1. Introduzione
Le valvole sono elementi fondamentali a bordo di una nave, dal cui corretto funzionamento dipende l’integrità della piattaforma e dei suoi sistemi fondamentali di gestione e abitabilità, come quelli di zavorra, svuotamento, antincendio, carburante o ventilazione, tra gli altri.
Tra gli altri fattori, la crescente automazione dei processi a bordo, la riduzione dei costi delle apparecchiature elettroniche e la comparsa di prodotti specifici per il settore hanno fatto sì che la percentuale di valvole motorizzate sia aumentata notevolmente negli ultimi decenni.
Di conseguenza, la responsabilità dei sistemi di valvole motorizzate è sempre maggiore, i contratti relativi sono sempre più consistenti e la complessità dell’integrazione è aumentata notevolmente. Tutto ciò ha portato, negli ultimi anni, a un cambiamento nella metodologia di gestione di queste apparecchiature durante il processo di costruzione di una nave.
In generale, le valvole motorizzate non venivano considerate come un pacchetto a sé stante, ma i componenti venivano acquistati separatamente dal cantiere, che si occupava poi della progettazione, dell’integrazione e della successiva messa in funzione. Il processo di integrazione era semplice e di portata limitata, vista la scarsa quantità di apparecchiature e le poche informazioni fornite da ciascuna di esse. I fornitori delle apparecchiature erano poco coinvolti nel processo di costruzione, non avendo una responsabilità chiara sul funzionamento coordinato delle loro apparecchiature.
Oggi il sistema di valvole motorizzate viene generalmente considerato un elemento fondamentale nei processi di progettazione e acquisto dei componenti della nave. La sua progettazione inizia presto, di solito nella fase di ingegneria funzionale, e il processo di acquisto parte spesso nelle prime fasi della costruzione. Di solito il fornitore di questo sistema viene coinvolto fin dalle prime fasi di progettazione (in misura maggiore o minore, a seconda della complessità della nave), e la sua presenza è costante dall’inizio alla fine della costruzione, essendo di solito responsabile della messa in funzione delle apparecchiature.
Questo sistema richiede che le aziende fornitrici di queste attrezzature siano in grado di gestire progetti di media complessità, dispongano di una competenza tecnica sufficiente per partecipare alle diverse fasi di progettazione e produzione e, in generale, facciano un passo avanti nella fornitura di servizi al cantiere navale.
2. Componenti di un sistema di valvole motorizzate
Un sistema di valvole motorizzate è composto, in genere, da:
- Valvole
- Attuatori per valvole
- Sistema di monitoraggio e controllo
Valvole
All’inizio, le valvole che si è iniziato a motorizzare erano quelle per servizi critici, come le prese d’acqua dal mare o i collettori antincendio, e che di solito erano valvole a globo o a saracinesca con sedi metalliche, che risultano costose da motorizzare e sono relativamente grandi.
Attualmente, la maggior parte delle valvole motorizzate su una nave sono del tipo a farfalla con tenuta a elastomero avvolgente, grazie al loro basso costo, alla facilità d’uso e alle buone prestazioni nella maggior parte dei casi. Sono anche le più diffuse tra le valvole manuali della nave, il che fa sì che, nella maggior parte dei casi, il cantiere cerchi di standardizzare i fornitori sia per quelle manuali che per quelle motorizzate.
L’attenzione sempre maggiore che i cantieri navali dedicano alla sostenibilità e al ciclo di vita delle navi rende la standardizzazione e la comunanza dei componenti e dei produttori fondamentali nel processo di acquisto.
Attuatori
Visto che l’automazione delle valvole nel settore navale non è così diffusa come in altri settori (come quello petrolifero e del gas, chimico o petrolchimico, dove una gran parte delle valvole è motorizzata), fino a poco tempo fa non c’era una grande varietà di attuatori sul mercato pensati proprio per l’uso sulle navi o in ambienti marini.
Di fronte a questa situazione, la tendenza è stata quella di utilizzare attuatori progettati per altre applicazioni e adattarli all’uso a bordo, il che ha portato a due percorsi distinti, ben distanti l’uno dall’altro e con una via di mezzo difficile da trovare: da un lato, l’uso di attuatori di grandi dimensioni e peso elevato dove i requisiti sono più elevati, con funzionalità a volte sovradimensionate e costi generalmente alti; dall’altro, l’uso di attuatori con prestazioni ridotte, scarsa robustezza e costi molto bassi, non progettati per resistere all’aggressività dell’ambiente marino.
Di fronte a questa crescente esigenza, negli ultimi anni si è registrato un notevole aumento del numero di produttori di attuatori che hanno sviluppato linee di prodotti specifiche per il settore navale. Questi modelli sono solitamente di dimensioni ridotte, con funzionalità di controllo specifiche pensate per le navi, e con un costo generalmente adeguato alle prestazioni richieste da ogni progetto. Ci sono persino produttori con gamme specifiche pensate per le navi militari, dotate di certificazioni particolari relative alle norme su urti, vibrazioni o compatibilità elettromagnetica.
Sistema di monitoraggio e controllo
Per quanto riguarda il monitoraggio e il controllo remoto di queste valvole, ci sono diversi fattori che contribuiscono a far crescere l’uso di apparecchiature dedicate esclusivamente a questo compito, trasformando i sistemi di valvole motorizzate in sottosistemi dell’IAS stesso, ovvero il sistema di integrazione e automazione della nave.
All’inizio, le valvole motorizzate venivano integrate direttamente nell’IAS della nave tramite comandi progettati dal cantiere stesso oppure inserite nei sistemi di controllo di altre apparecchiature (come i quadri di avviamento delle pompe, ecc.). Il trattamento era simile a quello di qualsiasi altro elemento di strumentazione della nave, senza alcuna distinzione specifica. Il numero di segnali da gestire era ridotto e i comandi piuttosto rudimentali (di solito logiche elettriche tramite relè, ecc.).
Da un lato, l’aumento del numero di valvole motorizzate a bordo comporta direttamente un aumento costante della quantità di informazioni da integrare. Allo stesso tempo, l’evoluzione dell’elettronica degli attuatori fa sì che questi siano sempre più in grado di fornire una maggiore quantità di informazioni, sia operative che diagnostiche. Questo si traduce in una maggiore quantità di dati per l’utente, aumentando notevolmente il numero di segnali che vengono integrati nei sistemi di controllo della piattaforma della nave. Un sistema di valvole motorizzate elettriche su una nave può comportare l’integrazione di fino a 20.000 segnali nell’IAS. Una tale quantità di segnali rende necessaria l’installazione di un sottosistema di integrazione, che faciliti l’inserimento di tutti i dati nell’IAS.
Un altro aspetto da tenere presente è che, negli ultimi anni, la normativa marittima si è evoluta, imponendo una maggiore sofisticazione nel controllo di alcune apparecchiature e sistemi a bordo. Tra i sistemi interessati ci sono quelli di zavorramento e di svuotamento, in cui le valvole motorizzate sono fondamentali. Ne sono un esempio le norme SOLAS II-2 21, II-2 22, II-2 23 e II-1 8, inserite nella Circolare MSC.1/Circ.1369 (22 giugno 2010) e indicate collettivamente come «Norme Safe Return to Port (SRtP)». Queste norme si applicano alle navi passeggeri costruite a partire dal 1° luglio 2010 e che abbiano una lunghezza minima di 120 m e 3 livelli verticali, e stabiliscono che alcuni sistemi fondamentali per la navigabilità e la stabilità della nave debbano rimanere operativi dopo un incendio o un allagamento, con l’obiettivo di garantire un ritorno sicuro in porto con i mezzi propri. Le società di classificazione hanno pubblicato le loro linee guida per l’adeguamento e l’attuazione di questa normativa, come ad esempio la DNVGL-CG-0004 della DNV-GL o la NR 598 DT R01 E di Bureau Veritas. Queste norme sottolineano la necessità di un doppio controllo delle valvole motorizzate, il che indica chiaramente che servono sistemi di controllo piuttosto sofisticati.
Allo stesso tempo, e per ragioni ben note, si pone sempre più l’accento sulla sicurezza informatica delle apparecchiature di bordo, in modo da ridurre al minimo i rischi di compromettere la sicurezza della nave a causa di un attacco informatico ai sistemi di gestione. Questo emerge chiaramente dalle circolari dell’IMO come la MSC.1/Circ.1526 (1° giugno 2016) o la MSC-FAL.1/Circ.3/Rev.1 (14 giugno 2021), oltre che dalle varie raccomandazioni e adeguamenti proposti dalle società di classificazione. Visto che le valvole motorizzate gestiscono servizi fondamentali per la sopravvivenza della nave, i sistemi di automazione che le controllano devono includere meccanismi di sicurezza che limitino al massimo queste minacce.
Visto che l’IAS è un bersaglio ovvio per qualsiasi potenziale attacco informatico, una strategia sempre più diffusa è, ancora una volta, la segmentazione in sottosistemi. In questo modo, di fronte a un possibile attacco informatico su larga scala che disabiliti o limiti il controllo da questo sistema, è possibile isolare i sottosistemi integri e gestirli in modo indipendente. Questo aspetto favorisce anche l’uso di sistemi di controllo dedicati alle valvole motorizzate.
Alla luce di tutto ciò, emerge la necessità di un sistema di controllo delle valvole più complesso, sofisticato, robusto e sicuro, il che ha portato alla nascita di soluzioni commerciali specifiche per il settore navale, cosa che prima non era molto comune.
3. Il futuro a breve termine dei sistemi di valvole motorizzate
I livelli di automazione delle navi sono sempre più alti, al punto che ci sono persino progetti per lo sviluppo di navi completamente autonome (l’IMO ha persino pubblicato delle linee guida preliminari sui test di queste navi, tra l’altro nella pubblicazione MSC.1/Circ.1604 del 14 giugno 2019). Si prevede quindi che anche il livello di automazione delle valvole continui ad aumentare gradualmente, a un ritmo simile a quello degli ultimi anni. Le stesse società di classificazione stanno ampliando e rivedendo i requisiti relativi alle valvole motorizzate, agli attuatori di vario tipo (ci sono ancora divergenze tra le SSCC sui requisiti specifici da applicare agli attuatori elettrici, per esempio) e ai sistemi di controllo associati.
L’introduzione di nuove tecnologie (come il gemello digitale o la produzione additiva) e di nuovi requisiti, soprattutto in materia di sicurezza (compresa la sicurezza informatica dei sistemi), avrà un ruolo importante nella costruzione navale e, di conseguenza, in questi sistemi.
In questo contesto, assumono particolare importanza aziende come la nostra, Fernández Jove, in grado di offrire soluzioni end-to-end, integrando (o addirittura producendo) i diversi componenti che costituiscono un sistema di valvole motorizzate.
