Maple supporta gli ingegneri nella progettazione dei sistemi di propulsione per alcune delle navi più grandi del mondo

Le navi mantengono in moto l’economia globale. Che si tratti di petroliere Ultra Large Crude Carrier che trasportano petrolio dal Medio Oriente, di portacontainer che trasferiscono beni industriali dall’Asia o di navi cargo che trasferiscono veicoli dalle fabbriche europee, l’industria marittima globale muove ogni anno un volume di merci pari a circa trentaduemila miliardi di tonnellate-miglia, una quantità quattro volte superiore rispetto alla fine degli anni ‘60. Per consentire la consegna di questa sempre maggiore quantità di merci, l’industria navale si è dovuta trasformare notevolmente negli ultimi decenni. Le navi sono diventate più grosse ed efficienti, mentre le compagnie di spedizione cercano strenuamente di tenere bassi i costi a fronte del costante aumento del costo dei carburanti. Per gli ingegneri navali, ciò significa una continua pressione per migliorare le prestazioni e l’affidabilità delle navi e dei loro sistemi. Tale pressione è sentita in particolar modo per il componente principale di qualsiasi nave dotata di motori moderni: i propulsori ad elica.

MAN Diesel & Turbo, azienda multinazionale con sede in Germania, è all’avanguardia nella ricerca di maggiori prestazioni nei sistemi di propulsione navale. MAN progetta e costruisce sistemi di propulsione navale la cui potenza va da 4 a 40MW, con eliche a passo variabile (CPP) aventi un diametro fino a 11m o anche maggiore per le eliche a passo fisso. Maple, il software di Maplesoft leader mondiale nel calcolo tecnico-scientifico, svolge un ruolo importante nel mantenere le eliche efficienti e affidabili, tenendo quindi bassi i costi.

In collaborazione con Rudolf Diesel, considerato il padre del motore diesel, MAN ha prodotto il primo motore diesel nel 1897. L’azienda produce eliche navali dal 1902 e ad oggi ha progettato, prodotto e supportato oltre 7.000 impianti di propulsione.

Le moderne eliche a passo variabile, come la gamma MAN Alpha CPP, aumentano l’efficienza e la manovrabilità delle navi. Nelle eliche di questa concezione, l’angolo delle pale è regolabile, fornendo sempre la combinazione ottimale fra la velocità del motore e la nave, massimizzando quindi l’efficienza propulsiva e permettendo un controllo di precisione della velocità della nave. Ciò è importante, per esempio quando si manovra in un porto. Le pale possono anche essere disposte in modo da fornire una spinta inversa, eliminando la necessità di installare una retromarcia separata o di usare un motore reversibile.

Mads Hvoldal è un ingegnere meccanico presso il Propulsion Competence Center di MAN Diesel & Turbo a Frederikshavn, Danimarca. Hvoldal fa parte del team che progetta i sistemi di controllo meccanici e idraulici utilizzati per variare il passo dell’elica. “Produciamo una gamma di progetti standard, ma è nella natura del settore che molti sistemi di propulsione siano realizzati per navi specifiche”. Durante i picchi di domanda di nuove navi, vengono sviluppati centinaia di progetti differenti l’anno che richiedono un sistema software che sia resistente e flessibile.

“Si parte con le specifiche fondamentali, la pressione disponibile dell’olio idraulico, le dimensioni dell’elica stessa e la velocità con la quale desideriamo che le pale cambino passo”, afferma Hvoldal. “Utilizziamo questi parametri per calcolare le dimensioni richieste per i componenti, sia per le parti standard come bulloni e flange, sia per i componenti ingegnerizzati utilizzati nel sistema. Queste dimensioni vengono quindi passate al nostro sistema di modellazione 3D Pro/Engineer per la progettazione dettagliata”.

I calcoli di dimensionamento delle parti sono complessi, dovendo tener conto delle caratteristiche del sistema di controllo idraulico e delle proprietà dei materiali usati per costruire le parti finali. Ma sono anche essenziali: le trasmissioni devono funzionare bene e in modo affidabile per servizi di lunga durata in condizioni marine avverse. La navigazione è anche un’attività fortemente competitiva in termini di costi, quindi il sovradimensionamento o la sovraingegnerizzazione delle parti non sono possibili. Per supportare questo complesso processo di progettazione,.dopo attente considerazioni, è stato scelto Maple grazie, alla sua velocità e precisione di calcolo.

“Abbiamo iniziato a usare Maple per i nostri calcoli di progetto, sostituendo un altro pacchetto software per il calcolo matematico”, spiega Hvoldal. “L’altro sistema ci richiedeva di trasporre tutte le equazioni importanti dal loro formato originale al proprio linguaggio prima di potere eseguire i calcoli. Scrivere a mano le traduzioni e poi verificarle era un processo che richiedeva troppo tempo”. “Ho maturato molta esperienza nell’uso di Maple nella progettazione di sistemi idraulici in un ruolo precedente. Potevo quindi vederne i potenziali benefici nel nostro lavoro attuale”. Il vantaggio principale di Maple - osserva Hvoldal - è che gli ingegneri possono inserire direttamente nel sistema le equazioni di progetto in formato originale. “Ciò rende più immediato l’uso di Maple, con minori necessità di verifica e correzione del codice”.

Il Propulsion Competence Center di MAN Diesel & Turbo di Frederikshavn utilizza Maple da circa sei mesi e la potenza, la velocità e l’efficienza del sistema hanno convinto i suoi ingegneri che esiste potenzialità per espanderne considerevolmente l’uso in futuro. “Finora Maple ha solo sostituito il precedente sistema di calcolo per la progettazione”, conclude Hvoldal, “ma stiamo ora esplorando la possibilità di costruire modelli standard per semplificare e automatizzare ulteriormente il processo, nonchè di automatizzare le connessioni fra i nostri calcoli iniziali e i modelli dettagliati delle parti nel sistema CAD 3D”.

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