Restauro vintage: Speranzella – Top System?

di Giacomo Vitale e Francesco Fiorentino

Leggendo l’articolo “Il miglior sfruttamento dell’energia” l’ing. Levi già nel 1974 poneva l’attenzione sull’importanza della realizzazione di carene in grado di navigare con ogni tipo di mare e realizzate con un occhio attentissimo all’uso oculato della potenza dei motori e della resistenza (drag) che producono normalmente le appendici della trasmissione cioè: assi, cavallotti, timoni e le stesse eliche.

Italcraft Drago

Italcraft Drago

Levi si può certamente dire che, forte delle sue esperienze pregresse che aveva sperimentato in gara con A’ Speranziella, Ultima Dea ed anche con barche eccezionali come il “one – off”  G-50, è stato successivamente a tali progetti realizzati tra i primi ecologisti in merito all’ottimizzazione della potenza dei motori utilizzati per la propulsione delle barche, in quanto il suo tipo di trasmissione, “step – drive“, con l’aggiunta delle eliche di superficie, consente di risparmiare una notevole percentuale della potenza altrimenti dispersa in resistenza delle appendici.

Negli studi condotti da Levi per alcune delle sue carene da competizione risultò che il guadagno di prestazioni in termini di riduzione di resistenza ottenuto con l’adozione di una trasmissione ad eliche di superficie (i cui assi uscivano dallo specchio di poppa e non più sotto la carena, ovvero lo “step-drive”) e la conseguente eliminazione dei supporti e di tutto quanto inducesse resistenza d’appendice al flusso della comune carena, fosse intorno a valori minimi del 15%.

Pertanto, il risultato “geniale” ed ancor più il messaggio di “Levi” era chiarissimo: l’utilizzo di questo tipo di trasmissione era il futuro già nel 1973, anno in cui progettò ed il cantiere Italcraft realizzò il Drago, prima barca al mondo prodotta in serie ad avere questo tipo di trasmissione con l’aggiunta di eliche di superficie, sia in versione da diporto che militare per la Guardia di Finanza.

Drago Dexsy in planataAl Drago con trasmissione step-drive, eliche superficie e carena a V profondo, con diedro allo specchio di poppa di 25° seguì nel 1975 un’altra stupenda realizzazione su ordine dei famosi e blasonati Cantieri Riva di Sarnico, il “Riva 2000” f.c. (fast commuter).

Levi 2000 - Carena Riva

Step Drive su carena Riva

L’unica differenza rispetto al Drago era l’utilizzo di tre motori anziché due, che nello specifico erano tre motori Riva da 350 HP cadauno, mentre il diedro allo specchio di poppa rimaneva di 25° come nel Drago. Per chi vuole approfondire le conoscenze di questa straordinaria realizzazione basta andare al seguente link: Riva 2000 Step Drive ed avere così un numero maggiore di informazioni a supporto della conoscenza in generale dell’argomento e di quello che cercherò di illustrare in seguito.

Abbinare una trasmissione ad eliche di superficie, possibilmente trimmabili,  ad una carena a V profondo comporta determinati vantaggi di cui potete leggere nell’articolo intitolato “Carene a V profondo” scritto dall’ing. Renato “Sonny” Levi. Fatta questa premessa ho pensato di poter realizzare un restauro molto “sui generis”, che fosse anche uno studio nuovo da poter applicare su una carena planante famosa della Speranzella II Serie C.C. disegnata da Levi e costruita dalla Canav di Anzio.

Speranzella Levi Cabin Cruiser

Disegni Speranzella Levi Cabin Cruiser

La Speranzella a cui faccio riferimento è una barca-vintage in fase di restauro da diversi anni e che poi si è interrotto per vari motivi, tra cui uno in particolare proveniente da un annoso dubbio: quale motorizzazione e trasmissione utilizzare?

Dopo anni di riflessioni, considerazioni, lettura di tanti articoli, libri autorevoli sull’argomento, discussioni con lo stesso ing. “Sonny” Levi nei nostri incontri annuali è maturata nella mia mente una soluzione che vado ad illustrarvi.

Dopo aver pulito completamente il vano motori della Speranzella e rimosso dal fondo della sentina il rivestimento di epossidica e biassiale in lana vetro, sbarcato motori, paramezzali, longitudinali realizzati in composito di legno ed impiegati oltre come rinforzo a tutta la struttura della carena, anche come supporti motori e rimosso il serbatoio strutturale e la paratia di separazione tra il serbatoio ed il vano di poppa si procede con la realizzazione di quattro nuovi longitudinali in composito di legno che vanno incastrati ed incollati con epossidica dallo specchio di poppa, fino ad oltrepassare la paratia che divide il vano motori dal vano sentina cabina.

restauro barca d'epoca

Fasi-lavorazione vano motore parte centrale

fasi lavorazione vano motori dritta

fasi lavorazione vano motori dritta

Questa fase comporta un attento studio per la distanza degli assi longitudinali dei motori e trasmissioni, rispetto all’asse centrale longitudinale passante per il centro della chiglia.

Lo stesso dicasi per il posizionamento longitudinale dei motori, che nel caso specifico anziché essere a benzina, sono una coppia di common rail della MerCruiser, i V6 TDi da 270 HP cadauno, con invertitore rivolto verso poppa di cui si può vedere nei disegni di seguito pubblicati e posti con una inclinazione di pochi gradi rispetto allo specchio di poppa, dove andranno montate le trasmissioni collegate con un albero (cardanico) di limitata lunghezza al fine di non generare vibrazioni.

Nasce a questo punto spontanea una domanda da parte del lettore: ma quali trasmissioni saranno applicate su questa barca?

La risposta è: Top System.

Immagino che si solleveranno diverse voci di specialisti del settore che grideranno al “sacrilegio” sostenendo la non tanto ortodossa tesi che “una barca vintage” deve rimanere nella sua struttura come fu realizzata secondo il progetto originale.

Personalmente rispondo che solo in minima parte posso condividere tale considerazione e non vedo perché una carena performante come sappiamo essere quella della Speranzella non possa essere ammodernata nella propulsione e motorizzazione, mantenendo integro tutto il disegno di interni, ponte prua, pozzetto ecc. ed ovviamente rinforzando la struttura portante della carena nei punti vitali, visto che in circa cinquant’anni dalla sua realizzazione e costruzione, la tecnologia di motori e trasmissioni è andata tanto avanti.

Non sono assolutamente d’accordo, dopo un restauro integrale di una barca d’epoca,  sull’idea di rimontare motori obsoleti i cui restauri costano cifre assurde e come se non bastasse consumano una “follia” ed inquinano da “morire”. Nel caso specifico i due motori erano una coppia di Crusader da 6391 c.c. e 300 HP di potenza massima.

Quei motori sono solo pezzi da museo o destinati a quelle persone amanti del vintage estremo che può servire solo a livello di soprammobile, ma che non si addice a chi come me vuole navigare con una stupenda barca del passato, unica ed inconfondibile per stile marinaresco e prestazioni di tutto rispetto, equipaggiata con motori moderni di cilindrata ridotta rispetto a quelli di progetto che erano benzina, diesel-common rail oggi, con l’erogazione della potenza quasi medesima nel totale, ma con una distribuzione della coppia motrice già a bassi regimi che, abbinati ad una coppia di trasmissioni Top System con eliche di superficie rendono la barca navigante con consumi ridottissimi rispetto alle “sanguette” dei motori a benzina, con tutti i vantaggi che si possono comprendere anche ai fini della sicurezza e dell’affidabilità.

Il mio “progetto-esperimento” vuole affermare che una carena stupenda sia per disegno, che dati gli anni mantiene un fascino unico a cui non rinuncerei mai, visto che le barche costruite oggi non sono dal mio punto di vista per niente marine, ma sfoggiano sovente un gran lusso, inadeguato allo spirito della vera barca da diporto con cui non hanno proprio nulla in comune essendo quelle solo galleggianti che servono per ostentare l’idiozia ottusa del lusso.

Il vero appassionato del  mare lo vive in modo completamente diverso, soprattutto rispettandolo e la soluzione prospettata ne è un valido esempio. Ovviamente, non tutti sono in grado di capire questo concetto perché depistati da tante stupidaggini che si raccontano in banchina e che sono solo chiacchiere di chi proprio di barche non ne capisce nulla.

Invece le barche marine disegnate da veri progettisti come “Sonny” Levi e pochi altri, sono capolavori irripetibili che non tradiscono il vero stile marino semplice e sobrio, apprezzato da chi ama avere contatto diretto con il mare e che con la dovuta cultura marinaresca ha saputo scegliere una barca speciale dal disegno di carena capace di navigare anche in condizioni avverse di mare e sempre morbida sull’onda. Un aspetto da prendere seriamente in considerazione, perché oggi il clima da noi è diventato molto simile a quello tropicale, instabile e condizioni meteo che cambiano repentinamente.

Nel mio progetto di restauro ho chiesto aiuto all’ ing. Francesco Fiorentino, per l’ingegnerizzazione e l’utilizzo di trasmissioni con eliche di superficie e la scelta è stata “Top System“, marchio tutto italiano di cui possiamo essere fieri.

Top System realizza sistemi di trasmissioni di superficie ad assetto e direzione variabile per imbarcazioni plananti ad alte prestazioni, con una gamma di potenze applicabili che va dai 250 hp della “TS 40” fino ai 4000 hp della “TS 150”. Il sistema racchiude in se una serie di grandi differenze tecniche ed innovazioni brevettate, rispetto ai sistemi concorrenti e presenti sul mercato da molto tempo.

Scelta del modello di trasmissione – considerazioni dell’ing. Fiorentino

Come in ogni ricetta, la buona riuscita finale è funzione della cura con cui si scelgono gli ingredienti. In questo caso partendo dai dati di targa dei motori, andremo a calcolare quale modello di trasmissione di superficie della gamma Top System sia più indicata per l’applicazione che realizzeremo.

Speranzella II Cabin Cruiser

Speranzella II Cabin Cruiser con trasmissioni Top System

Top System Surface Drive

Trasmissione Top System trimmabile e brandeggiabile – vista laterale

Il parametro da valutare è il valore di coppia torcente massima applicata all’asse e di conseguenza il diametro di quest’ultimo, tenendo conto delle caratteristiche meccaniche del materiale di costruzione dell’asse, calcolato secondo le norme contenute nel regolamento “Pleasure Yachts” del Registro Navale Italiano.

Nel caso di una trasmissione Top System l’asse è realizzato in acciaio V17-4 PH, ovvero un acciaio ad alta resistenza adatto all’utilizzo nel campo navale e che consente di sopportare alti valori di carico torsionale unitamente ad un’ottima resistenza all’acqua di mare ed all’ossidazione.

Partendo dalla scheda tecnica del motore si verifica quale modello di invertitore sia possibile accoppiarvi. Da ciò ne ricaveremo un range di rapporti di riduzione entro i quali scegliere il valore più appropriato in base all’applicazione.

Caratteristiche tecniche di massima dei motori previsti:

Cummins TDI3.0 – 265 HP

  • Cilindrata: 3.0 litri
  • Cilindri: 6
  • Potenza: 200 Kw – (268Hp) a 4.200 g/min
  • Alesaggio: 83 mm
  • Corsa: 91 mm
  • Sistema iniezione: HPCR
  • Aspirazione: Turbocharged / Sea Water Aftercooled

Nel nostro caso Mercury fornisce il motore TDi 270 con i seguenti invertitori con uscita parallela o angolata:

  • ZF 45
  • ZF 45A
  • ZF 63
  • ZF 63A

Tutti gli invertitori proposti hanno il medesimo range di rapporti di riduzione che varia dal

  • 1.256:1 al 2.783:1

considerando il rapporto peso/potenza dell’imbarcazione e le velocità di progetto prevista di circa

  • 44 Kn

scartiamo sicuramente i valori prossimi o superiori al 2:1 tendendo ad orientarci verso un rapporto di riduzione di

  • 1,514:1.

Con questo valore, la potenza massima del singolo motore ed il suo massimo regime di rotazione calcoliamo il momento torcente applicato all’asse della trasmissione ed quindi il diametro dell’asse. Otterremo che il “momento torcente” all’asse sviluppato al
“massimo numero di giri” di 4200 rpm ed alla
“massima potenza di 270 hp”, sarà di circa

  • 670 Nm

mentre il “diametro dell’asse” sarà di 35mm, da questi dati entrando nella tabella dei momenti massimi applicabili fornita dal costruttore delle trasmissioni si ottiene che il modello di trasmissione più adatto a quest’applicazione è il TS 40 il quale sopporta un valore di momento torcente massimo di 1100Nm con un diametro asse da 40mm.

Progettazione dell’installazione dei motori e dei basamenti

Una volta determinato il modello di trasmissione da installare il passo successivo riguarda la progettazione dell’installazione vera e propria cominciando dal posizionamento dei drives sullo specchio di poppa.

Lo specchio di poppa di Speranzella è inclinato a 12° mentre una corretta installazione per i gruppi ad eliche di superficie richiede solamente 6°. Al fine di effettuare una modifica economica e quanto meno invasiva possibile per ottenere i 6° di inclinazione richiesti si dovranno realizzare degli spacers ovvero dei corpi toroidali il cui diametro esterno è pari al diametro della flangia del gruppo specchio della trasmissione e con le due facce inclinate rispettivamente a 12° ed a 6° in modo da adattarsi allo specchio di poppa esistente ed alla flangia del gruppo specchio della trasmissione.

Gli spacers verranno posizionati nel punto di foratura dello specchio al momento dell’installazione. Una volta stabilito l’interasse dei motori, in questo caso quanto più prossimo a quello originario al fine di rendere più semplice il ripristino dei basamenti, considerando la presenza degli spacers, andremo quindi ad effettuare l’allineamento motori-trasmissioni partendo dall’inclinazione della flangia del gruppo specchio a 6° e verificandone l’allineamento con la flangia dell’invertitore.

Da una prima ipotesi su questo allineamento si valuterà, in base alle clearances ottenute tra il gruppo propulsore e la carena, se installare un invertitore con l’asse ad uscita parallela o angolata. In seguito al posizionamento dei motori verrà realizzato il disegno dei nuovi basamenti motore e delle eventuali staffe di collegamento nonché dei rinforzi trasversali del fondo.

Tali basamenti, oltre che da supporto al gruppo motore/invertitore, dovranno anche fungere da rinforzo allo specchio di poppa tramite delle squadrette terminali di raccordo a 45°. Nelle installazioni con eliche di superficie come anche per quelle con piede poppiero, lo specchio di poppa è il vero e proprio elemento reggispinta delle trasmissioni e dei cilindri ed al fine di renderlo un elemento strutturale resistente sarà necessario un irrigidimento ed un rinforzo delle zone di azione dei gruppi specchio delle trasmissioni e dei punti di fissaggio delle flange di accoppiamento dei cilindri trim e timoneria.

Per questo si andranno a realizzare degli aumenti di spessore localizzati con dei pannelli di compensato marino rinforzati con tessuti multiassiali di fibra di vetro resinati con epossidica sottovuoto e con dei correnti trasversali in legno. Come verifica di quanto progettato sulla carta prima dell’effettiva foratura dello specchio di poppa sarà opportuno realizzare delle dime di riscontro del gruppo motore/invertitore, una contropunta di posizionamento del gruppo specchio della trasmissione e delle sagome delle strutture posizionate sull’esistente al fine di valutare eventuali interferenze con strutture ed ottimizzare l’installazione prima della posa in opera. Solo in seguito a questa verifica si potrà quindi procedere con l’acquisto dei materiali e con la realizzazione delle strutture vere e proprie.

Scelta, dimensionamento e posizionamento serbatoi gasolio

Definito il layout della motorizzazione l’ultimo passo necessario alla definizione della disposizione della sala macchine sarà la progettazione ed il posizionamento dei due serbatoi del carburante. Partendo dal consumo orario massimo dei motori circa 62 l/h cad. e dalla volontà di concedere almeno 300 miglia di autonomia all’unità, possiamo calcolare l’effettivo volume dei serbatoi che risulta di circa 480lt. cad. considerando anche un 10% di margine per capacità liquidi impompabili.

Considerando la necessità di realizzare una geometria “ad hoc” dei serbatoi per ottimizzare gli ingombri e le forme e volendo evitare serbatoi strutturali soggetti a possibili perdite, l’alternativa migliore è la realizzazione dei serbatoi in acciaio AISI 316 in modo da poterli eventualmente spostare facilmente in fase di collaudo e di prova in mare per ottimizzare l’assetto dell’imbarcazione.

I serbatoi verranno realizzati con sviluppo longitudinale in maniera da ottenere la capacità desiderata con il minor sviluppo in quota possibile e mantenere il baricentro complessivo quanto più basso possibile e saranno posizionati per murata. Il loro fissaggio sarà affidato a dei tiranti verticali in tondino di acciaio ø8mm filettato alle estremità e con delle staffe angolari di bloccaggio nella parte superiore, fissati sui basamenti motori e su apposite piastre metalliche forate e filettate che saranno resinate sul fianco una volta trovato il giusto posizionamento.

Installazione delle trasmissioni Top System

L’installazione, come ogni one-off, verrà curata direttamente da personale qualificato Top System e si svilupperà nelle seguenti fasi:

  • Tracciatura dello specchio di poppa
  • Foratura
  • Installazione degli spacers, delle trasmissioni e dei cilindri trim e timoneria
  • Verifica dell’allineamento dei motori ed installazione del cardano di collegamento tra motore e trasmissioni
  • Installazione degli impianti idraulici trim e timoneria
  • Collaudo statico

Immagini raffiguranti alcune fasi di lavorazione per il montaggio delle trasmissioni Top System sullo specchio di poppa della Speranzella

Top System surface Drive

1-Foratura specchio e fissaggio piastre cilindri

top system Surface Drive

Foratura specchio e fissaggio piastre cilindri

Surface Drive Top System

Istallazione drive e cilindri

Surface Drive Top System

Installazione drives e cilindri Top System Surface Drive

Top System Surface Drive

Serbatoio timoneria e filtro

Top System Surface Drive

Centralina trim Top System

Top system Surface Drive

Installazione serbatoi lubrificazione assi e sfiato gruppo specchio

Un esempio di istallazione delle trasmissioni Top System Surface Drive TS 65.

 

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