Impianto di pressurizzazione e condizionamento

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1 IMPIANTI E SISTEMI Disense del orso, versione 2014 Caitolo 9 Imianto di ressurizzazione e ondizionamento Caitolo 9 Imianto di ressurizzazione e ondizionamento Queste disense ossono essere liberamente sariate dal sito internet del Politenio di Milano. La vendita è vietata. 9.1

2 IMPIANTI E SISTEMI Disense del orso, versione 2014 Caitolo 9 Imianto di ressurizzazione e ondizionamento 9.1 Introduzione L imianto di ressurizzazione e ondizionamento ha il omito di mantenere ondizioni ambientali onfortevoli a bordo durante tutte le fasi del volo, in termini di ressione, temeratura, umidità e omosizione himia dell aria. Al salire in quota, la ressione e la temeratura dell'aria deresono on leggi he, mediamente, ossono essere raresentate attraverso le iotesi dell'aria tio internazionale. Il oro umano uò resistere a variazioni di ressione e temeratura iuttosto modeste e siuramente molto inferiori a quelle he si determinano alle usuali quote oerative dei velivoli. La ressione è imortante sia er quanto riguarda la resirazione sia er gli effetti meanii sul oro; la temeratura determina effetti di malessere er ioli sostamenti ed effetti letali er grossi sostamenti. Se disonibile, l imianto viene alimentato da quello neumatio, altrimenti la ressurizzazione viene ottenuta on un omressore dediato e il ontrollo della temeratura on risaldatori e ondizionatori. L imianto di ressurizzazione e quello di ondizionamento sono fortemente integrati erhé usano la stessa aria er ademiere alle due funzioni, ossono erò essere ritenuti del tutto indiendenti erhé indiendenti sono i riteri e gli organi er la loro regolazione. 9.2 Condizioni di benessere La resirazione è un roesso fisiologio vitale he onsente al oro umano di assumere ossigeno e restituire anidride arbonia; questo sambio avviene er osmosi negli alveoli olmonari e le quantità sambiate diendono dalle ondizioni di ressione e di onentrazione dell ossigeno e dell anidride arbonia. Se l aorto di ossigeno ai tessuti sende sotto un erto limite, si verifia un iossia, he si manifesta anzitutto on debolezza e sarsa aaità di onentrazione, ossibile erdita di onosenza e, se molto rolungata, danni fisiologii irreversibili. Pressioni estremamente basse roduono anhe roblemi di tio meanio er le differenze di ressione fra l interno del oro umano e l esterno. Per le quote di interesse aeronautio si uò ritenere he la omosizione himia dell aria sia ostante on 21% di ossigeno, 78% di azoto e 1% di gas vari, fra ui 0.03% di anidride arbonia. E da notare he er la resirazione quello he onta rinialmente è la ressione arziale dell'ossigeno, indiendentemente dalla ressione totale della misela fluida nella quale si trova l'ossigeno. Il limite inferiore di ressione arziale dell'ossigeno neessaria er le attività fisihe e sihihe è variabile da individuo ad individuo; mediamente si uò ritenere he una ressione di 80 mmhg agli alveoli sia suffiiente. Dato he mediamente la erentuale di ossigeno nell'atmosfera è ira del 20% (ed è ratiamente ostante er tutte le quote oerative attuali), risulta neessaria una ressione totale di 400 mmhg, orrisondente in aria tio ad una quota di ~15000 ft (~4500m); a ft il rishio di erdita di onosenza è elevato. Per oter assiurare una orretta attività a quote iù elevate oorre ristabilire un orretto valore della ressione arziale dell'ossigeno, e questo è ossibile er due vie: 1. aumentando la ressione totale dell'aria a ari erentuale di ossigeno; 2. aumentando la erentuale di ossigeno nell'aria a ari ressione. Queste disense ossono essere liberamente sariate dal sito internet del Politenio di Milano. La vendita è vietata. 9.2

3 IMPIANTI E SISTEMI Disense del orso, versione 2014 Caitolo 9 Imianto di ressurizzazione e ondizionamento Un aumento della ressione nell'interno della fusoliera risetto alla ressione esterna è il metodo iù utilizzato, er gli ovvi vantaggi ratii e siologii er i asseggeri e er l estrema eriolosità dell aumentare la erentuale di ossigeno in abina; un alto tenore di ossigeno favorise infatti la roagazione di un eventuale inendio. La ondizione di benessere mantenuta in abina è, er velivoli da trasorto asseggeri, entro la quota equivalente di 8000 ft (~2400m), on variazioni in salita entro i 500 ft/min ed in disesa entro i 250 ft/min. Eessivi gradienti di ressione ossono ausare danni dovuti alla lentezza della omensazione fisiologia, essenzialmente nel ristabilire il valore di ressione nell orehio interno. Per assiurare la resirazione è omunque neessario un ontinuo aorto di aria er omensare il onsumo di ossigeno da arte dei asseggeri. La neessità di aria er ersona senza forte attività fisia è mediamente di 0.25 kg/min, anhe se normalmente vengono forniti valori maggiori, anhe doi. Le ondizioni di benessere legate alla temeratura ed all umidità sono invee iù diffiilmente definibili, trattandosi di sensazioni estremamente variabili da individuo ad individuo; in generale la temeratura è ritenuta aettabile er valori fra C in estate ed C in inverno, on tenori di umidità relativa attorno al 30 70% ed una quantità d aria suffiiente ad una effiae ventilazione. Le ondizioni di umidità hanno rilevanza in quanto ollegate alla aaità del oro umano di smaltire il alore attraverso la trasirazione. Le ondizioni sora dette devono essere mantenute nel velivolo in qualsiasi ondizione: devono ioè essere assiurate on velivolo fermo al sole in una ista in zona equatoriale, ome in volo alla quota di roiera o a terra in zona olare. 9.3 Pressurizzazione Come aennato, la strada omunemente seguita er mantenere un adeguata onentrazione di ossigeno in abina è la ressurizzazione risetto all aria esterna on l aorto di aria fresa er omensare l ossigeno onsumato dai asseggeri on la resirazione. La ressurizzazione viene ottenuta inviando alla fusoliera aria sillata dal omressore del motore, se questo è un turboreattore, o on aosito omressore. Tale aria viene elaborata, rima dell immissione in abina, di modo da assiurare anhe valori di temeratura ed umidità adeguati; un ontinuo riambio d aria assiura infine una omosizione himia adeguata. E hiaro he in queste ondizioni esiste una differenza di ressione fra l'interno e l'esterno della fusoliera, he ne determina una ondizione di ario. Il ario dovuto alla ressurizzazione ha rilevanza sia dal unto di vista statio he er quanto riguarda i fenomeni di fatia, nonostante il numero di ili relativamente modesto, dati gli alti livelli di sforzo ossibili e la resenza nella struttura della fusoliera di aerture er orte e finestrini. La regolazione della ressurizzazione avviene inviando alla abina una quantità d aria ostante e ontrollando la quantità di aria he viene sariata nell'atmosfera esterna; in questo modo si assiura un ontinuo riambio dell'aria. Queste disense ossono essere liberamente sariate dal sito internet del Politenio di Milano. La vendita è vietata. 9.3

4 IMPIANTI E SISTEMI Disense del orso, versione 2014 Caitolo 9 Imianto di ressurizzazione e ondizionamento In sintesi il funzionamento dell imianto di ressurizzazione viene shematiamente raresentato in fig L aria, roveniente dall imianto neumatio on una ortata refissata e trattata dal ilo di ondizionamento he verrà desritto in seguito, viene immessa in abina; una o iù valvole di efflusso ontrollano la ortata in usita dalla abina verso esterno. Fig. 9.1 Shema dell imianto di ressurizzazione La ressione in abina uò essere legata alla densità: R T m R T V dove m è la massa d aria in abina, V il volume della abina. Se la ortata in entrata ed in usita sono diverse, si ha una variazione di massa d aria ontenuta in abina he si uò esrimere on: dove: dm dt Q e Q u Q e k e Qe = ortata volumetria in entrata (valore ontrollato) Qu = ortata volumetria in usita = ressione in abina e = ressione esterna k = oeffiiente di erdita di ario nella valvola di efflusso, funzione del suo grado di aertura. Queste disense ossono essere liberamente sariate dal sito internet del Politenio di Milano. La vendita è vietata. 9.4

5 IMPIANTI E SISTEMI Disense del orso, versione 2014 Caitolo 9 Imianto di ressurizzazione e ondizionamento In ondizioni isoterme si ha: RT RT m V d dt RT V dm dt RT V Q e k e d dt V Q e k e Se le ondizioni sono stazionarie: d dt 0 e kq 2 e La regolazione della ressurizzazione è ottenuta da una entralina di ontrollo nella quale è ossibile regolare anhe i gradienti di ressione. Normalmente rima del deollo vengono inseriti nella entralina i dati di ressurizzazione abina in base alla quota di volo revista ed alla veloità di salita abina. Vieversa, rima della disesa, vengono inseriti la ressione all aeroorto e la veloità di disesa abina. In aso di avaria dell imianto neumatio, la valvola di efflusso si hiude omletamente mantenendo osì la ressione in abina; in queste ondizioni erò la ressione arziale dell ossigeno diminuise, dato he i asseggeri resirando trasformano l ossigeno in anidride arbonia, ma viene omunque assiurato un temo di resirazione suffiiente a ortare il velivolo ad una quota dove la ressurizzazione non è iù neessaria. Fig. 9.2 Shema dell imianto di ressurizzazione Sono inoltre installate delle valvole di siurezza differenziali (fig. 9.2); alune di queste devono intervenire quando la differenza fra la ressione in abina e la ressione esterna è sueriore ad un valore legato quello utilizzato er il dimensionamento della fusoliera, altre quando il valore di ressione esterna è sueriore a quella interna, ondizione he rea roblemi di instabilità nella struttura. Queste disense ossono essere liberamente sariate dal sito internet del Politenio di Milano. La vendita è vietata. 9.5

6 IMPIANTI E SISTEMI Disense del orso, versione 2014 Caitolo 9 Imianto di ressurizzazione e ondizionamento Fig Quota effettiva e quota-abina durante salita, roiera e disesa Fig Diagramma di ressurizzazione Il amo di valori di ressione ammissibile in abina uò essere identifiato dall area evidenziata nel diagramma di figura 9.3. Delle due urve riortate, una raresenta l andamento della ressione atmosferia on la quota e l altra la stessa traslata di un valore ari alla differenza fra la minima ressione ammissibile in abina er garantire la resirazione e la ressione esterna alla quota di tangenza; questa differenza di ressione raresenta il valore minimo er il quale deve essere dimensionata la fusoliera. Se la ressione in abina viene ortata al di sotto del valore minimo ammissibile si hanno roblemi di resirazione, er valori a sinistra della urva della ressione esterna o a destra della urva traslata si hanno roblemi strutturali. Qualsiasi regolazione della ressurizzazione he mantiene i valori in abina nell interno della zona evidenziata in figura 9.3 è aettabile sia er gli ouanti he er la struttura. Il sistema di regolazione iù semlie salendo in quota sarebbe quello di mantenere la ressione in abina uguale alla ressione esterna fino al raggiungimento della ressione minima ammissibile e oi di mantenere ostante questo valore. Per migliorare il onfort dei asseggeri minimizzando il gradiente di ressione si rogramma normalmente una salita alla quota massima aarente in abina nello stesso temo revisto dal iano di volo er il raggiungimento della quota di roiera ed una analoga rogrammazione er la disesa. Per una missione di volo standard ostituita da salita, roiera e disesa, la figura 9.4 riorta l andamento tiio della quota effettiva e quotamantenuta in abina. Per velivoli militari in grado di raggiungere quote molto elevate, in aluni asi, er ridurre il ario strutturale si utilizza la ressurizzazione fino ad una erta quota e si fa uso di mashere on ossigeno al di sora di questa. In questo aso essendo limitata alla mashera l elevata onentrazione di ossigeno non si hanno erioli legati a inendi. Queste disense ossono essere liberamente sariate dal sito internet del Politenio di Milano. La vendita è vietata. 9.6

7 IMPIANTI E SISTEMI Disense del orso, versione 2014 Caitolo 9 Imianto di ressurizzazione e ondizionamento 9.4 Condizionamento Come osservato in reedenza, l'imianto di ondizionamento deve essere dimensionato in modo da oter estrarre o introdurre alore nell'abitaolo e on una esursione di funzionamento assai elevata: si onsideri ome, seondo l aria tio, la temeratura dell aria esterna ossa variare dai 15 C a terra ai 60 C al disora degli m, ma in realtà, in funzione delle ondizioni meteorologihe loali, a terra la temeratura uò andare failmente da 30 C a 50 C e sora gli m uò avere sostamenti di ±10 C risetto al valore standard. Il dimensionamento dell'imianto di ondizionamento deve artire da un bilanio termio dell'abitaolo, tenendo onto di tutti i fattori he ne ossono influenzare la temeratura: ondizioni ambientali esterne: temeratura, umidità; sambi di alore er irraggiamento; risaldamento inetio della suerfiie esterna er attrito on l aria; sambi di alore attraverso le areti dell'abitaolo er onduzione e onvezione; reazione di alore nell'interno della fusoliera da arte di tutte le aarehiature, degli imianti e dei asseggeri (i quali inoltre generano una erta umidità). L'analisi termia deve essere fatta er tutte le ondizioni ossibili di imiego del velivolo, individuando quelle he rihiedono la massima introduzione o sottrazione di alore dalla fusoliera e dai vani ontenenti aarehiature. Introdurre alore a bordo di un velivolo moderno non è un roblema, oihé l imianto neumatio già di er sé silla aria a temeratura elevata dai vari stadi del omressore. Tuttavia, a meno he non si tratti di arheggio o volo notturno in zona molto fredda, nella maggior arte dei asi è neessario sottrarre alore. Il roblema dello smaltimento di alore è artiolarmente ressante er velivoli da ombattimento, dove attraverso le amie suerfii dei trasarenti assa un forte irraggiamento nell abitaolo. Inoltre molte aarehiature nel vano avionia devono essere direttamente raffreddate o, iù raramente, risaldate, di modo da mantenere gli strumenti entro l intervallo di temeratura oerativa. Fig. 9.5 Shema generale Queste disense ossono essere liberamente sariate dal sito internet del Politenio di Milano. La vendita è vietata. 9.7

8 IMPIANTI E SISTEMI Disense del orso, versione 2014 Caitolo 9 Imianto di ressurizzazione e ondizionamento In sintesi l imianto neumatio releva aria dall'esterno e la omrime, aumentandone osì la temeratura e roduendo l aria alda da inviare in abina; nell imianto di ondizionamento arte di questa aria viene trattata sottraendo alore on uno sambiatore di alore, he utilizza ome fluido refrigerante l aria esterna, e on una suessiva esansione ottenendo osì aria a bassa temeratura; se il livello di umidità è elevato nell'aria raffreddata il vaore ondensa ed è quindi ossibile searare l aqua ed ottenere aria fredda e sea. Dal unto di vista termodinamio questo erorso equivale ad un ilo Joule inverso. Miselando oortunamente l'aria alda e quella fredda è ossibile ottenere dell'aria alla temeratura ed umidità orrette er il mantenimento delle ondizioni ambientali volute nella abina. Dalla abina l aria viene sariata di nuovo all esterno attraverso le valvole er il ontrollo della ressurizzazione. Esistono aluni imianti a ilo hiuso, ossia on riirolo dell'aria della abina ed utilizzo di sambiatori di alore e filtri attivi er estrarre ossigeno dall anidride arbonia: in tal modo si ridue sensibilmente lo sillamento d aria dal omressore ed aumenta la resa del motore. Un imianto del genere rihiede una migliore realizzazione della tenuta della abina e finise on l essere iù esante di quello a ilo aerto, di onseguenza sistemi a ilo hiuso sono utilizzati quasi eslusivamente a bordo di veioli extra-atmosferii, dove sono in effetti l unia soluzione. 9.5 Shema base I ili frigoriferi maggiormente imiegati a bordo dei velivoli, seialmente se dotati di turboroulsore, sono i ili 'ad aria', ovvero sono ili termodinamii nei quali è l'aria stessa he subise le trasformazioni neessarie a ortarla nelle ondizioni di ressione e temeratura volute. Il ilo termodinamio frigorifero teorio è un ilo di Joule inverso, aratterizzato dalle seguenti fasi (fig. 9.6 e 9.7): 1-2, omressione adiabatia, essendo la ondizione 1 riferita all aria esterna; 2-3, raffreddamento isobaro; 3-4, esansione adiabatia, essendo la ondizione 4 riferita all aria da inviare in abina; 4-1, ritorno alle ondizioni iniziali. La fase 1-2 viene ratiamente realizzata nell imianto neumatio sillando aria dal omressore del roulsore. L aria inviata all imianto di ondizionamento è ontrollata sia in ressione he in ortata. La fase 2-3 viene realizzata mediante uno sambiatore di alore aria/aria. Il refrigerante è la stessa aria esterna roveniente da una resa dinamia, he uò essere ulteriormente forzata on una ventola nello sambiatore, oerazione questa indisensabile se il velivolo è arheggiato a terra. La fase 3-4 viene realizzata on una valvola di trafilamento o meglio attraverso una turbina, ermettendo osì il riuero di arte dell'energia meania sesa nella fase di omressione: questa energia uò essere utilizzata er azionare la ventola he forza l aria di raffreddamento nello sambiatore. L'esansione avviene fino alla ressione resente all usita della turbina, ratiamente ari alla ressione in fusoliera. Queste disense ossono essere liberamente sariate dal sito internet del Politenio di Milano. La vendita è vietata. 9.8

9 IMPIANTI E SISTEMI Disense del orso, versione 2014 Caitolo 9 Imianto di ressurizzazione e ondizionamento Fig.9.6 Shema base All usita dalla turbina si ha temeratura inferiore a quella dell aria relevata dall esterno e quindi se il grado di umidità è elevato si ha ondensazione del vaore d aqua; l aqua ondensata uò essere eliminata on un searatore ottenendo osì aria on ontenuto di umidità basso. La fase 4-1 avviene ratiamente all'esterno del velivolo quando l'aria viene esulsa dalla fusoliera dalle valvole regolatrii della ressurizzazione. Fig Cilo Joule inverso Queste disense ossono essere liberamente sariate dal sito internet del Politenio di Milano. La vendita è vietata. 9.9

10 IMPIANTI E SISTEMI Disense del orso, versione 2014 Caitolo 9 Imianto di ressurizzazione e ondizionamento Naturalmente in ratia er la omressione e er l esansione oorre tener onto della resenza di rendimenti, la trasformazione termodinamia non sarà isoentroia, ma i sarà un erto rendimento nella omressione e nell esansione; analogamente non otrà essere isobara la trasformazione nello sambiatore di alore dove i saranno neessariamente delle erdite di ario (fig.9.8). Per il omressore e la turbina si rimanda a quanto visto nel aitolo 5. Le ondizioni di temeratura all usita dello sambiatore diendono dalle ortate di aria e dall effiienza dello sambiatore. Siano T i e T u le temerature dell aria alda in Fig Cilo reale entrata ed in usita dallo sambiatore e T fi e T fu le temerature in entrata e in usita nel ramo di raffreddamento; il alore sambiato è di onseguenza: C m T T m T T dove m e i u m f sono le ortate in massa nei due rami e il alore seifio a ressione ostante (nel aso in esame il fluido è lo stesso nei due rami e quindi i alori seifii sono uguali e le variazioni di temeratura inversamente roorzionali alle ortate). f fu fi Fig. 9.9 Sambiatore di alore e suo simbolo grafio Per determinare le temerature in usita nei due rami si onfronta lo sambiatore on uno sambiatore teorio in ontroorrente he onsente il massimo di sambio; in questo (Fig.9.10): se m m f Tu T fi se m f m T fu Ti Queste disense ossono essere liberamente sariate dal sito internet del Politenio di Milano. La vendita è vietata. 9.10

11 IMPIANTI E SISTEMI Disense del orso, versione 2014 Caitolo 9 Imianto di ressurizzazione e ondizionamento T i T fu T u T fi Fig.9.10 Sambio di alore in sambiatore in ontroorrente Si definise effiienza dello sambiatore il raorto fra il alore sambiato e il massimo sambiabile teoriamente: m Ti Tu m Ti Tu se m m f m T T m T T se avendo osto: m m f m f m f T T i fu i T fi T fi fi m m m min min, f m m min f min T i fu T i T fi fi T fi si ha: C T T m T T m T T m i u f fi fu min i fi Funzione delle sole temerature in ingresso e dell effiienza he viene determinata serimentalmente. Il raffreddamento nello sambiatore viene realizzato usando ome fluido refrigerante l aria esterna (quindi nelle ondizioni 1 della figura 9.6); è rorio il fatto di usare ome refrigerante l aria nelle ondizioni esterne he orta alla neessità di omrimere e oi esandere l aria in modo da oterla ortare ad una temeratura inferiore a quella esterna anhe se all usita dello smbiatore si ha una temeratura maggiore di quella esterna. Il ilo ha un'effiienza non molto elevata, ma data la sua semliità è omunemente adottato. Definendo un effiaia del ilo frigorifero ome raorto fra il alore sottratto ed il lavoro seso ed esrimendo questa in funzione del raorto di omressione 1 k 1 k 1 2 1, si trova: Queste disense ossono essere liberamente sariate dal sito internet del Politenio di Milano. La vendita è vietata. 9.11

12 IMPIANTI E SISTEMI Disense del orso, versione 2014 Caitolo 9 Imianto di ressurizzazione e ondizionamento on raorto di omressione 1 si avrebbe una effiaia infinita; in realtà er il funzionamento del ilo è neessario he la temeratura T3 sia semre maggiore di T1 e questo obbliga ad avere una erta omressione e one un limite all effiaia ottenibile. 9.6 Evoluzione dello shema Il ilo semlie sora desritto viene sesso modifiato in modo da aumentarne l'effiaia; una rima modifia è realizzata nei ili bootstra, nei quali l'energia fornita della turbina di esansione viene utilizzata er un omressore. Il ilo teorio viene osì trasformato (fig e 9.12): 1-2, rima omressione adiabatia, essendo la ondizione 1 riferita all aria esterna; 2-3, rimo sambio di alore; 3-4, seonda omressione adiabatia attraverso un omressore mosso dalla turbina di esansione; 4-5, seondo sambio di alore; 5-6, esansione in turbina, essendo la ondizione 6 riferita all aria da inviare in abina; 6-1, ritorno alle ondizioni iniziali. Questo ilo, a ari lavoro sottratto al omressore del roulsore, ermette di arrivare a temerature iù basse e quindi aumenta l'effiaia dello sambiatore di alore, oure a ari alore sambiato ermette di sottrarre meno energia dal roulsore. L'aria di raffreddamento degli sambiatori di alore è in questi asi mossa er effetto di rese dinamihe durante il volo e mediante elettroventole o ome a getto quando il velivolo è fermo o a bassa veloità. E' omunque ossibile un dimensionamento del omressore e della turbina tale da lasiare energia disonibile er la ventola di forzamento dell'aria di raffreddamento (ili three wheels). Fig Shema bootstra Queste disense ossono essere liberamente sariate dal sito internet del Politenio di Milano. La vendita è vietata. 9.12

13 IMPIANTI E SISTEMI Disense del orso, versione 2014 Caitolo 9 Imianto di ressurizzazione e ondizionamento Fig Cilo bootstra I due sambiatori di alore ossono essere osti in arallelo ome mostrato nella fig o in serie (fig.9.13) se le temerature estreme dei due sambiatori non si interseano. Fig Shema bootstra on sambiatori in serie Un effetto del raffreddamento dell'aria è anhe quello di rovoare un aumento dell'umidità relativa; se l'aria nelle ondizioni iniziali ossiede già una forte umidità relativa, questo aumento uò essere tale da far suerare l'umidità relativa del 100% e quindi rovoare una ondensazione; la arte di aqua ondensata uò essere failmente estratta, ottenendo osì l'effetto di una regolazione del ontenuto di umidità nell'aria ondizionata. L'aqua sottratta viene usualmente iniettata nell'aria di raffreddamento degli sambiatori di alore, a monte di questi, in modo da sfruttarne l'evaorazione er aumentare l'effiaia dello sambiatore. Per evitare la formazione di ghiaio sulle alette della turbina le temerature all usita della turbina stessa devono essere mantenute sora lo 0C; si realizzano erò ili rigenerativi (fig.9.14) dove si realizza la ondensazione e quindi l estrazione dell umidità a monte della turbina on un raffreddamento in un terzo sambiatore di alore dove il fluido refrigerante è ostituito dall aria all usita della turbina. Queste disense ossono essere liberamente sariate dal sito internet del Politenio di Milano. La vendita è vietata. 9.13

14 IMPIANTI E SISTEMI Disense del orso, versione 2014 Caitolo 9 Imianto di ressurizzazione e ondizionamento Figura Cilo rigenerativo Così faendo si ossono ottenere temerature finali dell aria anhe di molte basse, è quindi ossibile diminuire la ortata d aria da inviare in abina er ontrollarne la temeratura. Per non inviare in abina aria on temeratura troo alta o troo bassa si uò riorrere ad una miselazione on aria relevata dalla abina (fig.9.15). Fig Cilo rigenerativo on riirolo Queste disense ossono essere liberamente sariate dal sito internet del Politenio di Milano. La vendita è vietata. 9.14

15 IMPIANTI E SISTEMI Disense del orso, versione 2014 Caitolo 9 Imianto di ressurizzazione e ondizionamento 9.7 Regolazione della temeratura In tutti i asi, la regolazione della temeratura finale viene ottenuta miselando oortunamente l'aria he ha subito il ilo frigorifero on l'aria roveniente dal omressore; ome visto sono ossibili vari shemi, ome riferimento rendiamo lo shema di fig Fig Regolazioni dell imianto di ondizionamento La valvola A ontrolla la ortata inviata nell imianto e quindi in abina, valore ondizionato dalle esigenze di ondizionamento, ma sorattutto dalla neessità di rinnovare l aria er la resirazione dei asseggeri. La valvola B (he deve avere un omortamento il iù viino ossibile ad un omortamento isotermo) ontrolla la ortata di by-ass del gruo frigorifero e quindi la riartizione dell aria fra il ramo aldo e quello freddo e di onseguenza la temeratura dell aria inviata alla abina. La valvola C, iù roriamente dell imianto di ressurizzazione, ontrolla la ressione in abina. Le valvole D1 e D2 regolando la ortata dell aria di raffreddamento negli sambiatori di alore, ontrollano la temeratura all usita dalla turbina di esansione. Quando l aria del ramo aldo viene miselata on quella del ramo freddo, il fluido aldo ede alore al fluido freddo; lo sambio di alore è tale he: m er ui l aria inviata in abina ha temeratura: T T T m T T6 m T T 7 1 T m m T 7 m dove è la frazione di aria he assa nel ramo aldo. 6 La temeratura dell aria inviata in abina T 8 dovrà diendere dalla temeratura voluta T ab e dalla temeratura resente in abina T ab seondo la legge: Queste disense ossono essere liberamente sariate dal sito internet del Politenio di Milano. La vendita è vietata. 9.15

16 IMPIANTI E SISTEMI Disense del orso, versione 2014 Caitolo 9 Imianto di ressurizzazione e ondizionamento T 8 T ab h T ab T ab tenendo onto erò di valori minimi e massimi della temeratura inviata in abina er non reare disagi ai asseggeri. Ti T ab T ab Tab Fig.9.17 Regolazione temeratura Il ontrollo avviene quindi inviando in abina aria ad una temeratura idonea a riortare la temeratura al valore voluto, questo viene ottenuto variando l aertura dalla valvola B; si tiene omunque sotto ontrollo la temeratura di ingresso T8 in modo da non inviare sui asseggeri aria troo fredda o troo alda. Quando l imianto di ondizionamento utilizza anhe una frazione d aria riilata dalla abina, he, doo essere stata filtrata dalle imurità maggiori, viene miselata on l aria elaborata dal sistema Joule o bootstra e suessivamente introdotta in abina, la temeratura T8 uò suerare questi limiti. Il vantaggio di introdurre un riirolo dalla abina è dulie: il sistema deve anzitutto elaborare una ortata inferiore d aria esterna, legata rinialmente all aorto del fabbisogno di ossigeno degli ouanti e l asortazione di ontaminanti, ed in seondo luogo si riese a mantenere l umidità relativa attorno a valori aettabili (ira il 20%) senza dover riumidifiare l aria, molto sea, he ese dal ilo. Queste disense ossono essere liberamente sariate dal sito internet del Politenio di Milano. La vendita è vietata. 9.16

17 IMPIANTI E SISTEMI Disense del orso, versione 2014 Caitolo 9 Imianto di ressurizzazione e ondizionamento 9.8 Cilo a vaore Aanto ai ili ad aria vengono imiegati, anhe se iù raramente, ili frigoriferi a vaore. In questi imianti il raffreddamento dell'aria avviene in uno sambiatore di alore dove il fluido refrigerante è un omosto he ha subito un suo ilo frigorifero (fig.9.18). In queste ondizioni il ilo frigorifero è molto iù effiiente in quanto sfrutta anhe il ambiamento di fase da liquido a gassoso. Gli imianti di questo tio risultano Fig Comonenti di un ilo frigorifero a vaore erò iù deliati dal unto di vista della manutenzione, er la diffioltà di realizzare un iruito sigillato er il fluido refrigerante; inoltre hanno temerature massime di lavoro iuttosto basse (ira 70C); vengono quindi imiegati iù raramente. Negli imianti on ilo a vaore è onveniente adottare un riirolo dell'aria di fusoliera, limitando l'introduzione di nuova aria solo alle neessità di rinnovamento dell'atmosfera nell'interno del velivolo. 9.9 Distribuzione Per la distribuzione dell aria l imianto revede una rete di ondotti on diramazioni e bohette di aerazione in diversi unti della abina (fig. 9.19), di modo da garantire una temeratura uniforme in tutto il volume abitabile. L aria deve essere introdotta a bassa veloità in modo da non reare fastidio ai asseggeri; è erò oortuno he venga inviata on una veloità avvertibile erhé questo ha effetti siologii favorevoli, vista anhe la ristrettezza di sazi e la densità di oolazione. Dal unto di vista longitudinale, si uò onsiderare he a bordo di un velivolo da trasorto asseggeri verranno distesi due o iù ondotti riniali da ui si dirameranno le bohette di aerazione (fig. 9.20). Fig.9.19 Distribuzione aria Per dimensionare la rete e garantire l uniformità della distribuzione attraverso tutte le bohette, è neessario onsiderare le erdite di ario distribuite lungo i ondotti riniali, quelle dovute ai vari raordi delle diramazioni e quelle di sboo. Normalmente la ressione sende lungo il singolo ondotto riniale e quindi da ogni bohetta ese una ortata Qb semre minore man mano he i si allontana dalla zona di generazione. Queste disense ossono essere liberamente sariate dal sito internet del Politenio di Milano. La vendita è vietata. 9.17

18 IMPIANTI E SISTEMI Disense del orso, versione 2014 Caitolo 9 Imianto di ressurizzazione e ondizionamento Fig Rete di distribuzione aria In figura 9.21a si mostra l andamento tiio della ortata Qb attraverso le varie bohette; sesso il unto di minimo non si verifia nell ultima bohetta ma un o rima, erhé le erdite di ario sono roorzionali alla ortata loale e, alla fine del ondotto, tale ortata è iola. Per evitare questa disuniformità di flusso, si aggiungono ulteriori erdite di ario, ovvero strozzature, nelle bohette on ortata maggiore, affinhé la erdita di ario omlessiva relativa ad ogni bohetta sia uguale a quella delle altre; in figura 9.21b si mostra la omensazione del flusso ottenuta aggiungendo delle erdite onentrate nella bohetta. a) Condotto non om ens ato Q Qb x b) Condotto om ens ato Q Qb x Fig Comensazione del flusso nei ondotti Queste disense ossono essere liberamente sariate dal sito internet del Politenio di Milano. La vendita è vietata. 9.18

19 IMPIANTI E SISTEMI Disense del orso, versione 2014 Caitolo 9 Imianto di ressurizzazione e ondizionamento Fig Esemio di distribuzione di aria 9.10 Imianto ausiliario er l'ossigeno Un modo er onsentire la resirazione anhe a quote elevate è ome detto quello di aumentare la erentuale di ossigeno nell'aria in modo da mantenere nei limiti neessari la ressione arziale dell'ossigeno senza aumentare troo la ressione in fusoliera. Sarebbe quindi ensabile l'imiego di questa tenia er diminuire le solleitazioni della fusoliera; in realtà questa soluzione resenta dei notevoli erioli dal unto di vista della roagazione di eventuali inendi. In aso di emergenza sui velivoli ivili e normalmente su velivoli militari on equiaggio in osizione fissa, è ossibile aumentare il tenore di ossigeno nell'aria resirata utilizzando mashere. Tutti i velivoli ivili sono dotati di sistemi di emergenza he rovvedono ad una distribuzione di ossigeno su mashere he vengono messe a disosizione dei asseggeri in aso di deomressione della fusoliera; oorre tenere anhe onto del fatto he in tali ondizioni le onseguenze dell iossia sono esaltate dalla veloità on ui si verifia la deomressione e la erdita di onosenza è iù raida e riva di sintomi remonitori. Nei velivoli militari on equiaggio in osizione fissa è semre resente un sistema he orta ossigeno agli ouanti. Questo sistema onsente l'aorto di ossigeno in aso di emergenza er deomressione della fusoliera ed in aso di esulsione del ilota, ma è anhe imiegato er onsentire il volo a quote iù alte di quelle reviste dall'imianto di ressurizzazione. Queste disense ossono essere liberamente sariate dal sito internet del Politenio di Milano. La vendita è vietata. 9.19

20 IMPIANTI E SISTEMI Disense del orso, versione 2014 Caitolo 9 Imianto di ressurizzazione e ondizionamento Per velivoli on quota di tangenza molto elevata uò infatti essere onveniente limitare la ressurizzazione, e quindi il ario strutturale sulla fusoliera, tenendo onto he le quote iù elevate vengono raggiunte solo in rare ondizioni e er temi limitati. L ossigeno uò trovarsi a bordo in forma gassosa o liquida, ondizioni he rihiedono un frequente rifornimento. Attualmente molti velivoli militari sono erò equiaggiati on sistemi he searano le moleole di ossigeno nell aria roveniente dall imianto neumatio. Questo sistema è strettamente vinolato al funzionamento di tale imianto e, quindi, revede omunque una riserva di ossigeno di emergenza. Queste disense ossono essere liberamente sariate dal sito internet del Politenio di Milano. La vendita è vietata. 9.20

21 IMPIANTI E SISTEMI Disense del orso, versione 2014 Caitolo 9 Imianto di ressurizzazione e ondizionamento 9.11 Esemi di imianti di ondizionamento Canadair 200 Queste disense ossono essere liberamente sariate dal sito internet del Politenio di Milano. La vendita è vietata. 9.21

22 IMPIANTI E SISTEMI Disense del orso, versione 2014 Caitolo 9 Imianto di ressurizzazione e ondizionamento Queste disense ossono essere liberamente sariate dal sito internet del Politenio di Milano. La vendita è vietata. 9.22

23 IMPIANTI E SISTEMI Disense del orso, versione 2014 Caitolo 9 Imianto di ressurizzazione e ondizionamento Queste disense ossono essere liberamente sariate dal sito internet del Politenio di Milano. La vendita è vietata. 9.23

24 IMPIANTI E SISTEMI Disense del orso, versione 2014 Caitolo 9 Imianto di ressurizzazione e ondizionamento Airbus A310 Queste disense ossono essere liberamente sariate dal sito internet del Politenio di Milano. La vendita è vietata. 9.24

25 IMPIANTI E SISTEMI Disense del orso, versione 2014 Caitolo 9 Imianto di ressurizzazione e ondizionamento Cilo a vaore 9.12 Bibliografia S.Chiesa, Imianti Pneumatio, Condizionamento, Anti-Ghiaio e A.P.U., CLUT, 1988 I.Moir, A.Seabridge, Airraft Systems, Longman Sientifi and Tehnial, 1992 Queste disense ossono essere liberamente sariate dal sito internet del Politenio di Milano. La vendita è vietata. 9.25