Impianto Idraulico di Luna Rossa: Dettagli Tecnici di un'Eccellenza Italiana

Luna Rossa è un esempio perfetto di meccatronica, una scienza che integra meccanica, idraulica ed elettronica per progettare e controllare sistemi automatizzati. Questo approccio è fondamentale per l'AC75, l'imbarcazione utilizzata nell'America's Cup.

Premessa: l’AC75 è un mezzo estremamente complesso sia dal punto di vista ingegneristico che dal punto di vista della conduzione. È una barca di circa 7 tonnellate che naviga con 12 nodi di vento riesce a raggiungere oltre 40 nodi di velocità, senza toccare l’acqua, ma in equilibrio su una lamina di pochi metri quadri. Una magia di ingegneria, ma anche un complesso sistema di idraulico ed elettronico.

All'interno del team di Luna Rossa, esiste un dipartimento di meccatronica che coordina diverse aree di sviluppo interconnesse, con legami con il mondo automobilistico, sia da corsa che di serie. Vedendo le regate in tivù sembra semplice, ma in realtà si tratta di sistemi molto complessi: basti pensare che a bordo ci sono più di 25 cilindri, circa 80 valvole idrauliche e oltre 200 sensori.

I Quattro Sistemi Principali dell'AC75

Sono quattro i sistemi principali che governano il funzionamento della barca:

FCS (Foil Cant System): Gestisce il movimento dei foil arm, fornito dal defender neozelandese.
ILS (Instrumentation and Logging System): Gestisce i dati provenienti dalla strumentazione di bordo (bussole, GPS, sensori di misurazione).
CIS (Crew Information System): L’interfaccia tra la barca e il velista.
ECC (Electronic Control Circuits): Gestisce il sistema idraulico della barca.

A guidare questo settore c'è un ingegnere informatico di Castelnuovo de' Monti (Reggio Emilia) e ottimo velista: Gilberto Nobili, per tutti Gillo. È stato membro del team di Luna Rossa nel 2003 e nel 2007 nel ruolo di grinder quando si utilizzavano ancora le colonnine a funzionamento idraulico poi ha continuato, come velista e specialista in system performance, vincendo le edizioni dell'America's Cup del 2010 e 2013 con il team Oracle Racing e nel 2017 con Emirates Team New Zealand.

"Oggi, tra l’azione del membro dell’equipaggio e l’attuazione di ogni elemento, abbiamo alcuni layer, dei “livelli” di mezzo che interagiscono tra loro, composti da computer industriali progettati appositamente per i controlli automatici e da un circuito idraulico che può arrivare a 600 bar, quindi ben oltre gli standard, solitamente a 350 bar. Alla fine di questo processo arriva la più tradizionale attuazione meccanica che, per le alte velocità in gioco, ha spesso a che fare con miniaturizzazioni molto spinte dei sistemi e con materiali dalle particolari caratteristiche meccaniche. Cuore di questi layer sono i software che gestiscono e coordinano gli azionamenti, perché l'affidabilità e la precisione dei controlli su barche come gli AC75 sono cruciali" spiega.

I sistemi vengono monitorati durante gli allenamenti e in regata sul Salthouse Catalist 45, un catamarano di 13 metri spinto da 1.800 Cv di quattro fuoribordo Mercury 450R (lo si vede durante le telecronache): a bordo tecnici e ingegneri ricevono tutti i numeri sui propri computer, come fossero sul muretto ai box di un circuito della Formula 1 automobilistica. Dai numerosi sensori installati a bordo dell'AC 75 arrivano un mare di dati come la temperatura e pressione dell’olio, i carichi di sforzo, le performance.

Per non parlare del controllo prima che la barca scenda in acqua: viene fatta un’accurata verifica generale, chiamata Mecca System Check, in tutte le postazioni. Sempre restando su un paragone automobilistico, vengono controllati tutti i tasti sui display e i controller, e verificato che ogni bottone funzioni, che la valvola si apra in maniera corretta, che la calibrazione del cilindro sia giusta, misurando l’escursione e i valori a fine corsa e a rilascio. "Un lavoro stressante ma fondamentale. Anche quando si ritiene di aver trovato la configurazione perfetta, anche quando si è convinti di aver fatto bene, non bisogna mai fermarsi al risultato ma cercare di migliorarsi sempre di più" spiega Clelia Sessa, 26enne di Belgirate (Verbania) che è la prima donna entrata a far parte del settore tecnico della sfida tricolore.

Il Ruolo di Gianni Cariboni

Viene considerato “il Mago dell’idraulica” e le sue magie hanno contribuito a portare Luna Rossa al match finale della 36a America’s Cup dove incontrerà il defender Emirates Team New Zealand. Già perché Giovanni Cariboni, per tutti Gianni, ha fornito componenti e sistemi di impianti idraulici non solo il team di Max Sirena, ma anche a quello di Grant Dalton e pure gli altri due challenge. Una scelta praticamente obbligatoria perché avere a bordo elementi o un sistema sviluppato dalla Cariboni srl di Ronco Briantino, paese di 3500 anime della Brianza, è una carta che non può mancare se si punta al massimo.

“A farci entrare in Coppa America è stata Luna Rossa. Era il 1997 e la sfida quella del 2000 ad Auckland” racconta Cariboni. “Serviva un sistema per regolare il jumper (un’asta che controlla la testa e la flessione dell’albero, ndr). Il maggior produttore di sistemi idraulici di allora faceva lavorare i suoi impianti a 350 Bar (lo pneumatico di un’auto viene gonfiato tra 2 e 3 Bar, ndr). Noi siamo riusciti ad arrivare a 650 Bar e a sviluppare particolari cilindri idraulici per la regolazione. Abbiamo cominciato così. La Coppa America è una fonte di know how eccezionale. Una continua ricerca dove le soluzioni hanno una risposta immediata”.

“Quando Alinghi mise a bordo un motore diesel abbinato all’impianto idraulico anche BMW Oracle, con cui lavoravamo, fece lo stesso. Su Dogzilla, oltre all’installazione, molto complicata, del motore, abbiamo sviluppato tutta l’idraulica, per Alinghi circa la metà, e l’impianto permetteva a cinque persone di gestire un trimarano di 30 metri per 27 con un albero di 55 metri e 1200 metri quadrati di vele. È stata l’occasione per un grandissimo passo avanti per le installazioni a bordo, non solo di grandi barche da crociera ma anche su quelle che definite Racing-Cruiser ”.

Poi, con la Coppa del 2013 a San Francisco e gli AC72 “volanti” si aprì un’altra storia. “Per sviluppare i sistemi idraulici a bordo dell’AC72 è stato prima fatto un modello in scala. Un 43 piedi, 13 metri. All’inizio non è stato facile gestire i foil. Poi piano piano ci siamo riusciti. Il problema era che quei foil, erano, come si dice, profili stabili: non si poteva modificarne la forma ma solo l’angolo di lavoro in acqua. La gestione dei foil si è poi complicata alla Coppa del 2017 a Bermuda con gli AC50 e ancora di più con il passaggio dai catamarani al monoscafo volante: l’AC75 protagonista oggi delle regate di Auckland.

“Con l’AC75 Siamo davvero partiti da un foglio bianco. Qui i foil hanno profili instabili. Cioè è possibile modificare il profilo dell’ala. Come su un aereo. Ha significato costruire componenti e sistemi estremamente raffinati per poter regolare in maniera millimetrica lo spostamento dei cilindri idraulici che comandano i foil. Abbiamo sviluppato una tecnologia di retro valvole che si aprono e chiudono sul circuito in maniera molto veloce e con tempi diversi. Pensavamo servissero movimenti ampi, invece sono molto piccoli. S’impara continuamente. E gli spunti possono arrivare di settori industriali i più diversi dal nostro. Occorre osservare, ricercare e sperimentare. Credo che i sistemi oleodinamici siano il futuro. Non solo su barche da Coppa America. Serve solo una fonte di energia, e oggi tra tradizionali e non tradizionali è facile averne a bordo per alimentare un impianto idraulico che gestisca manovre, vele e tutta la barca. Il che significa equipaggi ridotti e tutto più facile, semplice, sicuro e soprattutto avere più tempo per godersi il mare. Che poi è quello che tutti vogliamo.

Dettagli Tecnici dell'Impianto Idraulico

All’interno dello scafo è installata un sofisticato sistema di pistoni a cui sono connesse delle cime legate a delle manovre, che possono essere la base randa, così come il jib cunningham. Il movimento di questi pistoni, che avviene pompando olio nel sistema, permette di cazzare o lascare una vela. L’olio, che scorre in una rete idraulica e che aziona i pistoni all’interno dello scafo, viene pompato dai grinder attraverso 4 pedestal. Azionando le valvole installate a bordo, i velisti decidono su quale pompa immettere olio, a seconda delle esigenze di conduzione e manovra.

Da fuori non si vede, ma a bordo di Luna Rossa e degli AC 75 l’idraulica è tutto: ogni manovra è movimentata da cilindri e pistoni. Pezzi unici made in Italy realizzati da Cariboni. “Ho 73 anni, faccio un lavoro che mi piace, dove non si smette mai di imparare. E questa Coppa America è riuscita ancora una volta a farmi piangere”. Questo è Gianni Cariboni.

Per Luna Rossa - con cui Cariboni ha una stretta collaborazione fin dalla sua prima avventura, nel 1999/2000 - l’azienda brianzola ha curato non solo le parti comuni tra i team ma tutta l’idraulica di bordo. Oltre alla movimentazione dei foil, quindi, anche la gestione di strallo, paterazzi, carrelli, sistema per l’albero rotante. Insomma, tutto quello che non si vede a bordo dei bolidi volanti ma che è fondamentale: Gianni ci svela - finalmente, a Coppa conclusa - tutti i segreti nascosti di Luna Rossa e degli altri AC 75. Che vedremo anche sulle barche da crociera: “È l’oleodinamica il futuro”, spiega.

Cariboni ha curato la gestione dello strallo di prua e del punto di mura del fiocco di Luna Rossa. La tensione dello strallo viene regolata con un cilindro idraulico: “Un’idea ‘classica’ quella di regolare la posizione dell’albero e il rake (la distanza tra la testa d’albero e la il punto centrale dello specchio di poppa, ndr) anche tramite lo strallo: la applicammo per la prima volta con il Wallygator di Luca Bassani (progetto del grande Luca Brenta), mio grande amico che mi ha spesso lasciato carta bianca in termini di sperimentazione e innovazione.

Passiamo alla gestione dei carrelli del fiocco, con rotaie orizzontali. “Di fatto i fiocchi degli AC 75 sono dei sistemi quasi autoviranti. In questo caso abbiamo studiato dei carrelli con cilindri integrati per diminuire al massimo la resistenza dei carichi deviati (quelli derivanti dalla deviazione della scotta del fiocco nell’anello del carrello, ndr), in modo tale da avere il minor dispendio di energia possibile per la messa a punto della vela”.

Uno dei capolavori di ingegneria di Cariboni arriva nel sistema di gestione dell’albero rotante, con una soluzione che consente un risparmio di spazio e peso. “Qui abbiamo pensato a un cilindro in titanio dove l’alimentazione dei pistoni avviene tramite steli fissi, ma la ‘camera’ si muove. Per quanto riguarda la randa, “ci siamo occupati del sistema di tesabase, con il quale è possibile modificare il grasso della vela e di quello della scotta randa. In questo caso siamo intervenuti con dei cilindri a doppia velocità in funzione del carico, in grado di operare velocemente sotto carichi leggeri e lentamente con carichi contenuti. Questo ne ottimizza la potenza. Un concetto molto simile a quello del nostro sistema di pistoni brevettato Magic Trim”.

Il sistema dei carrelli su Luna Rossa si basa su due cilindri, uno a dritta e uno a sinistra: mentre lavora quello sopravento, quello sottovento riposa. Non cambia nulla rispetto al classico “carrello” con i paranchi a cui siamo abituati sulle barche da crociera. Semplicemente, è idraulico visti i carichi in gioco”.

Veniamo all’energia di bordo: “Siamo tornati alle vecchie galere, dove gli schiavi remavano. Ora ci sono i grinder che girano manovelle di continuo”, aveva scherzato Luca Bassani in una puntata de “Il Giornale della Coppa”. Il movimento dei grinder serviva a generare energia per movimentare tutto il sistema idraulico di bordo, ma come funziona nello specifico? “Abbiamo deciso di applicare alle colonnine dei grinders delle pompe a nove pistoni radiali (nove per non avere vuoti in controposizione) che inviano olio a blocchi di elettrovalvole che a loro volta mandano l’olio a un ‘collettore centrale’. Questo funge da distributore agli altri collettori periferici posti nei vari punti della barca interessati dai nostri sistemi idraulici. Proprio come accade con l’impianto idraulico di casa nella distribuzione dei servizi”, spiega Gianni, bravissimo negli esempi dato che ha un passato di docente scolastico. “Abbiamo lavorato a lungo col team per avere continui feedback dai grinder, studiando la soluzione meno faticosa possibile, che evitasse dolori ai gomiti. Un uomo affaticato e dolorante è un uomo meno efficiente”.

Per quanto riguarda il lavoro di Cariboni comune a tutti i team, “ci siamo occupati della realizzazione dei quattro cilindri in titanio che su ogni barca (due per lato) movimentano il braccio del foil, oltre che della testa dell’arm e la congiunzione allo scafo con cintura (anch’essa in titanio) e cuscinetti autoallineanti sulla scorta delle canting keel. Abbiamo realizzato infine gli accumulatori di olio, in titanio anch’essi”.

Continua: “L’AC 75 è stata un’esperienza totalmente nuova anche per noi: qui non abbiamo foil con profili stabili (come quelli visti sui catamarani della Coppa del 2017, dove non si poteva regolare la forma ma solo l’angolo in acqua), ma appendici dal profilo modificabile. Questo ha cambiato le carte in tavola perché abbiamo dovuto realizzare componenti complessi per far sì che la regolazione dei cilindri idraulici dei foil potesse essere al millimetro. Ci siamo basati su una tecnologia di retrovalvole che si aprono e chiudono sul circuito in modo rapido e con tempi differenti”.

Il Futuro dell'Oleodinamica nella Vela

In che cosa gli AC 75 cambieranno la vela di tutti i giorni, abbiamo chiesto a Gianni Cariboni: “Sicuramente l’oleodinamica sarà il futuro, perché ti consente di andare in barca con equipaggi sempre più ridotti, anche su barche più piccole. Non raccontiamocela. Se sei al timone e hai la possibilità di regolare la randa e il fiocco premendo un bottone, godi. Ti senti veramente al controllo della tua barca. Poi, di certo, non vedremo le barche da crociera volare, ma andare più veloci sì. Magari avranno i foil sommersi per alleggerire lo scafo (un po’ come quelli degli IMOCA 60): perché anche durante una tranquilla navigazione costiera, se vedi una barca davanti a te, ti viene l’istinto di ingaggiarti subito con lei.

L’AC75 di Luna Rossa Prada Pirelli è figlio del vento e dell’ingegno, un capolavoro di tecnologia e innovazione. La definizione di “barca a vela” è forse troppo poco, è riduttiva. Ogni fibra, ogni materiale, ogni componente di questa macchina che vola sull’acqua è ideato per sfidare i limiti del possibile, i confini della velocità e della manovrabilità in gara. È il vertice della piramide in fatto di tecnologia nautica.

Costruito con i materiali più leggeri, resistenti e sofisticati in circolazione, l’AC75 di Luna Rossa Prada Pirelli deve garantire rigidezza senza compromettere la leggerezza, tenendo allo stesso tempo i migliori standard di vivibilità per le otto persone di equipaggio a bordo: due timonieri, due trimmer e quattro ciclisti.

Un ruolo determinante e centrale lo assumono l’ingegneria meccatronica e l’intelligenza artificiale. Intanto, la barca è completamente flush deck, cioè ha un ponte liscio, senza sovrastrutture, e sulle due fiancate ci sono gli spot in cui andrà a posizionarsi il team l’equipaggio. Sotto coperta sono nascosti i sistemi tecnologici e di idrodinamica. Ci sono chilometri di cavi, pompe e serbatoi che sono il nucleo di tutta la barca e servono a muovere albero, timone, wing, ala e flap.

Il movimento dei foil, invece, è affidato a un sistema elettroidraulico supportato da una batteria. Poi però per questioni di regolamento - che vieta qualsiasi altro tipo di energia a bordo - le inclinazioni dei flap, delle vele e di ogni altro elemento necessario alla navigazione fanno capo a un secondo sistema idraulico supportato dall’equipaggio. O meglio, dipende dai quattro cyclor che producono energia elettrica pedalando quando necessario: così l’energia per attivare l’impianto idraulico è sempre a disposizione.

A livello ingegneristico cambia tutto: va calcolato il flusso d’aria che scorre sopra la coperta, ma anche quello che attraversa lo spazio vuoto tra lo scafo e il mare. Per raggiungere questi livelli di complessità e di perfezione aerodinamica sono state sfruttate conoscenze e know how di mondi imprenditoriali diversi.

I Foil: Ali Immersi nell'Acqua

Risposta sintetica: sono delle vere e proprie ali, con un’apertura di 4,5 metri e che funzionano esattamente come quelle degli aeroplani. I foil principali sono due, uno per lato: quello sottovento è immerso nell’acqua, l’altro invece fa da contrappeso. C’è un terzo foil posteriore, attaccato al timone.

I foil sono mossi da un sistema idraulico, che si può paragonare al nostro sistema di vasi sanguigni, arterie e vene, perchè è formato da tubazioni in cui scorre un olio che permette di muovere e attivare tutti i comandi presenti a bordo. Il Team New Zeland, ad esempio, utilizza tre circuiti idraulici separati: il primo è mosso dai cyclors, ovvero dagli atleti che pedalando controllano i comandi della vela e ne permettono i cambiamenti di forma e di orientamento. Il secondo sistema è il FCS (Foil Cant System), alimentato da batterie e che permette di gestire il movimento dei foil ed è comune per tutti i team.

In tutti questi anni Cariboni ha continuato a migliorare e sviluppare il proprio sistema oleodinamico inventando anche nuovi componenti, come precisano Marco e Paola Cariboni, i figli del fondatore che lo affiancano ormai attivamente nella conduzione aziendale: «Ormai forniamo pezzi millimetrici al grammo per molte squadre, ci siamo sempre più specializzati in pacchetti progettati ad hoc per ogni singola imbarcazione che intende solcare il mare in giro per il mondo. A prua la tensione dello strallo viene regolata con un cilindro idraulico, un’idea ‘classica’. Poi ci sono i carrelli del fiocco: in questo caso sono stati studiati cilindri integrati per diminuire al massimo la resistenza dei carichi deviati, in modo tale da avere il minore dispendio di energia possibile per la messa a punto della vela.

Gli oggetti realizzati da Cariboni sono un concentrato di ingegneria, sofisticata tecnica oleodinamica, qualità costruttiva: «Ci siamo strutturati con un ufficio tecnico di progettazione e con una officina attrezzata con frese, torni e macchine per il collaudo finale, diventando una vera industria metalmeccanica al servizio delle più spinte prestazioni sull’acqua!

Oggi parliamo di sistemi idraulici in barca, indicazione che, come vedremo tra poco, può essere intessa in modi differenti dai diportisti. E tu, cosa pensi quando si parla di meccanismi idraulici a bordo di un’imbarcazione?

Ma quali sono i sistemi idraulici più innovativi? Come si diceva, l’idraulica in barca non si limita all’impianto esistente tra lavello e serbatoio dell’acqua dolce, tra wc e serbatoio delle acque nere. Come vedremo meglio nell’ultima sezione di questo articolo, nelle barche moderne possono esistere diversi sistemi che, anziché presentarsi in veste meccanica, optano per l’applicazione dei principi dell’idraulica.

La questione è lecita soprattutto perché, lo possiamo sottolineare fin da subito, i sistemi idraulici per il diporto presentano anche alcuni svantaggi. O meglio: alcuni aspetti potenzialmente negativi che non possono essere trascurati. Si parla per esempio dei costi, a anche e soprattutto degli ingombri, che sono di norma decisamente superiori rispetto a quelli dei “tradizionali” cugini meccanici.

Ma torniamo ai vantaggi dei sistemi idraulici per la nautica: il beneficio è quello di poter affrontare in modo più efficace la movimentazione di carichi importanti. Ecco che allora è proprio per la combinazione di fattori legati all’ingombro e alla superfluità che non si trovano tendenzialmente meccanismi idraulici nelle barche (a vela) sotto i 40 piedi circa.

Tutto si basa sull’esistenza di un fluido incomprimibile, al quale conferire dell’energia da sfruttare in un punto desiderato: in un sistema idraulico ben congegnato, a fronte di uno sforzo minimo (generato per esempio da una piccola pompetta ad azione manuale) è possibile esercitare delle forze grandissime, per azionare meccanismi molto pesanti, impossibili o difficili da attivare con dei dispositivi meccanici. Per chi ha dei ricordi delle scuole superiori, il principio di partenza è quello di Pascal: nel momento in cui si applica della pressione su del fluido confinato, tale pressione viene trasmessa in modo equo in tutte le direzioni.

Per vedere quali sono i sistemi idraulici più innovativi in barca lo sguardo non può che andare a Luna Rossa. Qui i sistemi idraulici gestiscono diversi componenti essenziali: non solo la movimentazione dei foil, ma anche la gestione dello strallo, dei paterazzi, dei carrelli, nonché il sistema dell’albero rotante.

A bordo dei Coppa America Foiling, in generale, i sistemi idraulici - o per essere più precisi oleodinamici - raggiungono delle vette di ingegneria inedite e, fino a pochi anni fa, nemmeno immaginabili. Basti pensare al fatto che a bordo di un AC75 l’olio viene spinto nei tubi a una pressione di gran lunga superiore rispetto a quella impiegata nell’ordinario utilizzo industriale (si parla di 600 bar rispetto ai normali 350 bar).

Come spiegato da Massimiliano Carbone (responsabile dell’idraulica di Luna Rossa) a PressMare, sono tre: uno che definisce i movimenti degli arm, uno che definisce il volo, ovvero il flap system, e quello che viene poi applicato alle vele, che è quindi legato alle vele. Qui la forza impressa dipende dalle gambe dei ciclisti a bordo, che pedalando vanno ad alimentare la pompa idraulica incaricata di mettere in pressione un fluido, olio pressurizzato.

Avendo parlato finora esclusivamente di sistemi idraulici nautici applicati a barche a vela, ci sembra giusto avviare questo breve elenco di esempi dalle barche a motore. Qui infatti è abbastanza comune trovare un sistema di tipo idraulico, o oleodinamico, per la gestione del timone.

I modelli di timonieria idraulica prevedono di variare la pressione di un fluido al movimento del volante della barca, andando a trasformare per mezzo di una pompa il movimento circolare in spinta lineare, così da spostare gradualmente la direzione dell’elica.

Come anticipato, in genere, i sistemi idraulici iniziano a diventare plausibili e quindi persino obbligatori sulle barche a vela a partire dai 40 piedi di lunghezza. Se si dovesse individuare il primo - a livello di priorità - tra i sistemi idraulici da inserire in una barca a vela, quello dovrebbe essere probabilmente il tendipaterazzo.

Va però detto che, in linea di massima, laddove lo spazio lo consenta, qualsiasi manovra a gestione meccanica può essere sostituita con una gestione idraulica: si inizia con il tendipaterazzo, si prosegue con il wang, e si finisce a rivoluzionare anche il tesabase. Ovviamente però le configurazioni dei sistemi idraulici variano di volta in volta, nella consapevolezza che ogni manovra presenta peculiarità diverse.

Concludiamo questa lunga introduzione ai sistemi idraulici per barca citando infine la loro presenza per azionare le derive mobili. Di fatto, al giorno d’oggi, la maggior parte di queste appendici è azionata da dei sistemi idraulici, i quali per l’appunto sono preferiti dai cantieri tutte le volte in cui si ha a che fare con forze imponenti.

Scopriamo come funziona e cosa comanda l’idraulica a bordo di Luna Rossa, accompagnati dal capo dipartimento Massimiliano Carbone e da Davide Pescuma e Nicolas Starc.

Gli impianti idraulici dell’AC75, dove l’olio viene spinto a una pressione molto superiore rispetto a quella industriale ordinaria, sono soggetti, infatti, a sollecitazioni enormi.

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