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6 marzo 2025

Il vapore è una fonte di energia fondamentale a bordo delle navi da crociera, in quanto svolge numerose funzioni che contribuiscono sia all’efficienza operativa che al comfort dei passeggeri.

Viene utilizzato per il riscaldamento, la produzione di acqua calda, il trattamento del carburante, la generazione di acqua dolce, la lavanderia, le operazioni di cucina e la gestione dei rifiuti. Grazie alla sua elevata capacità di trasporto dell’energia e alle proprietà di trasferimento del calore, il vapore rappresenta il mezzo più efficace per soddisfare le esigenze termiche di bordo.

Una caratteristica chiave del vapore è la capacità di immagazzinare e trasferire grandi quantità di calore attraverso il calore latente di vaporizzazione. A differenza dell’acqua calda, che perde calore gradualmente mentre si raffredda, il vapore rilascia una notevole quantità di energia durante la condensazione, rendendolo una fonte di calore efficiente e uniforme. Inoltre, può essere distribuito tramite sistemi di tubazioni isolate con perdite minime, consentendo un riscaldamento efficace in tutta la nave.

Il metodo di produzione del vapore varia a seconda che la nave si trovi in navigazione o in porto. Durante la navigazione, il calore di scarto dei motori diesel principali viene utilizzato per generare vapore tramite i generatori di gas di scarico (EGB), garantendo un’elevata efficienza energetica. In porto, invece, quando i motori principali sono spenti o funzionano a carichi ridotti, il vapore deve essere prodotto attraverso caldaie ausiliarie alimentate a combustibile. Entrambi i sistemi presentano vantaggi e considerazioni operative specifiche, che verranno analizzati nel dettaglio.

Cos’è il vapore e perché è un potente vettore di energia?

Il vapore è la fase gassosa dell’acqua, che si forma quando l’acqua liquida viene riscaldata oltre il suo punto di ebollizione. La ragione principale per cui il vapore è un vettore di energia così efficace risiede nel suo calore latente di vaporizzazione, ovvero l’ingente quantità di energia assorbita durante il passaggio di fase da liquido a gas. Questo rende il vapore un mezzo estremamente efficiente per il trasferimento di calore, poiché è in grado di trasportare una grande quantità di energia termica in un volume relativamente ridotto.

Dal punto di vista termodinamico, il vapore possiede due componenti energetiche fondamentali:

– Calore sensibile (entalpia specifica dell’acqua): è l’energia necessaria per aumentare la temperatura dell’acqua fino al punto di ebollizione.
– Calore latente di vaporizzazione: è l’energia assorbita durante la transizione di fase senza variazione di temperatura, che consente al vapore di immagazzinare e trasportare una notevole quantità di energia termica.

Ad esempio, riscaldare l’acqua da 0°C a 100°C richiede circa 419 kJ/kg. Tuttavia, per convertirla in vapore a 100°C è necessaria un’ulteriore energia pari a 2.257 kJ/kg, ovvero oltre cinque volte quella richiesta per il semplice riscaldamento dell’acqua. Quando il vapore si condensa nuovamente in liquido, rilascia questo calore latente accumulato, rendendolo un eccellente mezzo per il trasferimento di calore nei sistemi di bordo delle navi.

Perché le navi utilizzano il vapore anziché altri mezzi di trasferimento del calore

Rispetto all’acqua calda o agli oli termici, il vapore offre diversi vantaggi, tra cui:

– Maggiore densità energetica: Il vapore trasporta più energia per unità di massa rispetto all’acqua calda, riducendo il volume necessario per la distribuzione del calore.

– Sistema auto-pressurizzante: Il vapore si muove naturalmente attraverso il sistema di tubazioni grazie alle differenze di pressione, eliminando la necessità di pompe in molte applicazioni.

– Riscaldamento uniforme: Il vapore condensa a una temperatura costante, garantendo una distribuzione uniforme del calore, a differenza dell’acqua calda, che si raffredda gradualmente.

– Riutilizzabilità: Il vapore condensato (condensa) può essere raccolto, riscaldato nuovamente e riutilizzato, rendendolo una fonte di calore sostenibile. Recuperando e riutilizzando la condensa, le navi migliorano l’efficienza del consumo di carburante, conservano l’acqua dolce e riducono gli sprechi energetici. La condensa viene raccolta dai sistemi che utilizzano il vapore e reimmessa nel circuito di alimentazione delle caldaie. Essendo già purificata e preriscaldata, la condensa riduce lo shock termico alle caldaie e previene la formazione di incrostazioni causate dai depositi minerali. Un efficiente recupero della condensa abbassa i costi operativi, migliora la sostenibilità e garantisce una continua disponibilità di vapore per i sistemi di bordo.

Produttori di vapore su una nave da crociera

A bordo di una nave da crociera, il vapore viene principalmente generato attraverso due sistemi principali:

– Caldaie ausiliarie a combustibile – Queste producono vapore bruciando carburante marino, principalmente quando la nave è in porto.
– Caldaie a gas di scarico (EGB) – Queste utilizzano il calore di scarto dei motori principali mentre la nave è in mare.

Caldaie ausiliarie a combustibile – Produzione di vapore in porto

Quando una nave da crociera è ormeggiata in porto, i suoi motori principali funzionano a carichi bassi o sono spenti, il che significa che le caldaie a gas di scarico non possono generare vapore sufficiente. Invece, le caldaie ausiliarie a combustibile producono vapore bruciando gasolio marino (MGO) o olio combustibile a basso tenore di zolfo (LSFO), che rispettano le normative sulle emissioni del porto.

Il processo funziona come segue:

– Il carburante viene bruciato in una camera di combustione, riscaldando l’acqua all’interno dei tubi della caldaia.
– Il calore trasforma l’acqua in vapore, raggiungendo temperature di 170–190°C a una pressione di 7–10 bar.
– Il vapore viene distribuito ai vari sistemi a bordo.
– Il vapore utilizzato si condensa in acqua e viene restituito alla caldaia per il riutilizzo.

Queste unità forniscono una fornitura continua e controllabile di vapore, ma richiedono un consumo aggiuntivo di carburante, aumentando i costi operativi. Le normative ambientali in alcuni porti limitano le emissioni, talvolta richiedendo alle navi di fare affidamento sull’alimentazione elettrica da terra. Tuttavia, poiché l’elettricità da terra non fornisce vapore, le caldaie ausiliarie rimangono spesso necessarie.

Caldaie a gas di scarico (EGB) – Produzione di vapore in mare

Quando la nave è in navigazione, le caldaie a gas di scarico recuperano il calore di scarto dai motori di propulsione della nave, rendendo la produzione di vapore energeticamente efficiente. I gas di scarico di questi grandi motori diesel raggiungono temperature comprese tra 300°C e 450°C, e invece di essere espulsi direttamente nell’atmosfera, questo calore viene catturato e utilizzato per trasformare l’acqua in vapore.

Il processo funziona come segue:

– I gas di scarico caldi provenienti dai motori principali della nave scorrono attraverso una serie di tubi riempiti d’acqua all’interno della caldaia.
– Il calore viene trasferito all’acqua, trasformandola in vapore saturo a circa 7–10 bar (170–185°C).
– I gas di scarico raffreddati vengono quindi rilasciati attraverso la fumaiola.
– Il vapore generato viene distribuito ai vari sistemi, inclusi riscaldamento, trattamento carburante ed evaporatori.
Poiché questo metodo si basa sui gas di scarico dei motori, la quantità di vapore prodotto dipende dal carico del motore. Se la nave sta navigando a velocità più basse o manovrando, la temperatura dei gas di scarico potrebbe non essere sufficiente per una produzione di vapore completa, richiedendo caldaie ausiliarie a combustibile supplementari.

Consumatori di vapore su una nave da crociera

Il vapore viene distribuito su tutta la nave a vari consumatori, tra cui:

– Sistemi di riscaldamento – Riscaldamento di cabine, corridoi e spazi pubblici.
– Produzione di acqua calda – Il vapore riscalda l’acqua dolce per docce, lavandini e cucine.
– Riscaldamento carburante – Il combustibile pesante (HFO) deve essere preriscaldato per ridurre la viscosità.
– Evaporatori – L’acqua di mare viene trasformata in acqua dolce per bere e lavare.
– Operazioni di lavanderia – Lavatrici industriali, asciugatrici e attrezzature per la stiratura.
– Cucina e preparazione cibi – Cottura, lavaggio piatti e sterilizzazione.
– Gestione dei rifiuti – Sterilizzazione dei rifiuti pericolosi e riduzione del volume.

Ogni consumatore richiede vapore a temperature e pressioni specifiche, a seconda della sua funzione operativa. Le navi utilizzano diverse pressioni di vapore per applicazioni varie, poiché la pressione determina la temperatura e il contenuto energetico del vapore. Il vapore ad alta pressione contiene più energia, ma richiede anche tubazioni più resistenti e misure di sicurezza. Il sistema di distribuzione del vapore è progettato con più livelli di pressione per ottimizzare l’efficienza e la sicurezza.

– Vapore ad alta pressione (7–10 bar, 170–190°C): Utilizzato per applicazioni ad alta energia come il riscaldamento del carburante, evaporatori ad alta capacità e operazioni di lavanderia pesante.

– Vapore a media pressione (4–6 bar, 140–160°C): Utilizzato per riscaldamento generale, produzione di acqua calda e forni a vapore in cucina.

– Vapore a bassa pressione (1–3 bar, 100–130°C): Utilizzato per umidificazione dell’aria, riscaldamento a bassa temperatura e applicazioni di lavanderia delicate.

– Vapore nei sistemi di riscaldamento

Le navi da crociera devono mantenere un clima confortevole per passeggeri ed equipaggio, specialmente quando navigano in regioni più fredde. Il vapore viene utilizzato in bobine di riscaldamento, unità di riscaldamento a ventola e scambiatori di calore per trasferire il calore nel sistema di ventilazione della nave.

– Bobine di riscaldamento e unità di riscaldamento a ventola: Il vapore a 6–8 bar (160–175°C) passa attraverso le bobine di riscaldamento, riscaldando l’aria che viene poi circolata nel sistema di ventilazione della nave.
– Riscaldamento dei ponti e delle finestre: Per evitare la condensazione o il congelamento nei climi più freddi, tubi riscaldati posizionati sotto i ponti esterni e intorno alle finestre mantengono le temperature sopra il punto di congelamento.
– Vapore nella produzione di acqua calda

Il vapore viene utilizzato per riscaldare l’acqua dolce per docce, lavandini e uso cucina tramite scambiatori di calore per acqua calda, con il seguente processo:

– Il vapore a 4–6 bar (140–160°C) entra in uno scambiatore di calore.
– L’acqua fredda assorbe il calore, raggiungendo una temperatura finale di 60–70°C.
– L’acqua calda viene immagazzinata in serbatoi isolati prima della distribuzione.
– Vapore nel riscaldamento del carburante

L’olio combustibile pesante (HFO) è altamente viscoso a temperature ambientali e deve essere riscaldato a 120–140°C prima di essere utilizzato nei motori. Per fare ciò, il vapore a 6–8 bar (160–175°C) viene fatto circolare attraverso gli scambiatori di calore nei serbatoi e nelle tubazioni del carburante. In questo modo, il carburante riscaldato raggiunge la viscosità corretta per una corretta atomizzazione e combustione nei motori diesel.

– Vapore negli evaporatori (produzione di acqua dolce)

Le navi da crociera possono produrre la propria acqua dolce utilizzando evaporatori, che utilizzano il vapore per rimuovere il sale dall’acqua di mare. Questo processo avviene solo quando la nave è in mare e la maggior parte del vapore utilizzato in questa condizione proviene dalle caldaie a gas di scarico. Il processo consiste nell’utilizzare vapore a 5–6 bar (150–160°C) per riscaldare l’acqua di mare all’interno di una camera a vuoto. Il vuoto abbassa il punto di ebollizione a 40–60°C, consentendo all’acqua di evaporare in modo efficiente, quindi il vapore viene condensato in acqua dolce, lasciando il sale. L’acqua dolce condensata viene immagazzinata per bere, cucinare e lavare.

– Vapore nelle operazioni di lavanderia

Il servizio di lavanderia di una nave da crociera elabora quotidianamente migliaia di lenzuola, asciugamani e divise. Una lavanderia marittima standard include:

– Lavatrice industriale: Il vapore a 4–5 bar (130–150°C) riscalda l’acqua a 90°C per una pulizia efficace.
– Asciugatrici a vapore: Il vapore a 6–8 bar (160–175°C) asciuga i tessuti più velocemente e in modo più uniforme rispetto alle asciugatrici elettriche.
– Attrezzature per stiratura a vapore: Il vapore a 4–5 bar (130–150°C) rimuove le pieghe e sanifica i tessuti.
– Vapore nella cucina (galley della nave)

La cucina di una nave da crociera può operare 24 ore su 24, 7 giorni su 7, per servire migliaia di passeggeri ed equipaggio. Una cucina marittima standard include:

– Forni a vapore: Il vapore a 4–5 bar (130–150°C) fornisce una distribuzione uniforme del calore per la cottura su larga scala.
– Attrezzature per il lavaggio dei piatti: Il vapore a 5–6 bar (140–160°C) assicura la sanitizzazione ad alta temperatura delle posate.
– Pentole a vapore: Il vapore a 6 bar (160°C) viene utilizzato per cucinare zuppe, salse e stufati in modo efficiente.
– Vapore nella gestione dei rifiuti

Le navi da crociera producono rifiuti significativi, tra cui avanzi di cibo, imballaggi e rifiuti biologici. Il vapore viene utilizzato in:

– Sterilizzazione dei rifiuti pericolosi: Il vapore a 6–8 bar (160–175°C) sterilizza i rifiuti medici e organici.
– Compattazione e essiccazione: Il vapore riduce il contenuto di umidità, minimizzando il volume dei rifiuti prima dello smaltimento.

Conclusione

Il vapore è una componente essenziale delle operazioni delle navi da crociera, svolgendo una vasta gamma di funzioni critiche. In mare, le caldaie a gas di scarico producono vapore in modo efficiente recuperando il calore residuo, mentre in porto, le caldaie a combustibile generano vapore quando i motori non sono in funzione. I consumatori di vapore, come i sistemi di riscaldamento, gli evaporatori, le strutture di lavanderia, le cucine e i sistemi di gestione dei rifiuti, dipendono da temperature e pressioni del vapore attentamente controllate.

Mentre le navi da crociera continuano a evolversi verso una maggiore efficienza energetica, i progressi nel recupero del calore residuo, nei carburanti alternativi e nelle normative ambientali giocheranno un ruolo chiave nell’ottimizzare la produzione e l’utilizzo del vapore. Comprendere la complessa relazione tra produttori e consumatori di vapore è fondamentale per mantenere operazioni marittime fluide ed efficienti.

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Luca Paglia

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