Impianto di condizionamento

IMPIANTI DI BORDO GIORGI GIORGIO
IMPIANTO CONDIZIONAMENTO
Missione dell’impianto
I moderni aerei, per aver le migliori prestazioni,
debbono volare alla quota massima compatibile con il
peso, l’aerodinamica e la potenza dei motori e quindi
in un ambiente esterno caratterizzato da aria secca, a
bassa pressione e bassa temperatura, come si
deduce dalle tabelle dell’atmosfera tipo allegate.
IMPIANTO CONDIZIONAMENTO 2007
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Le condizioni ambiente, alle comuni quote di volo,
sono incompatibili con le esigenze del Passeggero
Tipo per quanto concerne tutti i parametri ambiente
significativi quali temperatura, pressione, umidità e
presenza di ozono ecc.
Le tabelle di quota, riportate unitamente agli
schemi degli impianti indicano come siano correlati
alla quota la temperatura e densità dell’aria.
La condizione teorica per garantire il confort a
bordo sarebbe quella di offrire durante tutto il volo, a
qualsiasi quota ed in qualunque fase di manovra, una
pressione e temperatura adeguate e stabili nel tempo,
un grado di umidità accettabile ed un adeguato
ricambio d’aria. Per garantire durante il volo queste
condizioni, la cabina passeggeri deve pertanto avere
una pressione e temperatura molto diversa da quella
dell’ambiente esterno:
• Alle quote di crociera (40/42000ft) la pressione
esterna può essere un quinto di quella a terra,
valore molto lontano da quello ideale richiesto dal
corpo umano.
• Durante il volo la temperatura esterna alla stessa
quota potrebbe essere di –55 °C, mentre quella
interna desiderata è di 20/25 °C; questo gradiente
genera forte dispersione di calore dalla cabina
passeggeri.
Da queste brevi considerazioni si deduce che la
cabina passeggeri dovrà essere in qualche modo
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mantenuta in pressione mediante invio di aria a
pressione/temperatura superiore a quella esterna per
tutta la durata del volo. A questo si aggiunge che il
consumo di ossigeno da parte dei passeggeri, le
inevitabili perdite delle tenute e la perdita di calore
attraverso la fusoliera, rendono necessario un
costante ricambio dell’aria al fine di recuperare le due
condizioni di confort indicate.
Questa operazione è concettualmente semplice da
fare, ma è fortemente condizionata da due fattori
tecnico – economici, che richiedono di limitare
l’intervento:
• Una pressione differenziale tra interno ed
esterno
cabina
comporterebbe
grandi
sollecitazioni strutturali sia statiche sia a fatica e
quindi per limitare il peso/costo di gestione si deve
limitare la pressione differenziale
• Il ricambio di aria, con altra calda e pura,
assorbirebbe troppa potenza dai motori con
conseguente incidenza sui consumi di carburante,
e pertanto deve essere ricondotto a dei valori
limite.
Gli aeromobili da trasporto civile, per espletare
totalmente la loro missione, debbono anche
accogliere con adeguato confort i passeggeri quando
il velivolo è a terra, ove le condizioni ambientali
possono cambiare sia in funzione dell’aeroporto di
transito, sia delle stagioni e delle condizioni climatiche
in generale, sia ancora in base alla quantità di
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passeggeri presenti a bordo ed ancora della durata
della permanenza del velivolo a terra per motivi di
Controllo del traffico aereo (Air Traffic Control).
Ne consegue che a terra il velivolo potrebbe avere
una temperatura ambiente che si estende da meno
30°C in certe zone del pianeta a più 40°C in altre,al
limite anche tra aeroporto di partenza e quello di
arrivo.
Si deve rammentare che la temperatura non è il solo
parametro da controllare per un adeguato Confort dei
passeri e dell’equipaggio.
Le condizioni operative in cui il confort e salute
debbono essere garantiti si presentano in modo molto
variegato e gli impianti preposti a questa finalità (ad
esempio
l’impianto
di
condizionamento
e
pressurizzazione ed in parte l’impianto ossigeno)
debbono tenere conto di tali situazioni. Vediamone
alcune:
• Le condizioni ambientali a terra - durante le fasi di
handling - possono variare notevolmente in quanto
connesse alle condizioni climatiche, a loro volta
correlate
alla
localizzazione
geografica
dell’aeroporto, ed agli effetti stagionali.
• Tra aeroporti di partenza ed arrivo dello stesso volo
le condizioni meteorologiche potrebbero essere
molto diverse, anche per motivi stagionali (si pensi
ai voli che attraversano l’equatore) e in ogni modo
cambiare durante l’esecuzione della tratta stessa.
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• La variabilità del numero di passeggeri realmente
imbarcati (da 500 a poche unità in base alle vendite)
influisce sulla purezza dell’aria e sul bilancio termico
della cabina.
• La purezza dell’aria nella cabina passeggeri deve
essere vista anche in termini di batteri, odori da
galley e toilette
• L’aria alle alte quote potrebbe avere % di ozono non
accettabili per l’organismo umano.
• A parità di velivolo e numero di passeggeri la
durata delle tratte varia con la tipologia di rete
gestita.
• La fusoliera disperde molto calore in volo per effetto
delle differenze di temperatura, la gran superficie di
scambio e la velocità relativa all’aria.
• Per dare confort, si deve presidiare anche l'umidità’
relativa ed il ricambio d’aria, a loro volta influenzati
da quota e numero passeggeri.
• L’organismo umano richiederebbe che il tutte le fasi
operative le condizioni di temperatura, pressione,
purezza ed umidità dell’aria fossero prossime a
quelle ideali oltre che fossero mantenute stabili sia a
terra che durante il volo.
• Le variazioni di quota del velivolo durante le
manovre sono rapide e non sono necessariamente
seguite da quelle della quota cabina.
• L’organismo umano non gradisce variazioni troppo
repentine della pressione esterna sia a crescere sia
a salire.
• Il livello di confort, per quanto possibile, deve tenere
conto anche delle richieste individuali.
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• La pressione ambiente cabina, che determina la
pressione parziale d’ossigeno, per motivi strutturali
non può essere sempre pari a quella a livello del
mare.
Questa combinazione di condizioni operative
richiede una gestione complessa e continua
dell’ambiente cabina e questo è la missione
dell'impianto di condizionamento, o meglio di quello
che globalmente è individuato con Enviromental
Control System.
**
Brevi cenni sulla Fisiologia dell’uomo ed il volo
Il Passeggero Tipo, in condizioni di riposo, necessita
mediamente di circa 6/7 litri/minuto di aria a pressione
IMPIANTO CONDIZIONAMENTO 2007
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di una atmosfera per soddisfare le proprie esigenze
d’ossigeno.
L’ambiente ,ove vive una persona ,deve permettere
inoltre l’eliminazione dell’anidride carbonica
prodotta dalla respirazione e garantita una
temperatura adeguata e stabile.
Anche il controllo della temperatura è
determinante non solo in volo per compensare la
dispersione del calore verso l’esterno, ma anche a
terra durante le fasi di handling ove le temperature
ambiente possono essere molto lontane dal valore
ideale richiesto dal corpo umano sia in termini di
“troppo caldo” in estate con velivolo pieno, sia di
“troppo freddo”.
Inoltre, occorre tenere presente che l’essere umano
costituisce una fonte di produzione di calore (circa
80/100 watt/ora in condizioni di riposo).
Anche la stabilità della temperatura deve essere
considerata in relazione alle dimensioni delle
fusoliere: infatti, dal momento in cui si richiede una
variazione in una certa zona della cabina a quando la
temperatura si stabilizza possono passare anche molti
minuti in quanto correlata alle capacità del sistema di
condizionamento.
Anche la purezza dell’aria è importante: batteri,
polveri o impurità varie, presenza di ozono sono da
controllare per il, benessere del passeggero.
L’organismo umano è poi anche sensibile al
gradiente di variazione della pressione dell’aria e di
questo gli impianti preposti dovranno tenere conto.
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Qualità dell’aria
L’aria tipo è composta al 78% da azoto ed al 21%
da ossigeno oltre che da anidride carbonica ed altri
gas inerti, ma durante il volo subisce delle alterazioni
per vari motivi tra cui:
• La percentuale di anidride carbonica aumenta con
la respirazione dei passeggeri.
• La presenza di particelle in sospensione dovute a
polvere, fibre d’abiti, ecc.
• La dispersione di odori dovuti a traspirazione,
funzionamento dei galley, ecc.
Questi fattori determinano la necessità di un
ricambio d’aria e questo si attua mediante
l’immissione di aria nuova (calda o fredda) per
stabilizzare la temperatura.
Ricircolo dell’aria
Il sistema di condizionamento( nelle soluzioni in
genere adottate nei velivoli commerciali) preleva aria
in pressione ed alta temperatura dal pneumatico, che
a sua volta sottrae ai motori una quantità d’aria ad alto
contenuto entalpico.
L’entità degli spillamenti dai motori assorbe potenza
e determina quindi incrementi dei consumi anche del
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3/ 4 %, valore significativo sia per il peso del
carburante trasportato sia per il suo costo.
Si tenga presente che i moderni velivoli, per
ottimizzare consumi ed abbattere i rumori e
l’inquinamento degli scarichi sono sempre più
propulsori a Doppio Flusso con alto rapporto di By
Pass che sono quelli più sensibili alle perdite di
efficienza ( consumi di carburante) per effetto degli
spillanti del pneumatico.
Nei velivoli di ultima generazione il Ricircolo dell’aria
della Cabina ha assunto una importante funzione nel
perseguire la riduzione di consumi di carburante, e gli
impianti sono stati dotati di sistemi di recupero
dell’aria cabina mediante ventilatori di aspirazione,
filtri ed invio in collettori ove si mescola con aria
fresca. Nella lezione si riportano schemi impianto
delle due tipologie di soluzioni.
Nei velivoli di ultimissima generazione (B787) si
profila addirittura la soluzione di propulsori che non
consentono prelevamenti dell’impianto pneumatico,
anticipando le soluzione del All Electric Aircraft.
Umidità dell’aria
L’aria prelevata in crociera dai motori proviene
dall’ambiente esterno e quindi risulta secca; inoltre
riutilizzata per lunghi periodi può causare fenomeni di
disidratazione, ai quali corrispondono fastidi al naso,
gola, ecc.
IMPIANTO CONDIZIONAMENTO 2007
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A tale proposito su alcuni velivoli hanno sono stati
installati dei dispositivi per umidificare l’aria, ma tale
soluzione è stata abbandonata e quindi l’unico modo
per contrastare la disidratazione è quello di offrire
bevande durante il volo.
Le possibili soluzioni tecniche
La missione dell’impianto di condizionamento e
pressurizzazione è di rispondere a tutte queste
esigenze in modo sicuro, efficiente, con costi e livelli
di servizio adeguati.
La gestione dell’intero argomento relativo alle
condizioni ambientali rispondenti al Confort degli
esseri umani a bordo di un velivolo in relazione a tutti i
parametri che influenzano il Confort stesso ed alle
varie fasi del volo sia in condizioni stabilizzate che di
transizione e di emergenza sono in genere inquadrate
nel macro tema detto Environmental Control
System (ECS).
Con tale accezione viene compreso, in modo
sistemico, sia il tema del Condizionamento, che della
Pressurizzazione ed anche dell’Impianto Ossigeno.
Nella tradizionale trattazione dell’argomento in
genere si trattano gli argomenti del Condizionamento,
della Pressurizzazione e dell’Impianto Ossigeno in
modo separato: nel corso delle lezioni il tema
IMPIANTO CONDIZIONAMENTO 2007
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IMPIANTI DI BORDO GIORGI GIORGIO
sistemico del ECS verrà, in termini di principio,
ripreso.
Per tornare alla relazione tra missione e soluzioni
impiantistiche la lezione sviluppa le soluzioni
tradizionali dei moderni velivoli da trasporto
passeggeri, ma un breve cenno ad altre tipologie di
soluzioni viene dato per inquadrare il tema nella sua
generalità.
Il tema del
introduttive
condizionamento:
considerazioni
Se per una prima interpretazione della missione
dell’impianto prescindiamo dall’aspetto “ricambio
dell’aria”e concentriamoci su due aspetti fondamentali
comuni da velivoli tipo aviazione generale fino ai
grandi velivoli da trasporto civile ai quali ci riferiamo
prevalentemente:
• Sistema di riscaldamento( Heating System)
della fusoliera andando in quota e quando le
condizioni climatiche lo richiedono.
• Sistema di raffreddamento ( Cooling System)
della fusoliera, in particolare quando il velivolo è a
terra ed alle basse quote.
Per il sistema di riscaldamento sono utilizzate
soluzioni di complessità crescente in parte legate alla
IMPIANTO CONDIZIONAMENTO 2007
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storia della tecnologia aeronautica ed in parte alla
missione dei velivoli:
1. Riscaldamento con gas di scarico (
exhaust heating system) : è il sistema più
semplice di tutti ed utilizza degli scambiatori di
calore tra aria esterna presa in dinamica che
attraversa un condotto anulare coassiale agli
scarichi di un motore a pistoni( in genere) . Il
sistema è utilizzato nei piccoli velivoli di
aviazione generale.
2. Riscaldamento con bruciatori: l’aria in
dinamica attraversa, senza uno scambiatore
aria/gas nel quale il calore viene ceduto da un
secondo flusso di aria presa in dinamica nel
quale viene iniettato del combustile che
bruciando genera il riscaldamento dell’aria da
mandare in fusoliera. Il sistema risulta più
potente e rapido a rispondere alle esigenze
del confort necessario e semplice al tempo
stesso. Viene usato su velivoli, sempre di
dimensioni contenute, ma in ogni caso più
impegnativi come carico termico ed escursioni
delle prestazioni attese. L’aria riscaldata viene
poi distribuita nella cabina passeggeri.
3. Riscaldamento elettrico (electric heating
system): questo sistema è usato a volte
quando il velivolo è a terra ed i motori sono
spenti. In genere l’aria prelevata dalla cabina
stessa viene riscaldata facendola passare su
delle resistenze elettrice calde e poi ricircolata
in cabina. Questo metodo viene usato a volte
IMPIANTO CONDIZIONAMENTO 2007
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su velivoli di piccole dimensioni con
propulsione turboelica.
4. Riscaldamento con aria compressa e calda
prelevata dal compressore di turbo propulsore
(bleed air heating system) : l’aria prelevata
mediante apposite valvole da una zona del
compressore ove risulta molto calda viene
inviata in una camera di miscelazione con
altra aria fredda e/o ricircolata dalla cabina
stessa e miscelata in proporzioni tali da
adattarsi alle necessità specifiche della zona
condizionata nel tempo. Se disponibili sistemi
di regolazione computerizzati si ottiene una
grande rispondenza al variare delle situazioni
operative ed ambientali. Il suo punto critico
sta nel fatto che sottrae potenza ai propulsori
e quindi deve disporre di una serie di
protezioni: evitare temperature troppo alte in
cabina in caso di guasto del sistema di
miscelazione, essere disattivato al momento
dell’avviamento dei motori ed al decollo ed
essere escluso in caso di avaria di uno dei
propulsori.
Questo sistema è quello più comunemente
utilizzato nei velivoli da trasporto civile e sarà
quello trattato con maggiore ampiezza nella
lezione.
Nella figura che segue si riporta - solo ai fini
didattici – lo schema di cui al punto “2”
IMPIANTO CONDIZIONAMENTO 2007
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IMPIANTI DI BORDO GIORGI GIORGIO
utilizzato in alcuni velivoli passeggeri di
piccola dimensione.
**
Schema di riscaldamento
aria cabina con bruciatore
Per il sistema di raffreddamento sono possibili due
soluzioni:
1. ciclo frigorifero a circuito chiuso con gas tipo
freon: si tratta di un ciclo frigorifero tradizionale a
circuito chiuso dove facendo espandere un gas
che è stato compresso si ha un forte
assorbimento di calore per la evaporazione dl
fluido, ed il calore mediante uno scambiatore
viene sottratto all’ambiente da raffreddare. Il
sistema è identico a quello usato nelle normali
IMPIANTO CONDIZIONAMENTO 2007
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abitazioni, nelle auto ed è usata anche su alcuni
velivoli con motori a pistoni o piccoli turboelica
2. ciclo frigorifero aperto con Air Cycle Cooling
Machine . Si tratta di un ciclo frigorifero a circuito
aperto , molto sofisticato ma anche molto potente.
Viene usato comunemente nei velivoli da
trasporto di una certa dimensione e dotati di
grandi turbo propulsori a getto. Su questa
tipologia viene svolta la lezione.
3.
Le soluzioni tecniche dei velivoli passeggeri
La soluzione tecnica più usata nei grandi velivoli per
trasporto passeggeri è quella di avere un
prelevamento di aria dall’impianto pneumatico e di
sottoporla ad un processo termodinamico continuo
tramite appositi dispositivi.
Questo permette di avere - in tutte le condizioni
operative - una massa d’aria da inviare in cabina con
pressione e temperatura adeguate, a prescindere
dalle variazioni di quota, di numero di passeggeri, di
condizioni ambientali esterne, ed in tutte le condizioni
operative.
Tale sequenza di interventi è resa complessa anche
dal fatto che l’aria fornita dal pneumatico non può
avere valori ottimali solo per il condizionamento, in
quanto destinata a vari tipi di utenze (vedi il caso
dell’impianto antighiaccio) che nelle fasi operative
IMPIANTO CONDIZIONAMENTO 2007
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intervengono con richieste significative sia di carico in
termini di temperatura e pressione.
Uno schema funzionale generalizzato viene riportato
nello schema allegato:
IMPIANTO CONDIZIONAMENTO 2007
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**
**
IMPIANTO CONDIZIONAMENTO 2007
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Dallo schema funzionale si può dedurre che il
concetto di Condizionamento deve essere inteso sotto
varie accezioni , in funzione delle zone del velivolo:
• Cabina piloti e cabina passeggeri hanno delle
esigenze simili
• La zona bagagliai generica riceve aria alla stessa
pressione, ma con temperature meno controllate
e con minore controllo della percentuale
dell’ossigeno
• Alcuni bagagliai ove si trasportano animali hanno
dei dispositivi per il controllo della temperatura
• La zona toilette e galley , oltre al tema del
condizionamento, dispongono di sistemi di
aspirazione forzata mediante ventilatori di
prelevamento
• La zona dei vani elettronici, per proteggere li
apparati dalle alte temperature, vengono ventilate
per smaltire il calore soprattutto con velivolo a
terra
Nello schema che segue viene riportato un Impianto
di Condizionamento di un velivolo Wide Body con la
evidenziazione di come la singola zona venga servita.
Ogni zona, in base alle specifiche esigenze elaborate
dal Controller di Zona, comanda la proporzione di
miscelazione di aria calda proveniente dal pneumatico
e quella transitata attraverso l’ACM.
La gestione del singolo ACM dispone di un suo
Calcolatore di governo.
IMPIANTO CONDIZIONAMENTO 2007
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IMPIANTI DI BORDO GIORGI GIORGIO
Il compito dei controller deve essere visto in modo
integrato dal momento che le unità ACM non saranno
mai identici come efficienza e che in certe condizioni
potrebbe essere inoperativo per sue inefficienze o per
mancanza di alimentazione del suo pneumatico
**
In termini logici si possono riconoscere, a livello
macro, i seguenti stadi di intervento sull’aria esterna
durante il suo convogliamento verso la cabina
passeggeri:
• Compressori dei motori: aspirano l’aria esterna, la
comprimono ed una parte è spillata e fornita
all’impianto pneumatico con valori della pressione e
IMPIANTO CONDIZIONAMENTO 2007
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IMPIANTI DI BORDO GIORGI GIORGIO
•
•
•
•
•
•
temperatura che dipendono dallo stadio di
prelevamento.
Impianto pneumatico: controlla quantità, pressione
e temperatura dell'aria prelevata in modo che sia
utilizzabile da tutte le sue utenze ed esegue, come
già visto, un primo livello di controllo della
temperatura e della pressione valido per tutte le
utenze.
Impianto di condizionamento: esegue una serie di
interveti termodinamici per mettere a disposizione
delle varie zone del velivolo aria a temperatura ed
umidità adatte ai passeggeri presenti o anche alle
specifiche esigenze personali.
Impianto di pressurizzazione: presidia in modo
mirato l’equilibrio tra ricambio di aria e pressione
interna cabina e pressione differenziale massima
compatibile con la struttura della fusoliera.
Una serie di condotti, componenti, sensori, indicatori
ed apparati - dislocati in zone distinte del velivolo –
che si fanno carico di una sequenza di steps per
garantire l’intero ciclo termodinamico.
La selezione delle condizioni di pressione e di
temperatura è affidato al personale di condotta,
mentre sistema di governo è in genere
automatico ed in emergenza manuale.
Uno o più calcolatori di processo che ricevono i
desiderata dell’equipaggio attraverso gli input
inseriti nel pannello di controllo condizionamento e
dalle condizioni locali nelle varie zone del velivolo e
trasmettono le correzioni.
IMPIANTO CONDIZIONAMENTO 2007
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• Una serie di sensori di allerta che intervengono
quando sono superati dei valori di confine (bassa
pressione cabina per depressurizzazione, ecc)
• L’umidità dell’aria è controllata solo per evitare
fenomeni di condensazione (critica alle basse quote
ed a terra in particolare) e che possono causare
formazioni di condensa nei condotti o anche
intasamento di alcuni tratti per formazione di
ghiaccio.
• A livello individuale è dato al passeggero un minimo
di possibilità di gestirsi la temperatura mediante
comandi manuali posizionati sotto le cappelliere.
• Alcune zone dei velivoli- quali galley e toilette necessitano di un ricambio locale di aria.
• Alcuni vani - soprattutto quelli che contengono
apparati elettronici - debbono essere protetti dalle
alte temperature soprattutto a terra e quindi hanno
una loro logica di raffreddamento.
• Le zone cargo ove possono essere trasportati
animali dispongono di controllo locale della
temperatura
Su questa logica sono realizzati tutti gli impianti di
condizionamento dei velivoli.
IMPIANTO CONDIZIONAMENTO 2007
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IMPIANTI DI BORDO GIORGI GIORGIO
Principi di funzionamento
fondamentali
dei
componenti
Nel corso della lezione si descriverà poi l’impianto
reale di un velivolo Wide Body per dare una visione
delle realizzazioni costruttive.
Lo schema precedente e quello che segue riportano i
componenti e le fasi del processo che permette di
prendere l’aria proveniente dal pneumatico e portarla
nelle varie zone del velivolo dopo averla miscelata in
modo da realizzare localmente le condizioni richieste:
I componenti fondamentali e le
dell’impianto di condizionamento sono:
IMPIANTO CONDIZIONAMENTO 2007
funzionalità
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• Valvole di prelevamento e controllo dall’impianto
pneumatico.
• Il flusso d’aria e’ sottoposto ad un primo
raffreddamento con scambiatori aria/aria.
Si usa aria prelevata dall’esterno con ventilatori (a
terra) o in dinamica (in volo).
• Suddivisione dell’aria pre-raffreddata in due flussi.
• Un primo flusso è destinato ad essere raffreddato
attraverso la azione dell’ACM che compie un ciclo
frigorifero a ciclo aperto
• Prima dell’ingresso nell’ACM alcuni impianti
dispongono di separatori di polveri che funzionano
come separatore centrifugo
IMPIANTO CONDIZIONAMENTO 2007
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IMPIANTI DI BORDO GIORGI GIORGIO
• I due flussi sono destinati a fornire nelle varie zone
fluidi a temperature diverse da miscelare
localmente.
• La corrente calda è controllata solo come quantità.
• La corrente fredda è ottenuta mediante un ciclo
frigorifero realizzato da un apposito componente
denominato air cycle machine.
• Tale componente (air cicle machine) realizza un
ciclo frigorifero e l’unità più complessa del sistema
di condizionamento.
• Il controllo della umidità viene effettuato mediante
un separatore d’acqua.
IMPIANTO CONDIZIONAMENTO 2007
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IMPIANTI DI BORDO GIORGI GIORGIO
• La miscelazione dei due flussi caldo e freddo
avviene in base ad esigenze di zona.
• La rete dei condotti permette sia la distribuzione
dell’aria alle varie zone dell’aeromobile, e sia il suo
scarico all’esterno per il ricambio di aria
• Sono presenti dei sistemi di programmazione e
controllo delle condizioni ambientali nelle varie
zone.
Gruppo refrigerante
Tale componente, denominato Air Cycle Machine
(ACM) e si basa sul seguente principio di
funzionamento di seguito descritto nei suoi passi
fondamentali.
Lo schema riportato si riferisce al caso di velivolo
MD80 che , ai fini didattici risulta più semplice, ma che
ai fini logici risulta funzionalmente analogo all’ACM di
un velivolo WB.
IMPIANTO CONDIZIONAMENTO 2007
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IMPIANTI DI BORDO GIORGI GIORGIO
**
• Una valvola di controllo flusso (pack flow control
valve) regola la quantità di aria che viene prelevata
dal pneumatico.
• L’aria calda fornita dal pneumatico viene divisa in
due flussi.
• Il flusso caldo è destinato alla miscelazione ed è
indicata come Hot Trim Air.
• L’altra parte del flusso viene inviata al gruppo di
refrigerazione (air cycle machine).
• Il flusso di aria attraversa il compressore del A.C.M.
e si innalza pressione e temperatura.
• Il trascinamento del compressore è garantito da una
turbina collegata sullo stesso asse e che funziona
sottraendo energia entalpica al flusso di aria che
attraversa l’air cycle machine
IMPIANTO CONDIZIONAMENTO 2007
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IMPIANTI DI BORDO GIORGI GIORGIO
• Il flusso di in uscita dal compressore viene inviato
attraverso un secondo scambiatore aria/aria che
abbassata la temperatura del flusso.
• Lo scambiatore cede il calore ad un flusso esterno
di aria prelevata da una presa d’aria mediante un
ventilatore in condizioni di terra e tramite una presa
in dinamica durante il volo.
• Attraverso lo scambiatore si può ritenere che la
pressione rimanga costante.
• L’aria in pressione – dopo lo scambiatore attraversa una turbina ove viene fatta espandere, e
quindi cede energia entalpia, e questa espansione
genera una forte riduzione di temperatura e di
pressione.
• L’energia sottratta all’aria che attraversa la turbina
genera una caduta di entalpia pari a quella
assorbita dal compressore, ed il regime di rotazione
della turbina determina sia la portata che i livelli di
compressione ed espansione.
• La caduta di pressione e temperatura, correlata a
quella di entalpia del flusso d’aria trattata, è
strettamente legata all’energia assorbita dal
compressore dell’A.C.M.
IMPIANTO CONDIZIONAMENTO 2007
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IMPIANTI DI BORDO GIORGI GIORGIO
• In uscita dal gruppo di refrigerazione si ha un flusso
d’aria a pressione di poco superiore a quella cabina
desiderata ed una temperatura inferiore a quella
richiesta dall’ambiente da condizionare.
• Il flusso che esce da tale ciclo frigorifero costituisce
la base per la miscelazione dell’aria calda
proveniente dal pneumatico e quindi si hanno le
condizioni per realizzare il condizionamento
mediante miscelazione.
• Un separatore d’acqua - posto a valle della turbina
di espansione - elimina la condensa dovuta alla
saturazione e funziona in genere come separatore
centrifugo.
*
IMPIANTO CONDIZIONAMENTO 2007
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IMPIANTI DI BORDO GIORGI GIORGIO
• La saturazione è dovuta alla riduzione di
temperatura.Questo fenomeno scompare alle alte
quote ove l’aria è priva di umidità.
• Il gruppo compressore e turbina sono collegati allo
stesso asse ed i due sono sempre in equilibrio tra
potenza assorbita e quella fornita.
• La regolazione della riduzione di temperatura del
gruppo refrigerante viene attuata tramite una valvola
di by-pass turbina.
• La modulazione della apertura della by-pass
turbine valve riduce la portata dell’aria che la
attraversa e questo comporta una riduzione della
caduta d’entalpia e quindi della potenza fornita al
compressore.
Il compressore ridurrà il numero dei giri, portata ed
incremento di pressione in base a tale regolazione.
• L’equilibrio dinamico che si genera modifica potata
e temperatura in uscita dal gruppo refrigerante.
• Tutto il funzionamento dei vari componenti è
governato da un calcolatore controllo dedicato
(pack temperature controller).
• Appositi dispositivi sono predisposti per la fase
d’avviamento per facilitare il lancio del compressore,
e questo si ottiene a volte mediante un circuito di
bypass che in fase di avviamento permette al flusso
IMPIANTO CONDIZIONAMENTO 2007
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IMPIANTI DI BORDO GIORGI GIORGIO
di aria di raggiungere direttamente la turbina
rendendo il suo avviamento più rapido.
• Il rischio formazione ghiaccio nella zona di scarico
della turbina viene gestito mediante una valvola che
ne permette il riscaldamento mediante un flusso
d’aria calda.
• Appositi dispositivi di protezione sono dedicati al
controllo del valore massimo di temperatura in
uscita dal compressore.
Distribuzione dell’aria condizionata
In considerazione delle dimensioni dei velivoli
commerciali l’impianto di condizionamento viene
gestito a livello di zone della fusoliera. In particolare:
• Vengono
selezionate
dall’equipaggio
le
temperature desiderate a livello di zona.
L’aeromobile è suddiviso in varie zone secondo le
dimensioni dello stesso.
• Una rete di condotti distribuisce l’aria in modo
uniforme in ogni zona ed i condotti di distribuzione
locale sono preceduti da un condotto di
miscelazione d’aria.
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• L’aria fredda proveniente dal gruppo refrigerante
viene miscelata con quella pre-regolata, ma calda,
prelevata dal pneumatico.
• Un calcolatore di zona (zone controller) governa la
miscelazione in base alle temperature selezionate.
• La zona condizionata riceve un volume d’aria che si
distribuisce grazie ai condotti di immissione, ma
anche per effetto della presenza di condotti di
prelevamento che convogliano l’aria all’esterno.
• Lo scarico verso l’esterno – gestito dall’impianto di
pressurizzazione - è regolato da un sistema di
valvole la cui funzione è quella di gestire il ricambio
d’aria e quindi modulare la pressione interna della
fusoliera.
• Il controllo della quantità di aria scaricata all’esterno
realizza il ricambio e regola la pressurizzazione del
velivolo.
Durante il volo l’aria scaricata permette anche
l’immissione di aria calda per compensare le
dispersioni di calore dalla superficie della fusoliera.
• Un
sistema
programmabile
governa
la
pressurizzazione e le funzioni di protezione, e tali
dispositivi saranno descritti nel corso dell’impianto di
pressurizzazione.
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Condizionamento vani elettronici
La strumentazione di bordo e gli apparati producono
durante il funzionamento calore che deve essere
smaltito per evitarne il danneggiamento.
Gli apparati sono in genere raccolti in scaffalature
dotate dei cablaggi dedicati e sono ad ancorati con
dispositivi di rapida rimozione.
Le scaffalature (radio rack) sono ubicate in uno o
più ambienti della zona pressurizzata e sono
accessibili facilmente per finalità di manutenzione
(electronic comparment).
Il ricambio di aria avviene con modalità varie:
• A terra il ricambio di aria viene ottenuto tramite
l’impiego di ventilatori dedicati.
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• In volo l’aria viene scaricata nelle zone cargo o
direttamente all’esterno tramite aspirazione in
dinamica.
Riscaldamento e ventilazione vani cargo
Il velivolo di cui agli schemi è dotato di tre
compartimenti cargo (anteriore, centrale e posteriore)
e tutti vengono riscaldati/ventilati sia mediante il
prelevamento d’aria dai tunnel laterali di servizio dei
bagagliai, sia aspirando l’aria dalla zona cargo per
garantire la ventilazione.
Il prelevamento avviene mediante pompe a getto
alimentate da aria prelevata dal pneumatico a circa 14
psi sopra la pressione cabina, e regolata da valvole di
prelevamento modulate per avere una temperatura
interna tra 6 e 20 °c.
Ventilazione zona galley e toilette
L’aria dell’ambiente galley e toilette viene aspirata,
per poi essere scaricata nella zona cargo in
prossimità
della
valvola
d’efflusso
della
pressurizzazione.
L’aspirazione avviene mediante pompe a getto che
utilizzano aria del pneumatico regolata a circa 15 psi
superiore alla pressione ambiente e che viene
convogliata in un sistema Venturi che nella zona in
depressione è collegato all’ambiente da ventilare.
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Impianto ventilazione apparati elettronici DC10
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Gli apparati elettronici per funzionare correttamente
debbono dissipare il calore prodotto ed il
raffreddamento dell’ambiente viene effettuato facendo
circolare l’aria che lambisce gli apparati ed asporta il
calore prodotto.
Tutti gli apparati sono assemblati su appositi rack in
varie zone del velivolo: in cabina piloti, nel radio
rack principale, nel vano elettronico principale e
nel compartimento accessori centrale.
Durante il volo, l’ambiente è collegato con dei
condotti di scarico alla pressione esterna e quindi la
circolazione avviene per depressione, a terra –
mancando questa condizione ed essendo a volte
lunghe le permanenze con apparati accesi - la
circolazione dell’aria avviene mediante ventilatori che
si attivano in base ad una serie di condizioni:
• Disponibilità di energia elettrica 115V alternata.
• La pressione differenziale deve essere al di sotto di
un certo valore.
Una serie di avvisi informa l’equipaggio in caso di
alte temperature o basso flusso di raffreddamento.
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