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26 aprile 2025

L’evoluzione dei sistemi di propulsione navale ha influenzato in modo significativo la progettazione, l’efficienza e le capacità operative delle navi moderne.

Questo documento presenta un’analisi approfondita di due meccanismi di propulsione predominanti: il tradizionale sistema a linea d’assi e i sistemi a propulsione con pod. Esaminando i principi progettuali, i parametri di prestazione e i risultati operativi, questo studio chiarisce i fattori che determinano la preferenza per l’uno o l’altro sistema a seconda delle applicazioni marittime. Dati scientifici, letteratura tecnica e formule pertinenti sono integrati per offrire una comprensione chiara, accessibile anche a lettori senza una formazione specialistica in architettura navale.

Introduzione

I sistemi di propulsione navale sono fondamentali per il movimento e la manovrabilità delle imbarcazioni, influenzando direttamente efficienza, velocità e prestazioni ambientali. Storicamente, il sistema di propulsione a linea d’assi ha dominato le operazioni marittime. Negli ultimi decenni, tuttavia, i progressi tecnologici hanno introdotto sistemi a propulsione con pod— una categoria che comprende soluzioni come Azipod® di ABB, Mermaid di Rolls-Royce e i Seajet pod di GE. Sebbene entrambi i sistemi abbiano la funzione primaria di convertire la potenza del motore in spinta, adottano filosofie progettuali differenti. Questo studio confronta i due sistemi in termini di progettazione meccanica, prestazioni e flessibilità operativa, discutendo le condizioni in cui una tecnologia è preferibile all’altra.

Sistema Tradizionale a Linea d’Assi

Il sistema tradizionale a linea d’assi si basa su un motore a combustione interna o una turbina a gas alloggiata all’interno dello scafo. Questo motore trasmette la potenza meccanica all’elica tramite un asse di collegamento. Il principio di funzionamento può essere espresso dalla relazione tra potenza, coppia e velocità angolare dell’albero. Un’elica fissa, combinata con un timone posizionato a poppa, fornisce sia la propulsione sia il controllo direzionale.

La semplicità di questo design si traduce in prestazioni robuste e facilità di manutenzione, che rappresentano vantaggi chiave. Tuttavia, esistono anche limitazioni: l’orientamento fisso dell’elica limita i cambi di direzione rapidi e si verificano perdite di energia dovute all’attrito lungo la trasmissione meccanica. Inoltre, il posizionamento interno del motore e dei componenti correlati occupa spazio prezioso che potrebbe essere destinato a merci o spazi per i passeggeri.

L’efficienza nei sistemi a linea d’assi è strettamente legata all’interazione idrodinamica tra elica e scafo. L’efficienza può essere stimata come il rapporto tra la potenza utile in uscita e quella in ingresso. Un disallineamento o un posizionamento subottimale possono aumentare la resistenza e ridurre l’efficienza.

Sistemi a Propulsione con Pod

I sistemi di propulsione con pod rappresentano un’evoluzione significativa rispetto alla tradizionale linea d’asse. In questi sistemi, l’unità di propulsione — che ospita un motore elettrico — è contenuta all’interno di una gondola (pod) montata esternamente allo scafo della nave. Il pod può ruotare di 360 gradi, offrendo così una manovrabilità nettamente superiore. Tra i vari sistemi pod disponibili, l’Azipod® di ABB è probabilmente il più noto, impiegato con successo già a metà degli anni ’90 su rompighiaccio finlandesi come la MS Fennica e la MS Nordica. Anche il sistema Mermaid di Rolls-Royce merita attenzione, in particolare per il suo impiego su navi da crociera di alto livello come la RMS Queen Mary 2. I primi utilizzatori di queste tecnologie hanno incontrato alcune difficoltà iniziali — come problemi di durata dei cuscinetti di spinta nei sistemi Azipod® — ma successive migliorie progettuali hanno risolto gran parte di queste criticità.

I vantaggi operativi dei pod sono rilevanti. La possibilità di orientare la spinta in qualsiasi direzione semplifica notevolmente le manovre in acque ristrette. Da un punto di vista matematico, l’efficienza della propulsione pod può essere analizzata considerando la riduzione delle perdite di trasmissione. Poiché il pod elimina l’utilizzo di un lungo albero meccanico, le perdite da attrito — generalmente proporzionali alla superficie e al moto relativo dei componenti dell’albero — sono ridotte al minimo. Inoltre, poiché l’elica del pod opera in un flusso relativamente indisturbato, l’incidenza del fenomeno della cavitazione è minore, con un ulteriore incremento dell’efficienza complessiva.

Nella pratica, il miglioramento dell’efficienza della propulsione pod si concretizza in valori più bassi di consumo specifico di combustibile (sfoc). Studi hanno dimostrato che le navi dotate di sistemi pod possono raggiungere una riduzione del consumo di carburante fino al 20% rispetto a imbarcazioni simili con linea d’asse tradizionale. Questo risparmio di carburante è fondamentale non solo dal punto di vista economico, ma anche per la riduzione dell’impatto ambientale delle operazioni marittime. Tale conclusione è supportata da numerosi studi e report di settore, che hanno confrontato imbarcazioni simili equipaggiate con sistemi tradizionali e con sistemi pod. In particolare, le ricerche condotte da ABB (e pubblicate nella loro documentazione tecnica) hanno evidenziato che il meccanismo di trasmissione diretta nella propulsione pod, eliminando le perdite energetiche associate ai lunghi alberi meccanici, può determinare guadagni di efficienza dell’ordine del 20%, considerando anche il contributo dell’ottimizzazione idrodinamica delle gondole.

Questo miglioramento è dovuto non solo alla riduzione delle perdite da attrito, ma anche alla maggiore flessibilità operativa. Il controllo continuo del vettore di spinta permette all’elica di operare in un ambiente idrodinamico più favorevole. Nei sistemi tradizionali, invece, l’elica lavora spesso in un flusso turbolento, aumentando la cavitazione e riducendo l’efficienza. Modelli matematici collegano la spinta effettiva e il consumo di carburante alla potenza e all’efficienza, mostrando come la riduzione delle perdite si traduca in risparmio energetico.

In conclusione, il risparmio del 20% è confermato da dati empirici e da analisi teoriche, supportando l’adozione della propulsione con pod in contesti dove efficienza e manovrabilità sono fondamentali. Tuttavia, tale valore dipende molto dal tipo e dalla progettazione della nave, variando notevolmente tra bulk carrier e navi da crociera.

Analisi Comparativa

Le differenze tra i due sistemi di propulsione appaiono evidenti se analizzate attraverso i parametri di flessibilità operativa, efficienza energetica e utilizzo degli spazi. I sistemi a linea d’asse tradizionale offrono un’affidabilità comprovata e un design semplice, che molte compagnie di navigazione continuano a preferire per navi portarinfuse, petroliere e portacontainer. La loro semplicità comporta procedure di manutenzione ben consolidate e una facile reperibilità dei pezzi di ricambio. Tuttavia, la configurazione fissa di elica e timone limita la manovrabilità, soprattutto in condizioni portuali ristrette.

Al contrario, i sistemi di propulsione con pod garantiscono un’elevata manovrabilità grazie alla capacità di rotazione a 360 gradi dei pod. Questa caratteristica è particolarmente vantaggiosa nei porti con accessi limitati o dove l’ormeggio richiede un controllo estremamente preciso. L’efficienza manovriera può essere ulteriormente compresa considerando il raggio di virata di un’imbarcazione. Per una nave con linea d’asse tradizionale, tale raggio dipende in larga misura dall’angolo del timone e dal flusso idrodinamico attorno allo scafo. Una nave con propulsione con pod, invece, può generare spinta laterale diretta, riducendo sensibilmente il raggio di virata e permettendo un controllo di navigazione molto più preciso.

Da un punto di vista matematico, se indichiamo con F la spinta prodotta dall’elica, e assumiamo che nei sistemi a linea d’asse tale vettore di spinta sia fisso rispetto allo scafo, il momento torcente efficace (τ) rispetto al centro di gravità della nave è limitato dalla distanza del braccio di leva (d). Nei sistemi pod, dove il vettore di spinta può essere controllato attivamente, il momento manovriero può essere ottimizzato in modo continuo, con prestazioni superiori in ambienti dinamici.

Inoltre, il montaggio esterno dei pod libera spazio all’interno dello scafo, che può essere riassegnato per aumentare la capacità di carico o migliorare i servizi a bordo. Questo vantaggio è particolarmente rilevante per le navi da crociera, dove la massimizzazione dello spazio disponibile si traduce direttamente in un maggiore potenziale di ricavi.

Applicazione nelle Navi da Crociera e negli Ambienti Portuali

Le navi da crociera hanno adottato sempre più frequentemente i sistemi di propulsione pod grazie alla loro superiore manovrabilità ed efficienza in condizioni operative diversificate. La RMS Queen Mary 2, ad esempio, impiega i propulsori azimutali Mermaid di Rolls-Royce, che le consentono di navigare con precisione anche negli ambienti portuali più complessi. Le prime implementazioni di sistemi pod nel settore crocieristico hanno incontrato alcune difficoltà iniziali, come problemi di vibrazioni e usura dei cuscinetti, ma successivi miglioramenti ingegneristici hanno risolto in gran parte tali criticità.

Un altro esempio significativo è la nave da crociera Elation della Carnival. Convertendo il proprio sistema da una tradizionale linea d’asse a una configurazione pod, Elation ha guadagnato circa 1.200 metri quadrati aggiuntivi di superficie di coperta—spazio precedentemente occupato da propulsori di poppa, linee d’asse e motori di propulsione. Questa riorganizzazione degli spazi non solo ha migliorato il comfort dei passeggeri, ma ha anche incrementato il potenziale di guadagno grazie all’aggiunta di cabine e servizi. La riduzione del consumo di carburante e la maggiore manovrabilità contribuiscono inoltre a operazioni portuali più efficienti.

I porti caratterizzati da vincoli di navigazione complessi traggono ulteriore vantaggio dalle imbarcazioni dotate di propulsione pod. Il porto di Marghera, a Venezia, ad esempio, è noto per i suoi canali stretti e le rigorose normative ambientali. In ambienti di questo tipo, la capacità dei sistemi pod di generare spinta in qualsiasi direzione semplifica le manovre di ormeggio e disormeggio, riducendo il rischio di incaglio e minimizzando il tempo impiegato dalle navi nelle manovre in acque ristrette. Il controllo più preciso consente anche di ridurre l’impatto ambientale dei movimenti delle navi, poiché manovre più controllate generano meno moto ondoso e limitano l’erosione delle strutture portuali.

Anche altri porti crocieristici, come quelli delle regioni caraibiche e mediterranee, hanno segnalato un miglioramento dell’efficienza operativa con le navi dotate di propulsione pod. In questi casi, la riduzione del raggio di virata e l’ottimizzazione del consumo di carburante si traducono in tempi di sosta più brevi e costi operativi inferiori. Le autorità portuali hanno riconosciuto tali vantaggi e, in alcuni casi, hanno persino introdotto incentivi per le navi che adottano sistemi di propulsione efficienti ed ecologici.

Conclusione

In sintesi, la scelta tra la propulsione tradizionale a linea d’asse e i sistemi di propulsione con pod è influenzata da molteplici fattori, tra cui la manovrabilità, l’efficienza nei consumi, l’utilizzo degli spazi e le esigenze operative. Sebbene i sistemi tradizionali continuino a essere preferiti per la loro semplicità meccanica e per le procedure di manutenzione consolidate—soprattutto nelle navi portarinfuse e nelle petroliere—la propulsione pod offre vantaggi significativi per le imbarcazioni che operano in contesti dove la manovrabilità e l’ottimizzazione dello spazio sono fondamentali. L’analisi matematica della spinta e dei momenti torcenti evidenzia i miglioramenti prestazionali garantiti dai sistemi pod, e gli esempi concreti tratti dal settore crocieristico illustrano sia i benefici operativi sia le sfide affrontate nelle prime implementazioni. Con il continuo progresso tecnologico, il divario in termini di affidabilità e manutenzione tra i due sistemi tenderà a ridursi, rafforzando ulteriormente la validità della propulsione pod per un numero sempre maggiore di applicazioni marittime.

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Luca Paglia

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