Cosa è la cavitazione e perché limita la velocità delle barche volanti

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Il nostro analista di America’s Cup Federico Albano ci spiega perché la cavitazione dei foil pone un limite allo sviluppo delle barche volanti di Coppa

Cavitazione, il limite alla velocità delle barche volanti

Un problema sempre più rilevante nel design degli AC75, emerso in questa Coppa America, è quello della cavitazione dei foil, che determina la velocità critica delle barche e quindi i loro limiti teorici di sviluppo tecnologico.

Perché l’acqua bolle e cosa c’entra con i foil degli AC75 volanti
Il calore del fuoco fornisce energia termica alle molecole d’acqua, mettendole in uno stato di agitazione sempre maggiore, fino al punto in cui riescono a vincere la forza della pressione e a “fuggire” via sotto forma di vapore. Questo ci spiega che per portare l’acqua ad ebollizione si può o aggiungere energia termica, oppure diminuire la pressione. Allo stesso modo, il differenziale di pressione che si crea intorno ai foil degli AC75 di Coppa America fa bollire l’acqua attorno all’appendice.

Cosa è la cavitazione

Per capire di cosa si tratta, partiamo da un esempio semplice: una pentola piena d’acqua sul fuoco. Possiamo (con una certa approssimazione) immaginare che le molecole d’acqua siano in qualche modo costrette a rimanere all’interno della pentola allo stato liquido dall’azione della pressione (in questo caso prevalentemente esterna).

Il calore del fuoco fornisce energia termica alle molecole, mettendole in uno stato di agitazione sempre maggiore, fino al punto in cui riescono a vincere la forza della pressione e a “fuggire” via sotto forma di vapore. Questo ci spiega che per portare l’acqua ad ebollizione si può o aggiungere energia termica, oppure diminuire la pressione, tanto da poter far bollire l’acqua a temperatura ambiente, come si dimostra con semplici esperimenti da laboratorio.

E sui foil come agisce

Ma i foil come funzionano? Generando una zona di bassa pressione nella parte superiore, che va a costituire la portanza. L’entità della depressione aumenta all’aumentare della velocità e questo fa sì che oltre ad una certa soglia (50÷55 nodi per gli AC75) l’acqua sopra al foil inizi a formare bolle di vapore, ingenerando appunto la cavitazione.

I rischi vanno dalla perdita improvvisa di efficienza dei foil fino a possibili danni strutturali per la successiva implosione delle bolle di vapore una volta uscite dalla zona di maggior depressione. Ecco perché, nell’ultima Coppa America, le barche si “autolimitavano” in poppa. L’evoluzione degli AC75 è indirizzata verso barche sempre più veloci e con foil sempre più piccoli (per diminuire la resistenza idrodinamica), ma un foil piccolo deve generare una depressione ancora più intensa per unità di area e quindi ha un rischio ancor più alto di incorrere nella cavitazione.

Federico Albano

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