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Ruote a pale
L'organo di propulsione delle prime navi a vapore

Articolo pubblicato dal trimestrale di scienza e tecnica n. 19 - Settembre 2010
L'HOBBY DELLA SCIENZA E DELLA TECNICA
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Prendo spunto, questa volta, da una mia realizzazione: la costruzione del modello del piroscafo a ruote Piemonte, tuttora in servizio sul Lago Maggiore. Del battello ve ne parlerò quando sarà finito. Adesso è pronto per le prove in acqua ma è ancora privo dell’arredamento interno.
Nel modellismo è facile trovare navi a vela o con propulsione a elica. Più rari sono i battelli a ruote, soprattutto naviganti. La costruzione della ruota a pale presenta, infatti, alcune difficoltà. In questo breve articolo vi racconto come ho fatto a costruire quelle che servivano al mio caso.
Il mio battello, in scala 1:50, ha un dislocamento molto limitato e i pesi devono essere ridotti al minimo. Inoltre le pale, per funzionare bene, devono “lavorare” in acqua mantenendo, il più possibile, una posizione verticale. Questo movimento si ottiene collegando il braccio, di cui è munita ciascuna pala, ad un sistema eccentrico rispetto all’asse motore.
Breve storia della ruota a pale
Sembra che già gli antichi romani, e successivamente i cinesi, abbiamo fatto dei tentativi con delle ruote a pale mosse da schiavi, ma alla fine convennero sulla migliore efficacia del remo. Lo stesso Leonardo Da Vinci ipotizzò un battello con ruote a pedali (Fig. 1). Fu solo verso la fine del XVIII Secolo, quando si rese disponibile un sistema di propulsione a vapore abbastanza efficiente, che furono compiuti i primi tentativi di propulsione navale con l’impiego di ruote a pale. Il primo risultato soddisfacente fu ottenuto dal battello di 17 metri Charlotte Dundas che, con una macchina a vapore da 12 HP e una sola ruota a poppa, riuscì a rimorchiare delle chiatte lungo un canale americano.
I primi successi commerciali furono conseguiti dai battelli di Fulton, il Clermont ed il Phoenix, mossi entrambi da due ruote laterali, che effettuarono anch’essi servizio negli Stati Uniti.
Anche in Europa cominciò a diffondersi questo sistema di propulsione ma i battelli erano sempre di dimensioni ridotte e destinati a navigazioni fluviali o costiere. Solo nel 1819 la nave americana Savannah, comunque dotata di un’attrezzatura velica completa, attraversò l’Atlantico usando la macchina a vapore solo per alcune ore. Negli anni successivi furono costruite navi più grandi e veloci in grado di effettuare lunghi viaggi. Ma le ruote a pale erano pesanti, ingombranti e vulnerabili. Furono quindi soppiantate dall’elica, anche se la cosa non fu priva di contrasti. La decisione definitiva fu assunta nel 1845 quando due fregate, praticamente identiche e provviste di due macchine da 220 HP, la Rattler e l’Alecto, furono dotate rispettivamente di elica e di due ruote a pale. In una prima prova la Rattler si dimostrò nettamente più veloce. Nella seconda prova, con le navi collegate da poppa a poppa impegnate in una sorta di tiro alla fune, la Rattler riuscì a trascinare l’Alecto fino a raggiungere la velocità di 2,7 nodi.

Qualche nota tecnica
Le prime ruote erano a pale fisse. Successivamente, per migliorarne il rendimento, furono costruite ruote a pale oscillanti in grado di orientarsi grazie ad un sistema eccentrico. Ma queste erano più pesanti e costose e quindi non sempre preferite. Le ruote venivano raramente sistemate a poppa dove risentivano del beccheggio. Quelle sistemate ai lati della nave erano disturbate dal rollio e, sulle navi da carico, risentivano delle variazioni di immersione. Comunque le ruote laterali furono sempre preferite per le navi d’altura. La figura 2 mostra una ruota a pale con cerchio di protezione esterno.

Costruzione delle ruote per il modello del piroscafo Piemonte.
Innanzi tutto, grazie alla disponibilità dell’Ufficio Tecnico della Navigazione Lago Maggiore, mi sono studiato bene il piroscafo, la sala macchine e, naturalmente, le ruote a pale che ho potuto fotografare dall’interno dei cofani.
Poi ho fatto un disegno costruttivo, tenendo conto delle esigenze “modellistiche”, che ho stampato su un foglio di carta adesiva (io uso le etichette A4 che si comprano in cartoleria).
Ho incollato il disegno su un foglio di lamierino di ottone dello spessore di 0,5 mm. Per essere sicuro che i due fianchi della ruota risultassero perfettamente uguali ho unito, con del biadesivo, due pezzi di lamiera che ho ritagliato contemporaneamente.
Ho ripetuto l’operazione due volte in modo da ottenere due coppie di fianchi.
Questi devono essere saldati su un tubetto di ottone che, a sua volta, verrà fissato all’albero motore.
Per mantenere i pezzi da assemblare nella posizione ho costruito un supporto in legno sul quale effettuare il montaggio dei vari pezzi.
Poi ho messo dei distanziatori provvisori in legno, che ho fissato con nastro biadesivo, in modo da bloccare i fianchi e ho inserito anche i fili di ottone che diventeranno gli assi intorno ai quali si articoleranno le pale.
Io ho saldato tutto a stagno, anche se, per chi è più attrezzato, sono consigliabili leghe eutettiche più resistenti.
Come ho detto all’inizio dovevo ridurre al minimo i pesi. Perciò ho usato ottone per le parti che dovevano essere saldate e alluminio, anche questo da 0,5 mm, per le pale. Le pale non sono altro che rettangoli di alluminio tagliati e leggermente curvati. Per collegarle alla struttura ho costruito una serie di braccetti ai quali ho applicato, per saldatura previa costruzione di un appoggio adeguato, una piccola suola di lamierino di ottone molto fine. I braccetti, tramite la suola, sono stati incollati alle pale.
A fianco le due ruote montate e già pitturate con una mano di fondo. Sullo sfondo il Piroscafo Piemonte pronto a riceverle.
La figura a sinistra mostra il sistema di tiranti che regolano l’inclinazione delle pale.
Sono tutti articolati meno uno, che è fisso, e che è quello che trasmette il moto a questa struttura ausiliaria.

La figura a destra mostra la ruota completa e montata.
La ruota è calettata all’asse motore.
I tiranti sono sostenuti da un apposito supporto montato, in posizione eccentrica rispetto all’asse, sotto il cofano della ruota.
Installazione a bordo.
Ogni modellista sceglierà, in base alle sue esigenze e alla sua esperienza, il sistema di azionamento delle ruote a pale. Io ho usato due piccoli motori elettrici i cui pignoni, ingranati fra loro, trasmettono il moto ad una serie di ingranaggi riduttori, le ruote, infatti, devono girare piuttosto lentamente.
I motori sono montati sul fondo dello scafo in modo da contribuire ad abbassare il baricentro del battello.
Un asse trasversale collega le due ruote. La sua fuoriuscita dallo scafo al di sopra della linea di galleggiamento non pone problemi di entrata di acqua, anche se è opportuno utilizzare delle boccole flangiate fissate allo scafo. Un pezzetto di tubo per ogni lato, capace di scorrere lungo l’asse e bloccabile con coppiglie, consente di fissare le ruote all’asse oppure liberarle per smontarle.
I motori elettrici, alimentati da batterie ricaricabili, sono governati dal radiocomando attraverso un regolatore di velocità.