INVENZIONI

ARCHITETTURA NAVALE

Nel valutare l'aspetto di un'imbarcazione bisogna tener conto che
anche le più belle, sono mezzi per trasportare merci o persone e la loro forma dipende da ciò che devono trasportare. Fattori importanti nel determinarla sono la situazione politica, le alleanze e i contrasti fra stati che condizionano l'intensità dei traffici. L'uso del mezzo navale condiziona la struttura, i materiali impiegati e la conformazione.
Fino alla seconda metà dell''800 i costruttori non utilizzavano un vero e proprio progetto grafico ma si affidavano alle conoscenze tramandate di padre in figlio basate sull'esperienza. Agli inizi del '900 il committente sceglieva il cantiere al quale affidare il lavoro e si definivano le dimensioni ed i materiali; ciò che interessava era soprattutto la stazza che dava la capacità di carico ed era il valore richiesto dal Registro Navale.
L'ingegneria navale si occupa della progettazione dei mezzi navali e si suddivide in tre aree separate: l'"Architettura Navale", cioè lo studio delle forme idrodinamiche della nave, la "Costruzione Navale", che si dedica allo studio delle strutture, e l' "Allestimento e Propulsione", che si occupa degli impianti di bordo. Molto importante è anche l'idrodinamica, che è il settore della fisica, che studia il comportamento dei fluidi.
Nel progettare un'imbarcazione bisogna valutare le soluzioni tecniche per migliorare le prestazioni dello scafo. Si parte dalle dimensioni, dal volume, dal dislocamento, dalla velocità massima di esercizio, per scegliere il tipo di carena. La progettazione idrodinamica riguarda gli aspetti legati alla riduzione della resistenza all'avanzamento e della resistenza d'onda.
La nave stessa avanzando in mare genera una perturbazione, un'onda, per effetto della quale l'acqua si oppone all'avvanzamento opponendo una resistenza all'avanzamento. Quindi, perché la nave avanzi, un propulsore deve essere in grado di sviluppare una forza uguale e contraria a questa resistenza.
La nave può essere considerata un sistema dinamico composto dalla carena, dal propulsore e dal motore.
Molto importante è anche la Statica che si occupa delle forme della nave e della distribuzone dei pesi a bordo.
La legge fisica in base alla quale la nave galleggia è nota come principio di Archimede:
un corpo immerso in un liquido si trova soggetto a due forze distinte e dirette in senso opposto:

  • * il peso proprio del corpo, diretto verso il basso;
    * il peso della massa di liquido spostato dalla presenza della parte immersa del corpo.
    Questa forza diretta verso l'alto viene dato il nome di SPINTA.
    * Affinché il corpo rimanga a galla e mantenga l'assetto voluto è necessario:
    * che le due forze suddette abbiano la stessa intensità
    * che le rette d'azione delle due forze coincidano
    * che la spinta necessaria a pareggiare il peso sia ottenuta immergendo solo una parte del corpo.

Altro punto importante è la costruzione di modelli in scala che vengono poi provati nelle vasche navali, questi test sono indispensabili per il completamento della progettazione della carena e delle appendici e della ricerca fatta preliminarmente .
Data la loro importanza, gli studi di idrodinamica vengono affrontati per ogni nuovo modello ed anche se alla nave devono essere apportate modifiche.

Nel XVII sec Newton affrontò lo studio della resistenza con metodi scientifici ed innovative; nel secolo successivo Eulero e Bernulli elaborarono teorie importanti. Tuttavia l'uso di modelli in scala trascinati in acqua per studiarne la resistenza al moto ha un primo riferimento in Leonardo da Vinci. Tuttavia la prima definizione precisa riguardante le procedure sperimentali ed il trasferimento dei risultati ottenuti su modello in vasca, fu data da William Froude. Il metodo da lui proposto è usato anche oggi e porta il suo nome. Alla vasca navale di Torquay utilizzata da Froude seguì un secondo impianto fatto costruire da B.J. Tideman (1873) ad Amsterdam; in Germania ne fu costruito uno nel 1900 ad Bremerhaven e nello stesso anno ne fu costruito uno a Washington. Nel 1889 iniziò a funzionare la vasca navale di La Spezia costruita su disposizione di B.Brin, Ministro della Marina.
Ancora oggi vengono sperimentate in vasca navale le prestazioni di una nave e comprendono:

1) espeienza di rimorchio. 2) esperienza di elica isolata.3) esperienza di autopropulsione.

Materiali

Per costruire navi e imbarcazioni, fino a duecento anni fa si usava il legno, in seguito si è giunti ad impiegare differenti tipi di legname per le differenti strutture, abete per le alberature, larice, olmo, quercia per le strutture più resistenti, pino giallo (pitch-pine) per il fasciame, teak per i ponti e mogano per imbarcazioni di lusso. Alla fine del XVIII secolo il metallo lastre di rame venivano spesso impiegate per rivestire il fasciame dell'opera viva, ossia la parte immersa. L'avvento della propulsione meccanica ha favorito lo sviluppo della costruzione in ferro. Anche se si chiamano "navi in ferro", si tratta di acciaio, che ha caratteristiche importanti :
* resistenza alla trazione.
E' un indice della capacità del materiale di sopportare le sollecitazioni più comuni;
• resilienza.
E' un indice della fragilità, cioè della capacità di sopportare gli urti;
• durezza.

Alla metà del secolo appena trascorso hanno fatto la loro comparsa le "leghe leggere" che sono una soluzione solida di magnesio in una matrice di alluminio, spesso con l'aggiunta di piccole quantità di altri elementi; hanno il vantaggio di avere una resistenza meccanica paragonabile a quella di un acciaio ordinario a fronte di un peso specifico molto minore.
Altri materiali metallici impiegati nella costruzione navale sono il bronzo, il nikel e lo zinco. Molto importante è l'uso della plastica nelle barche da diporto, dapprima nei piccoli natanti a motore e nelle piccole derive a vela, crescendo poi via, via fino ai moderni motoscafi.
Non va dimenticato l'alluminio che essendo leggero viene usato quando non si vuole appesantire la nave soprattutto nelle odierne navi da crociera, lo scafo è in acciaio e la parte superiore in alluminio.

Il problema è che l'unione tra metalli con potenziale elettrochimico diverso (es. zinco e rame, ferro e alluminio) genera corrosione galvanica (il cosiddetto "effetto pila") per evitare questo si univano i due metalli inframezzando gomma molto spessa, ora esiste un sistema interessante: usando il brevetto Nobel si è creato il triclad che è composto da 3 strati, uno strato di acciaio e uno di alluminio sono uniti per esplosione con uno di alluminio purissimo. http://www.triclad.com/

Cantieri navali

Le grandi navi da crociera per le quali l'industria cantieristica italiana va famosa e primeggia nel mondo, vengono costruite in meno di due anni, dalla posa della prima lamiera di chiglia, alla consegna all'Armatore al termine delle prove in mare.
Un vero e proprio miracolo dovuto all'organizzazione del cantiere, alla tecnica della prefabbricazione, ossia la nave viene suddivisa in sezioni, ciascuna delle quali è realizzata in altri cantieri che possono essere dislocati in varie parti del mondo. Le varie sezioni vengono unite con saldatura mentre una volta, si usava la chiodatura.