Qual è la differenza tra un'elica a passo fisso e un'elica a passo variabile?

La differenza fondamentale tra a elica a passo fisso (FPP) e un'elica a passo regolabile (CPP) è se l'angolo della pala può essere modificato durante il funzionamento. In un FPP, il passo della pala viene impostato in modo permanente in fase di produzione e non possono essere modificati mentre la nave è in navigazione. Nell'a CPP, il passo della pala può essere regolato in continuo dal ponte mentre l'albero ruota, consentendo alla nave di variare spinta e direzione senza modificare la velocità del motore o invertire la rotazione dell'albero.

Questa singola differenza progettuale determina importanti distinzioni in termini di efficienza di propulsione in base alle condizioni operative, capacità di manovra, complessità meccanica e idoneità a tutti i tipi di navi.

Come funziona ciascun tipo di elica

Elica a passo fisso (FPP)

In un FPP, le pale sono fuse integralmente con il mozzo o imbullonate ad esso in una posizione fissa. L'angolo di inclinazione – l'angolo con cui ciascuna pala incontra l'acqua, determinando la quantità di acqua spostata per giro – viene determinato durante la fase di progettazione e ottimizzato per la velocità operativa primaria dell'imbarcazione e le condizioni di carico. Per invertire la spinta è necessario arrestare e riavviare il motore nel senso di rotazione opposto oppure utilizzare un invertitore.

Gli FPP raggiungono i loro obiettivi massima efficienza in corrispondenza o in prossimità del punto di progettazione — normalmente la velocità di servizio della nave a pieno carico. In condizioni fuori progetto (carico parziale, velocità diverse, condizioni meteorologiche avverse), l'efficienza diminuisce perché la geometria della pala fissa non può adattarsi alle mutate condizioni idrodinamiche.

Elica a passo regolabile (CPP)

Un CPP contiene un meccanismo idraulico all'interno del mozzo che fa ruotare ciascuna pala attorno al proprio asse longitudinale, modificando l'angolo di inclinazione in risposta ai comandi del sistema di controllo del ponte. L'albero può ruotare a velocità costante (tipicamente al regime massimo di efficienza del motore o in prossimità di esso) mentre la spinta è controllata variando il passo della pala — da tutta avanti a zero fino a tutta indietro — senza fermare il motore o cambiare la direzione dell'albero. L'alimentazione dell'olio idraulico al meccanismo del mozzo passa attraverso uno speciale foro dell'albero o una scatola di distribuzione dell'olio all'estremità poppiera dell'albero.

Confronto completo

Tipi di imbarcazioni più adatti a ciascuna elica

Elica a passo fisso: ideale per navi a velocità costante e con tratte lunghe

I FPP sono la scelta standard per le grandi navi commerciali che operano a velocità e pescaggio relativamente costanti su rotte commerciali consolidate:

• Grandi petroliere per petrolio greggio e VLCC — normalmente operante a una velocità di servizio di 14-16 nodi con una variazione minima di velocità da viaggio a viaggio.
• Grandi navi portarinfuse — Navi Capesize e Panamax per traffici a lungo raggio su minerali, carbone e cereali.
• Grandi navi portacontainer — dove la potenza di propulsione supera i 50.000 kW e la semplicità e l'elevata efficienza dell'FPP alla velocità di progettazione forniscono il costo totale di proprietà più basso.

Elica a passo regolabile: ideale per navi a carico variabile e ad alta manovrabilità

• Traghetti e navi RoRo — I frequenti cicli di attracco e partenza richiedono una rapida inversione della spinta e un controllo accurato della velocità forniti dai CPP.
• Navi di supporto offshore (OSV) — le operazioni di posizionamento dinamico richiedono una modulazione istantanea e precisa della spinta in tutte le direzioni.
• Pescherecci e pescherecci da traino — l'ampia variazione tra la velocità di navigazione a vapore e la velocità di pesca a strascico è gestita in modo efficiente attraverso la regolazione del passo mantenendo costante il regime del motore.
• Navi militari e rompighiaccio — profili operativi impegnativi e in rapida evoluzione beneficiano della flessibilità offerta dai CPP.

Il vantaggio in termini di affidabilità delle eliche a passo fisso

Un’area in cui i FPP mantengono un chiaro vantaggio è l’affidabilità operativa a lungo termine. Un FPP ha nessuna parte mobile all'interno del mozzo — niente che possa subire perdite, sequestri o malfunzionamenti in mare. Un CPP contiene linee idrauliche, servopistoni, guarnizioni dei cuscinetti delle pale e sensori di posizione di feedback all'interno del mozzo rotante, che richiedono tutti manutenzione e possono guastarsi durante il servizio.

Per le navi che effettuano lunghi passaggi oceanici in cui gli scali portuali sono poco frequenti e la capacità di attracco di emergenza non è fondamentale, la semplicità e l'affidabilità di un FPP rappresenta un vantaggio convincente che spesso giustifica il minore compromesso in termini di efficienza in condizioni non previste dalla progettazione.