Per maggior comprensione sul funzionamento di una imbarcazione

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2 Premessa Il progetto di questa imbarcazione è nato nell Istituto Tecnico Industriale Statale Benedetto Castelli di Brescia, nell ambito del dipartimento di Meccanica del Corso Serale, frequentato pertanto da studenti-lavoratori. La costruzione di ULISSE è stata preceduta dal progetto e dalla realizzazione dei modelli di altre due imbarcazioni che però si sono limitate alla definizione delle superfici dello scafo e della coperta e dalla realizzazione di modelli in scala. Questa nuova imbarcazione è stata invece oggetto di un progetto esecutivo, tenendo conto che sarebbe stata costruita all interno della scuola. Si è perciò definito un metodo costruttivo compatibile con le attrezzature dei nostri reparti di lavorazione e con gli spazi disponibili. Al contrario di quello che molti pensano, il lavoro più impegnativo non è stata la costruzione della barca, ma la progettazione. Si consideri che né insegnanti né studenti avevano una benché minima conoscenza riguardo la progettazione e la costruzione di scafi a vela. Le informazioni sono state ricavate da visite a cantieri nautici, da incontri con fornitori di legno, di resine e di tessuti, da libri e riviste del settore. Sono stati utilizzati CAD tridimensionali, strumenti indispensabili nella progettazione meccanica e di conseguenza CAM che hanno facilitato la costruzione di particolari meccanici. Il progetto particolareggiato ha consentito in soli due anni scolastici di costruire la barca. Si consideri che si è lavorato poche ore alla settimana e con alcuni studenti che hanno messo a disposizione le ore di credito, le ferie, i giorni di cassa integrazione, le feste e tutti i ritagli di tempo. I nostri studenti lavorano principalmente nel settore meccanico e ricoprono nelle aziende nelle quali operano, i compiti più disparati: da semplici operai a disegnatori, da progettisti a programmatori della produzione, da operatori alle macchine a controllo a manutentori di impianti, ecc. con il desiderio di conoscenze di tipo teorico che supportino le loro cognizioni pratiche. Ci sono studenti già diplomati, universitari e imprenditori. Un'utenza di questi tipo non solo riceve informazioni dalla scuola, ma porta all interno dell ambiente scolastico conoscenze di elevato livello dai molti settori nei quali opera. 2

3 Questo è molto vantaggioso per gli insegnanti e gli studenti, perché all interno dell ambiente scolastico vengono scambiate informazioni tecniche di rilievo. Per maggior comprensione sul funzionamento di una imbarcazione a vela, in questi ultimi cinque anni, sono stati organizzati viaggi di istruzione in barca a vela con partenza dalla Calabria e meta le isole Eolie. Gli studenti divisi su tre barche hanno navigato nell'arcipelago prendendo dimestichezza con andature, cartine nautiche e navigatori satellitari. A fianco si vede una delle barche in navigazione. Perché una barca a vela Il motivo principale che ci ha convinto ad affrontare questo progetto è che tutte le conoscenze teoriche, necessarie per svilupparlo, fanno parte dei programmi curricolari degli allievi meccanici. Sono stati approfonditi alcuni argomenti di idrostatica e idrodinamica e si è rivelato indispensabile l utilizzo di CAD tridimensionali. Per l occasione sono stati studiati e approfonditi: la statica dei galleggianti in generale e in particolare delle imbarcazioni; l utilizzo di materiali compositi che oggi vengono massicciamente usati nel settore nautico, automobilistico, aeronautico ed altri; l utilizzo delle leghe leggere ed in particolari quelle dell alluminio; l utilizzo del legno e delle tecnologie connesse, argomento normalmente solo sfiorato nei programmi di tecnologia; la teoria dei profili alari e le applicazioni nel settore nautico: vele, derive ed eliche; il disegno di superfici complesse come possono essere quelle di uno scafo; 3

4 il design, altro argomento poco trattato nel corso di studi, ma fondamentale per la vendita di un prodotto; l economia del settore nautico da diporto e le leggi che lo regolano; la sicurezza del mezzo e delle sue attrezzature; la navigazione come viaggio, come sport e come avventura e molto altro. Tutte le discipline scolastiche sono coinvolte: meccanica e macchine a fluido ( dimensionamenti, calcoli strutturali, idrostatica ed idrodinamica, aerotecnica, ecc ) tecnologia ( studio ed utilizzo dei materiali compositi come vetro e carbonio, leghe leggere, prove sui materiali, corrosione in ambiente marino, ecc ); disegno (utilizzo di CAD tridimensionali e modellatori di superfici, organizzazione industriale, ecc ) reparti di lavorazione; uso dei laboratori ( tecnologico e di macchine a fluido) automazione e sistemi ( strumentazioni di bordo: centrale vento, navigatori satellitari, pilota automatico, ecc ) matematica ( metodi per il calcolo delle caratteristiche statiche delle sezioni, baricentri, momenti statici e d inerzia, calcolo di aree e volumi complessi, studio di curve, ecc..) scienza della terra (sistema di riferimento terrestre, latitudine e longitudine, declinazione magnetica, ecc..) diritto ed economia (legislazione nautica e normative ) storia (.) 4

5 Il primo scafo Il secondo progetto 5

6 Il Progetto di ULISSE Le linee principali del progetto sono state le seguenti: progettazione della barca con relative appendici (deriva timone e bulbo); costruzione della barca e delle appendici ( deriva, timone e bulbo) studio, designazione ed eventuale costruzione dell albero e del boma, bompresso e dell attrezzatura di coperta; progettazione e costruzione degli impianti tecnologici ( impianto elettrico, idraulico e sanitario); inserimento nell impianto di dissalatore per acqua di mare; progettazione costruzione del supporto del propulsore elettrico; sistemi di ricarica della batterie ( pannelli, generatori eolici e ad immersione); sistemi elettronici (GPS, stazione vento, pilota automatico, controllo motore elettrico); istruzione e addestramento degli studenti alla condotta dell imbarcazione ed alla navigazione; collaudi da effettuarsi sul lago di Garda. Alcune di queste attività verranno sviluppate in seguito. 6

7 Come per tutti i progetti sono stati definiti i dati principali del problema. Descrizione del prodotto REQUISITI DI BASE DEL PRODOTTO Imbarcazione a vela da diporto Caratteristiche generali Lunghezza fuori tutto 7,50 m Larghezza 2,50 m Dislocamento Kg Superficie velica mq Pescaggio 1.50 max Motore ausiliario Elettrico a batteria Serbatoio carburante No Materiali Scafo e coperta in legno ( compensato marino) Rinforzi in fibra di vetro e carbonio Albero in alluminio Tiranterie e attrezzatura di coperta in acciaio inossidabile arredamento in legno ( panche e tavolo ) Vele: Intreccio di fibra di vetro-carbonio-kevlar Deriva Fissa Impiego Mare Categoria del prodotto , ,00 euro Equipaggio Max 4 persone Acqua potabile 150 l Impianto elettrico Si Impianto idraulico per doccia Si Sistema di ricarica batterie Rete elettrica, generatore eolico, pannello fotovoltaico, e- lica ad immersione Sicurezza Predisposizione per l inaffondabilità Qualificazione del prodotto Numero di prototipi per prove 1 Prove Verifica al galleggiamento Verifica dislocamento Test idrodinamici Finiture Scafo blu e bianco, coperta bianca Verifiche Dimensionali, di finitura, funzionali Data di approvazione 20/05/2006 Gli studenti Pasquali Marco Bogna Andrea Gli insegnanti Nuciforo Gaetano Campesi Giuseppe 7

8 Vengono rappresentate alcune delle tavole che riportano le grandezze statiche dello scafo: centro di spinta, posizione e forma della deriva, calcolo dislocamento e il piano velico. 8

9 Dai requisiti di base e dai risultati dei calcoli eseguiti sul disegno precedente, si è modellato lo scafo con il risultato in figura. Se la coperta è un risultato grafico misto fra design, e praticità, lo scafo ha richiesto molti passaggi con successive approssimazioni per poter ottenere un opera viva con linee ben avviate e priva di difetti. 9

10 La fase successiva è stata quella di definire la struttura portante di scafo ed attrezzature. Il telaio è composto da 18 centine ricavate dalle sezioni delle superfici di scafo e coperta distanziate una dall altra di 400 millimetri. Sono collegate tra loro dal pavimento interno e dalle panche laterali e incollate a questi formano un telaio rigido e robusto al quale è stato applicato il fasciame dello scafo e della coperta. 10

11 La costruzione Tutti i pezzi in legno sono stati tagliati da una ditta esterna mediante macchina a controllo numerico u- tilizzando i disegni del progetto. All'interno della scuola il gruppo di lavoro si è limitato a montare i pezzi, tagliati da ditta esterna, e ad incollarli con apposite resine. Il lavoro di montaggio ha richiesto molta precisione, pertanto è stato studiato un telaio di supporto dello scheletro che una volta montato ed incollato è diventato la struttura portante della barca. 11

12 Il fasciame è composto da strisce di compensato dello spessore di 5 millimetri posate longitudinalmente e un secondo strato posato in diagonale. All interno di questi due strati sono stati annegati nastri di fibra di vetro come rinforzi per i punti più sollecitati come gli attacchi delle sartie e degli stralli. Sopra a questi due strati di legno incollati tra loro da resina epossidica e microfibre è stato steso uno strato di tessuto di vetro con fibre incrociate. Con questo spessore il rivestimento in vetroresina, diventa strutturale, il fasciame rimane annegato e diventa parte integrante della struttura. Il risultato è stato uno scafo e- stremamente rigido e omogeneo nella sua struttura e resistente sotto ogni punto di vista. 12

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14 Obiettivi e risultati attesi Nuovo impulso ai laboratori ed ai reparti di lavorazione dell istituto per le prove sui materiali compositi e per la costruzione di particolari meccanici; un occasione per studenti ed insegnanti per apprendere ed approfondire argomenti ed aspetti innovativi delle materie curricolari con particolare riguardo ai nuovi materiali che nel mondo tecnico si diffondono per le loro caratteristiche di resistenza e leggerezza; nuove prospettive occupazionali per i futuri diplomati. Nella provincia di Brescia ed in generale nella Lombardia, vi è una numerosa e qualificata presenza di aziende nautiche, conosciute anche a livello mondiale. Anche l indotto è molto sviluppato specialmente nel settore meccanico ed elettronico. Durante le visite ai cantieri nautici si è notata l assenza quasi totale di tecnici. Si ritiene che la figura del perito meccanico al riguardo, sia ideale per sopperire alla mancanza di tecnici del settore. Negli ultimi anni peraltro l industria nautica italiana occupa il secondo posto nella produzione mondiale superando l Inghilterra; educare alla logica della progettazione. Per progetti così vasti è indispensabile analizzarne ogni aspetto. Valutare cosa si può produrre all interno della propria realtà e cosa acquisire completamente o parzialmente dal mercato; abituare gli studenti a lavorare in equipe. Da soli non si possono affrontare grandi progetti specialmente se coinvolgono argomenti tecnici così differenziati; valorizzare gli Istituti Tecnici e Professionali. Il patrimonio degli Istituti Tecnici è e- norme, sia in termini di laboratori e di officine che in termini di spazi, nonostante la soppressione di numerosi reparti di lavorazione. Questo progetto dimostra le potenzialità che vi sono in queste scuole e che vanno utilizzate e valorizzate. In particolare si vuole porre in evidenza che cos è in grado di fare un utenza di studenti lavoratori; 14

15 non meno importante oltre all aspetto tecnico, è quello sportivo che in tale progetto si può sicuramente valorizzare. Si può in prospettiva lanciare una gara, sia tecnica che sportiva fra istituti scolastici; incanalare lo spirito di avventura che caratterizza i giovani, verso la vela distraendoli da altre attività pericolose e dannose, considerato che con una barca a vela si può viaggiare, gareggiare, fare del turismo. Il tutto a bassi costi, sia per la costruzione che per la gestione e l uso delle imbarcazioni; sensibilizzare enti privati e pubblici, perché ogni porto d Italia riservi un posto barca per le scuole, oltre naturalmente a sensibilizzare gli studenti al rispetto dei laghi e dei mari. Per i nostri studenti, per cinque anni è stato organizzato un viaggio di istruzione alle isole Eolie. Suddivisi su tre barche hanno navigato per quattro giorni nell arcipelago e sono stati istruiti alla conduzione delle barche a vela, all uso della strumentazione di bordo e delle cartine nautiche. Hanno capito molte cose: che la vita in barca è condizionata dal mare e dal vento, e pertanto prima della partenza, è necessario conoscere tutte le informazioni sullo stato del mare; che per viaggiare sicuri servono adeguate attrezzature di sicurezza; che con il vento si possono affrontare viaggi molto lunghi senza i costi del carburante; che è importante dosare e non sprecare le risorse come l acqua il cibo e l energia elettrica, abituandosi ad un risparmio energetico generale. Inoltre hanno imparato ad evitare di imbarcare cose superflue, non acqua né cibo più del necessario; a convivere con i difetti degli altri, che in barca si evidenziano in modo particolare; a differenziare i rifiuti. Qualche cosa si può buttare ai pesci, altro va conservato per essere portato a terra. E molto altro. Il progetto è indirizzato agli studenti e agli insegnanti di questo istituto e di altri, anche se non specialistici nel settore tecnico. 15

16 Di riflesso alle aziende del settore nautico e a quelle dell indotto, che richiedono tecnici con basi specialistiche in particolare modo nel disegno eseguito con software avanzato e nell uso di materiali compositi. Indirettamente ad enti pubblici e a scuole, affinché promuovano lo sport della vela. Aspetti innovativi della proposta Studio ed utilizzo di nuovi materiali: leghe leggere dell alluminio e materiali compositi, Vetro, carbonio, kevlar e resine epossidiche. Tutti materiali che nel mondo tecnico si diffondono sempre più per le loro caratteristiche di resistenza e leggerezza. L utilizzo del legno, anche per le parti strutturali, implica minor consumo di energia per la lavorazione ed il trasporto data la sua leggerezza, facilità ed economicità di smaltimento del relitto alla fine della sua vita. Autonomia energetica del mezzo mediante installazione di pannelli fotovoltaici integrati nella coperta della barca per la ricarica delle batterie. In particolare il propulsore sarà costituito da un motore elettrico a corrente continua, alimentato da batterie. Per la ricarica degli accumulatori si utilizzerà anche il motore elettrico, che fatto ruotare dall elica in condizioni di sovrabbondanza di energia eolica, funzionando come generatore, consentirà la ricarica delle batterie. Trasferibilità degli esiti nel contesto regionale Sul territorio della Lombardia ci sono quattro laghi, numerose aziende del settore nautico e numerosissime dell indotto: un contesto certamente favorevole per coltivare e sviluppare un progetto di questo tipo o di alcune sue parti, che può essere utilmente replicato per le sue implicazioni formativo/lavorative. Inoltre sempre in tema di educazione scolastica, può incentivare lo sport velico essendo la nostra Regione dotata dei più grandi laghi d Italia. Progetti di questo tipo, accuratamente sperimentati nei corsi serali dove l utenza è anche propositiva, e quindi documentati, possono essere ripetuti nei corsi diurni secondo una logica dell imparare facendo. 16

17 In queste note sintetiche si sono omesse numerose fasi di lavorazione e la costruzione di particolari come il timone, la deriva, il bulbo, la losca, i candelieri, ecc. sperando comunque di aver dato un idea della vastità del progetto. 17