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La necessità del carbonio

Utilizzato inizialmente negli anni ’80, il nero carbonio è diventato sempre più centrale nello sviluppo delle moderne imbarcazioni a vela

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La necessità del carbonio 1

Il materiale di costruzione delle barche della Coppa America è il nero carbonio. Un tempo dedicato solo a oggetti di altissima tecnologia, ha subito una volgarizzazione e una riduzione dei costi che lo ha reso disponibile anche per una serie di oggetti di impiego quotidiano. In termini più generali si parla di materiali compositi, la cui storia comincia molto presto. Può far sorridere, ma uno dei primi esempi di abbinamento di una fibra a una matrice o resina è già nelle primitive capanne di paglia e fango. La fibra è la parte con le caratteristiche meccaniche migliori mentre la matrice tiene assieme il manufatto. Al giorno d’oggi la vetroresina, abbinamento di fibra di vetro e resine di diverso tipo, è il composito più noto e quello che entra in casa in diverse forme. Con fibre di carbonio e resine epossidiche si costruisce con migliori caratteristiche meccaniche, sia che si realizzi con un’unica “pelle” in più strati sia che si utilizzi il “sandwich” interponendo uno strato neutro (un materiale leggero per creare uno spessore) tra due pelli superficiali. Il composito a base di carbonio si usa per costruire aerei, auto, barche, perfino strumenti musicali, biciclette.  Si è iniziato a utilizzarlo negli anni ’80. L’aereo più famoso è lo Stealth, l’aereo invisibile utilizzato nella Guerra del Golfo. In competizione si usa il carbonio per costruire gran parte di auto e barche: lo sono quasi per intero le auto di Formula Uno, la cui cellula che contiene il pilota è realizzata con criteri di leggerezza ma soprattutto di sicurezza e lo sono le barche  che partecipano alla Coppa America della classe AC 50, i catamarani foiling che in questi giorni stanno animando il campo di regata delle Bermuda.

La necessità del carbonio 2

La prima auto con il telaio costruito interamente di carbonio è stata la McLaren nell’82 e sono iniziate tante evoluzioni, adesso il carbonio serve per costruire gran parte dell’automobile e se non ci fossero i regolamenti che ne limitano l’impiego anche gran parte del motore potrebbe essere di carbonio. Il materiale di cui parliamo ha sostituito il titanio che ormai viene utilizzato solo dove strettamente necessario. Il carbonio è la risposta giusta quando serve massima rigidezza e grande resistenza con minimo peso. Un materiale duttile con cui si può plasmare qualsiasi forma con facilità, è servito per cambiare forma alle auto, con vantaggi in ogni campo: dall’aerodinamica all’estetica. All’inizio degli anni ‘80 la tecnica del composito era più diffusa nelle barche che nelle auto e i due settori hanno contribuito al progresso in questo tipo di lavorazioni, più che altri settori industriali. Ora la curva di apprendimento della tecnologia del carbonio ha raggiunto il livello più alto e la costruzione è stabile. Pur con protagonisti di una evoluzione tecnica incredibile, i progettisti continuano a prendere a prestito le strutture dalla natura. In fondo la filosofia di un pezzo di laminato di carbonio non è molto diverso da un pezzo di legno: ci sono fibre unidirezionali e vuoti, con il vantaggio che il carbonio può assumere qualsiasi forma vogliamo e le sue fibre possono essere stese lungo l’asse degli sforzi. Illuminante quello che racconta lo yacht designer Roberto Biscontini: «questo ritorno alle forme elaborate in natura non è casuale, l’evoluzione di tanti millenni ha un significato. Anche nelle procedure di calcolo, per risparmiare tempo, usiamo quello che si chiama Algoritmo Genetico, perché simula i meccanismi di scelta del processo di evoluzione con una comparazione degli elementi che potrei definire simile alla legge della giungla, che conserva quello che funziona. Con la potenza di calcolo attuale possiamo simulare processi di millenni in pochi giorni». Pur muovendosi in un sistema diverso, le auto su terra e le barche su acqua/aria, i sistemi fluidodinamici si somigliano tra loro, usando delle ali nelle auto si cerca il ground effect per restare aggrappati al suolo, nelle barche invece il lifting effect. E in ogni caso si tratta di cercare compromessi con la velocità. 

Il fatto che per la Coppa America siano state scelte barche che hanno la capacità di sollevarsi sull’acqua “volando” come aliscafi, cambia radicalmente la resistenza che oppongono rispetto a quelle tradizionali e quindi la velocità: raggiungono velocità che finora erano state espresse solo da mezzi costruiti per battere i record e navigano sfiorando i 50 nodi, poco meno di 90 all’ora. Pochi come prestazione terrestre, una enormità sull’acqua a vela. Mentre su strada la velocità è in funzione della potenza del motore e una serie di altri parametri fissi, in mare la velocità massima è legata all’intensità del vento. Ma crescono anche le sollecitazioni alla struttura e i pericoli. Poi il vento non è uguale per tutti… perché anche a poche decine di metri di distanza può soffiare, per i due concorrenti, in maniera diversa sia per velocità che per direzione. Quindi, i timonieri oltre a saper sfruttare il mezzo al limite e saper condurre la barca dove il vento è migliore. I punti cruciali per le prestazioni di queste barche sono la struttura dell’ala, le derive e i loro sistemi di tuning. Bastano piccole modifiche nella regolazione per andare fortissimo o più piano, una parte importante sta nell’imparare a usare le barche, e infatti una delle particolarità di questa edizione è che ogni team si è dotato di una barca completamente automatica nelle regolazioni che ha “insegnato” all’equipaggio come comportarsi.  I due elementi dove il carbonio viene utilizzato al meglio per le sue caratteristiche, sono la struttura dell’ala, che è un pezzo davvero impressionante, e le derive (daggerboard) che sostengono tutto lo sforzo quando la barca decolla in foiling.

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