Il rendimento propulsivo misura quanta della potenza consegnata al sistema propulsivo diventa potenza effettiva utile all’avanzamento della nave. È un rendimento globale: include l’elica, ma anche l’interazione tra elica, carena, scia e campo di pressione a poppa.
In forma complessiva:
dove P_E è la potenza effettiva e P_D la potenza consegnata all’elica.
La potenza effettiva è legata alla resistenza all’avanzamento:
dove R_T è la resistenza totale e V la velocità della nave. La potenza consegnata P_D è invece quella disponibile al propulsore dopo le perdite della linea d’asse e degli organi di trasmissione.
Nella scomposizione navale classica:
\eta_0 è il rendimento dell’elica in acqua libera, \eta_R il rendimento relativo rotativo e \eta_H il rendimento di carena:
dove t è la deduzione di spinta e w la frazione di scia. La frazione di scia rappresenta la riduzione della velocità media del flusso che investe l’elica rispetto alla velocità nave; la deduzione di spinta tiene conto del fatto che l’azione dell’elica modifica il campo di pressione sulla carena e quindi la resistenza apparente.
Il rendimento dell’elica in acqua libera \eta_0 si misura o si calcola senza carena, in condizioni idealizzate. Il rendimento relativo rotativo \eta_R corregge la differenza tra elica isolata ed elica dietro la nave. Il rendimento di carena \eta_H può essere maggiore o minore di 1 a seconda del rapporto tra deduzione di spinta e frazione di scia.
Questa scomposizione mostra che il rendimento propulsivo non è una proprietà dell’elica isolata. Una buona elica montata in una cattiva posizione può lavorare in scia non uniforme, generare vibrazioni, cavitazione e perdite; viceversa una carena ben progettata può fornire all’elica un campo di velocità favorevole.
Dal punto di vista progettuale il rendimento propulsivo entra nel dimensionamento del motore, nel consumo specifico, nell’autonomia, nelle emissioni e nella scelta tra singola elica, doppia elica, propulsori azimutali, pod o sistemi ibridi. L’obiettivo non è massimizzare un solo rendimento in prova, ma ottenere una catena propulsiva efficiente nel profilo operativo reale.
Un errore comune è confrontare rendimenti di navi diverse senza specificare velocità, dislocamento, carena, diametro elica, numero di giri e condizioni di mare. Il rendimento propulsivo è sempre legato al punto di funzionamento.
Vedi anche: propulsione navale, spinta propulsiva, cavitazione, efficienza propulsiva.