Il motore dell’unità navale: come funziona e a cosa serve

Il motore dell’unità navale è il cuore meccanico di ogni imbarcazione e svolge un ruolo fondamentale nella propulsione, nella manovrabilità e nella sicurezza della navigazione. Attraverso la trasformazione dell’energia – generalmente chimica, nei motori diesel marini, o elettrica nei sistemi più moderni – il motore consente all’unità di muoversi, mantenere la velocità desiderata e rispondere ai comandi del timoniere. Comprendere come funziona il motore di una barca e a cosa serve è essenziale non solo per chi studia per la patente nautica, ma anche per diportisti e appassionati di navigazione, poiché permette di usare correttamente l’imbarcazione, prevenire guasti e affrontare le manovre in modo consapevole. In questo articolo analizziamo il funzionamento del motore dell’unità navale, le sue principali tipologie e il suo collegamento con il sistema di trasmissione e l’elica.

Il sistema propulsivo di una unità navale a motore è costituito da: motore ed elica

Il motore può essere di tre tipi a seconda della posizione ripetto allo scafo:

• motore entrobordo
• motore fuoribordo
• motore entro-fuoribordo

Guarda anche: Comportamenti dell’unità navale: stabilità, galleggiamento e assetto

Il motore dell’unità navale

Motore endotermico

Il motore delle imbarcazioni è quasi sempre un motore endotermico, un dispositivo cioè che sfrutta la combustione interna (sostanza chimica + aria) per produrre energia termica da trasformare in energia cinetica.

** In meccanica esistono oltre al motore esotermico, anche quelli elettrici, idraulici, pneumatici e quelli a combustione esterna.

COMBUSTIONE INTERNA = BENZINA / GASOLIO + ARIA

Motore a scoppio e motore a combustione interna

Per motore a scoppio si intende un motore termico a combustione interna in cui l’energia meccanica viene prodotta grazie alla combustione di una miscela aria-carburante all’interno del cilindro.

Il termine “scoppio” è colloquiale: in realtà non avviene un’esplosione vera e propria, ma una combustione rapida e controllata che genera un forte aumento di pressione.

Il ciclo di lavoro del motore endotermico 

Il motore endotermico, per produrre energia meccanica svolge un ciclo di lavoro che comprende quattro fasi: aspirazione, compressione, combustione/espansione e scarico.

I motori endotermici possono essere a 2 o a 4 tempi, a seconda che il ciclo di lavoro con due corse del pistone ( motore a 2 tempi) oppure con quattro corse del pistone (motore a 4 tempi).

** Ciclo di lavoro del motore esotermico – Il ciclo di lavoro di un motore esotermico si basa su una reazione di combustione che libera energia termica, trasformata in energia meccanica. Il carburante reagisce con l’ossigeno generando calore, che provoca un aumento di pressione e temperatura all’interno del cilindro. Questa pressione spinge il pistone producendo lavoro meccanico, successivamente trasmesso all’albero motore. Il ciclo si completa con l’espulsione dei gas combusti e la preparazione del cilindro a una nuova combustione, secondo modalità che variano in base al tipo di ciclo termodinamico adottato (Otto, Diesel, due o quattro tempi).

** Ciclo di lavoro motore esotermico VS ciclo di lavoro motore endotermico – Il ciclo di lavoro del motore endotermico è caratterizzato dal fatto che la combustione del carburante, reazione di natura esotermica, avviene all’interno del motore, generalmente nel cilindro, e l’energia termica prodotta viene immediatamente trasformata in lavoro meccanico attraverso l’aumento di pressione che spinge il pistone.

Nel cosiddetto motore esotermico, invece, l’attenzione è posta non sul luogo della combustione ma sul fenomeno energetico: il ciclo di lavoro sfrutta una reazione che libera calore, il quale viene poi convertito in lavoro secondo diversi schemi possibili. In pratica, ogni motore endotermico utilizza un processo esotermico, ma il termine esotermico descrive la natura della reazione energetica, mentre endotermico descrive l’architettura e il funzionamento del ciclo meccanico.

✔️ TEMPI (2 o 4)

I tempi indicano in quanti movimenti del pistone si svolgono le fasi:

• motore 4 tempi → le 4 fasi in 4 corse del pistone

• motore 2 tempi → le 4 fasi in 2 corse del pistone (con sovrapposizione)

Definizione di tempo 

Un tempo è costituito dallo spostamento del pistone dal Punto Morto Superiore (PMS) al Punto Morto Inferiore (PMI) o viceversa.

Spostamento o corsa del pistone

Lo spostamento da PMS a PMI (o viceversa) genera la mezza rotazione (180°) dell’albero motore.

• Nel motore a 4 tempi si fanno due rotazioni complete dell’albero motore: 360×2 = 720° – pari a 4 corse del pistone
• Nel motore a 2 tempi si fa una rotazione completa dell’albero motore: 360×1 = 360°  – pari a 2 corse del pistone

Differenza tra motore a 2 tempi e motore a 4 tempi

Nel motore a 2 tempi le fasi non sono separate: aspirazione e scarico avvengono insieme

Confronto tra motore a 2 tempi e motore a 4 tempi

Frase chiave

Il motore a due tempi completa il ciclo in una rotazione grazie alla sovrapposizione delle fasi, mentre il motore a quattro tempi richiede due rotazioni perché le fasi sono separate.

Il motore dell’unità navale: Il motore diesel 

Cos’è il motore Diesel

Il motore Diesel è un motore endotermico a combustione interna che utilizza gasolio come carburante e nel quale la combustione avviene per autoaccensione, cioè senza candela.
L’accensione del carburante è causata dall’elevata compressione dell’aria all’interno del cilindro, che porta la temperatura a valori tali da innescare spontaneamente la combustione del gasolio iniettato.

Il ciclo di lavoro del motore Diesel (4 tempi)

Il motore Diesel funziona quasi sempre a 4 tempi:

** Nel motore Diesel l’accensione del carburante avviene per autoaccensione alla fine della fase di compressione; la terza fase resta la combustione con espansione del pistone.

⚓ COLLEGAMENTO AI MOTORI MARINI DIESEL

Il Diesel è il motore marino per eccellenza, perché:

✅ Vantaggi in ambito nautico

• Elevata coppia ai bassi regimi

• Consumi ridotti

• Grande affidabilità

• Adatto a lavoro continuo

• Maggiore sicurezza (gasolio meno volatile)

📌 Tipico utilizzo

• Motori entrobordo

• Navi e imbarcazioni da lavoro

• Yacht da crociera

⚠️ Differenza fondamentale con il 2 tempi benzina

✍️ DEFINIZIONE PERFETTA

Nel motore Diesel l’aria viene aspirata e fortemente compressa; il combustibile viene iniettato a fine compressione e si autoaccende per effetto dell’elevata temperatura dell’aria, senza l’uso della candela.

Cosa è la coppia

👉 La coppia nel motore è data dalla forza generata dalla combustione × raggio della manovella dell’albero motore

• Forza → nasce dalla pressione dei gas di combustione sul pistone

• Braccio → è il raggio dell’albero motore (mezzo della corsa)

• Biella → fa solo da collegamento cinematico

Braccio della manovella
distanza tra che trasforma il moto rettilineo in moto rotatorio

La carburazione a iniezione

Il motore Diesel utilizza esclusivamente un sistema di alimentazione a iniezione, mentre il motore a benzina può essere alimentato sia a carburatore sia a iniezione.

L’iniezione nel motore a diesel 

Nel motore Diesel:

• non esiste carburatore

• non esiste miscela aria-carburante in aspirazione

• entra solo aria

• il gasolio viene iniettato direttamente nel cilindro

• l’accensione avviene per autoaccensione

👉 Senza iniezione il Diesel non può funzionare.

Quindi:

✔ Diesel = sempre a iniezione

L’iniezione nel motore a benzina 

Nel motore a benzina invece possono esistere due sistemi:

🔹 Carburatore (vecchi motori)

• Miscela aria-benzina prima del cilindro

• Sistema semplice ma meno preciso

🔹 Iniezione (motori moderni)

• La benzina viene dosata da iniettori

• Più efficienza, meno consumi, meno emissioni

• Può essere:

  • indiretta (nel collettore)

  • diretta (nel cilindro)

👉 Quindi:
✔ Benzina = carburatore oppure iniezione

Il carburatore e la carburazione

👉 Carburare = mescolare aria e carburante nelle giuste proporzioni affinché il motore funzioni correttamente.

“Carburare” vuol dire preparare e regolare la miscela aria-carburante che alimenta un motore a combustione interna.

Il carburatore è un dispositivo meccanico che serve a:

• miscelare aria e carburante

• nella giusta proporzione

• prima che la miscela entri nel cilindro

👉 È tipico dei motori a benzina tradizionali (auto e moto più vecchie, piccoli motori).

Come funziona (in breve)

• L’aria entra nel carburatore

• Passando nel venturi aumenta la velocità

• La pressione cala

• Il carburante viene aspirato e nebulizzato

• Si forma la miscela aria–carburante

🔥 Cos’è la carburazione

La carburazione è il processo, non il pezzo.

👉 Indica:

• come aria e carburante vengono miscelati

• in che rapporto (ricca, magra, corretta)

• e quanto carburante entra nel motore

Tipi di carburazione

• Carburazione corretta → motore efficiente

• Carburazione magra → poca benzina (rischio surriscaldamento)

• Carburazione ricca → troppa benzina (consumi e fumo)

⚠️ Attenzione al Diesel

• Nel motore Diesel non c’è carburazione

• L’aria entra da sola

• Il carburante viene iniettato direttamente nel cilindro

👉 Per questo si parla di alimentazione a iniezione, non di carburazione Diesel.

Confronto carburatore – carburazione – iniezione

Frase da ricordare

Il carburatore è il dispositivo che prepara la miscela aria-carburante, mentre la carburazione indica il processo e il rapporto con cui tale miscela viene formata e immessa nel motore.

Impianto di alimentazione e dell’impianto di scarico

Motore a benzina 

🔧 Impianto di alimentazione

Nei motori a scoppio l’impianto di alimentazione ha il compito di preparare la miscela aria-carburante prima che entri nel cilindro.

• Aspirazione dell’aria

• Dosaggio del carburante tramite:

  • carburatore (motori tradizionali)

  • iniezione (motori moderni)

• Formazione della miscela aria-benzina

• Immissione nel cilindro

• Accensione tramite candela

👉 La potenza si regola variando la quantità di miscela aspirata.

🌬️ Impianto di scarico

Serve a espellere i gas combusti e ridurre rumore e inquinamento:

• Valvola di scarico

• Collettore di scarico

• Catalizzatore

• Silenziatore (marmitta)

Motore diesel 

🔧 Impianto di alimentazione

Nel motore Diesel l’impianto di alimentazione non prepara una miscela:

• Aspirazione di solo aria

• Compressione elevata dell’aria

• Iniezione diretta del gasolio nel cilindro

• Autoaccensione del carburante (senza candela)

👉 La potenza si regola variando la quantità di gasolio iniettato.

🌬️ Impianto di scarico

Espelle i gas combusti e tratta le emissioni:

• Valvola di scarico

• Collettore di scarico

• Turbina (se presente)

• Catalizzatore

• Filtro antiparticolato (DPF)

• Silenziatore

Confronto sintetico benzina / Diesel

Frase riassuntiva

Nei motori a scoppio l’impianto di alimentazione prepara la miscela aria-carburante prima della combustione, mentre nei motori Diesel l’aria viene aspirata da sola e il carburante è iniettato direttamente nel cilindro; in entrambi i casi l’impianto di scarico ha il compito di espellere e trattare i gas combusti.

Cosa succede se gli iniettori funzionano male

Principali problemi causati da iniettori difettosi

🔴 Combustione irregolare

• Il carburante non è ben nebulizzato

• La miscela aria-carburante brucia male

• Si hanno scoppi irregolari nel cilindro

🔴 Perdita di potenza

• Il motore “non spinge”

• Accelerazione lenta

• Difficoltà sotto carico

🔴 Aumento dei consumi

• Carburante iniettato in modo scorretto

• Parte del carburante non brucia

• Consumi più alti a parità di prestazioni

🔴 Fumo allo scarico

• Fumo nero → carburante in eccesso

• Fumo bianco → gasolio non combusto

• Fumo azzurro → possibile diluizione dell’olio

🔴 Avviamento difficoltoso

• Soprattutto a freddo

• Tipico dei Diesel con iniettori usurati o sporchi

🔴 Vibrazioni e rumori anomali

• Motore irregolare al minimo

• Battito Diesel accentuato

• Funzionamento “ruvido”

Perché succede (cause comuni)

• Carburante sporco o di bassa qualità

• Incrostazioni sugli ugelli

• Usura meccanica

• Pressione errata nel sistema di iniezione

In sintesi

Il cattivo funzionamento degli iniettori provoca una combustione incompleta o irregolare, con perdita di potenza, aumento dei consumi, fumosità allo scarico e funzionamento irregolare del motore.

L’impianto di lubrificazione dei motori a scoppio e Diesel

Funzioni generali dell’impianto di lubrificazione

L’impianto di lubrificazione ha il compito di:

• ridurre attriti e usura

• raffreddare le parti meccaniche

• pulire da residui e impurità

• proteggere dalla corrosione

• garantire la tenuta tra pistone e cilindro

L’olio lubrifica componenti come:

• albero motore

• bronzine

• biella

• pistoni

• distribuzione (albero a camme, punterie)

• turbocompressore (se presente)

Motori a scoppio (benzina)

🔧 Tipo di lubrificazione

Nei motori a benzina moderni la lubrificazione è quasi sempre:

• a carter umido

  • l’olio è raccolto nella coppa

  • una pompa dell’olio lo aspira e lo manda in pressione

• più raramente a carter secco (motori sportivi)

IL CARTER – Il carter motore è la parte inferiore del motore che racchiude e protegge gli organi meccanici in movimento, come albero motore e pistoni. Nella maggior parte dei casi funge anche da contenitore dell’olio lubrificante, consentendo la lubrificazione e il raffreddamento delle parti interne. A seconda della configurazione può essere a carter umido, con coppa dell’olio integrata, oppure a carter secco, con serbatoio dell’olio separato, soluzione adottata nei motori ad alte prestazioni. È generalmente realizzato in alluminio o acciaio e svolge una funzione di protezione, contenimento e supporto strutturale del motore.

🔄 Funzionamento

1. L’olio viene aspirato dalla coppa

2. Passa attraverso il filtro dell’olio

3. Viene inviato in pressione ai condotti

4. Lubrifica gli organi in movimento

5. Ricade nella coppa per gravità

Motori Diesel

🔧 Tipo di lubrificazione

Il principio è lo stesso dei benzina, ma:

• le pressioni e i carichi sono maggiori

• l’olio deve essere più resistente

• è spesso presente un raffreddatore dell’olio

• nei Diesel moderni va lubrificata anche la turbina

👉 L’olio nel Diesel è quindi più sollecitato.

Differenze principali benzina vs Diesel

L’impianto di accensione 

Impianto di accensione nei motori a scoppio (benzina)

Nei motori a scoppio l’impianto di accensione ha il compito di innescare la combustione della miscela aria-carburante nel momento corretto.

🔧 Componenti principali

• Batteria → fornisce energia elettrica

• Bobina di accensione → eleva la tensione (fino a decine di migliaia di volt)

• Centralina / spinterogeno (nei vecchi motori) → gestisce il momento dell’accensione

• Candele → generano la scintilla nel cilindro

🔄 Funzionamento

1. La miscela aria-benzina viene compressa

2. Poco prima del PMS

3. La candela produce una scintilla

4. La miscela si accende

5. Inizia la fase di combustione/espansione

👉 Senza impianto di accensione il motore a benzina non può funzionare.

Impianto di accensione nei motori Diesel

Nel motore Diesel non esiste un vero e proprio impianto di accensione come nel benzina.

🔥 Come avviene l’accensione nel Diesel

• Entra solo aria nel cilindro

• L’aria viene fortemente compressa

• La temperatura sale a valori molto elevati

• Il gasolio iniettato si autoaccende

👉 L’accensione avviene per compressione, non per scintilla.

🔧 Candelette (non sono candele di accensione)

Nei Diesel è presente un impianto ausiliario di preriscaldamento:

• candelette

• servono solo per facilitare l’avviamento a freddo

• non accendono la miscela durante il funzionamento normale

Differenza fondamentale (punto chiave)

Frase da ricordare

Nei motori a scoppio l’impianto di accensione genera la scintilla che innesca la combustione della miscela aria-carburante, mentre nei motori Diesel l’accensione avviene per autoaccensione grazie all’elevata compressione dell’aria, senza l’uso di candele.

La trasmissione

Nelle barche a motore la trasmissione del moto all’elica avviene tramite una catena meccanica che porta la rotazione dal motore all’acqua, adattando giri, coppia e direzione. Il principio è comune, ma cambia in base al tipo di propulsione.

Motore → Invertitore (riduttore) → Albero di trasmissione → Elica

1) Motore

• Produce moto rotatorio (coppia).

• Nei diesel marini lavora a bassi regimi con coppia elevata, ideale per l’elica.

2) Invertitore marino (riduttore/invertitore)

• Inserisce marcia avanti, folle e retromarcia.

• Riduce i giri del motore (l’elica lavora meglio a giri più bassi).

• Trasmette e moltiplica la coppia verso l’elica.

👉 È l’equivalente del cambio nelle auto, ma con riduzione fissa.

3) Albero di trasmissione (linea d’asse)

• Porta il moto dall’invertitore all’elica.

• Attraversa lo scafo tramite astuccio e tenute (premistoppa o tenuta meccanica).

• È supportato da cuscinetti per allineamento e durata.

4) Elica

• Trasforma la rotazione in spinta sull’acqua.

• Passo e diametro determinano accelerazione, velocità e carico.

• Funziona in modo ottimale quando giri e coppia sono corretti.

Varianti principali di trasmissione

⚓ Linea d’asse (entrofuoribordo/entro)

• Motore dentro lo scafo

• Albero inclinato

• Robusta, efficiente, tipica di barche dislocanti

⚓ Saildrive

• Motore interno

• Trasmissione “a L” che esce sotto lo scafo

• Più silenziosa e compatta

⚓ Fuoribordo

• Motore esterno

• Trasmissione interna nel gambale

• Invertitore e riduzione integrati

⚓ Piede poppiero (entrofuoribordo)

• Motore interno + piede esterno orientabile

• Buona manovrabilità

Perché serve la riduzione dei giri

• Il motore gira a migliaia di giri/min

• L’elica lavora bene a centinaia di giri/min

• Il riduttore adatta il moto per evitare cavitazione e sprechi

Frase da ricordare

Nelle imbarcazioni a motore il moto viene trasmesso dall’albero motore all’elica tramite un invertitore-riduttore e una linea di trasmissione, che consentono di adattare giri e coppia e di ottenere la spinta propulsiva sull’acqua.

La propulsione a idrogetto

La propulsione a idrogetto (o waterjet) è un sistema di propulsione navale in cui l’imbarcazione viene spinta da un getto d’acqua ad alta velocità, invece che da un’elica esterna.

🔧 Come funziona la propulsione a idrogetto

Il principio è semplice e si basa sulla terza legge di Newton (azione–reazione):

1. Aspirazione dell’acqua
   L’acqua entra da una presa situata sotto lo scafo.

2. Accelerazione interna
   Una girante (simile a una pompa centrifuga), azionata dal motore, accelera l’acqua all’interno di un condotto.

3. Espulsione del getto
   L’acqua viene espulsa posteriormente attraverso un ugello, generando una spinta in avanti.

👉 La direzione del getto determina avanti, indietro e virata, senza bisogno di timone tradizionale.

🧭 Come si governa un’imbarcazione a idrogetto

• Virata → deviando il getto lateralmente

• Retromarcia → deviando il flusso in avanti tramite una paletta deflettrice

• Fermata → annullamento o deviazione del getto

⚠️ Non c’è elica esterna, quindi niente effetto evolutivo come nei sistemi tradizionali.

⚓ Vantaggi della propulsione a idrogetto

✔️ Sicurezza elevata
Nessuna elica esposta → ideale per bagnanti, sub, soccorso.

✔️ Pescaggio ridotto
Perfetta per acque basse, fiumi, lagune.

✔️ Grande manovrabilità
Risposte rapide, inversioni quasi immediate.

✔️ Velocità elevate
Molto efficiente ad alte velocità.

✔️ Minori vibrazioni
Sistema più fluido rispetto all’elica.

❌ Svantaggi

✖️ Meno efficiente a bassa velocità
Consumi più alti rispetto all’elica.

✖️ Costo maggiore
Sistema più complesso e costoso.

✖️ Sensibile a detriti
Sabbia, alghe o rifiuti possono danneggiare la girante.

✖️ Manovre lente meno intuitive
Richiede pratica, soprattutto in porto.

🚤 Dove si usa la propulsione a idrogetto

• Moto d’acqua (jet ski)

• Gommoni e imbarcazioni sportive

• Mezzi di soccorso marittimo

• Navi militari

• Traghetti e aliscafi veloci

🆚 Confronto rapido: idrogetto vs elica

🧠 In sintesi

La propulsione a idrogetto è ideale per velocità, sicurezza e manovrabilità, soprattutto in acque basse o in contesti operativi (soccorso, sport).
L’elica resta però più efficiente e intuitiva per la navigazione tradizionale e a bassa velocità.

Concetto di autonomia in navigazione in relazione alla quantità di carburante a bordo?

Il concetto di autonomia in navigazione indica quanta distanza o quanto tempo un’unità può navigare in sicurezza con il carburante effettivamente disponibile a bordo, tenendo conto dei consumi reali e di un margine di riserva.

⛽ Cos’è l’autonomia in navigazione

In termini pratici, l’autonomia risponde a due domande fondamentali:

• Quante miglia nautiche posso percorrere?

• Per quante ore posso navigare?

L’autonomia dipende da:

1. CARBURANTE – quantità di carburante imbarcato
2. CONSUMO MOTORE – consumo orario del motore
3. VELOCITA’ – velocità di crociera
4. MARE E METEO – condizioni operative reali (mare, carico, vento)

📏 Autonomia in tempo e in distanza

1️⃣ Autonomia in tempo (ore)

Formula base:

Autonomia (ore) = Carburante utilizzabile / Consumo orario

📌 Esempio

• Carburante utilizzabile: 80 litri

• Consumo: 10 L/h

➡️ Autonomia = 8 ore

2️⃣ Autonomia in distanza (miglia nautiche)

Formula:

Autonomia (MN) = Autonomia (ore) × Velocità (nodi)

📌 Esempio

• Autonomia: 8 ore

• Velocità: 12 nodi

➡️ Autonomia = 96 miglia nautiche

⚠️ Il concetto chiave: carburante utilizzabile ≠ carburante totale

Non tutto il carburante a bordo va considerato “utilizzabile”.

🔒 Riserva di sicurezza

In navigazione si deve sempre prevedere una riserva di carburante, per:

• mare contrario

• deviazioni di rotta

• correnti

• attese in porto

• emergenze

📘 In ambito didattico e d’esame si usa spesso la regola del 30%:

• 70% → andata

• 30% → ritorno / emergenza

👉 Quindi:

Carburante utilizzabile = carburante totale − riserva

🌊 Fattori che influenzano l’autonomia reale

Anche a parità di carburante, l’autonomia non è mai fissa.

📉 Fattori che la riducono

• mare formato

• vento contrario

• sovraccarico

• carena sporca

• andatura non ottimale

• motore poco efficiente

📈 Fattori che la aumentano

• mare calmo

• andatura di crociera economica

• assetto corretto

• manutenzione efficiente

🧠 Autonomia e pianificazione della navigazione

Prima di partire bisogna sempre:

1. conoscere il consumo medio reale

2. calcolare l’autonomia con riserva

3. confrontarla con la distanza prevista

4. verificare porti alternativi

👉 Se la distanza prevista è vicina al limite di autonomia, la navigazione non è sicura.

📊 Esempio completo

• Carburante totale: 120 L

• Riserva (30%): 36 L

• Carburante utilizzabile: 84 L

• Consumo: 12 L/h

• Velocità: 15 nodi

Autonomia in ore = 84 / 12 = 7 ore
Autonomia in miglia = 7 × 15 = 105 MN

🧭 In sintesi

• L’autonomia è il rapporto tra carburante disponibile e consumo

• Va sempre calcolata con una riserva

• Dipende da velocità, mare e assetto

• È un concetto fondamentale per la sicurezza della navigazione

• Guarda anche: caratteristiche e parti del motore, su Nauticando.it