È la sostenibilità che spinge ormai quasi ogni industria, incluso il settore nautico, verso l’adozione di soluzioni elettriche. L’obiettivo è quello di ridurre la nostra impronta di carbonio e minimizzare le emissioni che danneggiano l’ambiente. Il settore nautico è un settore particolarmente sfidante per l’elettrificazione poiché richiede motori ad alte performance e lunga durata.
Il Gruppo Ferretti è leader Mondiale nel design e nella costruzione di imbarcazioni da diporto, vantando modelli di grande successo come l’iconico Riva Iseo, conosciuto ovunque per le sue qualità eccezionali e design esclusivo. È proprio questo il modello alla base del nuovo prototipo conosciuto come El-Iseo Riva, che è stato recentemente varato a Monaco.
Per il progetto, Parker Hannifin, leader mondiale nelle tecnologie di movimentazione e controllo, ha fornito il suo motore elettrico high-performance GVM310, motore che permette di raggiungere i seguenti requisiti:
- Potenza di uscita di 250 kW e picco di potenza a 300 kW
- Velocità di crociera di 25 nodi e velocità massima autolimitata a 40 nodi
- Fino a 10 ore di navigazione in modalità risparmio
Le sfide nella produzione di una barca elettrica
Le soluzioni di mobilità full electric devono affrontare il limite della capacità della batteria. Le celle della batteria Li-ion hanno una significativa impronta, e maggiore è la richiesta di potenza, maggiore sarà la capacità richiesta alla batteria. Le barche elettriche non fanno differenza, ma lo spazio disponibile è perfino più limitato. Tali batterie inoltre appesantiscono la barca, aumentando il fabbisogno di potenza.
Nelle applicazioni nautiche ad alte prestazioni, il motore deve azionare l’elica ad alte velocità continuando a fornire la massima potenza e coppia. Questi requisiti simultanei rappresentano delle grosse sfide per le soluzioni elettriche. Il motore deve funzionare ad alta corrente istantanea e a densità di corrente, con conseguente campo di funzionamento vicini ai limiti termici.
L’autonomia è un altro fattore critico per le applicazioni nautiche. Gli acquirenti, infatti, si aspettano che la barca stia in acqua per un giorno intero senza dover ricaricare le batterie. Questo requisito significa che il motore dovrebbe performare a livelli accettabili attraverso tutta gamma di tensione della batteria, da completamente carica a completamente esaurita. Se in corrispondenza dei voltaggi più bassi la performance peggiora, la user experience sarà meno soddisfacente, scoraggiondo così l’adozione di soluzioni elettriche.
Gli elementi chiave dell’El-Iseo Riva
L’El-Iseo Riva è un motoscafo ad alte prestazioni che necessita della massima potenza e coppia ad alte velocità dell’elica. Ciò richiede una elevata quantità di corrente dal motore elettrico, tale da spingere il sistema in prossimità dei limiti termici. Per questo motivo, Parker ha effettuato simulazioni accurate e condotto analisi di caratterizzazione, usando appositi software per identificare e selezionare un motore che potesse incontrare questi requisiti.
Dopo i primi test di caratterizzazione e simulazione, il team ha corretto le esigenze di progettazione per velocità, coppia e potenza. La completa conoscenza del comportamento termico del motore è stata fondamentale per il design finale del motoscafo per via della necessità di alte prestazioni. Tutto ciò ha reso indispensabile l’utilizzo degli strumenti di caratterizzazione termici.
Solo attraverso questo processo iterativo e mediante l’utilizzo dei software di Parker il team è stato in grado di testare il design e selezionare i componenti ideali.
La tecnologia elettrica dietro il prototipo Riva
L’El-Iseo Riva utilizza un motore elettrico progettato da Parker per il mercato mobile.
Il GVM310 ha le caratteristiche ideali per l’ambiente nautico, vantando il 97% di efficienza e una densità di potenza molto alta.
Entrambe queste caratteristiche sono infatti essenziali per il settore, dove ai motori compatti vengono richiesti i lunghi tempi di autonomia a fronte di poco spazio occupato. Il brevettato sistema di raffreddamento riduce le perdite del motore e migliora le prestazioni e l’efficienza.
I motori GVM funzionano in maniera costante lungo tutta l’ampia gamma di voltaggio da 24 a 8000 VDC, per navigare sia a batteria completamente ricaricata che completamente esaurita. Questi motori molto leggeri e a bassa inerzia offrono ai designer una combinazione di potenza di picco ad alte velocità che è essenziale per le applicazioni nautiche. La velocità massima del GVM310 è 8,000 rpm.
I motori della gamma GVM di Parker sono robusti e in grado di affrontare le difficili condizioni che la navigazione impone. Questi motori resistono all’acqua salata, sono molto tolleranti alle vibrazioni e possono sopportare anche urti improvvisi. I motori GVM possono operare in ambienti con temperature che vanno dai -40°C e raggiungono anche i 140°C.
Un inverter GVI converte la corrente continua della batteria in corrente alternata per il motore. Questa tecnologia è progettata per applicazioni mobile in un ampio range di tensionee per sopperire alla richiesta anche al picco di potenza del GVM310. Il sistema di raffreddamento ad acqua dell’inverter migliora la sua efficienza e riduce le perdire sul motore. I prodotti GVI offrono un alto livello di protezione dall’ingresso di acqua e polvere.
I motori GVM contengono sensori termici per la protezione dal surriscaldamento. Tali sensori attivano un allarme attraverso il pannello di controllo nel caso in cui le temperature diventino troppe elevate e possono essere configurati per effettuare correzioni automatiche alla corrente di alimentazione che arriva dall’inverter. Un sensore cut-off protegge il motore da eventuali danni se i limiti termici vengono superati.
La connessione meccanica
Sebbene la connessione meccanica tra il motore e l’elica esuli dal campo di applicazione di Parker in questo progetto, questo collegamento fornisce un contributo critico all’affidabilità del sistema.
Le vibrazioni eccessive originate dall’elica e riversate sull’albero motore potrebbero causare danni a lungo termine o perfino guasti irreparabili. Per questa ragione, Parker ha aiutato il cliente nella scelta del miglior design possibile per questa applicazione.
Il disegn ottimale di collegamento include le specifiche per gli ammortizzatori così come il posizionamento e i diversi tipi di supporto. L’input di Parker al design di questi componenti garantisce un efficiente trasferimento di potenza all’elica senza che vengano generate vibrazioni sul motore.
Conclusioni
L’El-Iseo Riva offre eccezionali performance di velocità, potenza e coppia basate sul motore GVM310 e sull’inverter GVI di Parker. La soluzione implementata da Parker fornisce una potenza di uscita di 250 kW con picco a 300 kW, con una velocità di crociera di 25 nodi e velocità massima autolimitata a 40 nodi.
Le sfide dei carichi termici create dalla richiesta di alte performance sono state superate. I sensori termici incorporati segnalano quando la temperatura del motore eccede i normali limiti di utilizzo. Il design del collegamento assicura anche che le vibrazioni dall’elica non impattino l’affidabilità del motore.
Questo prototipo raggiunge prestazioni straordinarie senza limitare l’autonomia, eccedendo le aspettative del cliente. La robustezza delle soluzioni GVM310 permette fino a 10 ore di navigazione in modalità risparmio.
