Navale, industria

Navale, industria

L'i. n. ha subito negli ultimi decenni una profonda trasformazione. Le navi di nuova concezione sono caratterizzate da un più alto contenuto tecnologico e quelle in cui appare più evidente l'innovazione sono principalmente le navi civili per il trasporto passeggeri e merci. Le navi da crociera sono diventate sempre più grandi, con capacità di trasportare in piena comodità e con tutti i servizi alberghieri oltre tremila persone. La necessità di fornire il più grande numero di cabine con vetrate e balconi verso l'esterno ha modificato il profilo della nave conferendole l'aspetto di 'cattedrale' tipico delle nuove grandi costruzioni. Le navi traghetto e fast ferry tendono ormai a proporre ai passeggeri un comfort simile a quello delle navi da crociera; nello stesso tempo, con il notevole incremento della velocità di servizio, i tempi di percorrenza sono stati adattati alle diverse esigenze. L'i. n. ha una valenza importante anche nel trasporto delle merci e cerca di proporre il trasporto navale come mezzo sostitutivo e integrativo di quello su gomma.

La globalizzazione del mercato ha spinto alla realizzazione di navi portacontainer di grandi dimensioni che continuano a viaggiare seguendo rotte intercontinentali e fermandosi in appositi porti di interscambio, dai quali la merce viene in seguito indirizzata con navi più piccole verso le destinazioni finali.

Per le navi metaniere si è assistito a un aumento notevole delle dimensioni: si è passati da navi di 60.000 m³ di metano trasportato, a quelle più recenti da 250.000 m³. La struttura più in uso per i serbatoi, che contengono il metano liquefatto a bassa temperatura, è quella a membrana che, rispetto ai serbatoi di forma sferica, garantisce un migliore sfruttamento dei volumi interni.

Situazione cantieristica mondiale

La cantieristica mondiale si è differenziata in funzione dei mercati, che risentono dell'influenza di due fattori prevalenti: qualità del prodotto e costi di produzione. Il panorama europeo è alquanto diversificato. L'Italia, insieme a Francia, Finlandia e Germania, ha sviluppato una capacità costruttiva indirizzata alle navi passeggeri (sia traghetti sia navi da crociera). Altri Stati europei si sono specializzati in diverse tipologie di navi, per es. la Danimarca nella realizzazione di portacontainer di grandi dimensioni, l'Olanda nella costruzione di navi di media-piccola taglia come mezzi da lavoro, draghe e rimorchiatori. I cantieri scandinavi e britannici hanno indirizzato le loro attività nel settore delle navi a tecnologia artica e unità di supporto alle piattaforme petrolifere. La cantieristica dell'Europa orientale, grazie a un costo del lavoro relativamente più basso, si propone nella fornitura di navi standard o di parti di scafo per i cantieri occidentali.

Per quanto riguarda il resto del mondo, hanno acquisito una posizione dominante, sino a coprire oltre il 70% del mercato della cantieristica mondiale, sia i cantieri coreani e giapponesi con navi portacontainer e metaniere, sia i cantieri cinesi per le navi cisterna e rinfusiere (bulk-carrier).

Per quanto concerne la demolizione delle navi in disarmo, alcuni Paesi dell'Estremo Oriente hanno monopolizzato il mercato per il basso costo della manodopera e per la mancanza di regolamenti sulla sicurezza del lavoro e la salvaguardia dell'ambiente.

Nel campo militare, di norma, i principali clienti per i cantieri costruttori sono le marine militari, che richiedono all'industria di realizzare un insieme di prodotti altamente tecnologici ma eterogenei, caratterizzati da missioni e finalità molto diverse, come per es. portaerei, fregate, corvette, pattugliatori, sommergibili, navi ausiliare e così via. Un ulteriore mercato è indirizzato all'acquisto di unità similari a quelle già realizzate per le marine più evolute, di cui si modificano profili di missione e sistemi d'arma, talvolta anche acquistando unità 'di seconda mano' non più ritenute strategiche per le marine proprietarie.

Lo scenario della costruzioni delle navi militari è molto variato, a seguito dei cambiamenti che hanno interessato le modalità di intervento e i possibili obiettivi da difendere. Ciò ha portato a una progressiva analisi dei sistemi militari e di utilizzo degli stessi sia come sistemi di offesa/difesa, sia di controllo delle aree geografiche sia, infine, come supporto per aiuti umanitari. Sono così nati i simulatori di scenario con cui le marine possono visualizzare in modo virtuale le modalità d'intervento nelle differenti situazioni operative utilizzando mezzi navali con caratteristiche diverse.

La richiesta di unità militari flessibili e capaci di rispondere alle varie esigenze operative ha portato all'idea di realizzare navi con caratteristiche simili a quelle mercantili, dove si possa facilmente cambiare il 'carico pagante', ovvero i sistemi d'arma, gli equipaggiamenti per gli interventi a terra o i supporti per aiuti umanitari, con il vantaggio di ridurre anche i costi di realizzazione. A questo tipo di navi non viene richiesto un intervento diretto in uno scenario bellico, ma è assegnato il compito di avvicinarsi alle aree di missione, dove spesso sono funzionali all'intervento di piccoli mezzi da loro stesse trasportati e dedicati a specifiche attività.

Altre costruzioni militari a indirizzo mercantile sono le navi rifornitrici di squadra, che hanno una funzione strategica, dal momento che, in azioni di difesa e controllo del territorio, le aree operative il più delle volte sono distanti dal Paese di origine. Tali unità sono sempre più complesse e hanno la capacità di effettuare durante la navigazione rifornimento e trasbordo materiale per più navi contemporaneamente.

Anche le tradizionali navi militari, come le corvette e le fregate, hanno cambiato il loro aspetto. Per ridurre la loro 'visibilità' ai radar si presentano con larghe superfici piane che coprono i diversi apparati delle sovrastrutture. Non esistono più le tradizionali battagliole che proteggevano il personale di bordo; esse sono state sostituite da falchette (prolungamenti della lamiera di scafo). Anche i mezzi di salvataggio e le imbarcazioni di servizio vengono chiuse in appositi hangar per evitare che le superfici tonde e sfaccettate possano riflettere il segnale dei radar. Per una riduzione della visibilità ai sistemi all'infrarosso, il fumaiolo si presenta ingrandito, in modo da aumentare lo spazio per gli impianti dedicati all'abbattimento delle temperature dei fumi mediante mescolamento con aria a temperatura ambiente. Talvolta si frazionano gli scarichi per meglio distribuire l'apporto delle temperature dei gas o addirittura si raffreddano con impianti a pioggia.

Il contenimento della variazione del campo magnetico terrestre al passaggio della nave (segnatura magnetica) ha un minore impatto sull'aspetto della nave: per la riduzione si usano materiali amagnetici e appositi circuiti elettrici che generano un campo magnetico che annulla quello prodotto dalla nave. Inoltre appare sempre elevato lo sforzo per la riduzione del rumore irradiato in acqua, con la realizzazione di navi sempre più silenziose e l'uso di impianti di insufflaggio dell'aria che mascherano lo scafo e l'elica mediante una cortina di bolle in modo da attenuare la trasmissione del rumore.

La nave moderna è un insieme di molte e diverse tecnologie: basti pensare che su una grande nave da crociera il contributo vero e proprio del cantiere navale è di appena il 25-30% del prodotto finito. L'utilizzo dell'alta tecnologia nell'i. n. consiste quindi nella capacità di far interagire le tecnologie più evolute nei più svariati settori (elettronica, reti informatiche, tecnologie dei sistemi idraulici, meccanici, elettrici, arredamento, smaltimento dei rifiuti ecc.).

Progettazione

Rispetto ad altri manufatti, nel processo produttivo di una nave la progettazione è una fase importante in quanto generalmente ogni nave è un prototipo. La prima fase di progettazione è quella chiamata di base: caratterizzata dalla mancanza di un contratto con l'armatore, rappresenta l'attività di ingegneria che, partendo da studi di fattibilità, si conclude in maniera positiva con l'acquisizione del contratto stesso. La progettazione funzionale parte dai documenti contrattuali ed esegue disegni ed elaborati: dimensioni, schemi funzionali e specifiche tecniche per gli approvvigionamenti. In questa fase il materiale prodotto viene visionato per l'approvazione dagli enti di classifica, dal cliente e da tutte le amministrazioni interessate. La progettazione esecutiva comprende tutte quelle attività che portano all'emissione della documentazione di lavoro indirizzata alle diverse officine del cantiere per realizzare la produzione (fabbricazione dei tubi, taglio delle lamiere, montaggio della struttura e dell'allestimento).

Sin dalle prime fasi di realizzazione di una nuova unità si cerca di ridurre i tempi e i costi e vi è la tendenza ad abbandonare la cosiddetta spirale di progetto per una parallelizzazione delle attività, resa possibile da un esteso utilizzo di sistemi informatici.

L'informatica sostiene sia la fase di progettazione sia quella di gestione della costruzione. Nella prima si fa largo uso dei sistemi di disegno CAD, integrati con programmi di calcolo specialistici, per es. quelli dedicati alle analisi di stabilità e danneggiamento in caso di falla. I sistemi informatici a supporto del processo costruttivo sono di tre tipi. I primi servono a pianificare e monitorare le prestazioni aziendali; i secondi sono strumenti tecnico-contabili per elaborare informazioni alla base dei processi decisionali; i terzi sono sistemi di reporting destinati alla gestione delle informazioni, sia per la loro archiviazione sia per la diffusione a tutti i reparti operativi.

La realizzazione del prodotto è un insieme di tante subforniture. Da ciò nasce l'esigenza di un'attenta programmazione e di una puntuale gestione delle diverse consegne dei materiali e della messa in opera degli impianti specifici. Nella continua ricerca di riduzione di costi e tempi, pur riconoscendo che ogni nave è un vero prototipo, si cerca di realizzare una efficace modularizzazione dei diversi apparati o addirittura di parti dello scafo, cercando di sfruttare le conoscenze acquisite in precedenti progettazioni e costruzioni di navi e mirando a una specializzazione dei diversi cantieri.

Costruzione e architettura

L'evoluzione delle tecniche costruttive ha portato a realizzare in cantiere blocchi di nave sempre più grandi e più completi. Solo in un'avanzata fase costruttiva i diversi blocchi vengono assemblati all'interno del bacino. Questa tecnica permette di ridurre i tempi di occupazione delle aree di bacino e nello stesso tempo di realizzare parti di nave in luoghi chiusi e con attrezzature più idonee. Si è inoltre sviluppata la capacità di movimentazione di grandi parti di nave e si è arrivati a costruire unità navali in officine non direttamente collegate al mare, movimentando le unità su sistemi di carrelli. In sintesi, si sta gradualmente abbandonando la costruzione su scali inclinati, assemblando piccoli blocchi della sola struttura dello scafo e raggiungendo l'obiettivo di utilizzare lo spazio prospiciente al mare per un tempo inferiore. Ormai si assemblano blocchi di grandi dimensioni già preallestiti, con tutte le caratteristiche e gli impianti necessari all'uso, in aree di bacino facilmente gestibili perché disposte in piano. Si tende a realizzare blocchi di parti di nave delimitate dalle paratie stagne; per le navi da crociera ogni blocco è delimitato dalle paratie per la resistenza al fuoco.

Particolare attenzione viene posta al comfort, sia per l'equipaggio sia per i passeggeri, mediante attività volte alla riduzione dei moti della nave, delle vibrazioni e del rumore. Per quanto riguarda i moti della nave, dovuti all'interferenza con il moto ondoso, si sono sviluppati sistemi di stabilizzazione sempre più efficienti, come le pinne stabilizzatrici (piccole ali che in funzione del rollio ruotano generando forze idrodinamiche che tendono a stabilizzare la nave). Nel campo militare la stabilizzazione avviene con veloci e repentini colpi di timone, tali da generare una forza che smorza il rollio senza alterare la rotta. Il vantaggio di questi sistemi di stabilizzazione mediante timone (rudder roll stabilization) è di ridurre gli apparati a bordo e, di conseguenza, migliorare l'efficienza della nave.

La necessità di ridurre le vibrazioni ha determinato un'evoluzione nella progettazione dell'elica, della linea d'assi e dell'apparato motore che ne sono le principali fonti. Per quanto riguarda le eliche, sono sempre più frequenti propulsori con un elevato numero di pale: si è passati dalle tradizionali 4 alle 5 e, talvolta, 6 pale. La pala assume una forma sempre più a scimitarra per meglio operare nel flusso disturbato dalla carena, e il carico idrodinamico non è più costante ma viene diminuito alle estremità della pala stessa per ridurre l'intensità dei cosiddetti vortici di estremità. Una causa di rumore è il fenomeno della cavitazione generato dall'elica, ossia la formazione di cavità di vapore dovuta alle basse pressioni che si vengono a formare nel generare la spinta. Per ridurre questi effetti la geometria dell'elica è cambiata disegnando forme di pala con elevate superfici e particolari profili.

Per ridurre il rumore generato dall'apparato motore si cerca di chiudere quest'ultimo in box insonorizzati; tuttavia la linea d'assi rimane come via di trasmissione del rumore e delle vibrazioni. Per questa ragione, su navi con particolari esigenze acustiche (navi oceanografiche capaci di rilevare i rumori naturali del mare) si sono scelte propulsioni diesel-elettriche, in cui il motore principale è collegato direttamente a un generatore di elettricità. Il sistema viene isolato con apposite sospensioni resilienti e chiuso in box insonorizzati, mentre la linea d'assi non è collegata direttamente ma viene mossa da un motore elettrico che risulta più equilibrato e silenzioso.

Questo concetto di disaccoppiamento tra motore principale ed elica vede la sua massima evoluzione nelle nuove navi da crociera, dove il motore elettrico viene posto addirittura all'esterno dello scafo, collegato direttamente all'elica e sostenuto da un braccio. Tale sistema può a sua volta ruotare per direzionare la spinta e variare la rotta della nave senza ricorrere ai tradizionali timoni. Si tratta della cosiddetta propulsione azimutale che presenta molteplici vantaggi, oltre alla riduzione del rumore di bordo. I principali sono la diminuzione della resistenza al moto della nave dovuta alla mancanza delle appendici di carena quali le linee d'assi, i braccetti portaelica e i timoni, e l'aumento degli spazi interni dovuti a un posizionamento più appropriato dei motori principali, non vincolato dalla posizione dell'elica. Questo tipo di propulsione, che necessita di una notevole disponibilità di energia elettrica, si adatta in particolare alle navi da crociera, dotate di molti generatori.

Per esigenze diverse anche le grandi navi metaniere hanno sistemi di propulsione diesel-elettrica, in sostituzione del classico sistema propulsivo a vapore con caldaie alimentate dal metano trasportato e fatto lentamente evaporare per mantenere la temperatura bassa del carico. In questo caso i motori diesel sono del tipo dual-fuel, capaci di bruciare sia l'olio combustibile sia il metano e di garantire un elevato rendimento propulsivo, una maggiore flessibilità d'impiego della nave, oltre a una migliore distribuzione degli spazi interni.

Proprio in funzione del tipo di propulsione adottata, i sottomarini si dividono in due categorie. I più grandi e costosi sono quelli a propulsione nucleare che, grazie a un reattore nucleare e a un impianto a vapore a esso collegato, non hanno bisogno di un continuo flusso d'aria comburente. Per questa ragione riescono a mantenersi in immersione per giorni e giorni, risultando strategici per l'ampio raggio di azione. L'alto contenuto tecnologico e l'elevato costo, sia di costruzione sia di manutenzione, limitano il possesso di una flotta di battelli a propulsione nucleare a solo cinque nazioni (Cina, Francia, Gran Bretagna, Stati Uniti e Russia) che, nonostante lo scenario mondiale sia cambiato, hanno in programma la costruzione di nuove unità.

I sottomarini convenzionali sono più piccoli di quelli nucleari e hanno una propulsione diesel-elettrica, con un sistema di batterie che permette loro solo brevi tratti in completa immersione. Questi mezzi ricoprono missioni legate principalmente al campo dell'intelligence, come la sorveglianza occulta e la raccolta di informazioni sul traffico in mare aperto, e inoltre sono di supporto alla flotta aeronavale. Dato il loro relativo basso costo e la grande flessibilità d'impiego, a essi si sono applicate le maggiori innovazioni tecnologiche, che hanno portato a una nuova generazione di sottomarini aventi apparato propulsivo convenzionale integrato con un sistema AIP (Air Independent Propulsion). I moderni sommergibili navigano con propulsione AIP basata su celle a combustibile alimentate a idrogeno e ossigeno. Questo tipo di propulsione garantisce un notevole aumento dell'autonomia e fa di questi sottomarini una possibile, futura alternativa rispetto a quelli nucleari. Anche lo scafo esterno e la vela hanno subito delle evoluzioni e presentano linee molto slanciate, prive di spigoli e sporgenze, per evitare la formazione di vortici rumorosi che possano segnalare la presenza del battello.

Sicurezza

Il tema della sicurezza è sempre più studiato e al centro della normativa. Si deve tenere conto che sempre più spesso il carico pagante è l'uomo stesso (navi da crociera e navi traghetto) e vi è una sensibilità sempre crescente alla necessità di ridurre gli incidenti navali che, oltre a comportare talvolta la perdita di vite umane, causano dei veri disastri ambientali.

La sicurezza è vista sotto due aspetti: attivo e passivo. La sicurezza attiva comprende tutti quei sistemi che cercano di ridurre e/o prevenire il danno. L'elettronica e l'evoluzione dei sensori hanno portato alla realizzazione di sistemi di segnalazione e supporto alle decisioni per diversi tipi di incidente. In caso di allagamento, oltre a segnalare il danno alle persone predisposte alla sicurezza, vengono indicati gli interventi da eseguire per mantenere integra la stabilità della nave. In caso d'incendio si attiva la chiusura delle zone tagliafuoco, facendo scattare i segnalatori per l'evacuazione dei locali. Nella lotta al fuoco le navi sono provviste di diversi impianti: a pioggia, a nebbia, a schiuma e a polvere, per intervenire il più rapidamente possibile. In apparato motore non si usano più idrocarburi alogenati, in quanto si è scoperto che contribuivano alla riduzione dell'ozono dell'atmosfera, ma si fa uso di biossido di carbonio (CO₂) dopo avere verificato che il locale sia stato totalmente abbandonato. In plancia di comando sono presenti sistemi anticollisione che segnalano con allarmi l'incrocio con altre unità.

Per sicurezza passiva s'intendono le caratteristiche di sicurezza che la nave stessa deve possedere per la sua preservazione: rientrano in tale contesto i nuovi regolamenti sulla galleggiabilità e sulla stabilità della nave in caso di falla, che si basano su analisi probabilistiche dell'evento e tengono in considerazione anche i possibili agenti meteorologici marini avversi. Sempre in tema di sicurezza passiva, particolare attenzione viene posta ai materiali utilizzati, per quanto concerne sia la capacità di resistenza alle sollecitazioni in un ambiente aggressivo come quello marino, sia la capacità di resistere al fuoco e di sviluppare un ridotto volume di fumo in caso d'incendio. Infine, si tende sempre più al miglioramento delle funzionalità delle scialuppe, sia facilitando la fase di imbarco sia migliorando la tecnica di ammaino. Sulle navi mercantili si sono affermate per la loro efficacia le scialuppe free fall (scialuppe ammainate a caduta libera) e talvolta vengono impiegati sistemi di evacuazione basati su scivoli gonfiabili di derivazione aeronautica. Il processo di evacuazione della nave viene analizzato nel dettaglio in tutte le sue fasi e particolare attenzione viene posta, fin dalla fase di progetto, all'identificazione dei diversi percorsi nonché dei possibili intasamenti che l'equipaggio e i passeggeri potrebbero incontrare per raggiungere le aree di raccolta per l'imbarco sulle scialuppe.

È stato messo in evidenza che le cause dei principali disastri navali sono dovute all'errore umano. Per questa ragione, sia gli enti predisposti alla sicurezza sia gli stessi armatori sono sempre più sensibili alla qualità della formazione degli equipaggi, anche delle unità navali militari, che consenta loro di avvalersi nel modo migliore della tecnologia avanzata delle nuove navi, anche nelle situazioni più difficili.