dell imbarcazione in termini di forma dello scafo della chiglia del timone superficie bagnata dimensioni e forma dell albero caratteristiche delle manovre delle attrezzature e della coperta nonch dalle condizioni del mare presenza di onde e correnti e dall eventuale presenza di vento contrario Per la barca in questione nelle normali condizioni climatiche e alle normali velocit di navigazione si attestano valori della forza resistente intorno a 10000 N La forza d inerzia dipende invece dall accelerazione e dalla massa Se il primo termine ha valori modesti e non rappresenta un parametro fondamentale in quanto una nave non necessita di variare bruscamente la sua velocit il secondo incide notevolmente presentando valori decisamente elevati 50000 kg per la barca in oggetto Nasce cos una forza dello stesso ordine di grandezza della forza resistente Conoscendo l entit di tale forza e definendo una condizione di navigazione obiettivo in termini di velocit di crociera e di vento possibile determinare la potenza effettiva necessaria allo spostamento dell imbarcazione in quelle condizioni Per il tipo di barca in quest
209. parte pi bassa della randa e permetterle di generare una pi grande forza di portanza All aumentare dell intensit del vento invece bisogna procedere ad un progressivo incremento della forza sulla manovra per limitare la curvatura della vela necessaria a ridurre la forza di portanza Questa operazione doverosa in quanto un aumento della forza di portanza determinata un incremento della forza laterale la quale produce un incremento dell angolo di scarroccio e quindi una modifica della traiettoria seguita dall imbarcazione Dalle considerazioni esposte si capisce come l utilizzo di questa manovra di fondamentale importanza nella conduzione della barca i suoi effetti diventano poi essenziali nella ricerca delle massime prestazioni durante le attivit di regata Per ottenere gli effetti appena descritti necessario che l imbarcazione disponga di un vang tanto pi potente di utilizzo tanto pi semplice e tanto pi rapido nell apportare le regolazioni 34 Capitolo 1 Figura 1 7 Particolare del caricabasso del boma con indicazione forza da esso applicata 1 5 3 La scotta della randa e il carrello del trasto La scotta della randa una manovra che congiunge l estremit poppiera del boma ad un punto situato sul ponte dell imbarcazione costituisce un collegamento pressoch verticale fra i due elementi come visibile in figura 1 8 Il suo effetto quello di generare una forza F di trazione sul boma
210. pecifico punto si trova su un carrello 6 che pu essere spostato se fatto scorrere su un apposita rotaia 7 L intero meccanismo replicato su entrambi i lati dell imbarcazione per consentire le dovute regolazioni del fiocco sia che esso si trovi da una parte o dall altra rispetto all asse di mezzeria della barca 39 La barca a vela VELA DI PRUA 4 lt 2 PIANO DI COPERTA VELA DI PRUA PIANO DI COPERTA Figura 1 10 Schema funzionamento delle manovre di regolazione della vela di prua In alto regolazione della base della vela al centro regolazione della balumina della vela in basso ingrandimento della manovra di regolazione della distanza fra la vela e l asse di mezzeria della barca 40 Capitolo 1 Questo complesso sistema di regolazioni permette di modificare la forma e lo svergolamento della vela di prua in funzione delle condizioni di vento e di mare A differenza delle rande queste vele hanno il vantaggio di non risentire dell incomoda presenza dell albero causa di non pochi disturbi ai moti dei flussi di aria e questo consente loro di utilizzare nel modo migliore le differenze di pressione che si creano nel bordo d attacco della vela Per sfruttare appieno questo vantaggio dunque molto importante poter apportare precise regolazioni a queste vele e si capisce come le manovre appena descritte diventino di fondamentale importanza durante la navigazione Figura 1 11 Par
211. per creare un meccanismo innovativo del tutto unico nel suo genere vantaggi offerti da questi sistemi sono notevoli e permettono di giungere al concetto di easy sailing L obiettivo quello di semplificare il pi possibile le operazioni che l equipaggio di una barca a vela deve svolgere durante la navigazione Semplificare significa dover disporre di un numero inferiore di uomini avere una maggiore sicurezza nello svolgere le operazioni avere un miglior controllo della barca poter intervenire agevolmente per risolvere le situazioni di pericolo che si possono verificare 5 1 Descrizione delle manovre Le sartie volanti sono delle manovre che collegano la parte superiore dell albero al piano di coperta della barca nella zona poppiera Sono posizionate agli estremi laterali dell imbarcazione per evitare che entrino in contatto con la parte pi alta della randa durante i suoi movimenti Esse hanno lo scopo di sostenere l albero e contrastare il carico di trazione imposto dagli stralli di prua Per comprendere meglio i concetti appena esposti bene aprire una breve parentesi riguardante l utilizzo dell attrezzatura dell imbarcazione Quando le vele sono ammainate agli stralli ed alle sartie viene applicato un carico di trazione di modesta entit atto a mantenere l albero nella corretta posizione Quando le vele vengono spiegate le forze che si creano dalla loro interazione con il vento devono necessariamente scaricarsi su
212. pitolo 2 2 7 L impianto oleodinamico Partendo dagli impianti pi semplici fino ad arrivare a quelli pi complessi e controllati da sofisticati sistemi tutti hanno in comune lo stesso principio di funzionamento sfruttare la potenza meccanica fornita da una sorgente e renderla disponibile ad una serie di utenze di differente tipo poste a differenti distanze e con opportune sequenze sincronismi contemporaneit e tempi di applicazione La sorgente della potenza pu essere rappresentata da un uomo valori massimi di potenza intorno a qualche centinaio di watt oppure da un motore la pompa oleodinamica trasferisce la potenza al fluido che a sua volta la trasferisce ad attuatori idraulici rappresentati da motori oleodinamici o cilindri a loro volta connessi alle utenze Gli impianti si completano poi di valvole distributori serbatoi filtri scambiatori di calore indicatori e misuratori 2 7 1 La pompa oleodinamica Si tratta di una macchina operatrice che trasporta un liquido secondo leggi volumetriche generando un flusso detto portata che in presenza di una resistenza entra in pressione La funzione della pompa di convertire la potenza meccanica erogata dal motore primo in potenza idraulica proporzionale al prodotto portata per pressione Le pompe si dividono in base al loro principio di funzionamento in due grandi famiglie quella delle pompe centrifughe in cui al liquido ceduta energia per effetto dell accelerazione confe
213. pitolo 2 Fra i requisiti di una valvola del tipo descritto oltre all assenza di vibrazioni vi quello della prontezza di reazione che si traduce in un breve tempo di apertura dell ordine di alcuni centesimi di secondo occorre inoltre che la pressione di apertura non venga influenzata sensibilmente dalla portata e dalla viscosit e che la tenuta in condizioni di riposo sia perfetta Quando la portata da scaricare e la pressione massima di taratura richiesta divengono rilevanti la valvola ad azione diretta non pi conveniente la sua costruzione infatti richiederebbe l impiego di una molla di dimensioni ingenti con relativi inconvenienti di ingombro difficolt di taratura e lentezza di risposta Si adotta allora la valvola di massima pressione pilotata nella quale il ruolo della molla di contrasto viene sostituito da quello di una pressione In questo modo la pressione di scarico meno influenzata dalla portata scaricata Per entrambi i tipi di valvole la pressione di chiusura risulta in genere inferiore di 100 200 kPa rispetto alla pressione di apertura AI gruppo delle valvole di controllo pressione appartiene anche la valvola riduttrice Questa serve a produrre tra l ingresso e l uscita una diminuzione tale da mantenere costante il valore di pressione nel circuito a valle indipendentemente dalla pressione a monte A questo scopo la valvola genera una caduta di pressione variabile fra monte e valle attraverso lo spostamento aut
214. po pena un rapido esaurimento della carica delle batterie ed un surriscaldamento dei motori stessi 4 4 5 Modalit emergenza In caso di mancato funzionamento del motore endotermico principale l equipaggio della barca pu contare sul funzionamento del secondo motore In questa modalit la potenza a disposizione ridotta e le prestazioni del sistema risultano di conseguenza limitate Questo garantisce per un servizio minimo corrispondente al funzionamento contemporaneo di tre funzioni della linea di bassa pressione oppure di una sola funzione della linea di alta pressione e del sistema propulsivo con prestazioni ridotte velocit dell imbarcazione inferiore a 2 5 m s 4 5 Il controllore a logica programmabile La possibilit di far eseguire in maniera automatica i processi di lavorazione o loro parti sempre stato uno degli obiettivi della tecnica fin dalla sua nascita Con il diffondersi dell utilizzo di dispositivi elettromeccanici cominciarono a fare la loro comparsa nei processi di lavorazione dispositivi a rel e temporizzatori per le prime applicazioni di automazione rel sono dispositivi elettromeccanici dotati di uno o pi contatti elettrici che passano da una configurazione a riposo solitamente i contatti si trovano o in configurazione di contatto normalmente aperto oppure normalmente chiuso ad una diversa configurazione quando il rel viene alimentato eccitato Tali dispositivi permettono di
215. porto di trasmissione t dipende dal rapporto fra cilindrata del motore Vw e cilindrata della pompa Ve wa 4 1 Il motore oleodinamico del tipo a pistoni assiali a corpo inclinato e a cilindrata fissa la pompa invece ha al suo interno un sistema che permette di modificarne la cilindrata Il sistema di controllo collegato a due elettromagneti posti sul guscio esterno della pompa Questi comandano il movimento di un piattello responsabile del cambio di cilindrata e dell eventuale inversione del senso del flusso In questo modo il rapporto di trasmissione pu essere variato con continuit fino al valore minimo quando la pompa lavora con la massima cilindrata Questo tipo di sistema consente di controllare il motore endotermico anzich in coppia come solitamente accade in velocit L albero della pompa oleodinamica connesso all albero del motore a combustione interna tramite un apposito giunto scanalato che concede piccoli disallineamenti fra i componenti II motore a combustione interna viene mantenuto ad un regime di giri costante il che consente di ottenere i migliori risultati in termini di momento torcente erogato potenza e consumo specifico di combustibile In questo modo si ottiene un vantaggio significativo in termini di riduzione del consumo di combustibile questo permette di ridurre la quantit di gasolio imbarcata durante ogni viaggio e di conseguenza la massa complessiva dell imbarcazione Un ulteriore fattore di vinco
216. pposito pulsante ad abbassare lo skeg supportante il sistema propulsivo A questo punto possibile agire sulla leva di comando della propulsione Essa collegata ad un potenziometro lineare e a due interruttori Il funzionamento pu essere riassunto come segue durante la prima fase di intervento si determina il verso di marcia della barca successivamente il propulsore viene portato alla velocit di rotazione prestabilita per il suo funzionamento infine viene modificata la cilindrata della pompa Durante la prima fase in cui la leva di comando del sistema propulsivo viene spostata dalla posizione centrale l unit centrale di controllo ricever il segnale da uno dei due interruttori e provveder al controllo del gruppo di elettrovalvole necessarie ad indirizzare il flusso nella direzione corretta Muovendo ulteriormente la leva il sistema di controllo ricever un segnale dal potenziometro lineare determinando dapprima un incremento della velocit di rotazione del motore endotermico dal valore di minimo fino ad un valore prestabilito successivamente l aumento della cilindrata della pompa Tramite il controllo di due elettrovalvole posizionate sulla pompa infatti possibile muovere un piattello interno alla macchina decretandone una variazione di cilindrata da un valore nullo fino ad un valore massimo A ci corrisponde un aumento della portata erogata e conseguentemente un aumento del numero di giri dell elica cui corrisponde un aumento
217. quale viene inferito il fiocco che insieme alla randa costituisce al velatura L albero sostenuto da sartie e stralli questi possono arrivare al suo estremo superiore si parli in questi casi di armamento in testa d albero oppure ad una certa quota si parla in questi casi di armamento frazionato 22 Capitolo 1 L insieme delle vele che una barca utilizza in relazione alle condizioni di vento e di mare prende il nome di piano velico Le vele possono essere classificate in tre categorie in base a come vengono inferite Le vele di strallo appartengono alla prima categoria esse sono posizionate a proravia dell albero e sono costituite essenzialmente dai fiocchi Le vele inferite su antenne appartengono alla seconda categoria di cui fanno parte le rande e le vele da tempesta Infine alla terza categoria appartengono le vele ad inferitura libera quali gli spinnaker e i gennaker Le rande bermudiane vengono inferite sino in testa l albero sono di forma essenzialmente triangolare con il lato di inferitura lungo e la base pi corta La sua posizione relativa rispetto all asse dell imbarcazione comandata dallo spostamento del boma una trave orizzontale a cui la base della randa vincolata collegata all albero tramite uno snodo Questa vela facile da maneggiare e ha grande efficienza Occorre una sola drizza per alzarla e ammainarla Presenta un certo allunamento per ragioni di efficienza aerodinamica garantito dalla presenza d
218. quantificate in genere come velocit di avanzamento Un aspetto non trascurabile soprattutto per le barche a vela di notevoli dimensioni come il caso del Magic Carpet Cubed il pescaggio massimo determinato dalla posizione del bulbo Un bulbo posizionato molto in basso rispetto al fondo dello scafo determiner una maggiore stabilit dell imbarcazione ma per contro l impossibilit di accesso a molti porti turistici per via del basso fondale che essi presentano Al contrario un bulbo posizionato pi vicino allo scafo permetter un facile accesso ai porti ma determiner una posizione del baricentro pi elevata e di conseguenza una riduzione delle prestazioni della barca Per coniugare gli aspetti positivi delle due soluzioni sono nate le chiglie sollevabili Specifici meccanismi comandati da cilindri oleodinamici a doppio effetto collegati alla parte superiore della deriva consentono il sollevamento dell intero sistema e la riduzione del pescaggio 110 Capitolo 3 La barca in questione dotata di un sistema composto da tre cilindri oleodinamici alimentati dalla linea dell olio in alta pressione Essi sono collegati alla parte superiore della deriva la quale scorre su apposite guide all interno di una cassa ricavata nello scafo Il meccanismo consente un sollevamento della chiglia di 1 7 m riducendo il pescaggio a 4 5 m valore sufficiente a garantire l accesso alla maggior parte dei porti Le caratteristiche dei ci
219. r inoltre fornire tutte le spiegazioni relative all unita centrale di controllo quali segnali in ingresso ed uscita e relativa corrispondenza ai componenti elenco attuatori in funzione durante lo svolgimento di una determinata operazione ed in una determinata condizione di utilizzo dell impianto gestione dell interfaccia tramite videoterminale Tutte queste considerazioni fanno capire come sia importante la stesura di un elaborato che esponga nella maniera pi chiara e completa possibile tutte le informazioni relative all impianto 4 4 Modalit di funzionamento L intero impianto concepito per poter operare in cinque differenti modalit in base alla condizione di utilizzo dell imbarcazione In particolare si distinguono modalit propulsiva modalit regata modalit intermedia regata crociera modalit elettrica modalit emergenza La possibilit di cambiare la modalit di funzionamento rappresenta la peculiarit dell impianto in questione che non presenta pari in ambito nautico Questa caratteristica impone la necessit di un sistema di controllo alquanto flessibile da qui l esigenza di dotare l impianto di un controllore a logica programmabile plc come verr esposto nel paragrafo 4 5 L oleodinamica si presta bene alla realizzazione di un impianto di questo tipo Infatti permette di realizzare un sistema ramificato le cui parti possono essere mantenute in comunicazione oppure escluse mediante
220. ranno essere presenti ed il caso della barca in questione e di conseguenza dovranno essere alimentati elettricamente un computer di bordo e se ci sono sistemi automatizzati un plc controllore logico programmabile descritto nei capitoli successivi 50 Capitolo 2 Per alcune classi di imbarcazioni il dimensionamento del sistema di generazione della corrente elettrica pu derivare da vincoli regolamentari come possono essere quelli dettati dalla Wally Class associazione che sar descritta nel seguito Per quanto riguarda le barche da regata crociera come la Wally 100 Magic Carpet Cubed tutte le scelte progettuali relative agli aspetti appena citati costituiranno un compromesso fra efficienza prestazioni e rumore generato mentre l obiettivo primario risulter sempre quello di riduzione delle masse 2 4 Forze e potenze in gioco Questo paragrafo ha lo scopo di definire l entit delle forze e delle potenze relative ai sistemi descritti in precedenza Esse naturalmente possono variare notevolmente in merito al tipo di imbarcazione che si considera e all utilizzo a cui destinata nella presente trattazione ci si riferir dunque ad un imbarcazione da regata crociera veloce con lunghezza intorno ai 30 metri L attrezzatura di questo tipo di barche a vela soggetta a forze ingenti dell ordine delle decine di kilonewton o anche delle centinaia su alcune manovre Le forze da applicare sulle manovre correnti hanno dunq
221. rcazione Wally 100 Magic Carpet Cubed L imbarcazione Wally 100 Magic Carpet Cubed in seguito MC il risultato di un importante progetto frutto della collaborazione fra lo studio di progettazione Reichel Pugh e la societ Wally Si tratta di un progetto cosiddetto one off che prevede la costruzione di un esemplare unico realizzato in base alle specifiche dettate dalla classe WallyCento ed alle richieste del cliente Uno degli aspetti sul quale i progettisti si sono maggiormente concentrati stato senza dubbio il contenimento delle masse questo stato possibile ricorrendo ai pi sofisticati materiali compositi ed alle pi sofisticate tecnologie di realizzazione Inoltre stata prestata grande attenzione alla massa delle singole parti compresi gli elementi costituenti l arredamento interno 3 1 La classe WallyCento Si tratta di un perfetto connubio fra alta tecnologia prestazioni in regata disponibilit di spazio e comfort degli interni Questa classe si contraddistingue per la lunghezza della barca fissata prossima a 30 m e per uno stretto regolamento denominato box rule che fissa le caratteristiche del progetto nel dettaglio Questo per garantire prestazioni equiparabili durante le competizioni e rendere le regate pi serrate ed avvincenti Utilizzando materiali compositi di ultima generazione per la realizzazione dello scafo queste barche possono superare i 12 m s nelle andature di bolina pur mantenendo un
222. rebbe notevolmente la superficie bagnata per angoli di rollio ridotti e di conseguenza la forza di resistenza all avanzamento due timoni sono collegati tramite una barra che collega il meccanismo di comando di ciascuno di essi in modo che il loro movimento sia comandato in maniera perfettamente parallela Entrambi i timoni sono installati con un opportuno angolo rispetto all asse verticale dell imbarcazione in modo che durante le andature a barca inclinata il timone che si trova completamente immerso in acqua abbia la massima efficienza idrodinamica In queste condizioni il timone che si trova sul lato opposto dell imbarcazione incontra il flusso d acqua con un angolo tale da fornire una notevole forza di resistenza anche se la sua superficie si trova parzialmente al di fuori dal livello dell acqua Figura 3 17 Particolare della pala del timone destra in condizioni di barca sbandata Si nota la quasi totale emersione del componente 107 L impianto oleodinamico dell imbarcazione Wally 100 Magic Carpet Cubed Per evitare questo inconveniente possibile concedere un certo grado di libert rotazionale a questo timone in modo che esso possa assumere una nuova condizione di equilibrio sotto l azione del flusso d acqua incontrato Il suo profilo former con la direzione di avanzamento un angolo piccolo determinando una notevole riduzione della forza di resistenza all avanzamento Per chiarire il funzionamento del me
223. relative al cilindro caricabasso del boma L imbarcazione dotata di un avvolgifiocco oleodinamico integrante il tenditore dello strallo di prua ed il cilindro del cunningham del fiocco 6 La figura 3 5 riporta il meccanismo di funzionamento del sistema Il fatto di avere un unico dispositivo integrante pi funzioni semplifica il progetto della prua della barca in quanto lo scafo deve prevedere un unico punto di attacco in grado di sopportare i carichi trasmessi dall attrezzatura La particolarit di questo componente quella di essere in grado di garantire la rotazione e la messa in tensione dello strallo In questo modo la vela di prua pu essere mantenuta nella posizione corretta e all occorrenza avvolta intorno allo strallo per ridurre in maniera progressiva la sua superficie esposta al vento Il meccanismo interno al dispositivo piuttosto complesso ed una sua descrizione dettagliata richiederebbe uno specifico paragrafo Questo per entrerebbe in conflitto con i vincoli di segretezza imposti dall azienda Ci si limiter dunque ad una descrizione sommaria del funzionamento del componente Lo strallo vincolato ad un elemento che pu essere fatto ruotare e traslare sotto l azione di un motore oleodinamico e di un cilindro Un ulteriore cilindro integrato nel dispositivo permette la regolazione dello stato di tensione dell inferitura della vela di prua Esso mette in movimento un anello posizionato esternamente al sistema di
224. rfettamente bilanciate e l imbarcazione naviga a velocit costante Figura 1 5 Forze agenti sull imbarcazione durante la navigazione in condizioni di equilibrio 26 Capitolo 1 1 3 3 Aerodinamica della vela Si pu asserire che quando una vela deflette un flusso d aria incidente si crea una zona di debole sovrapressione sulla parte investita dal vento ed una zona di depressioni decisamente pi consistente nella parte sua parte opposta L effetto della distribuzione di pressione pu essere ridotto ad un unica forza aerodinamica applicata nel centro velico Le vele si trovano ad essere impiegate con angoli di incidenza che possono variare all interno di un intervallo relativamente ampio Nelle andature di bolina figura 1 2 dove lo scopo quello di produrre la maggior portanza possibile si utilizzano angoli di incidenza piuttosto ridotti mentre man mano che si va verso le andature pi larghe il compito della vela si modifica nel senso che lo scopo diviene quello di produrre la maggior forza aerodinamica possibile pur incrementando la componente di resistenza Si comprende dunque come il problema pi importante sia quello di regolare le vele in modo adeguato per massimizzare la componente della forza aerodinamica nella direzione del moto ovvero la forza motrice Si pu inoltre affermare come non abbia senso avere vele che producano un elevata portanza in assoluto in quanto al crescere della portanza cresce anche la res
225. ri Questi termini assumono quindi valori di diversi ordini 6 Palto tipo di trasmissione di energia per via fluida quello idrocinetico comprendente una pompa centrifuga ed una turbina che si basa sul movimento di grandi masse di liquido a bassissime pressioni 59 L oleodinamica sulle imbarcazioni a vela di grandezza inferiori rispetto a quelli assunti dalla pressione statica e possono perci essere trascurati Non possono essere trascurate invece le perdite di carico distinguibili in distribuite e localizzate Le prime sono le perdite di pressione che il liquido subisce percorrendo una tubazione rigida o flessibile rettilinea o con curvatura minima di lunghezza nettamente superiore al diametro interno Le seconde invece sono perdite di pressione che il liquido subisce per attrito e turbolenza in punti concentrati del circuito come spigoli di valvole o distributori curve raccordi imbocchi sbocchi deviazioni confluenze e diramazioni In generale il progettista di oleodinamica pu sfruttare le indicazioni contenute nella vasta documentazione tecnica dei costruttori di raccordi valvole e distributori che con tabelle o diagrammi forniscono direttamente per i vari componenti i valori numerici delle perdite di carico localizzate in funzione della portata per un determinato valore di viscosit del fluido Un altro concetto di notevole importanza in questo ambito la legge di conservazione della massa In un tubo di flusso in re
226. ritagli e quella delle pompe volumetriche in cui l energia ceduta spingendo il liquido relegato in una camera chiusa quale un cilindro nella condotta in pressione Le prime non interessano in genere alle applicazioni dell oleodinamica poich esprimono il loro massimo rendimento a portate in genere troppe alte e pressioni non sufficientemente elevate per i circuiti idraulici Le pompe volumetriche sono caratterizzate da camere chiuse di pompaggio e quindi se il regime rimane costante la portata fissa ed indipendente dalla pressione che si genera nel circuito Esse sono in grado di creare pressioni di mandata molto elevate con alte portate Mentre alla pompa va imputata la portata che si instaura nel circuito per quanto riguarda la pressione va rammentato che il carico sull utilizzatore a regolarla la pompa si limita a sostenerla continuando a generare il flusso In ogni caso per la pressione non deve superare il limite di tenuta della pompa pena il danneggiamento della pompa stessa A tale scopo i produttori indicano accanto alla massima pressione in esercizio continuo anche la pressione di punta che pu essere 61 L oleodinamica sulle imbarcazioni a vela sostenuta per una breve durata ovviamente la corrispondente potenza assorbita dal motore non deve sovraccaricarlo oltremisura Indicando con p Pa la pressione presente nel circuito mentre viene generata la portata volumetrica Q m s la potenza P W fornita dall
227. rnire agli utilizzatori tutte le informazioni necessarie all ottimo funzionamento dell impianto tramite manuali disegni schemi ed a preservarne la durata definizione di controlli periodici manutenzione programmata 3 4 Funzionalit dell impianto L intero sistema concepito per fornire potenza ad una serie di utenze di differente tipologia In particolare la distinzione va fatta tra utenze lineari costituite da cilindri oleodinamici utenze rotative costituite da motori oleodinamici valori delle portate richieste e l entit delle pressioni generate dai carichi differiscono notevolmente da un utilizzatore ad un altro compito dell impianto sar quello di fornire i giusti valori di questi parametri indispensabili al corretto funzionamento dell intero sistema Concettualmente l impianto pu essere suddiviso in due parti una parte definita alta pressione progettata per operare a valori di pressione che possono raggiungere 70 MPa 700 bar una parte definita bassa pressione progettata per operare a valori di pressione non superiori a 35 MPa 350 bar Quattro sono le fonti di potenza un motore endotermico principale a ciclo diesel un motore endotermico secondario anch esso a ciclo diesel due motori elettrici a 79 L impianto oleodinamico dell imbarcazione Wally 100 Magic Carpet Cubed spazzole a corrente continua Sono previste contemporaneit e modularit di funzionamento Queste caratteristiche sono p
228. rovasse su di essa percepirebbe un vento provocato dalla sua corsa con velocit pari a Vg Aggiungendo a questa situazione la presenza di un vento reale di direzione ed intensit pari a Vy lo stesso osservatore che si trova sull imbarcazione si troverebbe soggetto ad un vento OE il punto dove si applica la risultante di tutte le forze propulsive 24 Capitolo 1 apparente di direzione e velocit pari a Va che si ottiene dalla somma vettoriale di Vr e Vg Va Vr V Questa somma vettoriale d origine al cosiddetto triangolo delle velocit del vento Con riferimento alla medesima figura si definiscono anche l angolo al vento apparente Baw e langolo al vento reale yw Il primo l angolo compreso tra la direzione del vento apparente V e la direzione della velocit della barca Vg il secondo invece l angolo compreso tra la direzione del vento reale Vr e la direzione della velocit della barca Vg Figura 1 4 Triangolo del vento 1 3 2 Equilibrio dinamico dell imbarcazione a vela Come detto in precedenza la barca naviga parzialmente immersa in acqua e per la restante parte immersa in aria su di essa si manifestano quindi le forze idrodinamiche e le forze aerodinamiche Tutte le forze vengono considerate applicate ad un medesimo punto posto nell origine del sistema di riferimento come mostrato in figura 1 5 L azione del vento apparente V su tutta la parte emersa della barca scafo attrezzature e vele p
229. rovoca la nascita di una forza aerodinamica Fx Questa forza grazie alla particolare conformazione delle vele tale da avere una notevole componente in direzione perpendicolare a quella di provenienza del vento detta 25 La barca a vela portanza aerodinamica ed una componente pi piccola con la stessa direzione del vento detta resistenza aerodinamica La forza aerodinamica F sviluppata dalla parte emersa non diretta nella medesima direzione della velocit della barca Vg essa pu essere scomposta in una forza motrice Fm diretta lungo la direzione di spostamento della barca a responsabile del suo avanzamento ed in una forza sbandante Fy ad essa perpendicolare che tende a spingere lateralmente l imbarcazione facendola navigare non nella direzione del proprio asse ma lungo una direzione leggermente inclinata di un angolo A detto angolo di scarroccio Anche le appendici svolgono un ruolo analogo a quello delle vele La pinna di deriva il timone e l opera viva si ritrovano investite da un flusso inclinato di rispetto al piano di simmetria longitudinale dello scafo e si comportano come se fossero delle ali Il risultato la generazione di una forza idrodinamica F con stessa direzione della forza aerodinamica ma con verso opposto Scomponendo questa forza nelle due direzioni appena citate si ottengono una forza di resistenza idrodinamica R ed una forza di portanza idrodinamica P In condizioni di equilibrio le forze risultano pe
230. rtanza resistenza si stringe meno il vento ma pi facile manovrare Mentre se si sposta la freccia verso la balumina migliora il rapporto portanza resistenza e si pu stringere di pi il vento condizione adatta in presenza di venti medi e mare calmo 4 32 Capitolo 1 Un altro parametro fondamentale lo svergolamento che pu essere definito come una variazione dell angolo formato dalla linea di corda della vela con la linea mediana al variare dell altezza lungo la vela stessa Infatti al variare dell angolo del vento apparente il quale aumenta al crescere della quota perch aumenta l intensit del vento reale che risente meno dell attrito con la superficie del mare la parte inferiore della vela ha un angolo di incidenza diverso da quello della parte superiore Se la vela non fosse svergolata la parte superiore della vela andrebbe in stallo a causa di un angolo di incidenza eccessivo Il limite pi elevato di efficienza per un profilo alare si verifica immediatamente prima che si realizzi lo stallo di una sezione Una volta iniziato lo stallo e dopo che esso si diffuso il profilo alare perde rapidamente la sua efficacia in termini di forza motrice ottenibile L effetto dello stallo dipende sostanzialmente da due parametri l angolo geometrico di incidenza della vela la freccia locale della vela Maggiore l angolo geometrico di incidenza prima si stabiliranno lo stallo e la separazione e pi evidente
231. s 4 10 AI8 Analogic Input Mors Descrizione Annotazioni Indirizzo Mi 1916 Sensore pressione su linea tensionatore secondo strallo P 100 0 10 V Mi 1917 Sensore pressione su linea tensionatore strallo principale P 102 0 10 V Mi 1918 Sensore di posizione strallo principale S 102 Mi 1919 Sensore pressione su linea cunnigham del fiocco P 104 0 10 V Mi 1920 Sensore pressione su linea tesabase P 130 0 10 V Mi 1921 Sensore pressione su linea caricabasso boma P 132 0 10 V Mi 1922 Sensore pressione su linea sollevamento chiglia P 140 0 10 V Mi 1923 Sensore pressione su linea discesa chiglia P 142 0 10 V ESPANSIONE 3 Can bus 4 10 Al8 Analogic input __ Mors Descrizione Annotazioni Indirizzo Mi 1924 Sensore di posizione chiglia S 142 0 10 V Mi 1925 Sensore pressione su linea cunningham della randa P 180 0 10 V Mi 1926 Sensore pressione su linea deflettore P 182 0 10 V Mi 1927 Sensore di posizione cilindro deflettore S 182 4 20 mA Mi 1928 Sensore pressione su linea tensionatore gennaker P 184 0 10V Mi 1929 Sensore pressione verricello albero lato destro P 070 0 10V Mi 1930 Sensore pressione verricello albero lato destro P 071 0 10 V Mi 1931 Sensore pressione verricelio albero lato sinistro P 072 0 10 V ESPANSIONE 4 Can bus 4 10 AI8 Analogic Input Mors Descrizione Annotazioni Indirizzo Mi 1932 Sensore pressione verricello albero lato sinistro P 073 0 10 V Mi 1933 Sensore pressione avvolgifiocco P 074 0 10 V Mi
232. sar la riduzione della forza motrice Aumentando la convessit della vela si ritarda la formazione prematura di questo fenomeno L introduzione di una convessit variabile in modo tale che essa aumenti gradualmente dalla base fino alla penna pu essere considerata equivalente allo svergolamento lungo l intera apertura alare di sezioni a convessit costante Quindi aumentando la convessit verso le sezioni pi alte aumenta lo svergolamento effettivo 2 Da queste considerazioni si comprende la raffinatezza degli interventi che una barca a vela richiede per poter navigare in maniera efficiente Giunti a questo punto si pu passare ad una descrizione specifica delle manovre e dell effetto che hanno sul moto dell imbarcazione 1 5 2 Il caricabasso del boma Conosciuto anche col termine di vang ha la funzione di tenere basso il boma spingerlo contro la trozza e se non contrastato da un dispositivo di regolazione a curvare l albero provocando un appiattimento della met inferiore della randa e un aumento dello svergolamento della parte superiore della balumina Questa manovra collega diagonalmente un punto situato sulla superficie inferiore del boma ad un punto situato nella parte inferiore dell albero sulla sua faccia poppiera Il dispositivo permette l applicazione di una forza lungo il suo stesso asse Per comprendere meglio l effetto che questa ha sul sistema preferibile scomporla lungo due direzioni una ortogonale ed u
233. sione di un gas In quelli a doppio effetto la pressione comanda il movimento in entrambi i sensi 6 parametri principali che caratterizzano un cilindro sono l alesaggio che rappresenta il diametro interno del mantello e la corsa ossia il massimo spostamento dello stelo Essi determinano le dimensioni della camera che definisce il volume di olio necessario e la superficie del pistone che per una data pressione definisce la forza generata Naturalmente per il calcolo delle grandezze appena citate bisogner sottrarre la corrispondente area e volume dello stelo 2 7 3 La linea di trasmissione Pompe e motori possono essere variamente combinati con l aiuto di organi quali valvole di distribuzione di sicurezza di aspirazione per formare una trasmissione completa In effetti una trasmissione si realizza ogni qualvolta si genera in una pompa dell energia idraulica e la si riconverte in energia meccanica in un utilizzatore Questa tecnica permette la trasmissione di potenza da qualche kW fino a parecchie centinaia di KW Rispetto ai dispositivi meccanici ed elettromeccanici offre una serie di vantaggi quali eliminazione di giunti e frizioni controllabilit e variabilit di coppia e di regime pressoch immediate accelerazione e frenatura rapidissime e senza danno per le strutture meccaniche possibilit di distanziamento fra generatore e utilizzatore 66 Capitolo 2 senza problemi di interconnessione meccanica limitazion
234. sioni dei suoi elementi costituenti ed in particolare la lunghezza dell inferitura della randa deve essere compresa fra 42 m e 43 m la lunghezza della sua base deve essere compresa tra 13 5 m e 14 m l altezza del boma rispetto al piano della coperta deve essere compresa tra 2 4 m e 3 m la distanza orizzontale tra l albero e la base dello strallo di prua deve essere compresa tra 11 5 m e 12 m La tipologia degli interni influenza notevolmente il progetto dell intera barca in quanto determina il posizionamento degli elementi strutturali dello scafo e la definizione della sala macchine Le regole di classe fissano anche questi aspetti in particolare sanciscono le caratteristiche ed il numero di alloggi gli equipaggiamenti di comfort interni e gli spazi da destinarsi a dispense 3 1 2 Regole che hanno coinvolto il progetto dell impianto oleodinamico L imbarcazione deve essere equipaggiata con almeno un motore endotermico a ciclo diesel in grado di funzionare in maniera continuativa e garantire una velocit di crociera pari a 5 2 m s 10 nodi E possibile prevedere un sistema di sollevamento del sistema di propulsione all interno della sagoma dello scafo Devono essere poi presenti opportuni impianti elettrici o idraulici dedicati al funzionamento dei verricelli ed alla regolazione delle vele e dell attrezzatura In particolare obbligatoria la presenza di un avvolgifiocco automatico idraulico o elettrico L albero pu essere armato
235. sizione dello skeg in ogni istante e nega l utilizzo accidentale della propulsione quando questo sollevato Riguardo al cilindro di movimentazione del sistema bisogna sottolineare che esso soggetto a carichi inferiori di due ordini di grandezza rispetto a quelli a cui sono soggetti i cilindri relativi alle manovre correnti Il cilindro in questione deve essere a doppio effetto in quanto deve essere in grado di abbassare lo skeg mantenerlo nella giusta posizione durante la navigazione e sollevarlo Esso soggetto ad un carico di compressione dovuto al fatto che lelica essendo inclinata rispetto al piano orizzontale di un angolo di circa 13 per ragioni di collegamento al motore genera una componente di spinta verso l alto che se non fosse contrastata dal cilindro tenderebbe a sollevare lo skeg Per una velocit di crociera intorno a 5 m s lelica deve generare una forza con componente orizzontale pari a circa 10000 N a cui segue una forza verso l alto di circa 2300 N che comprime il cilindro dati principali sono riportati nella tabella 3 13 Cilindrata massima pompa cm 125 Cilindrata motore oleodinamico cm 226 Rapporto di trasmissione massimo teorico 1 8 Velocit massima di rotazione dell elica rad s 125 6 Tabella 3 13 Principali caratteristiche relative al sistema di propulsione Diametro camera mm 50 Corsa pistone mm 420 Diametro stelo mm 35 Massa a secco g 6700 Volume massimo olio culatta dm 0 82
236. so un circuito per farle raggiungere dei dispositivi in grado di compiere delle operazioni La funzione dell impianto oleodinamico quindi quella di trasferire energia da un generico punto ad un altro E proprio sul concetto di trasferimento che ci si vuole focalizzare in questo paragrafo In pratica il sistema deve essere perfettamente in grado di far fluire olio in una quantit ben definita in determinate circostanze verso un punto o un altro dell impianto i quali possono anche essere posti ad una distanza superiore a 20 metri Questo possibile aprendo o chiudendo opportuni passaggi e sfruttando il fatto che il fluido tende sempre a muoversi cercando di raggiungere una condizione di equilibrio Un aspetto delicato nella progettazione dell impianto risulta dunque la definizione della successione di operazioni di apertura chiusura dei passaggi l organizzazione di tutte le combinazioni possibili la definizione delle portate Detto questo si pu passare ad esaminare come avvengono fisicamente le operazioni passando dunque ad analizzare il sistema di comando Esso fa parte dell impianto elettrico dell imbarcazione e pu essere schematizzato come costituito da 131 Funzionamento e gestione dell impianto un interfaccia utente un sistema di elaborazione dei segnali ed una serie di componenti attuatori Ciascuna operazione che l impianto oleodinamico deve svolgere gestita da pulsanti Essi sono disposti in opportuni punti d
237. surati dai sensori siano compatibili con il giusto funzionamento dell impianto Nello specifico sono i cilindri il caricabasso del boma e l avvolgifiocco a richiedere di essere smontati per poter effettuare le operazioni di manutenzione presso l azienda Queste sono mirate alla sostituzione dei componenti soggetti ad usura quali guarnizioni ed anelli raschiaolio Il progettista dell impianto dovr quindi fornire ai tecnici tutte le informazioni necessarie a collegare nella maniera corretta tutti i tubi ed i cablaggi dell impianto Utilizzando il manuale i tecnici possono avere un chiaro quadro d assieme dell intero sistema i cui componenti sono disposti in punti dell imbarcazione che possono essere 135 Funzionamento e gestione dell impianto distanti e di difficile accesso In questo modo risulter pi semplice individuare le possibili cause di malfunzionamenti e pianificare le procedure di intervento Nel manuale dovr essere riportato l elenco completo dei componenti e degli elementi che li compongono con le relative schede tecniche Questo essenziale nel caso siano richiesti interventi per malfunzionamento o la sostituzione delle parti In quest ultimo caso si rende necessaria una conoscenza agevole di tutte le caratteristiche del componente in oggetto in modo da procedere alla sostituzione la quale potrebbe richiedere tempi relativamente lunghi se si dovr procedere all acquisto o alla fabbricazione II manuale dov
238. te la temperatura del fluido nel circuito mediante un apposito sensore di temperatura installato sul distributore dal quale le pompe aspirano l olio Quando il segnale inviato da questo sensore supera un determinato valore impostato in fase di programmazione e superiore ad una determinata soglia di temperatura il sistema di controllo provvede all attivazione di determinate valvole destinate all alimentazione di un motore oleodinamico 2 collegato ad una pompa 3 che aspira l acqua marina da una bocca nello scafo posta 115 L impianto oleodinamico dell imbarcazione Wally 100 Magic Carpet Cubed al di sotto della linea di galleggiamento e la invia allo scambiatore di calore Appositi trasduttori di pressione posti all ingresso ed all uscita dello scambiatore consentono all unita di gestione centrale il controllo della pressione nel componente e l invio di un segnale di pericolo in caso di un suo aumento anomalo L intero sistema ha il vantaggio di garantire un coefficiente di scambio termico elevato pur contenendo i volumi e le masse Inoltre in caso di modifica dell impianto o delle sue modalit di funzionamento facilmente ampliabile mediante l aggiunta di piastre al dispositivo di scambio Il sistema garantisce dunque una grande flessibilit caratteristica molto importante per il tipo di applicazione a cui l impianto destinato Gli aspetti a cui bisogna prestare maggiore attenzione riguardano il possibile sporcamento d
239. ti Schema oleodinamico dell impianto 177 2 3 4 5 6 Z 8 9 10 TR ca HEAT EXCHANGER Ea i pune C m H A i LIFTING KEEL SYSTEM PUMP schema Ea IR i T 3 ue isa a m com A oll EL Gas schema Eves oa
240. ti che prelevano l acqua di mare da una presa posta al di sotto della linea di galleggiamento e la inviano a dei sistemi di filtraggio In genere questi dispositivi presentano una prima pompa dell acqua operante in bassa pressione tipicamente alimentata da un motore elettrico la quale invia il fluido ad una seconda pompa 1 anch essa alimentata elettricamente inviante l acqua ad una membrana di filtraggio ed in grado di sostenere alti livelli di pressione Il fluido desalinizzato pari a circa il 10 di quella totalmente aspirato viene infine inviato al serbatoio dell acqua dolce e resta disponibile alle utenze idriche della barca Anche in questo caso la presenza di un circuito con olio in pressione garantisce una fonte di potenza utilizzabile dal sistema appena descritto In particolare un motore oleodinamico ad ingranaggi 1 collegato all asse della pompa in alta pressione 2 la quale aspira l acqua dal circuito e la invia al sistema di filtraggio L intero apparato garantisce affidabilit ed efficienza 2 Figura 3 20 Sistema di generazione flusso ad alta pressione nell impianto di dissalazione Schematizzazione dei flussi di olio e acqua 112 Capitolo 3 3 4 4 6 Scambiatore di calore Nel processo di trasmissione della potenza che parte dal motore primo e termina con la macchina azionata una quota della potenza immessa va perduta all interno del sistema oleodinamico e si converte in potenza termica cal
241. ti sulle manovre espressi in newton 1 5 Conduzione dell imbarcazione e principali manovre Come gi descritto nei paragrafi precedenti perch una barca dotata di vele possa sfruttare nella maniera migliore l energia del vento e tramutarla in forza di avanzamento necessario che le vele assumano la conformazione ottimale in ciascuna condizione questo consente di massimizzare le prestazioni e garantire il pieno controllo del mezzo in ogni situazione 30 Capitolo 1 La spinta del vento proporzionale al quadrato della sue velocit ne consegue che se il vento raddoppia la sua velocit la superficie velica dovr essere ridotta di un quarto in modo da ridurre la forza sbandante senza ridurre la spinta propulsiva 5 Queste considerazioni divengono ancora pi importanti quando ci si riferisce ad un imbarcazione da regata come nel caso della barca in questione in cui un piccolo incremento di velocit generato da un connubio ottimale fra attrezzatura e fattori esterni quali vento e mare pu generare notevoli differenze in termini di risultati alla fine di una gara Detto questo si pu passare a descrivere l importanza delle varie manovre e l effetto che queste hanno sul comportamento dell imbarcazione Bisogna ricordare che ci si riferir sempre ad una barca di tipo sloop dotata di attrezzatura Marconi o bermudiana Quando si pensa ad un oggetto cos complesso e sofisticato nasce spontanea l idea che definir
242. ticolare delle manovre di regolazione della scotta del fiocco con indicazione delle forze applicate 1 5 7 Lo strallo di prua Lo strallo di prua una manovra che collega un punto situato nella parte superiore dell albero posto esattamente sulla sua sommit oppure leggermente pi in basso in base alla tipologia dell armamento ad un punto posto all estremit di prua della barca Allo strallo viene vincolata l inferitura del fiocco il sua lato pi a prua ed perci soggetto al carico che si genera dall interazione tra la vela ed il vento Oltre a mantenere il fiocco nella giusta posizione esso serve a reggere l albero in direzione longitudinale Quando i venti aumentano di intensit lo strallo tende ad assumere una forma curvilinea sotto l azione della vela che a sua volta assumer una conformazione poco efficiente dal punto di vista aerodinamico Per questo motivo lo strallo dovr essere messo in tensione in modo che risulti in grado di contrastare le forze 41 La barca a vela deformanti generate dal vento La manovra dovr dunque generare una forza di trazione verso il basso figura 1 12 La sua regolazione in combinazione a quella dello strallo di poppa e delle sartie volanti consente di modificare la curvatura dell albero e di conseguenza la forma della randa un albero dritto consente una maggiore curvatura del profilo della vela permettendo di sfruttare al meglio la forza del vento se invece lo si flett
243. tore Consenso alla ricarica delle batterie Descrizione Annotazioni Annotazioni Annotazioni SF 11 SF 12 SF 13 SF 21 SF 22 SF 23 SF 31 SF 32 SF 33 S 701 S 709 uguale a DI 16 uguale a DI 17 SF 702 SF 610 Capitolo 4 ESPANSIONE 4 PLC 10 DI16 Digital Input Mors ESPANSIONE 5 PLC 10 Al8 Analogic Input __ Mors Indirizzo Mi 1850 Mi 1851 Mi 1852 Mi 1853 Mi 1854 Mi 1855 Mi 1856 Mi 1857 ESPANSIONE 6 PLC 10 Al8 Analogic Input Mors Indirizzo Mi 1858 Mi 1859 Mi 1860 Mi 1861 Mi 1862 Mi 1863 Mi 1864 Mi 1865 ESPANSIONE 7 PLC IO AI8 Analogic Input _ Mors indirizzo Mi 1866 Mi 1867 Mi 1868 Mi 1869 Mi 1870 Mi 1871 Mi 1872 Mi 1873 ESPANSIONE 8 PLC 10 AI8 Analogic Input Mors Indirizzo Mi 1874 Mi 1875 Mi 1876 Mi 1877 Mi 1878 Mi 1879 Mi 1880 Mi 1881 Descrizione Sensore di posizione su comando propulsione marcia avanti Sensore di posizione su comando propulsione marcia indietro Protezione termica motore elettrico 1 Protezione termica motore elettrico 2 Pulsante tensionamento trasversale vela di prua Pulsante rilascio trasversale vela di prua Dissalatore in funzione Sensori di prossimit valvole a sfera linee collegamento motore secondario Richiesta di ricarica delle batterie Descrizione Sensore pressione su linea discesa skeg Sensore pressione su linea sollevamento skeg Sensore pressione su linea innesto timoni Sensore pressione su linea disinnesto timoni S
244. ttano all equipaggio di poter intervenire sui vari parametri nella maniera pi agevole possibile Questo rappresenta la progettazione del piano di coperta E immediato capire come l entit dei carichi non sia compatibile con la forza 1 Unit di misura della velocit equivalente ad un miglio nautico all ora 1 852 Km h 29 La barca a vela applicabile da un uomo o da un gruppo di uomini che lavorano insieme e ben coordinati nasce perci la necessit di utilizzare sistemi pi o meno complessi che permettono di sfruttare differenti forme di energia ed eventualmente automatizzare l uso di alcune funzioni Naturalmente tutte queste considerazioni vanno fatte considerando la tipologia dell imbarcazione le dimensioni le sue caratteristiche costruttive il tipo di utilizzo a cui destinata e non ultimo le richieste dell armatore Manovra Carico statico N Carico dinamico N Caricabasso 262418 367385 Tesabase 45617 63794 Cunningham sulla randa 33354 38259 Cunningham sulla vela di prua 34335 39485 Posizione verticale vela di prua 63765 86328 Posizione orizzontale vela di prua 63765 86328 Tenditore strallo 248382 Tenditore secondo strallo 181485 208953 Tenditore gennaker 98100 112815 Deflettore sartie volanti 122625 147150 Carrello della randa 24280 33992 Scotta della randa 50031 Tenditore sartie volanti 97472 2 Carichi statici non forniti dal progettista del piano velico Tabella 1 1 Carichi agen
245. ttori che l equipaggio deve continuamente monitorare e mantenere sotto controllo Da ci nasce la necessit di dotare la barca di una serie di dispositivi le manovre che consentano alle persone che si trovano a 27 La barca a vela bordo di essa di apportare una serie di continue regolazioni e aggiustamenti indispensabili a governare l imbarcazione in condizioni di massima sicurezza nell inseguimento delle massime prestazioni ottenibili Forza totale della vela Portanza perpendicolare al a h somma di portanza e resistenza vento apparente Resistenza parallela al vento apparente x Pigi Angolo di incidenza angolo compreso tra la corda della vela e il vento apparente pp x Vento apparente Figura 1 6 Forze generate dall interazione tra vela e vento 1 4 Regolazioni e carichi nell utilizzo di un imbarcazione a vela di grosse dimensioni Nei paragrafi precedenti sono state descritte le principali manovre sulle quali l equipaggio interviene durante la navigazione Ora si passa ad analizzare la natura delle varie regolazioni ed a quantificare le forze ad esse associate Come facile intuire i carichi che l equipaggio di una qualsiasi imbarcazione deve vincere per movimentare le vele sono quelli che si creano dall interazione delle stesse con il vento i quali si scaricano tramite le cime ed una serie pi o meno complessa di rinvii allo scafo della barca Le dimensioni e le caratteristiche del pian
246. ttro del manuale 168 Capitolo 6 Lo stesso fatto per i restanti componenti presenti collegamenti di pompe motori oleodinamici scambiatore di calore serbatoio e cilindri sono descritti nel dettaglio per facilitare le operazioni di montaggio Per quanto riguarda gli attuatori sono indicate anche le caratteristiche prestazionali quali corsa massima carico massimo di lavoro alla pressione di funzionamento stabilita carico di picco nella condizione di rottura della manovra carico di rottura del componente volume di olio richiesto Inoltre viene spiegata nel dettaglio la procedura relativa allo spurgo dei cilindri operazione che deve essere effettuata nella maniera corretta pena un non perfetto funzionamento del componente L abbondante uso di immagini e fotografie in questi capitoli serve a spiegare in maniera completa e dettagliata ogni singola parte dell impianto senza possibilit di fraintendimenti 6 2 4 Pulsantiere Oltre alla progettazione ed alla realizzazione dell intero impianto oleodinamico e del suo sistema di controllo l azienda ha provveduto alla fornitura di parte dei pulsanti di comando relativi alle funzioni oleodinaiche e ad altre funzioni di differente tipologia gestite dal sistema informatico che mantiene sotto controllo l intera imbarcazione Il capitolo cinque ne riporta una descrizione completa ed i codici identificativi Alcuni comandi sono riprodotti in modo identico su entrambi i lati della barca p
247. ue tipi sono di grande interesse perch permettono di realizzare impianti automatizzati comandati elettricamente Negli azionamenti elettromagnetici la forza di posizionamento sviluppata direttamente da elettromagneti di adeguare proporzioni 68 Capitolo 2 nel caso degli azionamenti elettropilotati invece l elettromagnete conferisce l impulso di comando mentre l azione vera e propria viene sviluppata da un dispositivo oleodinamico Quest ultima modalit si ritiene indispensabile quando le luci di passaggio superano determinati valori 20 mm soprattutto per evitare la necessit di montare grossi elettromagneti La principale forma di disfunzione cui possono andare incontro questi componenti riguarda il bloccaggio del cursore Diverse possono esserne le cause inquinamento del liquido circolante che pu presentare particelle abrasive in grado di incastrasi nel gioco tra cursore e sede deformazione termica causata da eccessivi riscaldamenti localizzati Bloccaggi per eccentricit tra cursore e sua sede possono essere eliminati adottando strette tolleranze di lavorazione Una descrizione pi dettagliata meritano le valvole ne esistono di svariati tipi con differenti caratteristiche e impieghi svolgono quattro funzioni controllo della pressione controllo della portata bloccaggio e controllo della direzione del flusso 6 2 7 4 Valvole di bloccaggio In un impianto oleodinamico pu presentarsi per varie ragioni la necessit
248. ue questi ordini di grandezza Per quanto riguarda le potenze in gioco bisogna fare una distinzione Durante le regolazioni in cui non viene cambiata l andatura esse hanno valori relativamente contenuti siccome la potenza il risultato del prodotto della forza per la velocit ed avendo quest ultima valori decisamente piccoli i valori di potenza che si ottengono di conseguenza sono dell ordine di qualche kilowatt Questo dovuto al fatto che le regolazioni che si effettuano sulle manovre correnti sono per lo pi piccoli aggiustamenti a basse velocit Un discorso differente merita l utilizzo delle manovre in altre condizioni per effettuare ad esempio un cambio di andatura Pu presentarsi la necessit di ammainare una vela ed issarne un altra il tutto da effettuare molto velocemente utilizzando un verricello oppure manovrare la scotta della randa ed i tenditori delle sartie volanti durante la virata manovra che in genere ha una durata di 15 secondi circa durante la quale bisogna cambiare la posizione relativa della randa rispetto all asse della barca e mettere in tensione una delle due volanti e scaricare l altra In questo caso le potenze in gioco sono di qualche decina di kilowatt Nelle imbarcazioni sono poi presenti una serie di sistemi ausiliari come pompe dell acqua e ventilatori sistemi accessori come il dissalatore le potenze connesse dipendono dal tipo di sistema in generale hanno un ordine di grandezza di qualche kil
249. uesto tipo di imbarcazioni Questo consente di comprendere la natura delle scelte che hanno portato alla realizzazione dell impianto in oggetto 17 Introduzione Nel terzo capitolo viene riportata una descrizione dettagliata dell impianto focalizzandosi sulle sue caratteristiche sulle sue funzioni sui vantaggi offerti e sulle sue peculiarit e singolarit Nel capitolo quattro si passa ad una descrizione dettagliata del sistema di controllo e comando di tutte le funzioni nello specifico un controllore a logica programmabile specificatamente programmato per gestire l impianto in questione Nel capitolo cinque vengono riportati i dettagli del funzionamento di una specifica funzione dell impianto dedicata al controllo di una manovra di cui la barca equipaggiata Ci consente una comprensione pi dettagliata dei principi e delle logiche che stanno alla base del funzionamento di questo tipo di sistemi Nel capitolo sei riportata una descrizione sommaria del manuale dell impianto sviluppato nel presente lavoro di tesi Come precedentemente esposto la sua redazione ha richiesto un analisi dettagliata dell intero sistema specie nelle fasi di collaudo su banco ed ha aperto spazio ad approfondimenti su ogni suo aspetto Infine nelle conclusioni vengono ripercorsi i punti salienti del lavoro svolto focalizzandosi sui contributi apportati all intero progetto 18 Capitolo 1 Capitolo 1 La barca a vela In questo capitolo verran
250. ulsante rilascio gennaker Pulsante avvilgifiocco Pulsante rilascio avvolgifiocco Pulsante tensionamento secondo strallo Pulsante rilascio secondo strallo Pulsante tensionamento cunningham sul fiocco Pulsante rilascio cunningham sul fiocco Descrizione Pulsante tensionamento trasversale vela di prua Pulsante rilascio trasversale vela di prua Pulsante rilascio verticale vela di prua Pulsante tensionamento verticale vela di prua Pulsante carrello del trasto a sinistra Pulsante carrello del trasto a destra Pulsante attivazione sistema Pulsante spegnimento sistema Pulsante innesto timoni Pulsante disinnesto timoni Pulsante rilascio lento scotta della randa Plsante tensionamento lento scotta della randa Pulsante virata automatica Pulsante tensionamento rapido sartia sinistra Pulsante rilascio rapido sartia sinistra Descrizione Presenza a bordo secondo motore Secondo motore in moto Sensori di prossimit valvole a sfera unit 1 serbatoio Sensori di prossimit valvole a sfera unit 2 serbatoio Sensori di prossimit valvole a sfera unit 3 serbatoio Sensore occlusione filtro olio Sensore livello olio Motore principale in moto Pulsante tensionamento caricabasso Pulsante rilascio caricabasso Sensore di prossimit valvola a sfera linea di ritorno olio Sensore di prossimit linea di aspirazione pompe su motore secondario Ventilatore sala macchine in funzione 146 Descrizione Controllo velocit secondo mo
251. unzione 1 Ventilatore sala macchine in funzione 1 Posizione skeg 1 Pressione olio nella linea 59 Pressione aria nel serbatorio Temperatura olio nel serbatoio 1 Posizione pistoni cilindri 15 Altezza chiglia 1 Tabella 4 1 Tipologie sensori di misura e quantita presenti nell impianto I principali problemi che si incontrano nella gestione di un impianto di questo tipo riguardano principalmente la staratura a cui potrebbero andare incontro le elettrovalvole ed i sensori la possibile presenza di frammenti di materiale che potrebbero causare occlusioni delle sezioni di passaggio l irregolarit nella 0 Dispositivi di intercettazione di un flusso in condotte idrauliche Nell impianto specifico utilizzate per isolare parti del sistema quali il serbatoio e le pompe oleodinamiche connesse al motore secondario 134 Capitolo 4 trasmissione dei segnali fra sistema di controllo ed elementi dell impianto l usura delle guarnizioni dei cilindri con conseguenti trafilamenti di olio e nel caso di cilindri a singolo effetto anche di gas l invecchiamento dell olio Da questo si capisce come sia estremamente importante il controllo ed il monitoraggio del sistema specialmente dopo periodi di inattivit 4 3 Importanza del manuale utente La complessit dell impianto ed i problemi a cui pu essere soggetto fanno capire come sia fondamentale che il progettista fornisca all utente tutte le informazioni riguardanti le precauzioni necessarie a
252. uperficie velica per ridurre la forza sbandante si ottiene una forza di trazione sulla scotta della randa pari 26664 N La formula valida in condizioni di andatura di bolina che rappresenta una delle situazioni in cui le strutture e le manovre sono maggiormente sollecitate Nella tabella 1 1 vengono riportati i valori delle forze che le manovre devono esercitare relativi all imbarcazione Wally 100 Magic Carpet Cubed barca che verr ampiamente descritta nel seguito Si distinguono i carichi statici massimi che sono quelli a cui i sistemi sono soggetti durante la marcia in moto rettilineo uniforme in ben determinate condizioni di navigazione generalmente nell andatura di bolina in presenza di ben determinate condizioni al contorno vento e mare ed i carichi dinamici che agiscono sui sistemi durante particolari condizioni di moto per esempio una virata violenta di vento per esempio una raffica improvvisa e di mare per esempio presenza di onde che possono deviare o rallentare bruscamente il moto dell imbarcazione Tutte queste forze sulle strutture si tramutano in sforzi di flessione e di torsione che danno origine a ingenti deformazioni dell ordine delle decine di millimetri per lo scafo Tutti i componenti vengono dimensionati cercando di ridurne le masse e considerando un carico di rottura superiore al carico dinamico Dall analisi delle forze il progettista pu definire tutti quei sistemi e tutte quelle soluzioni che perme
253. variare la portata del fluido per variare il numero di giri dell elica pur mantenendo costante il numero dei giri del motore primo 2 5 2 Generazione energia elettrica Questo tipo di energia che come abbiamo gi visto di fondamentale importanza a bordo di un imbarcazione viene generata dall alternatore una macchina elettrica rotante basata sul fenomeno dell induzione elettromagnetica Esso in grado di trasformare energia meccanica in energia elettrica sotto forma di corrente alternata L energia meccanica deve essere fornita da un motore endotermico in grado generare questa forma di energia partendo dall energia chimica contenuta nel combustibile Naturalmente tutte queste trasformazioni di energia avvengono con dei rendimenti i 54 Capitolo 2 quali determinano perdite energetiche non indifferenti questo per l unico modo di sfruttare una grande quantit di energia a bordo di una barca di questo tipo L accoppiamento fra la macchina termica e quella elettrica nel pi classico dei casi di tipo meccanico in questo caso il rapporto fra il numero di giri delle due macchine univoco Un alternativa rappresentata dall oleodinamica le modalit impiantistiche sono le stesse descritte per il sistema propulsivo pompa connessa al motore endotermico e motore oleodinamico connesso all utilizzatore che nel caso specifico l alternatore anche in questo caso l utilizzo di una pompa a cilindrata variabile perm
254. volumetriche che alimentate da un flusso di liquido erogato dalla pompa sviluppano sull albero un regime di rotazione e una coppia cilindri invece sviluppano una forza ed un velocit La funzione di questi componenti di convertire la potenza idraulica erogata dalla pompa in potenza meccanica proporzionale al prodotto di forza per velocit Per quanto riguarda i motori oleodinamici essi svolgono la funzione speculare della pompa Il liquido viene introdotto attraverso l attacco d alimentazione e agisce sulle parti attive ingranaggi palette pistoni assiali o radiali generando una componente tangenziale utile che imprime all albero un regime di rotazione e una coppia motrice In generale queste macchine possono essere distinte in due categorie quella dei motori lenti e quella dei motori veloci Un motore veloce funziona soddisfacentemente in una gamma di regimi che a titolo indicativo pu variare tra 314 e 3 14 rad s mentre i motori lenti hanno un campo di operativit di un ordine di 64 Capitolo 2 grandezza inferiore Al di fuori del campo di regimi consigliato del produttore si possono manifestare irregolarit di velocit perdite energetiche consistenti e danneggiamento della macchina stessa Gli elementi che meglio caratterizzano un motore oleodinamico sono la coppia erogabile ed i regimi di rotazione La prima proporzionale alla differenza di pressione fra gli attacchi i secondi dipendono dalla portata er
255. zioni per esempio durante l utilizzo dell attrezzatura e durante la propulsione a motore Un risparmio energetico pu significare una riduzione delle masse e quindi un miglioramento delle prestazioni 2 3 4 Generazione di energia elettrica Per le imbarcazioni da diporto che possono superare determinate distanze dalla costa la dotazione di strumenti di comunicazione e navigazione elettronici nonch di luci di segnalazione un aspetto obbligatorio Da questo si deduce che tutte le barche di qualsiasi epoca siano devono essere dotate di un impianto elettrico atto ad alimentare tali apparecchiature L utilizzo di accumulatori di carica elettrica quali pacchi batterie da ricaricare durante la sosta nei porti pu essere sufficiente se il fabbisogno energetico ridotto In caso contrario necessario che a bordo sia presente un sistema di generazione di energia elettrica atto a ricaricare le batterie Questa funzione viene demandata ad un motore endotermico presente per la maggior parte di categorie di imbarcazioni Salendo con le potenze richieste dalle utenze si passa a gruppi elettrogeni dedicati con potenze da pochi kilowatt fino a diverse decine di kilowatt Si tratta di apparecchiature indispensabili se l imbarcazione dispone di innumerevoli utilizzatori elettrici come elettrodomestici climatizzatori e sistemi di ventilazione e illuminazione che presentano nel complesso un elevato assorbimento elettrico Inoltre sull imbarcazione pot

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