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MOTORI MARINI

I motori utilizzati nella nautica, come per la trazione terrestre, sono solo di due tipi : Combustione interna ed Elettrici.

A loro volta i motori a combusitone interna possono essere :

Due tempi.
Sono del tipo ad accensione comandata, cioe' hanno un sistema elettrico che, tramite le candele, genera una scintilla all'interno del cilindro.Questa scintilla causa la combustione di una miscela di carburante ed aria, gia' presente nel cilindro, che espandendosi muove il pistone. Si dicono anche a "carburazione" in quanto nel cilindro dove avvera' la combustione deve essere immessa una miscela di carburante ed aria. L'operazione di preparazione di tale miscela si dice carburazione ed e' svolta da un organo, chiamato carburatore, che preleva la benzina ( o meglio, per i due tempi, la miscela olio-benzina) dal serbatoio e la inietta,nebulizzata e nelle giuste proporzioni, nel flusso di aria diretto al cilindro dove avverra' lo scoppio.
Il ciclo di funzionamento si svolge in due tempi per cui si ha una combustione del carburante ogni giro dell'albero motore.
Come carburante utilizzano miscela di benzina ed olio ( in percentuale dal 2 fino al 6%, in funzione delle caratteristiche del motore) in quanto non hanno un sistema di lubrificazione dei cilindri.
Sono meno complessi degli altri, meno pesanti, ma hanno, mediamente, un numero di giri piu' alto che si traduce in maggiore usura, un rendimento piu' basso, quindi maggior consumo e tendenza all'ingolfamento a causa dell'olio presente nella benzina.
Sono del tipo fuoribordo e vengono utilizzati per imbarcazioni medio/piccole o come motore di riserva.
Hanno il grande vantaggio di non richiedere il passaggio dell'asse elica attraverso lo scafo.

Quattro tempi
Anche questi a combustione comandata e a carburazione necessitano del sistema di accensione, che nell'ambiente marino, a causa dell'umidita' e dell'ossidazione, deve essere tenuto sempre in perfetta efficenza.
Possono essere sia del tipo fuori bordo che entrobordo.
Il ciclo avviene in quattro tempi, quindi hanno un'accensione ogni due giri dell'albero motore.
Sono piu' complessi dei precedenti in quanto necessitano di un sistema di valvole per comandare l'aspirazione della miscela aria-benzina e hanno un sistema di lubrificazione anche all'interno dei cilindri.
Generalmente hanno un regime di rotazione inferiore a quello dei due tempi e, anche grazie ad una migliore lubrificazione, sono meno soggetti all'usura.

Diesel ( a nafta)
I motori Diesel ( dal nome dell'inventore) sono del tipo a combustione spontanea in quanto l'accensione della miscela aria-carburante (in questo caso olio pesante, nafta) avviene spontaneamente per effetto dell' elevata compressione ( il combustibile, nafta, non e' miscelato nel carburatore ma viene iniettato nei cilindri conteneti gia' la giusta quantita' di aria in compressione e per questo ad una temperatura cosi' elevata da provocare l'accensione.Quindi il Diesel non ha carburatore, al suo posto e' necessaria una pompa per l'iniezione del caburante nel cilindro).
Per la caratteristica del loro funzionamento (accensione spontanea per compressione) i motori Diesel hanno un "rapporto di compressione" piu' alto di quelli ad accensione comandata, quindi organi meccanici piu' robusti con conseguente peso piu' elevato. In compenso non hanno le problematiche del circuito elettrico di accensione proprie dei motori ad accensione comandata, hanno un regime di giri a inferiore e, per motivi termodinamici legati al piu' alto rapporto di compressione, un rendimento migliore ( vedi Nota 1).
Il motore Diesel, nato solo a quattro tempi, attualmente viene prodotto anche a due tempi che per applicazioni navali di una certa potenza consente di applicare meccanismi per l'inversione del senso di rotazione ( questa soluzione e' adottata in quasi tutte le applicazioni di grande potenza, dove i sistemi ad ingranaggi o idraulici utilizzati per invertire il senso del moto non sarebbero applicabili a causa degli sforzi eccessivi, vedi Nota 3).

Motore elettrico
Ha caratteristeche eccezionali rispetto ai precedenti, quali :

* Non inquina
* Silenziosita' quasi assoluta
* Rendimenti neanche paragonabili con quelli dei motori endotermici ( i motori elettrici possono arrivare molto facilmente al 90%)
* Non necessitano di sistemi accessori quali: accensione,carburazione, lubrificazione,raffreddamento

Purtroppo a causa del peso delle batterie e della loro relativamente breve autonomia non possono essere utilizzati per potenze che superino 0,5-1 Hp, quindi sono applicabili solo a piccole imbarcazioni per tratti di navigazione molto brevi.
A titolo comparativo la tabella sottostante riassume le principali caratteristiche dei vari tipi di motori marini.

Tipo
motore		 P max
Cv		 giri/m Peso
Kg
Entrobordo
Benzina 260 4400 368
Diesel 285 3500 610
Entrofuoribordo
Benzina 270 5000 470
Diesel 280 3500 750
Fuoribordo
Benzina 4 tempi 115 5600 234
Benzina 2 tempi 115 5500 158
Diesel 130 4000 325
Elettrico 0,5 1800 10

Caratteristiche del motore a combustione interna
Diagramma di funzionamento del motore
Le caratteristiche di un motore si possono riassumere in un grafico riportante tre curve (vedi figura sotto):

grafico funzionamento motore
* Consumo di carburante in funzione del numero di giri, nella figura la curva di colore rosso.
Il consumo e' fornito in grammi per Kwh erogati (vedi
Nota 2) ad esempio a 2800 giri e' circa 200 grammi per Kwh, se il motore eroga 63 Kw ( pari a 86 Cv) il consumo totale ( in 1 ora) e' 200 x 63 = 12600 gr cioe' circa 12 litri/ora.
La curva riportata e' specifica di un motore Diesel di una data cilindrata e con potenza massima di 110 CV.
Ma essendo un "consumo specifico", cioe' riferito alla potenza unitaria (1 Kw per il tempo di 1 ora) puo' essere utilizzata con buona approssimazione anche per un motore di cilindrata o potenza diversa, anche se in modo piu' approssimativo ( l'errore e' compreso tra il 5 e il 10%).
* Naturalmente per il calcolo occorre utilizzare la potenza del motore che stiamo considerando,ad esempio se fosse di potenza massima 220 CV, la potenza a 2800 giri sarebbe circa 125 e il consumo circa 24 lt/ora. Potenza erogata, sempre in funzione del numero di giri, curva di colore blu.
La scala di lettura e' quella di sinistra (da 30 a 90 Kw), per comodita' e' stata anche indicata la potenza massima in Cv ( a destra nel grafico).
Nel calcolo del consumo dato il numero di giri occorre riferirsi a questa curva ( nell'esempio precedente e' necessario conoscere la potenza erogata a 2800 giri), quindi si dovrebbe avere quella relativa al proprio motore, se non si conosce si puo' utilizzare la precedente, naturalmente variando la scala in funzione della potenza massima del motore in esame e tenedo conto che si tratta di una approssimazione.
Si tenga presente che il calcolo del consumo non e' un esercizio ma e' una cautela da avere quando si parte per un lungo percorso.

* Coppia, sempre in funzione del numero di giri, curva di colore verde ( vedi
Nota 4).
Questa grandezza e' molto utile per gli impieghi di trazione terrestre, per la nautica non e' facilmente utilizzabile ( puo' essere un'indicazione per il calcolo del passo dell'elica).
Si noti che la curva ha un andamento prima crescente , fino a 2000 giri, poi decrescente. Per questo motivo nella trazione terrestre e' necessario il cambio che, variando il rapporto di trasmissione alle ruote, consente il funzionamento sempre vicino alla coppia massima. Per impieghi nautici, ad esclusione di scafi ed eliche particolari, la fluidita' dell'acqua non consente di avere la sensazione della "ripresa",ne' esistono salite, quindi il valore della coppia non molto e' avvertito dal pilota

coppia motori marini

Osservando i grafici si vede che il miglior compromesso tra potenza erogata, coppia e consumo si ha ad un regime pari a 2/3 del massimo, per il motore del grafico pari a circa 2700 giri/minuto ( 2700 = 2/3 x 4000)

Nota 1
I motori endotermici sono un meccanismo inventato da oltre 100 anni che, in sostanza, non ha avuto evoluzioni particolari ( si pensi alle trasmissioni che nello stesso tempo hanno compiuto una trasformazione radicale passando dal telegrafo alle immagini digitali via satellite).
Il loro rendimento massimo teorico non puo' superare 0,5, quindi, bene che vada, piu' della meta' della potenza generata viene "buttata via", cioe' dissipata in calore.
Nella realta', considerando tutti gli attriti, la messa a punto non sempre ottimale, le diverse condizioni di utilizzo, il rendimento puo' scendere al 30%,cioe' solo circa un terzo del carburante che si consuma viene trasformato in movimento, il rimanente 70% deve essere dissipato nel sistema di raffreddamento.

Nota 2
La potenza di un motore siamo abituati a misurarla in cavalli ( simbolo Cv ), ma puo' essere anche espressa in Chilowatt ( simbolo Kw pari a 1000 watt) in quanto il watt e' l'unita' di misura della potenza in un diverso sistema di misura.
La relazione che lega Cv a Kw e' :
Potenza in Kilowatt = 0,735 x Potenza in Cavalli
La potenza e' il lavoro ( energia) svolto nell'unita' di tempo (1 secondo), quindi se riferissimo il consumo alla potenza avremmo numeri molto piccoli difficili da ricordare. Per questo motivo si utilizza il consumo riferito ad 1 ora di funzionamento cioe' ai Kw sviluppati per un'ora, in simboli ai Kwh ( i Kwh non sono piu' una potenza, ma un lavoro cioe' una energia prodotta per un certo tempo, Lavoro = potenza x tempo , cioe': Kwh = Kw x 1 ora ).

Nota 3
Per le grandi navi l'espressione :"Macchine indietro" che sentiamo nei films non e' un modo di dire, le macchine ,cioe'i motori, invertono veramente il senso di rotazione, quindi per invertire la direzione di navigazione impiegano molto piu' tempo delle imbarcazioni da diporto dotate di invertitore ( l'invertitore e' un sistema meccanico o idraulico simile al cambio, ma solo con marcia avanti e in dietro, per mezzo del quale si inverte il senso del moto senza invertire il senso di rotazione del motore).

Nota 4
Il Newton, simbolo N e' una unita' di misura delle forze. Nel linguaggio comune siamo abituati ad utilizzare il Kg ( peso) che ha il rapporto :
1 Kg = 9,8 N
Coppia di 200 Newton
Quindi una coppia di 300 Nm (Newton per metro) e' equivalente a 30,6 Kgm ( 30,6 = 300/9,8 Kilogrammi per metro).
La coppia e' il prodotto della forza per la distanza.
Con riferimento alla figura a lato, una coppia di 200 Nm ( equivalente a circa 20 Kgm, 200/9,8 = circa 20) significa che il motore e' in grado di muovere una forza di 200 N ( pari a circa 20 Kg) applicata ad 1 metro dall'asse.
Se il braccio, cioe' la distanza dalla forza dall'asse di rotazione, fosse 2 mt, la massima resistenza che si potrebbe vincere sarebbe 100 N ( 200 Nm/2mt = 100 N).
Analogamente per una distanza di 3 mt si avrebbe circa 66,6 N.

fonte immagini e testo:
www.charterpesca.net

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