Come si progetta una barca elettrica? Ecco la lezione del “guru”

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“I numeri parlano chiaro”, mi racconta al METS di Amsterdam (la fiera di accessori nautici più importante al mondo) Japec Jakopin, “chi utilizza le barche per piacere, oggi, non lo fa con lunghe navigazioni ma per brevi uscite giornaliere. Ecco spiegato il successo americano delle ‘pontoon boats’, o dei modelli dai 22 ai 26 piedi di Malibu (che ha venduto barche per 684 milioni di dollari nel 2019, ndr). Ed ecco perché la propulsione full-electric, ideale per chi usa la barca in giornata, non è il futuro, è il presente”.

barca elettrica

Japec Jakopin (fonte https://sl.wikipedia.org/wiki/Slika:Japec_Jakopin_at_Internautica_2013_Boat_Show.JPG)

UNA BARCA ELETTRICA DEVE ESSERE PROGETTATA ELETTRICA
Con Jakopin, che è il CEO del celebre studio sloveno J&J Design e che ha progettato, tra le altre cose, la linea di barche ibride Greenline, abbiamo cercato di capire che cosa significhi pensare da zero una barca completamente elettrica.

“Se installate su una barca un motore elettrico in retrofit, al posto di uno tradizionale endotermico, non raggiungerete mai la massima efficienza. Una barca che vuole montare una propulsione full-electric ha bisogno di essere progettata, fin da subito, con l’idea che sarà appunto elettrica: da questo principio non si sfugge”.

LE DOMANDE DA PORSI
Si parte con il classico “design brief” dove il progettista dovrà chiedersi “Quale sarà l’utilizzo che l’armatore farà della sua barca? Avrà uno scafo dislocante o planante? Quanto sarà lunga, quale sarà il peso da fissare come ‘goal’, a che tecnologia costruttiva ci si dovrà affidare?”. E ancora: “Quale sarà il regime di navigazione, la massima performance richiesta, il range di utilizzo del motore? Che tipo di motore elettrico installare, con che batterie e che sistema di ricarica? Quali altre funzionalità saranno richieste?”.

E, soprattutto, la cosa più importante: “Quanto costerà la barca? Tu puoi progettare la barca elettrica migliore del mondo, ma se il costo iniziale o di utilizzo è troppo alto, non andrai da nessuna parte”. Realizzerai un bel prototipo, e chi s’è visto s’è visto.

LA VELOCITA’ IDEALE
Prendiamo una barca lunga 10 metri con un dislocamento in navigazione di circa 4 tonnellate: “L’accumulo e la gestione dell’energia è l’ostacolo principale e per ottenere un’autonomia accettabile (ideale per un utilizzo giornaliero dell’imbarcazione, in condizioni di mare con onde inferiori a due metri: con mare mosso e venti forti contrari l’autonomia ovviamente diminuisce) avremo bisogno di limitare la velocità di planata intorno ai 20 nodi”.

LO SCAFO GIUSTO…
La decisione di fissare il punto di planata a 20 nodi passa per la scelta dello scafo. Quale forma garantirà le migliori prestazioni? “Le opzioni sono molteplici: uno scafo a V, che nella sua configurazione ‘profonda’ viene utilizzato per le barche veloci, ottimizzato per la planata a velocità inferiori, quindi con una carena più larga; oppure uno scafo ‘a scalini’, che in planata offre meno superficie a contatto con l’acqua; quello con una geometria ibrida che offre un baglio variabile della linea di galleggiamento.

Le varie forme prese in considerazione:

Oppure potremmo optare per un catamarano, magari dotato di foil sommersi che aumentino l’effetto di sollevamento diminuendo l’attrito sull’acqua ma senza far volare la barca. la soluzione più estrema è la barca full-foiling, che naviga staccata dall’acqua”.

barca elettrica… PER POTENZA E CONSUMI
Se guardate il grafico qui sopra, la potenza, espressa in kilowatt, necessaria a una barca di 4 tonnellate per raggiungere i 20 nodi varia, anche di molto, a seconda della forma dello scafo: si va dai poco meno di 50 kW per un monoscafo volante fino agli oltre 110 di uno scafo a scalini.

Nel grafico sottostante, invece, vediamo l’autonomia: navigando a 20 nodi (80 kilowatt ora di potenza) il bassissimo attrito dello scafo full foiling vince a mani basse, con oltre 30 miglia: le barche tradizionali plananti hanno un’autonomia di circa la metà.

barca elettrica

… PER TOLLERANZA AL CARICO
Questo significa che una barca elettrica con i foil sarà di gran lunga migliore di una con una carena tradizionale? Non è proprio così: c’è da tenere presente la cosiddetta “tolleranza al carico”: “Scafi dalla forma differente reagiscono in modo diverso, in termini di attrito, all’aumentare del carico”, spiega Jakopin.

“Se una barca con carena a V profonda ben sopporta i carichi, aumentando di poco l’attrito all’incrementare del peso a bordo, lo stesso non può dirsi dello scafo full foiling, che potrebbe variare drasticamente – e in peggio aggiungiamo noi – le sue prestazioni quando aumenta il peso. Per questo è fondamentale, a seconda del tipo di scafo scelto, il calcolo preventivo dei pesi”. Per la cronaca, gli scafi più tolleranti all’aumento di carico sono quelli a V profonda, seguiti da quelli a V ibrida, a V con scalini, dai catamarani, dai cat con foil sommersi e infine dai sensibilissimi scafi full-foiling.

L’IMPORTANZA DELLA LEGGEREZZA
Veniamo adesso alla spinosa questione del peso: il rapporto risparmio di peso / costi cambia tra barche elettriche e barche con motore endotermico. Qui sono necessarie alcune considerazioni: “Il risparmio di peso migliora l’efficienza, è questo è molto più importante in una barca full-electric. Se in uno scafo con motore diesel, implementare i cavalli per compensare un dislocamento maggiore non ha un costo proibitivo, lo stesso non può dirsi per una barca elettrica: più peso da spostare significa più batterie al litio da avere a bordo e costi molto più alti. Se sono troppo alti il progetto, come detto, diventa impossibile da sostenere”.

Secondo i calcoli di Jakopin, “ridurre il peso di un chilo, su una barca con motore endotermico, si traduce in un risparmio economico di circa 10 euro: un chilo in meno, a bordo di una full-electric, può corrispondere fa un risparmio di anche 400 euro! Capite bene che realizzare una barca leggera è cruciale quando si sta parlando di elettrico!”.

IL MATERIALE GIUSTO
Questo apre il capitolo dei materiali: da un lato c’è la classica vetroresina di poliestere laminata a mano, poco costosa ma pesante. La vetroresina di vinilestere a infusione è più cara, ma è più leggera. Poi ci sono i compositi (epossidica-carbonio), attualmente i materiali più leggeri e resistenti disponibili sul mercato. “Quest’ultima soluzione tecnologica è quella da scegliere quando si tratta di costruire una barca elettrica planante: meno peso uguale meno attrito. Meno attrito vuol dire meno batterie e costi minori”.

MA ALLA FINE… CONVIENE?
Anticipiamo la vostra domanda finale. Conviene, in soldoni, scegliere di affidarsi a una motorizzazione elettrica? “Il recupero delle spese rispetto a un investimento iniziale sicuramente superiore c’è: non è grandissimo, ma c’è. Tra il costo del carburante e quello dell’energia elettrica, c’è un ‘delta’ di 2,6 euro per miglio percorso in favore della propulsione full-electric. Considerati anche i costi aggiuntivi di manutenzione che comporta un motore endotermico, il risparmio si attesta intorno, almeno, ai tre euro per miglio. Questo si traduce in 3000 euro recuperati per ogni 1.000 miglia percorse e 5.400 kg di anidride carbonica in meno rilasciata. Poi vi dimenticherete della manutenzione, del rumore e dei cattivi odori a bordo. Ma il principale beneficio del sistema full-electric va, comunque, all’ambiente”.

Eugenio Ruocco

Un (doveroso) post scriptum. Un capitolo a parte meriterebbe la scelta della propulsione giusta: a che sistema affidarsi (entrobordo, fuoribordo, a idrogetto), quali batterie scegliere e dove metterle, decidere di utilizzare o meno altre fonti di energia rinnovabile (pannelli solari) o “tradire” la causa del full-electric con un generatore di supporto per aumentare l’autonomia. Ma di questo vi promettiamo di parlarne a breve.

 

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