L’elica: caratteristiche ed effetti
L’elica è costituita da un corpo centrale, solidale all’asse per mezzo dell’ogiva, e dalle pale che possono essere fisse, abbattibili e a passo variabile.
La scelta del tipo d’elica dipende dal suo impiego poiché le eliche a pale fisse hanno un maggiore rendimento ma anche una resistenza idrodinamica superiore quando non sono utilizzate. Le eliche a pale abbattibili sono particolarmente indicate per le barche a vela considerato che, ove non siano utilizzate, le pale si collocano nella posizione “a bandiera” (si chiudono) riducendo la resistenza all’avanzamento. Difetto di tali eliche è il loro basso rendimento, soprattutto in retromarcia. Le eliche a passo variabile possono modificare sia la direzione della spinta che la quantità di energia che dal motore viene trasferita all’acqua. Per la loro complessità e costo sono utilizzate quasi esclusivamente su particolari navi, come ad esempio i rimorchiatori.
Caratteristiche
Prima di analizzare le modalità con le quali l’elica trasferisce il moto, studieremo quali sono le sue caratteristiche ed in particolare il diametro, il passo, il numero di pale, ed il senso di rotazione.
Il diametro dell’elica è la misura massima che si ottiene contenendola in una circonferenza.
Il passo dell’elica si differenzia in passo nominale ed in passo effettivo.
Il passo nominale o teorico dell’elica è l’avanzamento in un solido durante una rotazione completa, mentre quello effettivo è l’avanzamento reale quando essa si avvita in un fluido. La differenza tra il passo effettivo e quello nominale si definisce regresso ed in esso sono contenute le maggiori perdite dell’elica.
Il numero di pale di un’elica varia secondo l’utilizzo. L’elica ideale sarebbe quella costituita da una sola pala proprio perché le pale non sono soltanto elemento attivo che trasforma in velocità la potenza del motore, ma sono anche elemento passivo che sottrae energia al sistema. In realtà non è realizzabile perché l’elica con una sola pala è squilibrata e non facilmente bilanciabile, soprattutto ad elevati giri. Aumentando il numero di pale, diminuisce il rendimento, aumenta la resistenza idrodinamica ma, nello stesso tempo, diminuisce la cavitazione. La cavitazione è la tendenza a trascinare l’acqua nella sua rotazione, compromettendone la spinta. Per concludere, possiamo affermare che l’elica ideale non esiste ma è un compromesso tra rendimento (due pale), e accelerazione ( tre o più pale).
L’ultima, ma per questo non meno importante, caratteristica di un’elica è il senso di rotazione.
Il senso di rotazione di un’elica si definisce destrorso, quando a marcia in avanti, visto da poppa, ruota in senso orario e sinistrorso quando ruota in senso antiorario, sempre a marcia in avanti.
Effetti dell’elica
Essa, posta in rotazione, produce due azioni: una propulsiva coincidente al suo asse di rotazione e una detta effetto evolutivo. La spinta propulsiva è la maggiore delle due ed è quella che trasferendosi allo scafo ci permette di avanzare. L’effetto evolutivo, invece, è quella parte di spinta che, trasmettendosi allo scafo, produce uno spostamento laterale della poppa, dalla stessa parte del senso di rotazione. In pratica, quando un’elica destrorsa è posta in rotazione a marcia avanti, genera, oltre alla spinta propulsiva, una spinta laterale sulla poppa verso destra: di conseguenza la nostra barca accosterà naturalmente verso sinistra. Ovviamente, cambiando il senso di rotazione, si inverte anche l’effetto evolutivo che aumenta notevolmente grazie al fatto che l’elica ha le pale asimmetriche e ottimizzate per avere un massimo rendimento a marcia in avanti.
Per annullare l’effetto evolutivo le barche provviste di due motori utilizzano un’elica sinistrorsa a sinistra e una destrorsa a dritta.
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