1. Premessa
Nella presente sezione descriveremo alcuni dei principali impianti ausiliari installati a bordo di quasi tutti i tipi di sommergibile o sottomarino. Si tratta, infatti, di sistemi che risultano indispensabili a prescindere dal tipo di impianto propulsivo impiegato (nucleare, convenzionale, AIP, etc.).
2. Impianto Assetto e Compenso
In realtà si tratta di due impianti concettualmente diversi.
L'impianto Compenso ha essenzialmente lo scopo di assicurare sempre l'11° Comandamento, ossia di mantenere sempre il battello in una condizione di equilibrio statico Peso=Spinta (P=S). Considerando che la spinta è praticamente costante (dipendende dalle forme immerse dello scafo), l'impianto compenso serve solo a compensare le variazioni di pese del battello che, in vari modi, possono perturbare l'equilibrio iniziale. Si tratta essenzialmente di uno o più volumi, ossia casse poste all'interno dello scafo resistente, dentro le quali immettiamo acqua di mare (per incrementare il peso del battello) o dalle quali espelliamo acqua in mare (per diminuire il peso dello stesso) utilizzando un apposito circuto dotato di pompe ad alta pressione (in grado di vincere la pressione idrostatica della quota).
Tenendo a mente i punti di applicazione della forza peso del battello (Cg) e della spinta idrostatica di Archimede (Cs), la cassa o le casse compenso sono normalmente poste nei loro pressi (auspicabilmente in corrispondenza della loro ordinata longitudinale). Nella maggior parte dei casi, l'impianto prevede due casse identiche poste sulla stessa ordinata ma posizionate ai due lati del battello (dritta e sinistra); quanto sopra consente, infatti, anche la possibilità di correggere eventuali distribuzioni interne di peso che, seppur non incidono sull'equilibrio P=S, generano comunque un disassetto sul piano trasversale (sbandamento - per esempio dovuto allo spostamento interno di un grosso peso).
L'impianto Assetto ha invece il compito di assicurare sempre il mantenimento della condizione orizzontale del battello, sul piano longitudinale. Come abbiamo visto, lo spostamento di pesi da prora a poppa (o viceversa) ha un impatto notevole sull'assetto longitudinale del battello (basta anche solo che 10 persone si spostino, per provocare notevoli appruamenti o appoppamenti indesiderati). Tale spostamento interno di pesi, seppur non variando l'equilibrio P=S, incide notevolmente sull'inclinazione dello scafo e, conseguentemente provoca variazioni di quota non volute (considerando che l'elica genera sempre una spinta diretta lungo l'asse longitudianle del battello) che causano la necessità di agire con i timoni orizzontali per il mentenimento della quota ordinata (sprecando energia e generando rumore).
E' quindi costituito da due casse interne allo scafo resistente che sono, ovviamente, posizionate alle estremità prodiera e poppiera del battello (per garantire il massimo braccio ai momenti raddrizzanti richiesti).
Ricapitolando, l'impianto Assetto e Compenso, è lo strumento con il quale l'equipaggio fa si che sia sempre mantenuto l'equilibrio idrostatico P=S e che il battello mantenga un assetto dritto (sul piano longitudinale e trasversale). Tale condizione viene indicata, dai sommergibilisti, come "carico normale dosato" e il suo mantenimento nel tempo è un'esigenza continua ed ineludibile.
L'impianto può essere quindi impiegato per spostare internamente pesi (acqua) tra le casse sopra descritte (senza variazione di P=S) o per imbarcare/sbarcare acqua di mare nelle/dalle stesse (variando l'equilibrio generale P=S).
Quanto sopra è ottenuto mediante un apposito circuito idraulico interno, dotato di varie valvole e, soprattutto, di una o più pompe (ad Alta Pressione, ossia capaci di spingere fuoribordo l'acqua anche alla massima quota di esercizio del battello, vincendo la pressione idrostatica sussistente a detta quota).
di seguito la foto dell'indicatore meccanico del contalitri dell'Impianto Assetto e Compenso del Sommergibile ex-USA "Romeo ROMEI" (ex-USS Harder). Lo recuperai al volo, poche ore prima che il battello venisse prelevato dal cantiere che ne avrebbe curato la demolizione. Ora fa parte della mia collezione personale.
L'approccio al problema viene gestito in primo luogo in termini numerici. Ossia una attenta e precisa valutazione dei pesi imbarcati e, soprattutto, della loro dislocazione all'interno del battello. Prima di ogni immerisione, vengono appunto svolti calcoli che permettono di determinare, con buona approssimazione, quanta acqua mettere in ogni cassa dell'impianto Assetto e Compenso (si compila il c.d. "Statino dell'Assetto") al fine di immergersi e ritrovarsi quanto più popssibile vicini alla condizione di "battello in carico normale dosato" (P=S e battello dritto).
Ma la vera determinazione del giusto assetto, viene sempre poi raggiunta con affinamenti e ritocchi dettati dall'esperienza e dalla conoscenza delle reazioni statiche e dinamiche del battello. Nel corso della prima manovra di immersione, solitamente a cura del Direttore di Macchine (ingengnere più anziano a bordo), si procede a velocità sempre minori con attività di compensazione e dosaggio, fino al raggiungimento della condizione richiesta. Queste operazioni si svolgono grazie ad alcuni fondamentali strumenti, ma anche grazie all'esperienza dei timonieri che forniscono all'Ufficiale all'assetto le informazioni necessarie (se il timoniere deve spesso spingere i timoni a scendere, vorrà dire che il battello è "leggero" e va appesantito; viceversa se il battello è "pesante" il timoniere dovrà spesso mettere i timoni a salire e questo significa che il battello va alleggerito).
Al temine della prima immersione, il lavoro non è affatto finito. Correzioni al dosaggio iniziale sono infatti sempre necessarie per varie ragioni; alcune sono facilmente prevedibili e gestibili (consumo di carburante, operazioni connesse con l'uso dello Snorkel, etc.). Basti pensare, ad esempio, ai cambi di guardia o alle mense; durante questi eventi si osserva lo spostamento di molte persone e di conseguenza può variare l'assetto del battello (10 persone che si spostano dalle loro cuccette di prora e vanno verso la mensa, di solito a metà scafo, sono circa 1 tonnellata di peso che si sposta di diverse decine di metri --> questo è uno spostamento di pes che va certamente compensato).
Uno degli strumenti più utilizzati per fare l'assetto è l'inclinometro longitudinale (che ci dice se il battello è dritto o di quanti gradi è appoppato/appruato). Uno dei più datati, ma sempre efficacissimi, strumenti di questo tipo sono le cosiddette "Bolle".
Di seguito mostro la bolla (inclinometro longitudinale) del Sommergibile VORTICE, uno degli oggetti più preziosi della mia collezione privata.
In molti casi, questi inclinometri erano (e spesso ancora lo sono) basati sul semplice principio del pendolo a gravità.
A prescindere dal tipo di propulsione e dal tipo di macchine generatrici di corrente impiegate per ricaricarla (convenzionali, atomiche, AIP), la batteria di accumulatori è quasi sempre la sorgente primaria di energia elettrica di un sommergibile. Essa normalmente eroga corrente continua (CC) a tensione medio-elevata (200-500 V). E' sempre presente in quanto garantisce comunque quell'autonomia di base che, in caso di gravi avarie agli altri sistemi, è sempre in grado di alimentare le utenze vitali.
A bordo di un battello vi sono, tuttavia, molti tipi di apparecchiature elettriche ed elettroniche che richiedono tensioni diverse e correnti alternate (CA) a diverse frequenze (l'elettronica di precisione, ad esempio, richiede correnti alternate a frequenze altissime). Esisstono quindi vari sistemi di conversione della corrente erogata dalla batteria,
L'impianto elettrico di un sommergibile è quindi caratterizzato da vari sistemi e sottosistemi, a cui sono allacciate le varie tipologie di utenza. Di seguito un esempio di base di un calssico battello moderno (che prevede due batterie di accumulatori e due generici generatori). Come di consueto, per le utenze più importanti (vitali) è sempre prevista una ridondanza di sicurezza e quindi un doppio sistema di alimentazione elettrica.
E' uno dei principali impianti di bordo che ha lo scopo di telecomandare a distanza vari attuatori idraulici di potenza. Tali attuatori muovono, ad esempio, i timoni e i sollevamenti delle antenne (periscopi, etc.) grazie ad un apposito circuito attraversato da olio idraulico in pressione. Uno dei più comuni di questi attuatori è il classico cilindro idraulico (o pistone) a doppia azione.
Anche questo impianto prevede utenze ordinarie e utenze vitali. Normalmente tutte le utenze (oridnarie e vitali) sono mosse da una centrale principale, mentre le sole utenze vitali possono essere anche mosse da un'altra centrale di emergenza.
E' un altro impianto fondamentale. Il suo principale scopo è quello di generare e conservare l'aria ad alta pressione (Aria A.P. > 300 bar) necessaria per esaurire le casse zavorra principali (per consentire l'emersione del battello). Inolltre, dopo essere stata opportunamente trattata da varie riduttrici di pressione, l'aria è anche impiegata per vari altri sistemi pneumatici di bordo.
L'aria viene aspirata dall'ambiente e viene trattata da uno o più compressori che la convogliano in una serie di grosse bombole. Per ovvie ragioni, tali compressoni possono solo operare quando l'atmosfera interna del battello è in comunicazione con l'ambiente esterno (in superficie o durante la navigazione a Snorkel).
Attraverso un robusto circuito idraulico e particolari valvole (adatte all'alta pressione) l'aria A.P. viene distribuita e, quando necessario, inviata alle casse zavorra. Trattandosi di aria non destinata all'uso umano, la sua qualità non riveste particolare importanza; si cerca solo di fare in modo che sia il meno umida possibile (per evitare la condensa e la pericolosa formazione di ghiaccio nei circuiti).
Eisiste, invece, un circuito separato che contiene aria a.p. purificata, in quanto destinata all'uso umano. Si tratta dell'aria purificata che si utilizza nelle manovre di emergenza per l'abbandono (fuoriuscita) del battello sinistrato, e che viene respirata dal personale.
Nel circuito che segue, si notano anche i sistemi di supporto esterno che, in caso di emergenza, consentono ai mezzi di soccorso di insufflare aria nelle casse zavorra (per esaurirle) o di ricambiare l'aria atmosferica interna del battello. Dallo schema si evince, infine, anche la presenza di generatori chimici di gas (monouso) che costituiscono uno dei più moderni sistemi di esaurimento di emergenza delle cc.zz.
Fino ad ora abbiamo analizzato i principali impianti ausiliari di bordo. In realtà a bordo di un sommergibile ve ne sono molti altri, tutti altrettanto importanti. Per brevità ne darò solo qualche cenno.
Impianto Sentina
Come avviene su tutte le imbarcazioni, anche nella sentina di un sommergibile si accumulano liquidi di vario genere. Per lo più si tratta di liquame oleoso che richiede un apposito trattamento, prima di essere espulso in mare. Esiste quindi un sistema che raccoglie questo liquido dai vari locali di bordo, lo manda ad un sistema di trattamento (separazione delle parti oleose) e, ove possibile, lo espelle fuori bordo mediante una pompa ad altra pressione.
Impianto trattamento rifiuti
Dopo molti giorni in mare, i rifiuti prodotti dalla vita dell'equipaggio occupano molto spazio e possono anche generare sgradevoli odori. Per questo motivo, anche i rifiuti vanno opportunamente trattati e gestiti.
Per i rifiuti di tipo organico, molti sommergibili sono dotati di un sistema molto simile ad un tubo lancia-siluri. Si tratta di un cilindro a doppio portello (uno superiore interno allo scafo e un altro inferiore posto fuori dallo scafo resistente) nel quale si inserisce la "rumenta" (i sommergibilisti usano questo termine) che poi viene letteralmente "lanciata" fuori bordo grazie ad aria compressa.
Per i rifiuti non organici, l'unica soluzione sussiste nel comprimerli in apposite presse e, ove possibile, custodirli in contenitori stagni sottovuoto (che vengono conservati dove possibile e poi smaltiti a terra, una volta rientrati in porto).
Impianto di condizionamento dell'aria
Si tratta di normali impianti di climatizzazione che operano facendo circolare l'aria di bordo attraverso apposite condotte che la prelevano dall'ambiente, la trattano e la inviano nuovamente ai locali di bordo. L'energia viene fornita da appositi compressori a fluido frigorigeno che operano con condensatori ad acqua di mare. Lungo questi circuiti di ventilazione, sono posti anche sistemi di filtraggio grossolano che trattegono impurità e polveri (non sottili).
Impianto acqua dolce
L'acqua dolce per gli usi umani di bordo (igiene, cunina, etc.) viene prodotta da appositi sistemi di dissalazione dell'acqua di mare. In passato si utilizzavano complicati sistemi termici (scam-flash); oggi la tecnologia delle membrane ad osmosi inversa rende la produzione di acqua dolce molto semplice. L'acqua prodotta viene convogliata in delle casse dedicata che, messe in lieve pressione, alimentano tutti i rubinetti di bordo.
Impianto trattamento acque nere
In passato, gli scarichi dei bagni, essendo comunque costituit da liquami naturali di tipo organico, venivano raccolti in un apposito contenitore resistente (detto "Pozzo Nero"). Quando pieno, veniva messo in pressione (ad una pressione maggiore di quella esterna - ecco perchè si trattava di un contenitore resistente) e veniva esaurito in mare (ad opportuna distanza dalla costa). I sottomarini morderni sono invece dotati di un sistema (simile a quelli navali) che prevede il trattamento delle acque nere, prima dell'espulsione fuori bordo.
Impianti di cucina
Fondamentali. Sono essenzialmente basati su piastre elettriche, forno elettrico, cuocipasta elettrico e vari frigoriferi (per carne, vedure e surgelati). Si tratta, ovviamente di apparati molto compatti che vengono sistemati negli angusti spazi riservati al confezionamento dei pasti (cosa non facile a bordo di un sommergibile).
Impianti di comunicazione interna
Ve ne sono di vari tipi e hanno lo scopo di mettere in comunicazione i vari locali di bordo. Per sicurezza, vi sono anche sistemi magnetofonici che non richiedono alimentazione elettrica. Vi è poi il classico telegrafo di macchine che ha il preciso compito di mettere in comunicazione la camera manovra con la sala macchine, per la trasmissione dei soli ordini relativi alla velocità.
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