I sistemi ibridi proposti dai produttori sono molteplici e con varie filosofie. Diamo uno sguardo, da lontano, a qualcuna delle tecnologie presenti sul mercato
by Gian Piero Repetti
AFFERMANDO CHE L’IBRIDO SIA DIVENTATO DI GRAN MODA NELLA NAUTICA DA DIPORTO, credo di non dire niente di nuovo, avendone l’evidenza dei fatti: ogni cantiere prevede come minimo un’alternativa ibrida alla standard con motore diesel, ma, lasciatemelo dire, con premesse dai contorni non così chiaramente definiti. Sarà perché la svolta sull’ibrido ha una grossa componente emotiva che deriva dall’automotive, ma dove l’esperienza è di più vecchia data, a mio avviso, ci sono idee più chiare per il suo utilizzo; o forse perché le proposte arrivano diversificate da tutte le parti, anche se poi le installazioni che attualmente navigano si contano sulle dita di una mano.
La tendenza, se ci riferiamo a unità sotto i 50 m, è l’ibrido parallelo, quella tipologia che prevede il motore diesel direttamente collegato alla linea d’asse propulsiva. E gli ingegneri hanno dato sfogo alla fantasia: dai sistemi con presa di forza (PTI/PTO) sul riduttore di giri, ai sistemi con motore elettrico interposto tra motore e riduttore, coassiali o con asse parallelo. E poi tipologie diverse di motori elettrici, sistemi di innesto, per non parlare dell’energy storage, con batterie di tipo e caratteristiche diverse. Proviamo a dare un’occhiata, da lontano, a qualcuna delle tecnologie presenti sul mercato, senza avere la pretesa di elencare tutti i costruttori né dare un giudizio di preferenza sull’una o sull’altra. Ogni produttore ha la sua logica, che risponde principalmente ad esigenze specifiche di installazione. Bene, partiamo dal più tradizionale di tutti e da quello che risulta anche meno invasivo: PTI/PTO sul riduttore.Non c’è da meravigliarsi che tutti i costruttori di riduttori ne propongano una propria variante. (SCHEMA A)
La figura mostra lo schema di una propulsione ibrida, con motore elettrico montato sulla presa di forza del riduttore.
Il grande vantaggio è l’applicazione, che resta del tutto simile a una diesel tradizionale, con interferenza quasi nulla con la propulsione diesel. ZF, Reintjes, Twin disc e altri, meno diffusi in Italia, propongono un proprio sistema. (FIGURA 1 E 2)
Proviamo a spostarci sui sistemi interposti, e coassiali, tra motore e riduttore, quali Auxilia, E-motion, MAN, Volvo, MTU, FNM, etc. (FIGURA 3 E 4)
La scelta della soluzione ibrida richiede grande competenza e accurata valutazione nella scelta del sistema più adatto alle proprie esigenze.
La soluzione concettuale è la medesima, ma questi sistemi si distinguono per la tipologia di motore elettrico e per modalità di innesto tra l’elettrico e il diesel. I motori a magneti permanenti, a flusso assiale o flusso radiale, sono i più diffusi, sebbene esistano soluzioni valide e innovative adottate da alcuni produttori, come ad esempio i motori sincroni a riluttanza variabile. Per l’innesto/disinnesto elettrico-diesel si usano frizioni elettromagnetiche monodisco, frizioni a denti o frizioni centrifughe, a seconda del profilo di utilizzo o della filosofia costruttiva del produttore. E, come ultima variante, la soluzione che prevede il motore elettrico interposto tra motore e riduttore con rinvio su un asse parallelo a quello di propulsione. Esco Power e Transfluid, ad esempio. (FIGURA 5)
Un sistema in generale complesso, più complesso di uno tradizionale, deve offrire un valore aggiunto che soddisfi le nostre esigenze, al di sopra della pura emotività, della moda e della navigazione più confortevole.
Valutiamo ora vantaggi e svantaggi dei vari sistemi. La PTI sul riduttore è concettualmente la più semplice, apparentemente meno invasiva, in caso di avaria dell’elettrico, si trova totalmente esterna al treno propulsivo. Da inventare la struttura di supporto del motore elettrico e trovarne lo spazio necessario a poppa. La PTI è un accessorio importante del riduttore e come tale costa. L’inversione del moto deve essere operata dal motore elettrico, non potendo utilizzare l’inversione del riduttore. Nessun problema sulla manutenzione al motore diesel, in quanto il motore elettrico si trova su una ramificazione secondaria del sistema. Pensiamo ora a un sistema tra motore e riduttore coassiale. Progettazione compatta ed un sistema che possiamo definire modulare. Si allunga un po’ il sistema propulsivo, ma senza ingombri nelle direzioni trasversali: più pesante, ma estremamente pratico, addirittura nel caso di Auxilia, una frizione che non ha bisogno di essere alimentata (frizione centrifuga).
Qualche perplessità in caso di malfunzionamento sul motore elettrico: esso si trova proprio in asse con il motore diesel e, nel caso di manutenzione, si inibisce l’utilizzo del diesel. La terza opzione, elettrico tra motore e riduttore, con rinvio su un asse parallelo. Si hanno certo molti dei vantaggi relativi ai sistemi già descritti, gli ingombri laterali aumentano, ed il motore elettrico va supportato in qualche modo. (LAYOUT C)
In tutti i sistemi descritti sono possibili diverse combinazioni di funzionamento: elettrico puro, booster, generazione di corrente, opzioni che complicano più o meno il sistema. Ma la domanda che dobbiamo porci è: cosa vogliamo ottenere da una barca con propulsione ibrida? Sogno del navigare in silenzio a parte, che si ottiene con il puro elettrico, l’ibrido può offrire una serie di combinazioni: produzione di energia elettrica quando si viaggia con il diesel, o una riserva di potenza da utilizzare come booster, ad esempio. In fin dei conti abbiamo a disposizione un propulsore somma di un motore diesel e di un motore elettrico, che insieme sviluppano una potenza maggiore, permettono di ridurre i consumi (e quindi le emissioni inquinanti) parzializzando la potenza del diesel e di trasformare il motore elettrico in un generatore di corrente. Con ingombri che in ultima analisi possano competere con la propulsione diesel singola, ma concedendo una versatilità decisamente maggiore.
Ma attenzione a fare i conti senza l’oste: l’accumulo di energia. Per funzionare in elettrico il sistema va alimentato: le batterie, dunque, giocano un ruolo fondamentale. Anche qui ci possiamo sbizzarrire. Le batterie agli ioni di litio sono tra le più diffuse e le più efficienti, ma ne esistono di tipi diversi e per ognuno possono essere individuate caratteristiche che le possano far preferire ad altre. (SCHEMA B)
Perché quando si parla di immagazzinare energia la prima domanda è il fabbisogno che abbiamo per la propulsione e quanta autonomia ci consentono, ma gli altri aspetti? Facilità di gestione, sicurezza, peso ed ingombri, ed i consumi non riferiti alla propulsione, ma necessari per raffreddare le stesse batterie, quando si opta per l’opzione della modalità elettrica. L’utente valuta la prestazione del sistema, spesso trascurando quanto la soluzione tecnica sia più o meno adatta alla specifica richiesta dell’utenza.
Le batterie agli ioni di litio sono tra le più diffuse e le più efficienti, ma ne esistono di tipi diversi e per ognuno possono essere individuate caratteristiche che le possano far preferire ad altre.
Tirando le somme: un sistema in generale complesso, più complesso di uno tradizionale, deve offrire un valore aggiunto che soddisfi le nostre esigenze, al di sopra della pura emotività, della moda e della navigazione più confortevole. La scelta della soluzione ibrida è una cosa da specialisti nella progettazione, che richiede grande competenza e accurata valutazione del sistema più adatto alle proprie esigenze. Perché non esiste il sistema migliore, ma quello che può avvicinarsi di più alle nostre aspettative. Nel prossimo numero vi racconterò qualcosa delle mie esperienze e dell’importanza della scelta di un sistema piuttosto che un altro per non avere semplicemente un sistema ibrido a bordo, ma dare alla nostra barca un valore aggiunto in termini di comfort, che una tecnologia come la propulsione ibrida ci può sicuramente garantire.
(Vulkan Navigare in Silenzio 2, Hybrid systems – Barchemagazine.com – Gennaio 2021)
