Ar Condisionado e Pressurização - Apostilas - Engenharia Aeronáutica, Notas de estudo de Engenharia Aeronáutica

Baixe Ar Condisionado e Pressurização - Apostilas - Engenharia Aeronáutica e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Aeronáutica, somente na Docsity! 14-1 CAPÍTULO 14 SISTEMA DE AR CONDICIONADO E PRESSURIZAÇÃO INTRODUÇÃO O oxigênio é necessário para a maioria dos processos vitais. Antes que a ausência de oxigênio leve um ser vivo à morte subitamente, uma redução no suprimento normal de oxigênio para os tecidos do corpo pode produzir impor- tantes mudanças em suas funções, nos processos mentais e graus de consciência. A condição de inatividade da mente e do corpo, causada pela deficiência ou perda de oxigênio é chamada hipoxia. Existem várias causas de hipoxia, mas uma, relacionada à operação de aeronaves, é o decréscimo na pressão parcial do oxigênio nos pulmões. A razão pela qual os pulmões absorvem oxigênio depende da pressão do oxigênio. Essa pressão exerce cerca de um quinto da pressão total do ar em qualquer nível. Ao nível do mar o valor desta pressão (3PSI) é suficiente para saturar o sangue. Todavia, se ela é reduzida por causa da pressão atmosférica na altitude ou por causa do decréscimo da percentagem de oxigênio no ar respirado, a quantidade de oxigênio no sangue, deixando os pulmões, cai, e então, segue-se a hipoxia. Do nível do mar até 7.000 pés sobre o ní- vel do mar, o oxigênio contido e a pressão na atmosfera permanece suficientemente alta para manter quase total a saturação do sangue com oxigênio, e então assegurar as funções normais do corpo e da mente. A uma grande altitude ocorre uma queda na pressão barométrica, resultando em um decréscimo do oxigênio contido no ar inalado. Conseqüentemente, o oxigênio contido no sangue é reduzido. A 10.000 pés sobre o nível do mar, a saturação de oxigênio do sangue é cerca de 90%. Uma longa permanência nessa altitude resultará em dor de cabeça e fadiga. A saturação de oxigênio cai a 81% a 15.000 pés sobre o nível do mar. Este decréscimo resultará em sonolência, dor de cabeça, lábios e unhas azuladas, enfraquecimento da visão e julgamento, acréscimo no ritmo cardíaco e respiratório, e algumas mudanças na personalidade. A 22.000 pés acima do nível do mar, a saturação do sangue é de 68% e convulsões são possíveis de ocorrer. Permanecer sem supri- mento de oxigênio a 25.000 pés por 5 minutos, quando a saturação do sangue cai para 55% - 50%, causará perda da consciência. COMPOSIÇÃO DA ATMOSFERA A mistura de gases comumente chamada ar, mas tecnicamente denominada atmosfera é composta principalmente de nitrogênio e oxi- gênio, existindo ainda pequenas quantidades de outros gases importantes, tais como dióxido de carbono, vapor d'água e ozônio. A figura 14-1 mostra a respectiva porcentagem da quantidade de cada gás em relação à mistura total. Figura 14-1 Os gases da atmosfera. Conforme a altitude aumenta, a quantidade total de todos os gases atmosféricos reduz rapi- damente, e, exceto para vapor d'água e ozônio, as proporções relativas da mistura gasosa per- manecem inalteradas acima de cerca de 50 milhas de altitude. Acima de 50 milhas de altitude, modificações acontecem, e diferentes gases, assim como novas formas de gases, pre- sentes nas altitudes mais baixas, aparecem. O nitrogênio é o gás mais comum e com- preende 78% da mistura total dos gases atmos- féricos. Todavia, até onde o homem conhece, o nitrogênio é um gás inerte, o que não pode ser usado diretamente para o seu próprio processo vital. Biologicamente ele é de importância imensa, porque muitos compostos contendo ni- trogênio são essenciais a toda matéria viva. O oxigênio e sua importância não pode ser 14-2 subestimado. Sem oxigênio, a vida, como nós a conhecemos, não pode existir. O oxigênio ocupa 21% da mistura total dos gases atmosféricos. O dióxido de carbono é de interesse bio- lógico. A pequena quantidade na atmosfera é usada pelas plantas para produzir as complexas substâncias, utilizadas pelos animais como ali- mento. O dióxido de carbono também auxilia no controle da respiração do homem e outros ani- mais. O vapor d'água na atmosfera é variável, entretanto, embora sob as condições de umidade ao nível do mar, ele raramente excede 5%; esse gás ainda absorve muito mais energia do sol que os outros gases. O vapor não é a única forma na qual a água ocorre na atmosfera; água e partícu- las de gelo estão quase sempre presentes. Essas partículas de gelo também absorvem energia e, com o vapor d'água, executam uma parte impor- tante na formação das condições atmosféricas. O ozônio é uma variedade de oxigênio, o qual contém três átomos de oxigênio por molé- cula, além dos dois usuais. A maior porção de ozônio na atmosfera é formada pela interação do oxigênio e dos raios solares, próximo ao topo da camada de ozônio. O ozônio é também produzido por descar- gas elétricas, daí o odor peculiar de ozônio, que é, de algum modo, semelhante ao cheiro da água clorada, e que pode ser detectado após os relâmpagos. As auroras e raios cósmicos também podem produzir ozônio. O ozônio é de grande importância para as criaturas vivas na terra e para a circulação da atmosfera superior, assim como para os organismos vivos devido à sua capacidade de filtragem da maior parte dos raios ultra-violeta da radiação solar. Pressão da atmosfera Os gases da atmosfera (ar), embora invisí- veis, têm peso exatamente como a matéria sólida. O peso de uma coluna de ar tomada da superfície da terra para o espaço é chamado de pressão atmosférica. Se esta coluna é de 1 sq.in, o peso do ar ao nível do mar é de aproximadamente 14.7 lbs., e a pressão atmosférica, em conseqüência, pode ser definida como 14.7 P.S.I ao nível do mar. Outro modo comum de definição da pres- são atmosférica é dar o peso de uma coluna de mercúrio, que pesa o mesmo que uma coluna de atmosfera de mesma seção reta. Quando medida deste modo, a pressão atmosférica ao nível do mar é normalmente 1013.2 milibares, ou 29.92 polegadas de mercúrio. A pressão atmosférica decresce com o aumento da altitude. A razão para isso é muito simples: a coluna de ar que é pesada é menor. A figura 14-2 mostra como a pressão muda para uma dada altitude. A queda de pressão é rápida, e a 50.000 pés a pressão atmosférica cai a quase um décimo do valor ao nível do mar. A umas poucas centenas de milhas sobre a terra, o ar torna-se tão rarefeito que a atmosfera pode ser considerada não-existente. A linha de de- marcação com o espaço é muito vaga. Figura 14-2 Variação da pressão com a altitude Como a pressão atmosférica reduz com a altitude. Por exemplo, ao nível do mar a pressão é 14,7 P.S.I., enquanto que a 40.000 ft, como as linhas pontilhadas mostram, a pressão é de somente 2,72 P.S.I. Temperatura e altitude As variações na temperatura atmosférica próximo à terra são bem conhecidas, e não ne- cessita discussão. Todavia em altas altitudes a temperatura atmosférica não é tão variável, mas tende a ter um padrão. A meteorologia acha conveniente definir, um pouco arbitrariamente, a atmosfera como sendo feita em várias camadas. A mais baixa de- las é chamada troposfera. A temperatura do ar diminui com o aumento da altitude na troposfera, encontrando um determinado mínimo no topo da camada. O topo da atmosfera é chamado de tropopausa. A 14-5 Existem muitos problemas técnicos com- plexos associados à pressurização de aeronaves. Talvez os problemas mais difíceis sejam com o projeto, fabricação e seleção de materiais estruturais, que irão suportar a grande pressão diferencial existente entre o exterior e o interior de aeronaves pressurizadas, quando voando em altas altitudes. Se o peso da estrutura da aeronave não fosse considerado, seria relativamente simples construir uma fuselagem que poderia suportar enormes pressões. É necessário construir uma fuselagem ca- paz de conter ar sobre pressão, sendo ainda leve o suficiente para permitir carregamentos lucrativos. Como regra geral, as aeronaves pressurizadas são construídas para proporcionar uma altitude de pressão de cabine de não mais que 8.000 pés, a uma altitude de operação máxima. Se uma aeronave é projetada para operação em altitudes acima de 25.000 pés, ela deve ser capaz de manter uma altitude de pressão de cabine de 15.000 pés, no caso de uma provável falha. A pressão atmosférica a 8.000 pés é aproximadamente 10.92 P.S.I., e a 40.000 pés ela é próxima a 2.72 P.S.I. Se uma altitude de cabine de 8.000 pés é mantida em uma aeronave voando a 40.000 pés, a pressão diferencial que sua estrutura terá que suportar é de 8,20 P.S.I. (10,92 P.S.I. menos 2,72 P.S.I.). Se a área pressurizada dessa aeronave contém 10.000 sq.in., a estrutura dessa aeronave será submetida a uma força de explosão de 82.000 Lbs., ou aproximadamente 41 toneladas. Em complemento ao projeto da fuselagem para suportar essa força, um fator de segurança de 1,33 deve ser utilizado. A parte pressurizada da fuselagem terá que ser construída para ter uma resistência final de 109.060 Lbs. (82.000 vezes 1,33), ou 54,5 toneladas. Do exemplo anterior não é difícil formar uma idéia das dificuldades encontradas na projeção e construção da estrutura de uma fuse- lagem, que deverá ser leve e resistente o bastante ao mesmo tempo. SISTEMAS DE PRESSURIZAÇÃO E AR CONDICIONADO O sistema de pressurização e condiciona- mento de ar da cabine fornece ar condicionado para aquecimento e resfriamento dos espaços da cabine. Esse ar também proporciona pressuriza- ção para manter um ambiente seguro e confortável, em adição ao condicionamento de ar da cabine. Alguns equipamentos de bordo e compartimentos de equipamentos requerem ar condicionado para a prevenção contra o super aquecimento e o conseqüente dano ao equipamento. Alguns dos equipamentos de ar condicio- nado, instalados em modernas aeronaves, utili- zam unidades de refrigeração de ar turbinadas para fornecer ar refrigerado. Essas unidades são chamadas de sistemas de ciclo de ar. Outros modelos de aeronaves utilizam um sistema de refrigeração a gás comprimido. A unidade de refrigeração é do tipo gás freon, quase similar em operação aos refrigeradores domésticos. Os sistemas utilizadores desse princípio de refrigeração são chamados sistemas de ciclo de vapor. Termos e definições O sistema que mantém as temperaturas do ar da cabine é o sistema de ar condicionado. As fontes de calor, que fazem com que o condicionamento do ar da cabine seja necessário, são: (1) Temperatura do ar do impacto; (2) Calor do motor; (3) Calor solar; (4) Calor elétrico; e (5) Calor do corpo. É necessário nos tornarmos familiarizados com alguns termos e definições para entender-mos os princípios de operação dos sistemas de pressurização e condicionamento de ar, como seguem: (1) Pressão absoluta. É a pressão medida com uma escala que tem o valor zero no vácuo completo. (2) Temperatura absoluta. É a temperatura me- dida com uma escala que tem valor zero no 14-6 ponto onde não existe movimento molecular (-273.1º C ou -459.6º F). (3) Adiabático. Uma palavra significando a não transferência de calor. O processo adiabático é aquele onde nenhum calor é transferido entre a substância, sendo trabalhada, e qualquer fonte externa. (4) Altitude da aeronave. É a altura real acima do nível do mar, na qual a aeronave está voando. (5) Temperatura ambiente. É a temperatura da área imediatamente em volta do objeto sob discussão. (6) Pressão ambiente. É a pressão da área ime- diatamente em volta do objeto sob discus- são. (7) Pressão barométrica padrão. É o peso dos gases na atmosfera, suficiente para manter uma coluna de mercúrio de 760 milímetros de altura (aproximadamente 30 IN.) ao nível do mar (14.7 P.S.I.). Esta pressão diminui com a altitude. (8) Altitude de cabine. É usado para expressar a pressão da cabine em termos da altitude equivalente acima do nível do mar. (9) Pressão diferencial. É a diferença entre a pressão atuando de um lado da parede e a pressão atuando do outro lado. Nos sistemas de pressurização e condicionamento de ar de aeronaves, é a diferença entre a pressão da cabine e a pressão atmosférica. (10) Pressão manômetro. É uma medida de pressão em um vaso, “container”, ou linha, comparada com a pressão ambiente. (11) Aumento da temperatura devido ao ar de impacto. É o aumento da temperatura devido à compressão de impacto sobre a superfície de uma aeronave, viajando em alta velocidade através da atmosfera. A razão de incremento é proporcional ao quadrado da velocidade do objeto. (12) Escalas de temperatura. (a) Centígrada. É uma escala na qual 0º C representa o ponto de congelamento da água, e 100ºC equivale ao ponto de ebulição da água ao nível do mar. (b) Fahrenheit. É uma escala na qual 32º F representam o ponto de congelamento da água, e 212º F equivale ao ponto de ebulição da água ao nível do mar. REQUISITOS BÁSICOS Os cinco requisitos básicos para o bom funcionamento de um sistema de condiciona- mento de ar e pressurização de cabine são: (1) Uma fonte de ar comprimido para pressuri- zação e ventilação. As fontes de pressurização da cabine podem ser, compressores acionados pelo motor da aeronave, supercarregadores independentes de cabine ou ar sangrado diretamente do motor da aeronave. (2) Um meio de controle da pressão da cabine pela regulagem do fluxo de saída do ar da cabine. Isto é conseguido por um regulador de pressão da cabine e uma válvula de fluxo de saída. (3) Um método de limitação da pressão máxima diferencial à qual a área pressurizada da cabine estará sujeita. Válvulas de alívio de pressão, válvulas de alívio negativo (vácuo) e válvulas de alijamento são utilizadas com essa finalidade. (4) Um meio de regulagem da temperatura do ar (na maioria dos casos resfriamento) sendo distribuído à seção pressurizada da aeronave. Isso é conseguido por um sistema de refrigeração, trocadores de calor, válvulas de controle, elementos de aquecimento elétricos e um sistema de controle de aquecimento da cabine. (5) As seções da aeronave que precisam ser pressurizadas, devem ser seladas para reduzir o vazamento indesejável de ar ao mínimo. Essa área deve ser capaz de suportar seguramente a pressão diferencial máxima entre a cabine e a atmosfera, à qual ela estará sujeita. O projeto de cabine para suportar a 14-7 pressão diferencial e manter o vazamento de ar, dentro dos limites do sistema de pressurização, é basicamente um problema de engenharia estrutural e fabricação. Além dos componentes já discutidos, várias válvulas, controles e unidades associadas são necessárias para completar o sistema de condicionamento de ar e pressurização da cabine. Quando sistemas auxiliares, tais como dispositivos limpadores de pára-brisa, tanques de combustível pressurizado e tanques hidráulicos pres- surizados são requeridos, válvulas de corte adicionais e unidades de controle devem ser instaladas. A figura 14-4 mostra um diagrama de um sistema de condicionamento de ar e pressuriza- ção. Os detalhes exatos desse sistema são pecu- liares a somente um modelo de aeronave, mas o conceito geral é similar aquele encontrado na maioria das aeronaves. Figura 14-4 Típico sistema de ar condicionado e de pressurização. FONTES DE PRESSÃO DA CABINE 14-10 alternativo. O ar externo sob a pressão atmosférica é admitido ao supercarregador através de dutos e vertedouros adequados. Este ar comprimido pela ventoinha de alta velocidade é entregue à fuselagem. Os supercarregadores são normalmente movidos pelo motor através de um acoplamento conveniente, todavia, aeronaves turbo-jato utilizam supercarregadores (turbo-compresso- res) com acionamento pneumático. Figura 14-8 Vista pictorial de um supercaregador de cabine do tipo centrífugo. Os supercarregadores de cabine acionados pelo motor são, geralmente, montados em sua nacele. O supercarregador é acoplado diretamente ao acessório acionador por um eixo adequado. Um mecanismo de desacoplamento mecânico normalmente é incorporado no sistema de acionamento para permitir a desconexão do supercarregador, em caso de mal funcionamento. O mecanismo de desacoplamento pode ser operado da cabine de comando pelos tripulantes. Na maioria das aeronaves não é possível ou permissível o reacoplamento do supercarregador em vôo, uma vez que o mesmo tenha sido desconectado. Os supercarregadores acionados pelo mo- tor, usados em aeronaves com motor alternativo, necessitam de um mecanismo de acionamento de regime variável. A relação de engrenagens desses supercarregadores é ajustada automaticamente, para compensar as mudanças de R.P.M. do motor ou da pressão atmosférica. Normalmente, a relação de engrenagens é 8 a 10 vezes a velocidade do motor, quando operando em condições de cruzeiro. O regime de acionamento está no máximo quando operando em altas altitudes com o motor em baixa R.P.M. Os turbocompressores usados em aerona- ves turbo-jato podem ser localizados nas nace- les do motor ou na fuselagem. Pode haver até quatro turbocompressores em uma aeronave. Um turbocompressor consiste de uma turbina acionada por pressão de ar que, por sua vez, aciona uma ventoinha. O suprimento de ar comprimido usado para operar o turbocompressor é tomado do sistema pneumático da aeronave. A velocidade do turbocompressor é controlada pela variação do suprimento de ar comprimido para sua turbina. Os supercarregadores de cabine de todos os tipos possuem seus próprios sistemas de lu- brificação. O lubrificante pode ser o mesmo tipo usado para lubrificação do motor, ou poderá ser um óleo especial similar ao fluido hidráulico. Os rolamentos e engrenagens do su- percarregador são lubrificados por pressão e por pulverização. O sistema de lubrificação típico incorpora uma bomba, válvula de alívio, cárter, sistema de resfriamento e, algumas vezes, um tanque de óleo separado. A alta velocidade em uma ventoinha é uma limitação importante em todos os supercarregadores. Quando a velocidade na extremidade externa da ventoinha atinge a velocidade do som, a ventoinha rapidamente perde a sua eficiência como uma bomba. Uma limitação, igualmente importante, envolve a pressão de descarga criada nas saídas dos dutos de ar. Se a pressão de descarga é excessiva, a ventoinha pode sofrer um estol ou vibração. Controle do supercarregador A função do sistema de controle do super- carregador é manter um volume regularmente constante de saída de ar do supercarregador. Isso é conseguido no sistema usado em aeronave com motor alternativo, pela variação do regime de acionamento do supercarregador. O regime de acionamento entre a ventoinha do supercarregador e o motor é variado, para compensar as mudanças na R.P.M. do motor ou pressão atmosférica. Isto é conseguido por meio de um mecanismo automático que compara o fluxo de ar da saída do supercarregador e, através de uma caixa de 14-11 mudança de velocidade variável, ajusta a velocidade da ventoinha sempre que a saída do fluxo de ar varia do seu valor pré-fixado. A quantidade de F.H.P. (Friction HorsePower) tirada do motor para acionar o supercarregador é dependente do regime de acionamento. As perdas são mínimas durante uma operação em baixo regime, quando a energia requerida para girar a ventoinha está no mínimo. As perdas são de aproximadamente 75 F.H.P. em alto regime e 25 F.H.P. em baixo regime. Essa perda ocorre em altas altitudes, onde, os motores que impulsionam os supercarregadores de cabine podem requerer 3 a 4 polegadas de HG na linha de pressão para produzir o mesmo B.H.P. (Brake Horsepower) como o dos outros motores. A velocidade da ventoinha do supercarre- gador é, portanto, ajustada pelo sistema de con- trole, para manter uma massa constante de fluxo de ar de saída. Se variáveis, tais como altitude, tendem a aumentar ou diminuir a saída, o mecanismo de controle provoca a correção do regime de acionamento. Mudanças do regime de acionamento são também amenizadas por vários requintados sistemas, para prevenir contra a aceleração ou desaceleração rápida, que podem resultar em desconfortáveis vibrações na pressurização. Sérias conseqüências podem ocorrer se a velocidade da ventoinha tornar-se mais alta que a sua velocidade máxima projetada. Para proteger o supercarregador contra tais ocorrências, um sistema típico tem um governador de sobrevelocidade. Essa unidade é similar a um governador de contrapeso de hélice. O governador de sobrevelocidade atua em uma válvula para posicionar o mecanismo de controle para a posição baixo regime. Ele trabalha automaticamente para reduzir a R.P.M. da ventoinha, quando ocorrer uma sobreveloci- dade. Algumas instalações também têm uma válvula operada eletricamente, que posicionam o mecanismo de controle para a posição de baixa velocidade. Essa válvula de velocidade mínima pode ser operada manualmente da cabine de comando, ou automaticamente por um interruptor no montante do trem de pouso. Ele é usado basicamente para reduzir o regime de acionamento do supercarregador quando a pressurização não estiver sendo usada, ou quando ocorrerem emergências. Instrumentos do supercarregador O principal instrumento associado ao supercarregador é um medidor de fluxo de ar. Este instrumento normalmente mede a pressão diferencial entre a entrada e a saída do supercarregador. Em alguns casos existem dois ponteiros para indicar as pressões de entrada e saída na mesma escala. O medidor de fluxo de ar (ou pressão de entrada e saída) indica a operação adequada do supercarregador. Leituras altas, leituras baixas ou leituras flutuantes indicam vários tipos de mal funcionamento. Indicações de pressão e temperatura do óleo estão também disponíveis em instrumentos apropriados na cabine de comando. Em alguns casos, luzes de aviso podem ser usadas, no lugar ou em complemento a esses instrumentos. Compressores de cabine acionados pelo motor são usados em aeronaves turboélice. Esses compressores não têm uma variação de velocidade, devido a operação dos motores turboélice serem relativamente constante. A saída desse tipo de compressor é controlada pela variação automática do fluxo de ar de entrada, através de um mecanismo sensor de fluxo de ar e uma válvula de entrada adequada, que mantém uma saída de fluxo de ar constante. Ordinariamente uma válvula tipo "surge" e "dump" é usada na saída do compressor. Em alguns sistemas este é o único tipo de controle empregado para o compressor. A válvula tipo "surge" e "dump" previne contra a perturbação do fluxo de ar do compressor pela redução da pressão de saída, quando as demandas do sistema são intensas. A válvula também pode descarregar completamente a pressão de saída, quando a saída do compressor não for mais necessária. Esta válvula pode ser operada da cabine de co- mando e, também, por vários sistemas automáticos de controle. Quando a válvula "surge" e "dump" é aberta, a saída do compressor de cabine acionada pelo motor é descarregada para fora de bordo através de dutos apropriados. Os instrumentos usados em conjunto, 14-12 com os compressores acionados pelo motor, são similares àqueles usados com o supercarregador de velocidade variável. Um medidor de pressão de entrada e descarga mede as pressões do compressor. Alta temperatura e baixa pressão do óleo do compressor são normalmente indicadas por luzes de aviso. Os turbocompressores usados em aeronaves turbojato são similares em operação aos turbocarregadores, movidos pelo escape usados em alguns motores alternativos. A força derivada do sistema pneumático da aeronave é usada para a turbina da unidade. Desde que os turbocompressores não sejam apontados diretamente sobre eixos acionadores do motor, eles podem ser colocados na nacele do motor ou na fuselagem. Ordinariamente unidades turbocompressoras múltiplas são usadas para prover o alto fluxo de ar necessário as grandes aeronaves turbojato. A saída das unidades dos turbo compressores é usualmente controlada pela variação do suprimento pneumático da turbina. O suprimento de ar pneumático é obtido de uma seção do compressor do motor turbojato. Este suprimento de ar é regulado para uma pressão constante de aproximadamente 45 P.S.I. a 75 P.S.I. O sistema pneumático de pressão de ar é também usado para operar o sistema anti-gelo e outros sistemas da aeronave, assim sendo, várias válvulas de corte e unidirecionais são usadas para isolar unidades inoperantes do sistema tur- bocompressor. A saída do turbocompressor é controlada automaticamente por uma válvula de controle de fluxo de ar, e palhetas de entrada servo operadas. As palhetas de entrada controlam o suprimento de ar do sistema pneumático do compressor da turbina; elas abrem ou fecham de acordo com o sinal de pressão de ar captado pela válvula de controle de fluxo de ar. A velocidade do compressor é aumentada ou diminuída para manter um volume de ar na saída, relativamente constante. A velocidade do turbocompressor irá por conseguinte aumentar com a altitude. O principal controle do turbocompressor é uma simples válvula "liga-desliga". Essa válvula é localizada no duto de ar pneumático. Na posição desligada ela fecha completamente o suprimento pneumático para a turbina. Vários circuitos especiais também podem atuar junto a essa válvula de corte, quando a operação do turbocompressor não for desejada. A maioria das unidades de turbocompres- sores incorporam um controle de sobrevelocidade. Uma unidade de controle de sobrevelocidade típico é um simples governador com contrapesos, que faz com que o turbocompressor seja completamente fechado quando uma certa R.P.M. limite é atingida. Normalmente, a válvula de corte do duto pneumático é fechada por um controle de sobrevelocidade. O sistema de turbocompressor também usa uma válvula do tipo "surge" e "dump", similar as usadas para compressores acionados pelo motor. Os instrumentos da cabine de comando são os mesmos que os usados em sistemas acionados pelo motor, com a adição de um tacômetro que mede a velocidade do turbocompressor. Essa velocidade, em uma aeronave típica, varia de aproximadamente 20.000 R.P.M. ao nível do mar a 50.000 R.P.M. a 40.000 pés O controle de sobrevelocidade deve ser ajustado para cerca de 55.000 R.P.M. VÁLVULAS DE PRESSURIZAÇÃO O controle principal do sistema de pressurização é a válvula de saída de fluxo. Essa válvula é colocada em uma parte pressurizada da fuselagem, normalmente na parte inferior dos compartimentos. A finalidade da válvula é permitir a saída do excesso de ar, através de aberturas adequadas na carenagem da asa, ou do revestimento da fuselagem. Pequenas aeronaves usam uma válvula de saída de fluxo; grandes aeronaves podem usar até três válvulas, as quais trabalham em conjunto para prover o necessário volume de fluxo de saída. Um tipo de válvula de saída de fluxo é uma simples borboleta, que é aberta ou fechada por um motor elétrico. O motor recebe sinais elétricos amplificados de um controlador de pressurização para variar a posição da válvula para um vôo pressurizado. Algumas aeronaves usam uma válvula de saída de fluxo pneumática (figura 14-9). Essa válvula recebe sinais de um controle de pressurização na forma de pressões controladas de ar. As pressões de ar que operam a válvula 14-15 regulagem da pressão da cabine, alívio de pressão positiva, alívio de pressão negativa, e os meios para seleção da altitude de cabine desejada na faixa isobárica e diferencial. Em adição, o descarregamento da pressão de cabine é uma função do sistema de controle de pressão. Um regulador da pressão de cabine, uma válvula de saída de fluxo e uma válvula de segurança são usados para realizar essas funções. Regulador da pressão da cabine O regulador da pressão da cabine controla a pressão da cabine a um valor selecionado na faixa isobárica, e, além de limitá-la a um valor diferencial pré-fixado na faixa. A faixa isobárica mantém a cabine a uma altitude de pressão constante, durante o vôo em vários níveis. Ela é usada até que a aeronave al- cance a altitude na qual a diferença entre a pressão interna e a externa da cabine seja igual a maior pressão diferencial, para a qual a estrutura da fuselagem foi projetada. O controle diferencial é usado para evitar que a pressão diferencial máxima, para a qual a fuselagem foi construída, seja excedida. Essa pressão diferencial é determinada pela resistência estrutural da cabine e, freqüentemente, pelo relacionamento entre o ta- manho da cabine e as prováveis áreas de ruptura, tais como as áreas de janelas e portas. O regulador da pressão da cabine é proje- tado para controlar a pressão, pela regulagem da posição da válvula de saída de fluxo. O regulador normalmente proporciona controle, totalmente automático ou manual, da pressão dentro da aeronave. A operação normal é automática, requerendo somente a seleção da altitude de cabine desejada e a razão de mudança da pres- são da cabine. O regulador da pressão da cabine pode ser integralmente construído com a válvula de saída de fluxo, ou pode ser montado remotamente de uma válvula de saída de fluxo, e conectado a ela através de tubulação. Em qualquer caso, o princípio de operação é similar. Figura 14-12 Regulador de pressão do ar da cabine. 14-16 O regulador ilustrado na figura 14-12 é integrante da válvula de saída de fluxo. Esse re- gulador é do tipo de pressão diferencial, normalmente fechado, controlado e operado pneumaticamente. Esse tipo de regulador consiste de duas seções principais: (1) A seção da cabeça e da câmara de referência; e (2) A se- ção da válvula de saída de fluxo e diafragma. A seção da válvula de saída de fluxo e diafragma contém uma base, uma válvula de saída de fluxo atuada por mola, um diafragma atuador, um diafragma de equalização e um prato separador. O prato separador é fixado à extremidade da guia, a que se expande do centro da capa do conjunto. A válvula de saída de fluxo desliza na guia entre a tampa e o prato separador e, é forçada por ação de mola na posição fechada, de encontro à base. O diafragma de equalização estende-se além da área do prato separador até a válvula de descarga, criando uma câmara pneumática entre o prato separador fixo e a face interna da válvula de saída de fluxo. O ar da cabine flui para essa câmara através de orifícios no lado da válvula de saída de fluxo, para exercer uma força contra a face interna, opondo tensão de mola para abrir a válvula. O diafragma atuador expande-se além da válvula de descarga para a capa do conjunto, criando uma câmara pneumática entre a capa e a face externa da válvula de descarga. O ar da seção da cabeça e câmara de referência flui através de orifícios na capa, enchendo essa câmara, e exercendo uma força contra a face externa da válvula de descarga para auxiliar a tensão da mola na manutenção. A posição da válvula de descarga controla o fluxo do ar da cabine para a atmosfera, para controle da pressão da cabine. A ação dos componentes na seção da cabeça e câmara de referência controla os movimentos da válvula de descarga pela variação da pressão do ar da câmara de referência, sendo exercida contra a face externa da válvula. A cabeça e a seção da câmara de referência encerram um sistema de controle isobárico, um sistema de controle diferencial, um filtro, uma válvula de teste no solo, uma conexão para a linha estática e uma válvula solenóide de ar. A área dentro da cabeça é chamada de câmara de referência. O sistema de controle isobárico incorpora um aneróide a vácuo, um balancim, uma mola auxiliar e uma válvula de calibração isobárica. Um dos extremos do balancim liga-se a cabeça pelo aneróide a vácuo. O outro extremo do braço do balancim posiciona a válvula de calibração numa posição normalmente fechada, de encontro a um orifício de passagem na cabeça. A mola auxiliar, entre a sede da válvula calibradora e o retentor da mola, faz a válvula mover-se da sua sede, o quanto for permitido pelo braço do balancim. O sistema de controle diferencial inclui um diafragma, balancim, válvula de calibração e mola auxiliar. Um dos extremos do braço do balancim fica ligado a um diafragma na cabeça. O diafragma forma uma face sensitiva entre a câmara de referência e uma pequena câmara na cabeça. Essa câmara é aberta para a atmosfera pela passagem ligada à linha estática. A pressão atmosférica atua de um lado do diafragma, e a pressão da câmara de referência do outro. O extremo oposto do balancim posiciona a válvula calibradora na posição normalmente fechada contra a passagem na cabeça. A mola auxiliar, entre a sede da válvula e o retentor, faz com que esta afaste-se da sede o quanto for permitido pelo balancim. Sempre que a pressão do ar da câmara de referência for suficiente para comprimir o aneróide, o balancim pivoteia sobre o seu ponto de apoio. Isso permite à válvula de calibração mover-se de sua sede o equivalente à compressão no aneróide. Quando a válvula de calibração é aberta, o ar da câmara de referência flui para a atmosfera através de uma conexão com a linha estática. Pela regulagem da pressão do ar da câmara de referência, os sistemas de controle isobárico e diferencial comandam os braços da válvula de saída de fluxo, proporcionando três meios de operação chamados despressurização, isobárica e diferencial. Durante a operação de despressurização, figura 14-13, a pressão da câmara de referência é suficiente para comprimir o aneróide isobárico e abrir a válvula de calibração. O ar da cabine, entrando na câmara de referência através do orifício de ar, flui para a atmosfera através da válvula de calibração isobárica. 14-17 Figura 14-13 Regulador da pressão da cabine durante a despressurização. Considerando que o orifício de ar da cabine é menor que o orifício formado pela válvula de calibração, a pressão na válvula de referência é mantida em um valor ligeiramente menor que a pressão da cabine. À medida que a pressão aumenta na cabine, a pressão diferencial entre a face interna e a externa da válvula de saída de fluxo aumenta. Isso desaloja a válvula de saída de fluxo e propicia a saída do ar da cabine para a atmosfera. À medida que a faixa isobárica (figura 14- 14) é alcançada, a pressão da câmara de referência, que está diminuindo na mesma razão da pressão atmosférica, terá diminuído o bastante para permitir que o aneróide isobárico se expanda, e mova a válvula de calibração em direção à sua sede. Como resultado, o fluxo de ar da câmara de referência através da válvula de calibração é reduzido, evitando reduções posteriores na pressão de referência. Em resposta às ligeiras modificações na pressão da câmara de referên- cia, o sistema de controle isobárico ajusta a pressão de referência para mantê-la substancialmente constante na câmara, através da faixa isobárica de operação. Respondendo ao diferencial entre a pressão constante da câmara de referência, e a pressão variável da cabine, a válvula de saída de fluxo abre ou fecha, regulando o ar da cabine, conforme necessário, para manter constante a pressão. Figura 14-14 Regulador da pressão da cabine no alcance isobárico. À medida que a faixa diferencial é alcan- çada, a pressão diferencial entre a constante pressão de referência e a diminuição da pressão atmosférica torna-se suficiente para mover o diafragma, e abrir a válvula de calibração diferencial. Como resultado, o ar da câmara de referência flui para a atmosfera através da válvula de calibração diferencial, reduzindo a pressão de referência. Respondendo ao decaimento da pressão de referência, o aneróide isobárico expande e fecha a válvula de calibração isobárica completamente. A pressão da câmara de referência é agora controlada, através da válvula de calibração diferencial, pela pressão atmosférica incidindo contra a o diafragma diferencial. À medida que a pressão atmosférica diminui, a válvula de calibração abre mais, permitindo `a pressão de referência diminuir proporcionalmente. Respondendo à pressão diferencial entre a pressão da cabine e a pressão de referência, a válvula de saída de fluxo abre ou fecha para calibrar o ar da cabine, e manter um valor de pressão diferencial pré-determinado. Em adição às características de controle automático descritas, o regulador incorpora uma válvula de teste no solo e uma válvula 14-20 Em adição aos meios de operação au- tomática descritos, a válvula inclui os meios para acionamento elétrico para a posição de ali- jamento. Isso é conseguido por uma passagem na cabeça, permitindo ao ar da câmara de refe- rência escoar diretamente para a atmosfera. O fluxo de ar, através da passagem, é controlado por uma válvula de esfera e uma válvula solenóide. A válvula solenóide é mantida na posição normalmente fechada por ação de mola. Quando a válvula solenóide é aberta pelo posicionamento da chave de pressão na cabine em "RAM", o ar flui da câmara de referência, diminuindo a pressão de referência, e permitindo à válvula de saída de fluxo abrir e alijar o ar da cabine. Deve ser lembrado que a descrição prece- dente do sistema de controle de pressão é para finalidades ilustrativas, e não deve ser interpre- tado como representando uma construção parti- cular ou modelo de aeronave. O manual do fabricante sempre é aplicável aos detalhes e limitações do sistema, para a aeronave com a qual você está envolvido. Distribuição de ar O sistema de distribuição de ar da cabine inclui: (1) dutos de ar, (2) filtros, (3) trocadores de calor, (4) silenciadores, (5) válvulas unidire- cionais, (6) umidificadores, (7) sensores de controle de fluxo de massa, e (8) medidores de fluxo de massa. O sistema de distribuição mostrado na figura 14-16 é típico dos sistemas usados em pequenas aeronaves turboélice. Figura 14-16 Típico sistema de distribuição de ar. O ar entra na cabine do supercompressor através de uma abertura, com tela na tomada de ar do radiador de óleo do motor esquerdo. Se a tela da entrada de ar estiver obstruída por gelo, uma porta sob pressão de mola ao lado da tela abre, permitindo ao ar desviar-se da tela. Do supercarregador da cabine, o ar passa através de uma válvula de corte na parede de fogo, uma válvula de alívio de pressão e um silenciador, que abafa o barulho e as pulsações do supercarregador. O ar então passa através de uma válvula de controle de fluxo, que controla a razão do fluxo de ar, para manter o máximo de libras de fluxo de ar por minuto. Dutos de ar Dutos com seção retangular ou circular são os mais usados nos sistemas de distribuição de ar. Os dutos de seção circular são usados sempre que for possível; os retangulares são geralmente usados onde os dutos circulares não podem ser empregados, devido às limitações de espaço ou da instalação. 14-21 Os dutos retangulares podem ser utilizados na cabine, onde uma aparência mais agradável é desejada. Os dutos de distribuição para várias zonas da cabine, saídas de ar individuais para passageiros, e desembaçador de janelas, podem ter várias formas. Exemplos de duto circular, retangular, elípitico e perfilado são ilustrados na figura 14-17. . Figura 14-17 Secção em corte dos dutos de distribuição de ar. Os dutos de suprimento de ar da cabine são usualmente feitos de ligas de alumínio, aço inoxidável ou plástico. Tubos condutores para ar com temperaturas acima de 200º C são feitos de aço inoxidável. As partes da tubulação, onde a tem- peratura do ar não excede 100 º C, são construí- das de alumínio macio. Dutos plásticos, rígidos ou flexíveis são usados como dutos de saída para a distribuição de ar condicionado Figura 14-18 Suportes de dutos e foles de expansão. Desde que ar quente seja canalizado através do sistema de dutos, é importante que seja permitido ao duto expandir-se (expansão devido ao calor), e retrair-se novamente quando o ar resfria. Essa expansão e contração deve ocorrer sem perda da integridade do duto. Foles de expansão (figura 14-18) são incorporados em várias posições ao longo do sistema de dutos, para permitir que estes se expandam ou contraiam. Em geral, são necessários apoios em ambos os lados das conexões com foles, um apoio fixo em lado para impedir o movimento do duto e um apoio corrediço com um suporte fixo no outro lado. O apoio corrediço permite o movimento do aneróide, enquanto a seção do 14-22 duto estiver sob pressão. Sistemas típicos de apoio de duto são mostrados na figura 14-18. Sempre que um duto for angulado, dispo- sitivos são providenciados para prevenir quanto às forças nas extremidades, as quais tendem a empurrar as seções dos dutos separadamente. Isso pode ser conseguido com um suporte externo oscilante, o qual fixa o duto à estrutura rígida da aeronave (figura 14-19). Em alguns casos, uma conexão articulada é incorporada dentro do próprio duto para transmitir as cargas nas extremidades. O elo de tração dentro do fole assemelha-se a um único elo de corrente que junta dois segmentos de dutos. A figura 14-20 ilustra uma conexão desse tipo. Figura 14-19 Suportes típicos para dutos em ângulo. Figura 14-20 Conexão interna de um fole de expansão. Filtros O ar entregue a uma cabine pressurizada de um supercarregador ou compressor de turbina pode conter partículas de sujeira, vapor de óleo ou outras impurezas. Ar não filtrado, o qual contém uma considerável quantidade de impurezas, usualmente tem um odor desagradável, causando dor de cabeça e náusea. Filtros são geralmente incorporados na tubulação para purificação do ar. SISTEMAS DE AR CONDICIONADO A função de um sistema de ar condicionado é manter uma temperatura confortável dentro da fuselagem da aeronave. O sistema irá elevar ou abaixar a temperatura do ar conforme necessário, para se obter a temperatura desejada. A maioria dos sistemas é capaz de manter a temperatura de saída do ar entre 70º e 80º F, com temperaturas de saída do ar normalmente programadas. Este ar com a temperatura condicionada é então distribuído para que haja um mínimo de estratificação (camadas quentes e frias). O sistema, em adição, deve possuir con- trole de umidade, prevenir contra o embaça- mento das janelas, e deve manter a temperatura dos painéis de parede e piso sob nível confor- tável. Em um sistema típico, a temperatura do ar é comparada à desejada, selecionado nos controles de temperatura. Então, se a temperatura não está correta, aquecedores ou resfriadores são colocados em operação para mudar a temperatura do ar, que é misturado, produzindo uma temperatura uniforme na cabine. Em resumo, um sistema de condicionamento de ar é projetado para desenvolver uma ou todas das seguintes funções: (1) ventilação; (2) aquecimento; e (3) resfriamento. Ventilação A ventilação é obtida através de dutos de ar pressurizado, instalados nas superfícies dianteiras, inferiores ou superiores da aeronave, ou através de outras tomadas de ventilação nas paredes da aeronave. O ar entrando nestas aberturas usualmente passa dentro do mesmo sistema de duto, usado para aquecimento e resfriamento. Em algumas aeronaves, ventiladores e as- sopradores de reciclagem estão presentes no sistema para auxiliar na reciclagem do ar. Muitas aeronaves tem conexão de solo para receber aquecimento, resfriamento ou ventilação de equipamentos de apoio de solo, quando estacionados. 14-25 aquecedor à combustão necessita de quatro elementos para sua operação. (1) combustível para queimar; (2) ignição para inflamar o combustível; (3) ar para a combustão para prover o oxigênio necessário e manter a chama; e (4) ventilação para transferir o calor para os locais onde ele é necessário. Figura 14-22 Esquema de instalação de um sistema aquecedor. Sistemas de combustível do aquecedor O combustível usado nos aquecedores é suprido, na maioria dos casos, pelos mesmos tanques de combustível que suprem os motores. O combustível flui do tanque para os aquecedo- res por gravidade, ou é bombeado até lá por bombas de combustível. O combustível para o aquecedor deve primeiramente passar através de um filtro, do mesmo modo do combustível, que flui para os motores da aeronave para remover suas impurezas. Se partículas estranhas não forem removidas, elas podem eventualmente entupir as unidades do sistema de aquecimento e impedir a operação do aquecedor. Após a filtragem, o combustível flui através de uma válvula solenóide de combustível e bicos medidores. Independente do tipo, eles normalmente têm a mesma função, que é a de manter um volume constante à saída do combustível para a câmara de combustão. Este volume uniforme, em combinação com o fluxo de combustão fixado, assegura uma razão relativamente constante de combustível/ar para o aquecedor. O resultado é uma saída estável do aquecedor. Para aumentar ou diminuir a temperatura da cabine, os aquecedores poderão operar mais ou menos tempo, conforme mais ou menos calor for desejado. Na maioria dos sistemas de aquecimento isso é executado automaticamente por um amplificador, conectado ao dispositivo sensor de temperatura, ou pelos comutadores que abrem e fecham o circuito da válvula solenóide de combustível. O aquecedor oscila então entre ligado e desligado, para manter a temperatura se- lecionada no reostato localizado na cabine. A maioria dos sistemas de aquecimento também incluem comutadores de sobreaqueci- mento em cada saída do aquecedor, para cortar automaticamente o suprimento de combustível quando a temperatura atingir cerca de 350º F. Pode-se observar que o controle do suprimento de combustível do aquecedor é necessário, não somente para a sua operação normal, mas tam- bém para desligá-lo quando superaquecido. Outra unidade essencial para o sistema de combustível do aquecedor é a “alimentação” no interior da câmara de combustão. Dependendo da instalação, ele poderá ser um bico injetor ou um vaporizador de pavio. O bico injetor (figura 14-23) é projetado para injetar uma nuvem fina e uniforme na corrente de ar da 14-26 combustão, onde ela é inflamada pela vela de ignição. Figura 14-23 Bico injetor de aquecedor. Figura 14-24 Vaporizador de pavio de aço inoxidável. O vaporizador de pavio é feito de asbestos, contido em um tubo flangeado fundido ou em aço inoxidável, contido em uma coluna vertical. Este último tipo é mostrado na figura 14-24. Um pré-aquecedor, na forma de uma bobina em torno da linha de combustível é usada em alguns aquecedores que utilizam vaporizador de pavio. Ele aquece o combustível para acelerar a vaporização e auxiliar a ignição quando a temperatura externa estiver abaixo de zero. O seu uso é limitado em dois minutos devido aos danos à resistência, em um longo período de operação. Sistema de ignição A alta voltagem para aquecedores usando velas de ignição como ignitores é suprida por uma unidade de ignição de alta potência; ope- rando com fonte de 28 VCC da aeronave ou por transformadores de ignição operando com 115 VCA da aeronave. A unidade de 28 VCC consiste principalmente de um vibrador e bobina elevadora, a qual produz uma centelha de alta- voltagem em alta freqüência. Um terminal blin- dado é usado para conectar a bobina à vela de ignição. A centelha é produzida entre o eletrodo central da vela e o seu eletrodo terra. Pratica- mente o mesmo resultado é obtido onde os transformadores de ignição são usados. Aqui, todavia, a energia é suprida por um sistema de inversor CA principal de 115 V 400Hz. Essa energia é levada aos transformadores, onde se eleva a uma voltagem muito alta, necessária para fazer a centelha saltar entre o espaço dos eletrodos da vela de ignição. Mas se uma fonte CA ou CC é usada para centelhar a vela de ignição, a ignição é contínua durante a operação do aquecedor. Esta operação contínua impede que os eletrodos se sujem. É a disposição dos eletrodos que fazem a diferença entre os tipos de velas de ignição usa- dos nos aquecedores à combustão das aerona- ves. Um tipo de vela de ignição é mostrado na figura 14-25A. Esse tipo é conhecido como de dois eletrodos. O outro tipo de vela a ser encontrado nos aquecedores à combustão é a de eletrodo blindado (figura 14-25B). Nesta vela, o eletrodo terra forma uma blindagem em volta do eletrodo central. Embora os ignitores à vela sejam diferentes, de alguma forma, na aparência, a maioria dos ignitores com espiral incandescentes são similares ao mostrado na figura 14-25C. Eles consistem de um fio resistivo enrolado em uma espiral em volta de um pino, que se estende do corpo do ignitor. A extremidade externa da espiral é conectada ao pino; proporcionando suporte e continuidade elétrica. O corpo do ignitor é provido de dois termi- nais, os quais são conectados através da espiral, e roscados para permitir a sua instalação. A espiral incandescente opera com fonte elétrica de 24 ou 28 VCC da aeronave. 14-27 Figura 14-25 Velas de ignição de aquecedores. A corrente direta faz com que a espiral se torne quente ao rubro e, assim, inflamando a mistura ar/combustível até que o aquecedor esteja operando a uma temperatura suficiente para manter a chama após o desligamento da espiral incandescente. Um disjuntor térmico corta o circuito para a espiral incandescente, quando essa temperatura é alcançada. Isto prolonga a vida do ignitor. Um outro tipo de vela usado é a do tipo de eletrodo único (não mostrado). O eletrodo terra usado neste tipo de vela é uma instalação sepa- rada, fixada ao aquecedor, em um ângulo que irá proporcionar um espaçamento entre o eletrodo da vela e o terra. Sistema de ar para a combustão O ar para a combustão de cada aquecedor de cabine é recebido da tomada principal de ar ou através de uma tomada em separado. Nas aeronaves pressurizadas e não pressurizadas isto é proporcionado por uma pressão dinâmica durante o vôo, e por um turbocompressor de solo quando em operação no solo. Para evitar que muito ar entre no aquecedor à medida que a pressão dinâmica aumenta, este é dotado de uma válvula de alívio do ar da combustão, ou um regulador de pressão diferencial. A válvula de alívio de ar é localizada na linha frontal do duto de tomada dinâmica de ar, e acionada por mola para alijar o excesso de ar na corrente de exaustão de gás do aquecedor. O regulador de pressão diferencial está localizado também na linha de tomada de ar da combustão, mas ele controla a quantidade de ar chegando à câmara de combustão de uma maneira ligeiramente diferente. Enquanto a válvula de alívio recebe uma grande quantidade de ar e desvia a quantia não necessária, o regulador de pressão permite que somente a quantidade necessária entre em sua tomada, logo de início. Ele faz isso através de um mecanismo de controle do tipo mola e dia- fragma. Um lado do diafragma é voltado para a linha de entrada de ar do aquecedor, e o outro lado para a linha de exaustão de gás. Qualquer mudança na pressão ocorrida entre esses pontos é corrigida no regulador, que deixará passar mais ou menos ar, conforme necessário. Então uma pressão de ar da combustão constante é fornecida ao aquecedor. Associado à um fluxo regular de combustível, essa pressão constante de ar torna possível um fluxo regulado de gases para combustão através da câmara de combustão e o radiador conectado. Se uma chama surgir próximo ao aquecedor, uma válvula contra fogo automaticamente corta o suprimento de ar para a combustão, para evitar que o fogo se espalhe pelo sistema de aquecimento. Uma válvula de contra fogo do ar da combustão do tipo-alijamento (figura 14-26) é localizada na entrada de ar de combustão de alguns aquecedores. Essa válvula tem dois segmentos semi-circulares, soldados juntos e acionados por mola, para permitir um fluxo máximo de ar através do duto de ar de combustão. Os segmentos irão se soltar para vedar o duto, quando o material soldante se fundir a aproximadamente 400º F. 14-30 tempo. Tentativas para obter ambos farão com que o supercarregador trabalhe sobrecarregado, ou o-pere de uma maneira insatisfatória. Operação do sistema Esta descrição da operação de um sistema de condicionamento de ar, tem a intenção de fornecer um entendimento da maneira como o sistema é controlado, as funções de vários componentes e subconjuntos e seus efeitos na operação total do sistema. A figura 14-27 é um esquema de um sistema típico. Referências freqüentes ao esquema deverão ser feitas durante o estudo das descrições operacionais seguintes. Figura 14-27 Esquema do fluxo do sistema de pressurização e do ar condicionado da cabine. O sistema é composto de um trocador de calor primário, uma válvula de desvio do trocador, limitadores de fluxo, unidade de refrigeração, válvulas de corte principal, trocador de calor secundário, válvula de desvio da unidade de refrigeração, válvula de corte do ar de impacto, e um sistema de controle de temperatura. Um regulador de pressão da cabine e uma válvula de alijamento são incluídas no sistema de pressurização. O ar, para o condicionamento do ar da cabine e do sistema de pressurização, é sangrado dos compressores de ambos os motores. As linhas de sangria do motor são cruzadas, e equipadas com válvulas unidirecionais para assegurar o suprimento de ar de qualquer motor. Um bico limitador de fluxo é incorporado em cada linha, para evitar a completa perda de pressão no sistema remanescente, caso ocorra ruptura na linha, e para evitar que excessiva quantidade de ar quente sangre através da ruptura. Na leitura do esquema, na figura 14-27, a entrada inicial de ar quente é indicada no lado direito. O fluxo é descrito na página, através de cada unidade, e voltando para o quadro; no canto inferior direito que representa a cabine de comando e a dos passageiros. O ar procedente da tubulação do motor é canalizado através de um limitador de fluxo ao trocador de calor primário e, simultaneamente, para a sua válvula de desvio. O ar frio para o trocador de calor é obtido de um duto de entrada e, após passar pelo trocador, é eliminado para a atmosfera. O suprimento de ar proveniente do trocador de calor primário é controlado para manter uma temperatura constante de 300ºF pela válvula de desvio do trocador de calor. A válvula de desvio é automaticamente controlada pela pressão de ar na sua entrada, e por um elemento sensor de temperatura na saída. Esses elementos proporcionam dados de temperatura, que fazem com que a válvula mantenha uma temperatura constante pela mixagem do ar 14-31 quente sangrado do motor, com o ar refrigerado procedente do trocador de calor. O ar da cabine é, em seguida, direcionado para outro limitador de fluxo e uma válvula de corte. Esta é a válvula de corte principal para o sistema, e é controlada da cabine de comando. Da válvula de corte, o ar é direcionado para a válvula de desvio da unidade de refrigeração, para a seção do compressor da unidade de refrigeração, e para o trocador de calor secundário. A válvula de desvio, automaticamente mantém o compartimento de ar em qualquer temperatura pré-selecionada entre 60ºF e 125ºF. pelo controle da quantidade de ar quente, desviado da unidade de refrigeração, e misturado com o da saída da unidade de refrigeração. O ar refrigerado para o núcleo do trocador de calor secundário é obtido de um duto de entrada. Algumas instalações usam um ventilador acionado à turbina para injetar ar através do trocador de calor; outros usam um assoprador acionado hidraulicamente. Após o resfriamento do ar da cabine, o ar refrigerado é expelido para a atmosfera. À medida que o ar da cabine deixa o trocador de calor secundário, ele é dirigido para a turbina de expansão, que é movimentada pela pressão do ar exercida sobre ela. No desenvolvimento dessa função, o ar é então resfriado, antes de entrar no separador de água, onde a umidade contida no ar é reduzida. Do separador de água, o ar é dirigido através do sensor de temperatura para a cabine. O ar entra nos espaços da cabine através de uma malha de dutos e difusores, sendo distribuído igualmente por todos os espaços. Alguns sistemas incorporam tomadas direcionadas, que podem ser giradas pelos ocupantes da cabine para proporcionar um conforto adicional. Um sistema alternativo de ar de impacto é fornecido para suprir a cabine com ar ventilado, caso o sistema normal esteja inoperante, ou para livrar áreas da cabine de fumaça, odores indesejáveis ou vapores que possam ameaçar o conforto, a visibilidade ou a segurança. Os sistemas de ar condicionado e ar de impacto são controlados de um único interruptor na cabine de comando. Esse interruptor é de três posições “OFF”, “NORMAL” e “RAM”. Na posição “OFF” (desligado), sob condições normais, todo o equipamento de condicionamento de ar, pressurização e ventilação da cabine estará desligado. Na posição “NORMAL” (ligado) sob condições normais, o equipamento de pressurização e condicionamento de ar está funcionando normalmente e o ar de impacto estará desligado. Na posição “RAM” (ar de impacto), sob condições normais, a válvula de corte principal fecha, e o regulador da pressão de ar da cabine e a válvula de alijamento de segurança estarão abertos. Isso permite que o ar de impacto, procedente do duto de calor, seja direcionado para o duto de suprimento de ar da cabine para resfriamento e ventilação. Com o regulador de pressão do ar e a válvula de alijamento de segurança energizada aberta, o ar existente na cabine e o ar de impacto que entra, estão constantemente sendo alijados para a atmosfera, assegurando um pronto fluxo de ar fresco para a cabine. Um duto incorporado no sistema de ar condicionado, entre a linha de temperatura constante, procedente da válvula de desvio do trocador de calor primário e o compartimento da cabine, supre com ar quente para o aquecimento suplementar. O controle desse ar é feito por uma válvula auxiliar de controle de calor, do tipo borboleta. A válvula de controle de calor é controlada por uma alavanca operada manualmente, que é conectada por um cabo a um braço de controle da válvula. O sistema de controle de temperatura consiste de um controlador de temperatura, um botão seletor; um interruptor de controle de duas posições, uma válvula de desvio reguladora e uma rede de controle. Quando o interruptor de controle de temperatura estiver na posição “auto”; a válvula de desvio irá procurar uma posição de passagem, que resultará em uma temperatura no duto, correspondente à temperatura ajustada no controlador. Isso é conseguido através de uma rede de controle, que transmite sinais dos elementos de sensoreamento para o controlador de temperatura da cabine, que então, eletricamente, posiciona a válvula em relação aos ajustes do botão de controle de temperatura. Com o interruptor de controle de temperatura na posição “MAN”, o controlador irá controlar a válvula de desvio diretamente, sem referência da temperatura do duto. Nesse modo de operação, as temperaturas desejadas são mantidas pelo monitoramento do botão de 14-32 temperatura do ar, à medida que as condições de temperatura da cabine são alteradas. OPERAÇÃO DOS COMPONENTES DO SISTEMA DE CICLO DE AR. Trocador de calor primário Essa unidade, ilustrada na fig 14-28, reduz a temperatura do ar sangrado do motor, ou do ar descarregado pelo supercarregador, introduzindo-o através das tubulações no núcleo do trocador. Durante o vôo, o núcleo é resfriado pelo ar de impacto. A quantidade de ar a ser resfriada no trocador de calor primário é controlada pela válvula de desvio do mesmo. Figura 14-28 Trocador de calor primário. Válvula de desvio do trocador de calor primário A válvula de desvio do trocador de calor primário (figura 14-29) está localizada no duto de alta pressão, na saída do trocador de calor primário. Como mencionado anteriormente, ela regula e controla o fluxo de ar e o ar desviado do trocador de calor primário, para manter a temperatura do ar na saída, constante a 300ºF. A unidade consiste, essencialmente, de um conjunto regulador que possui um regulador de pressão, um atuador do controle de temperatura, uma válvula solenóide e um termostato pneumático. O conjunto possui duas entradas marcadas com “HOT” e “COLD” e uma saída. As duas entradas incorporam válvulas borboletas, que são montadas em eixos serrilhados que se projetam através da extensão do alojamento do conjunto, e são fixados a um braço atuador de controle comum. As borboletas estão posicionadas a 90º uma da outra e operam, de tal maneira, que quando uma se move para a posição aberta, a outra se move para a posição fechada. O eixo atuador contém um parafuso batente ajustável que limita o curso do atuador, e indica a posição das borboletas. O atuador de controle de temperatura está montado sobre o corpo de uma válvula de desvio, e consiste de um alojamento e uma capa contendo um conjunto diafragma sob pressão de mola. O conjunto diafragma está afixado ao braço de controle da borboleta, e divide o atuador em uma câmara sensora ambiente. A câmara ambiente contém a mola do diafragma e a haste atuadora. 14-35 pneumaticamente. Sua operação é baseada em um sinal do elemento sensor de temperatura de saída, o qual é controlado através do sistema de controle de temperatura, para uma posição “OPEN”, mas utiliza a pressão pneumática de entrada para abrir a válvula. Figura 14-31 Válvula de desvio da refrigeração. Quando uma força elétrica é aplicada, uma bobina e armadura (transdutor) é energizada, fechando a passagem de sangria na câmara de pressão da válvula. A pressão resultante, criada na câmara, força o pistão a girar a válvula borboleta no duto de ar da cabine, para uma posição “OPEN”. À medida que a temperatura varia ou uma nova temperatura é selecionada, a válvula é reposicionada correspondentemente. O reposicionamento é conseguido pela ação de um transdutor, variando a quantidade de pressão permitida para sangrar, da câmara de pressão. Falha da válvula de desvio ou seus componentes farão com que a válvula se mova para a posição fechada (FAIL SAFE). Trocador de calor secundário A função do trocador de calor secundário é a de refrigerar parcialmente o ar para a pressurização e o condicionamento da cabine, para a temperatura que torna possível a operação eficiente da unidade de refrigeração. O conjunto trocador de calor consiste principalmente de tubos de alumínio ondulados. Os tubos são arranjados para que o ar pressurizado da cabine possa fluir dentro deles, e o fluxo de ar refrigeração através deles. O trocador de calor secundário opera essencialmente da mesma maneira que o trocador de calor primário. O ar da cabine, que será posteriormente resfriado, é direcionado através de tubos para o núcleo do trocador de calor. O ar refrigerado é forçado através do trocador de calor secundário e retornado para uma entrada de ar do motor, ou pode ser desviado diretamente para a atmosfera. O ar da cabine é regulado por uma válvula de desvio de refrigeração, onde ele é dirigido para um trocador de calor secundário ou para a linha de desvio da unidade de refrigeração em quantidades medidas, conforme o necessário 14-36 para atender à demanda do sistema de controle de temperatura. Unidade de refrigeração A unidade de refrigeração, ou turbina, é usada no sistema de condicionamento de ar para resfriar o ar pressurizado para a cabine. A operação da unidade é inteiramente automática, é a energia sendo derivada da pressão e temperatura do ar comprimido, passando através da roda da turbina. O ciclo de refrigeração está ajustado para atender a variação de demanda de refrigeração da cabine, por uma válvula de desvio, que proporciona a refrigeração completa da unidade. Desse modo, a temperatura da cabine é regulada pela mistura do ar desviado, com o que passou pela unidade de refrigeração. A turbina de refrigeração (figura 14-32) consiste de três seções principais: (1) o conjunto da carcaça principal; (2) conjunto da câmara da turbina; e (3) conjunto da câmara do compressor. Figura 14-32 Esquema de uma turbina de refrigeração. O conjunto da carcaça principal proporciona a estrutura para os dois conjuntos de câmaras, e fornece o apoio para os dois eixos. Ele serve também como reservatório de óleo, que é suprido aos rolamentos por pavios. Uma vareta para verificação do nível de óleo está fixada no tampão do bocal de enchimento. O conjunto de câmara da turbina é composto de duas metades que encerram o alojamento da turbina, dentro do qual a roda da turbina gira. O conjunto da câmara do compressor é composto de duas metades que contêm o difusor, dentro do qual a roda do compressor gira. Um eixo comum suporta ambos os conjuntos, sendo apoiado por rolamentos no conjunto da carcaça. Um borrifador de óleo está montado externamente próximo a cada um dos rolamentos que apoiam o eixo. Uma névoa de ar/óleo é borrifada, diretamente nos rolamentos para lubrificá-los. Selos de ar/óleo são instalados entre cada borrifador e a roda adjacente. O suprimento de ar que está sendo resfriado movimenta a turbina de refrigeração. Um rotor acionado por essa turbina, força o ar refrigerado através da unidade de refrigeração. O processo de refrigeração ocorre quando o ar quente comprimido expande através da roda 14-37 da turbina de expansão do ar. Isso resulta em uma redução na temperatura e pressão do ar. À medida que esse ar quente comprimido se expande, ele fornece energia para a roda da turbina, fazendo com que ela gire em alta velocidade. Desde que a roda da turbina e a roda do compressor estejam nas extremidades opostas de um eixo comum, a rotação da roda da turbina resulta em uma rotação correspondente da roda do compressor. Dessa forma, a energia liberada do ar comprimido em alta temperatura para a roda da turbina, fornece a energia necessária pela rotação do compressor para promover a compressão do ar admitido. A carga imposta à turbina, pelo compressor, mantêm a velocidade de rotação dentro da faixa de máxima eficiência. A redução da temperatura do ar auxilia na manutenção da temperatura da cabine dentro dos limites desejados. Separadores de água Os separadores de água (figura 14-33) são usados no sistema de condicionamento de ar da cabine, para remover a umidade excessiva do ar. Na maioria dos sistemas de refrigeração, um separador de água está instalado no duto de descarga da turbina de resfriamento. Figura 14-33 Separador de água. O separador de água remove o excesso de umidade do ar condicionado pela passagem do ar, através de um saco aglutinador ou condensador. As partículas de água muito pequenas na forma de névoa ou vapor, contidas no ar, são transformadas em grandes partículas quando passam através do condensador. À medida que o ar carregado de umidade passa pelas palhetas do suporte aglutinador, as partículas de água são transportadas pelo turbilhão de ar e jogadas para fora contra as paredes do coletor. A água, então, escorre para um cárter coletor, sendo drenada para a atmosfera. Alguns separadores de água também possuem uma válvula de desvio sensível à altitude e que aliviam a pressão, desde que pouca umidade esteja presente no ar em grandes altitudes. A válvula de desvio no separador de água abre a uma altitude predeterminada, geralmente 20.000 pés, para permitir que o ar frio passe diretamente através do separador de água, desviando-se do saco aglutinador, e reduzindo a pressão de retorno no sistema. A válvula de desvio abrirá também se, por algum motivo, o saco aglutinador tornar-se obstruído. Um indicador da condição do saco aglutinador é instalado em alguns separadores de água para indicar quando o saco está sujo. O indicador sente a queda de pressão através do saco, e indica quando essa queda está excessiva. Desde que o indicador seja sensível à pressão, a condição do saco é determinada somente enquanto o sistema está em operação. Válvula de ar de impacto A válvula de ar de impacto está sempre fechada durante operações normais. Ela é energizada para abrir quando o interruptor da cabine de comando é colocado na posição “RAM”. Com a válvula de ar de impacto aberta, o ar do duto de entrada é admitido através da válvula, e encaminhado para o duto de suprimento de ar da cabine. SISTEMA ELETRÔNICO DE CONTROLE DA TEMPERATURA DA CABINE A operação do sistema eletrônico de controle da temperatura da cabine é baseado no princípio do circuito de ponte em equilíbrio. Quando qualquer das unidades que compõe as “pernas” do circuito da ponte muda o valor da resistência devido à mudança de temperatura, o circuito da ponte torna-se desbalanceada. Um regulador eletrônico recebe um sinal elétrico como um resultado desse desequilíbrio e 14-40 torne desenergizado, parando a rotação do motor da válvula de mixagem. Nesse ponto, a voltagem do aquecedor é removida do termistor nº 1 e ele esfria, novamente desbalanceando a ponte. Isso faz com que o motor da válvula de mixagem gire ainda mais, em direção à posição “frio”, permitindo que mais ar refrigerado entre na cabine. O ciclo continua até que a queda na voltagem, através da unidade sensora e o reostato seletor, sejam iguais. Se a temperatura do ar da cabine estivesse mais fria que a ajustada, a ponte estaria desbalanceada na direção oposta. Isso iria fazer com que o relé K2 no regulador se tornasse energizado, dessa maneira, energizando a bobina de campo-quente do motor da válvula de mixagem. A ponte poderá também ser desbalanceada por outro método, isto é, pelo reposicionamento do reostato seletor da cabine. Novamente, a válvula misturadora move- se para regular a temperatura do ar até que a ponte seja rebalanceada. SISTEMA DE CICLO DE VAPOR A FREON Os sistemas de resfriamento, por ciclo de vapor, são usados em várias aeronaves de transporte, de grande porte. Esse sistema normalmente tem uma capacidade de resfriamento maior que um sistema de ciclo de ar e, além disso, pode ser usado para resfriamento no solo quando os motores não estão operando. Um sistema a Freon para aeronave é basicamente similar em princípio, a um refrigerador ou condicionador de ar caseiros. Ele usa componentes e princípios de operação similares, e na maioria dos casos depende de um sistema elétrico para alimentá-lo. O sistema de ciclo de vapor faz uso do fato científico de que um líquido pode ser vaporizado a qualquer temperatura, para mudança da pressão atuando sobre ele. A água, à pressão barométrica ao nível do mar de 14.7 P.S.I.A. ferverá se sua temperatura for elevada a 212ºF. A mesma água em um tanque fechado, sob a pressão de 90 P.S.I.A. não ferverá antes de 320ºF. Se a pressão for reduzida para 0.95 P.S.I.A. por uma bomba de vácuo, a água ferverá a 100ºF. Se a pressão for ainda mais reduzida, a água ferverá a uma temperatura ainda menor; por exemplo, a 0.12 P.S.I.A. a água ferverá a 40ºF. A água pode ser posta a ferver a qualquer temperatura, se a pressão correspondente à temperatura desejada para fervura puder ser mantida. Ciclo de refrigeração As leis básicas da termodinâmica estabelecem que o calor irá fluir, de um ponto de temperatura mais alta, para um ponto de temperatura mais baixa. Se for necessário que o calor flua na direção oposta, alguma energia deve ser fornecida. O método utilizado para se obter isso, em um condicionador de ar, é baseado no fato de que, quando um gás é comprimido, sua temperatura é elevada e, similarmente, quando um gás comprimido se expande, sua temperatura abaixa. Para se obter o fluxo de calor “reverso” requerido, um gás é comprimido a uma pressão suficientemente alta, de tal forma que sua temperatura é elevada acima da do ar exterior. O calor irá fluir agora do gás com temperatura mais alta para o ar circundante com temperatura mais baixa (dissipação de calor), dessa forma reduzindo o calor contido no gás. Ao gás é agora permitido expandir para uma pressão mais baixa, e isso causa uma queda na temperatura, que o torna mais frio que o ar do espaço a ser resfriado (fonte de calor). O calor irá agora fluir de sua fonte para o gás, que é então comprimido novamente, iniciando um novo ciclo. A energia mecânica necessária para produzir esse fluxo reverso aparente de calor é fornecido por um compressor. Um ciclo de refrigeração típico é ilustrado na figura 14-37. 14-41 Figura 14-37 Ciclo de refrigeração. Esse ciclo de refrigeração está baseado no princípio, de que o ponto de ebulição de um líquido é elevado quando a pressão do vapor em torno dele é elevada. O ciclo opera como a seguir: a um líquido refrigerante, confinado em um reservatório em alta pressão, é permitido fluir através da válvula para o evaporador. A pressão no evaporador é baixa o suficiente, a fim de que o ponto de ebulição do líquido refrigerante esteja abaixo da temperatura do ar a ser refrigerado, fazendo com que o líquido ferva (para ser convertido de líquido para vapor). O vapor frio do evaporador entra no compressor, onde sua pressão é elevada, dessa forma elevando o ponto de ebulição. O refrigerante em alta temperatura e alta pressão flui para o condensador. Aqui o calor flui do refrigerante para a saída de ar, condensando o vapor em um líquido. O ciclo é repetido para manter o espaço refrigerado à temperatura selecionada. Os líquidos que entram em ebulição, em baixas temperaturas, são os mais adequados para uso como refrigerantes. Comparativamente, largas quantidades de calor são absorvidas quando os líquidos são transformados para vapor. Por essa razão, o Freon líquido é usado na maioria das unidades de refrigeradores e condicionadores de ar domésticos ou de aeronaves. O Freon é um fluido que ferve a uma temperatura de aproximadamente 39ºF à pressão atmosférica. Similar a outros fluidos, o ponto de ebulição pode ser elevado a aproximadamente 150ºF à pressão de 96 P.S.I.G. Essas pressões e temperaturas são representantes de um tipo de valores reais que irão variar ligeiramente com diferentes tipos de Freon. O tipo de Freon selecionado para uma determinada aeronave dependerá do projeto dos componentes do sistema instalado. O Freon, similar aos outros fluidos; tem a característica de absorver calor quando ele muda de líquido para vapor. Contrariamente, o fluido libera calor quando ele muda de vapor para líquido. No sistema de resfriamento a Freon, a mudança de líquido para vapor (evaporação ou ebulição) ocorre em um local onde o calor pode ser absorvido do ar da cabine; a mudança de vapor para líquido (condensação) ocorre em um ponto onde a liberação de calor pode ser dissipado para fora da aeronave. A pressão do vapor é elevada antes do processo de condensação, de tal forma que a temperatura de condensação é relativamente alta. Por essa razão, o Freon, condensado a aproximadamente 150ºF., perderá calor para o ar exterior que poderá estar tão quente quanto 100ºF. A quantidade de calor que cada libra de líquido refrigerante absorve, enquanto fluindo através do evaporador, é conhecido como o “efeito refrigeração”. Cada libra fluindo através do evaporador é capaz de absorver somente o calor necessário para vaporizá-lo, se não ocorrer superaquecimento (elevação da temperatura de um gás acima daquela estabelecida para o seu ponto de ebulição de estado líquido). Se o líquido atingindo a válvula de expansão estivesse exatamente na temperatura à qual ele estava vaporizando, a quantidade que o evaporador poderia absorver seria igual ao seu calor latente. Essa é a quantidade de calor requerida para mudar o estado de um líquido, no ponto de ebulição, para um gás na mesma temperatura. Quando um líquido refrigerante é admitido no evaporador, ele é completamente vaporizado antes de alcançar a saída. Desde que o líquido é vaporizado a uma baixa temperatura, o vapor está ainda frio após o líquido ter evaporado completamente. 14-42 À medida que o vapor frio flui através do evaporador, ele continua a absorver calor, tornando-se superaquecido. O vapor absorve o calor perceptível (calor que provoca uma mudança de temperatura quando adicionado ou removido do meio) no evaporador à medida que ele se torna superaquecido. Isso, com efeito, aumenta o efeito de cada libra de refrigerante. Isso significa que cada libra absorve não somente o calor requerido para vaporizá-lo, mas também uma quantidade adicional de calor perceptível que o superaquece. COMPONENTES DE UM SISTEMA A FREON Os principais componentes de um sistema a Freon típico, são: o evaporador, o compressor, o condensador e a válvula de expansão (figura 14-38). Outros itens secundários podem incluir o ventilador do condensador, o depósito (depósito de Freon), o secador, a válvula de oscilação e os controles de temperatura. Esses itens são interligados por uma tubulação apropriada para formar um “Loop” fechado, no qual o Freon circula durante a operação. Compressor ciclo operacional do sistema a Freon O princípio de operação do sistema pode ser explicado iniciando-se com as funções do compressor. O compressor aumenta a pressão do Freon quando ele está em forma de vapor.. Figura 14-38 Fluxo esquemático de um sistema de ciclo de vapor. Essa alta pressão eleva a temperatura de condensação do Freon, e produz a força necessária para circular o Freon através do sistema. O compressor é acionado por um motor elétrico, ou por um mecanismo acionado pelo ar da turbina. O compressor pode ser do tipo centrífugo ou tipo a pistão. O compressor é projetado para atuar sobre o Freon no estado gasoso e, em conjunção com a válvula de expansão, mantém a diferença de 14-45 válvula, e algum aumento na pressão, causará o movimento da válvula para a posição, “aberta” (open). O lado inferior do diafragma tem a força da mola de superaquecimento e, a pressão de descarga do evaporador, atuando na direção do fechamento do pino da válvula. A posição da válvula em qualquer situação, é o resultado da ação dessas três forças. Se a temperatura do gás deixando o evaporador aumentar do desejado pela válvula de superaquecimento, ela será sentida pelo bulbo remoto. A pressão gerada no bulbo é transmitida ao diafragma na seção de força da válvula, fazendo com que o pino da válvula se abra. Uma queda na temperatura do gás, deixando o evaporador, fará com que a pressão no bulbo remoto caia, e o pino irá mover-se na direção da posição “fechada”. A mola de superaquecimento é projetada para controlar a quantidade de superaquecimento no gás, deixando o evaporador. Um vapor está superaquecido quando sua temperatura é mais alta que a necessária, para mudá-lo de líquido para gás, em uma determinada pressão. Isso assegura que o Freon, retornando para o compressor está no estado gasoso. A abertura do equalizador está prevista para compensar o efeito que a queda da pressão do evaporador causa no controle do superaquecimento. O equalizador sente a pressão de descarga do evaporador e reflete isso de volta para o diafragma da cabeça de força, ajustando a posição do pino da válvula de expansão, para manter o valor do superaquecimento desejado. Evaporador A próxima unidade na linha do fluxo de refrigeração, após a válvula de expansão, é o evaporador, que é um trocador de calor formando passagens para o fluxo de ar refrigerado e para o refrigerante Freon. O ar para ser resfriado flui através do evaporador. O Freon muda de líquido para gás no evaporador. Com efeito, o Freon ferve no evaporador, e a pressão do Freon é controlada para o ponto onde a ebulição ocorre (evaporação) a uma temperatura que é menor que a temperatura do ar da cabine. A pressão necessária (pressão saturada) para produzir a temperatura correta de ebulição não deve ser muito baixa; caso contrário, o congelamento da umidade do ar da cabine bloqueará as passagens de ar do evaporador. À medida que o Freon passa através do evaporador, ele é inteiramente convertido ao estado gasoso. Isso é essencial para se obter o máximo de refrigeração e, também, para impedir que o Freon líquido alcance o compressor. O evaporador é projetado para que o calor seja retirado do ar da cabine; dessa forma, o ar da cabine é refrigerado. Todos os outros componentes no sistema a Freon são projetados para apoiar o evaporador, onde a efetiva refrigeração é feita. Após deixar o evaporador, o refrigerante vaporizado flui para o compressor e é comprimido. O calor vai sendo drenado através das paredes do condensador, e transportado para fora pelo ar circulante em volta da parte externa do condensador. Quando o vapor se condensa para a forma líquida, ele perde o calor, que foi absorvido quando o líquido transformou-se em vapor no evaporador. Do condensador, o líquido refrigerante flui de volta para o reservatório, e o ciclo é repetido. DESCRIÇÃO DE UM SISTEMA TÍPICO A CICLO DE VAPOR O sistema de ciclo de vapor, usado nas aeronaves Boeing modelos 707 e 727, são típicos da maioria dos sistemas. 14-46 Figura 14-40 Sistema de ar condicionado de ciclo de vapor das aeronaves Boeing 707 e 727. Os principais componentes do sistema de condicionamento de ar, a ciclo de vapor são: (1) compressores centrífugos da turbina de ar; (2) trocadores de calor primários; (3) unidades de refrigeração; (4) aquecedores; e (4) válvulas necessárias para controlar o fluxo de ar. O sistema de ciclo de vapor mostrado esquematicamente na figura 14-40 está dividido em instalação do lado esquerdo e lado direito. Ambas as instalações são funcionalmente idênticas. Compressor da turbina de ar Os compartimentos de vôo e de passageiros são pressurizados pela utilização de dois compressores centrífugos da turbina de ar (turbo-compressor). Cada compressor consiste de uma seção da turbina e uma seção do compressor, como mostrado na figura 14-41. O duto de entrada, da seção da turbina, está conectado na tubulação de ar sangrado do motor no décimo sexto estágio de ar comprimido da tubulação de ar sangrado do motor. O ar sangrado está sob uma pressão de aproximadamente 170 P.S.I. Essa alta pressão e alta-velocidade do ar é reduzida para aproximadamente 76 P.S.I. por um regulador de pressão diferencial, localizado no duto condutor de ar para a entrada da turbina. Essa pressão de ar regulada, gira a turbina a cerca de 49.000 R.P.M. Como o compressor está conectado diretamente à turbina, ele também gira à mesma R.P.M.. A saida do compressor é de aproximadamente 1.070 pés cúbicos de ar por 14-47 minuto a um máximo de 50 P.S.I. - Figura 14-41 Esquema de um compressor centrífugo de uma turbina a ar. A entrada da seção do compressor está conectada à tomada de ar de impacto e a saída está conectada através de dutos ao sistema de condicionamento de ar. O ar flui através dos dutos, através de uma válvula de isolamento da asa, passa pela válvula de corte (Shutoff), e através do trocador primário de calor. Trocadores primários de calor Os dois trocadores primários de calor (ar para ar) estão localizados nas instalações do lado direito e do lado esquerdo do sistema de ciclo de vapor, como mostrado na figura 14-40. Cada trocador primário de calor consiste de um conjunto de dutos, um conjunto de núcleos e um conjunto recipiente. O conjunto de dutos soldados contêm ambas as passagens, de entrada e de saída. O conjunto do núcleo, tipo- tubular, forma a porção central da unidade. O conjunto é completado por um recipiente que envolve os tubos. O ar de impacto é forçado em torno e entre o lado externo dos tubos. A figura 14-42 mostra o diagrama esquemático do trocador primário de calor. Os trocadores primários de calor removem cerca de 10% do calor da compressão do ar de ventilação da cabine, à medida que ele chega dos turbo compressores, resfriando, dessa forma, o ar em cerca de 10º a 25º acima da temperatura do ar exterior. Figura 14-42 Esquema do trocador primário de calor. Unidades de refrigeração Dos trocadores primários de calor, o ar para ventilação é conduzido para as unidades de refrigeração. As duas unidades de refrigeração estão localizadas nas instalações do lado esquerdo e do lado direito do sistema de ciclo de vapor, como é mostrado na figura 14-40. Cada unidade de refrigeração consiste de um compressor de Freon acionado por um motor elétrico, um condensador de refrigerante, resfriado a ar, um reservatório (reservatório de 14-50 horário, a tubulação central é isolada. Se a válvula de baixa pressão for aberta (girada no sentido anti-horário), a tubulação central será aberta para o medidor de baixa pressão, e a linha de abastecimento de baixa pressão. O mesmo é verdadeiro para o lado de alta, quando a válvula de alta pressão for aberta. Mangueiras especiais estão fixadas nos conectores das válvulas do conjunto para abastecimento do sistema. A mangueira de abastecimento de alta pressão faz a ligação da válvula de abastecimento, no lado de alta, tanto à descarga do compressor, como ao secador do reservatório ou com o lado de entrada da válvula de expansão. A mangueira de baixa pressão faz a ligação da válvula de abastecimento com a entrada do compressor, ou com o lado de descarga da válvula de expansão. A mangueira central é fixada à bomba de vácuo para esvaziar o sistema ou para o suprimento de refrigerante, para carregar o sistema. As mangueiras de abastecimento usadas com válvulas “Schrader”devem ter um pino para comprimir a válvula. Quando o conjunto de distribuição não estiver em uso, as mangueiras devem estar vedadas, para evitar a contaminação das válvulas com umidade. Limpando o sistema Sempre que o sistema a Freon for aberto para manutenção, é necessário limpá-lo. O conjunto de distribuição está conectado como previamente descrito, exceto a mangueira central, que não está ainda conectada à bomba de vácuo. Cobre-se a mangueira central com uma toalha limpa, e abre-se ambas as válvulas vagarosamente. Isso permitirá ao gás escapar sem ventilar sobre o óleo do sistema. Quando ambos os medidores estiverem em zero, o sistema poderá ser aberto. Esvaziando o sistema Somente algumas gotas de água irão contaminar e bloquear completamente um sistema de ar condicionado. Se essa água congela na válvula de expansão, paralisa a ação do sistema. A água é removida do sistema pelo esvaziamento. A qualquer tempo que o sistema for aberto, ele deve ser esvaziado antes da recarga. O conjunto de distribuição está conectado ao sistema, com a mangueira central conectada à bomba de vácuo. A bomba reduz a pressão, a umidade se vaporiza, sendo drenada do sistema. Uma bomba típica usada para esvaziar os sistemas de ar condicionado, bombeará 0,8 pés cúbicos de ar por minuto, e irá esvaziar o sistema para cerca de 29.62 polegadas de mercúrio (pressão no indicador). Nessa pressão, a água irá ferver a 45ºF. O bombeamento ou esvaziamento de um sistema, usualmente requer cerca de 60 minutos de tempo para bombeamento. Recarga Com o sistema sob o vácuo do esvaziamento, fecha-se todas as válvulas, conectando a mangueira central ao suprimento de refrigerante. A válvula do recipiente é aberta, e a mangueira afrouxada do lado de alta, em sua conexão ao sistema, deixando escapar algum Freon. Isso limpa o conjunto de distribuição. Aperta-se a mangueira. A válvula de alta pressão aberta, permitirá ao Freon fluir para dentro do sistema. O medidor de baixa pressão deverá começar a indicar que o sistema está saindo do vácuo. Fecha-se ambas as válvulas. Liga-se o motor e ajusta-se a R.P.M. para cerca de 1250. Os controles sâo ajustados para refrigeração total. Com o reservatório de Freon na posição correta, para permitir a saída do vapor, a válvula de baixa pressão é aberta para permitir que o vapor entre no sistema. As libras de Freon no sistema são colocadas, como recomendado pelas especificações. Todas as válvulas são fechadas, o conjunto de distribuição é removido, e uma verificação operacional é executada. Verificação do óleo do compressor O compressor de óleo é uma unidade selada no sistema de refrigeração. Toda vez que o sistema for esvaziado, a quantidade de óleo deve ser verificada. O tampão de enchimento é removido, usando o tipo apropriado de vareta de medição, 14-51 verificando a quantidade de óleo. O nível deverá ser mantido na faixa apropriada, usando o óleo recomendado pelo fabricante. Após a adição do óleo, recoloca-se o tampão de enchimento e recarrega-se o sistema. VERIFICAÇÕES OPERACIONAIS DA PRESSURIZAÇÃO DA CABINE Duas verificações operacionais podem ser executadas em um sistema de pressurização e condicionamento do ar da cabine. A primeira é uma verificação operacional geral do sistema completo, previsto para assegurar a operação apropriada de cada componente principal do sistema. A segunda é uma verificação da pressurização da cabine, para verificar quanto a vedação. Para verificar operacionalmente o sistema de condicionamento de ar, opera-se os motores ou providencia-se o equipamento de apoio de solo, recomendado pelo fabricante da aeronave. Com os controles do sistema posicionados para fornecer ar frio, é confirmado se o ar frio está fluindo dos bocais de distribuição da cabine. Posiciona-se os controles do sistema para fornecer ar quente; e ocorrendo um aumento na temperatura do fluxo de ar nos bocais de distribuição, deve ser confirmado. A verificação do sistema de pressurização da cabine consiste de: (1) verificação da operação do regulador de pressão; (2) verificação da operação da válvula de alijamento e alívio de pressão; (3) teste de pressão estática da cabine; e (4) teste da pressão dinâmica da cabine. Para verificar o regulador de pressão, conecta-se um teste de ar e um manômetro (um instrumento para medição de pressão, normalmente em polegadas de Hg) às conecxões de adaptação apropriada do teste. Com uma fonte externa de energia elétrica conectada, posiciona-se os controles do sistema como necessário, pressurizando a cabine a 7.13 polegadas de Hg, que é equivalente a 3,5 p.s.i. Os ajustes de pressurização e tolerância apresentados aqui são somente para finalidades de ilustração. Consulta-se o manual de manutenção aplicável, para os ajustes, relativos ao modelo da aeronave. Deve-se continuar a pressurização da cabine, verificando se o regulador de pressão mantém a mesma pressão. A verificação completa das válvulas, de alijamento e alívo de pressão, consiste de três verificações individuais. Primeiro, com o teste de ar conectado pressuriza-se a cabine, posicionando a chave seletora de pressão para alijar o ar da cabine. Se a pressão da cabine cair para menos que 0,3 pol. de Hg (0,15 p.s.i.), através de ambas as válvulas de alijamento e de alívio de pressão, que são na verdade válvulas de alijamento de pressão. Segundo, usando o teste de ar, repressuriza-se a cabine. Posiciona-se então, a válvula manual de alijamento para “DUMP” (alijamento). Uma queda na pressão da cabine para 0,3 pol. Hg (0,15 p.s.i.) e um fluxo de ar através das válvulas de alijamento e alívio de pressão, indicam que a função de alijamento manual dessa válvula está satisfatória. Terceiro, posiciona-se a válvula de corte (SHUT OFF) para “ALL OFF”. (Esta posição é usada somente para teste no solo). Usando o teste de ar, pressuriza-se a cabine até 7,64 pol de Hg (3,75 p.s.i.). A operação das válvulas de alijamento e alívio de pressão, para manter essa pressão, indica que a função de alívio das válvulas é satisfatória. O teste de pressão estática da cabine verifica a fuselagem, quanto a integridade estrutural. Para executá-lo, conecta-se o teste de ar, pressurizando a fuselagem até 10,20 pol. de Hg (5,0 p.s.i.). Verifica-se o revestimento externo da fuselagem quanto a trincas, distorções, mossas e condições dos rebites. A verificação quanto a vazamento da fuselagem é chamada de teste de pressão dinâmica da cabine. Essa verificação consiste da pressurização a uma pressão específica, usando um teste de ar. Então, com um manômetro, determina-se a taxa de perda de pressão de ar dentro de um limite de tempo especificado no manual de manutenção da aeronave. Se a perda for excessiva, grandes vazamentos podem ser localizados pelo som ou pelo tato. Pequenas perdas podem ser detectadas usando uma solução para formação de bolha ou um testador de vazamento da cabine. Uma observação cuidadosa do exterior da fuselagem, antes de sua lavagem, pode revelar pequenas perdas em torno dos rebites, junções ou diminutas rachaduras no revestimento. Uma mancha indicadora será visível, na área do 14-52 vazamento. PESQUISA DE PANES NA PRESSURIZAÇÃO DA CABINE A pesquisa de panes consiste de três passos: (1) determinação da existência da pane; (2) determinação de todas as causas possíveis de panes; e (3) identificação ou isolamento da causa específica da pane. As cartas de pesquisa de panes são freqüentemente fornecidas nos manuais de manutenção da aeronave, para uso na determinação da causa, do procedimento de isolamento, e solução para os defeitos mais comuns, que tornam os sistemas de pressurização e condicionamento de ar da cabine inoperantes ou incontroláveis. Essas cartas normalmente listam a maioria das falhas do sistema. As cartas de pesquisa de pane são organizadas em uma seqüência clara para cada defeito, e de acordo com a probabilidade de falha e facilidade de investigação. Para obter o máximo rendimento, os seguintes passos são recomendados, quando aplicando-se uma carta de pesquisa de panes para falhas do sistema: (1) PANE: Temperatura da cabine muito alta ou muito baixa (não atende ao controle, durante a operação automática (em “AUTO”). CAUSA PROVÁVEL PROCEDIMENTO DE ISOLAÇÃO CORREÇÃO Defeito no sensor de temperatura. Coloca-se o sistema em operação manual, girando o botão de controle de temperatura do ar manualmente. Se o sistema opera corretamente, substitua o sensor de temperatura, por um em bom estado e verifique o sistema novamente na operação “AUTO”. (2) PANE: Temperatura da cabine muito alta ou muito baixa (não atende ao controle durante a operação automática ou manual). CAUSA PROVÁVEL PROCEDIMENTO DE ISOLAÇÃO CORREÇÃO Defeito no controlador de temperatura ou válvula de desvio de refrigeração inoperante. Com o sistema sendo operado na posição manual e o botão de controle da temperatura do ar da cabine alternando entre “COLD”e “HOT”, observe o indicador de posição da válvula (localizado sobre a válvula). Se a válvula não estiver abrindo e fechando de acordo com os ajustes do controle, desconecte o plugue elétrico do solenoide da válvula e verifique a fonte de força. Se a posição da válvula indica que ela está abrindo e fechando de acordo com os ajustes do controle, continue com o próximo ítem da pesquisa de panes. Figura 14-44 Pesquisa de panes em um sistema de ciclo de ar. (1) Determinar qual pane ou falha listada na tabela, com a semelhança mais próxima da falha atual, detectada no sistema. (2) Eliminar as causas prováveis listadas sob a pane selecionada, na ordem em que elas estão listadas, executando o procedimento de isolamento para cada uma , até que o defeito seja descoberto (3) Corrigir o defeito, seguindo as instruções listadas na coluna de correção da tabela de soluções de panes. A figura 14-44 é um exemplo do tipo de tabela de pesquisa de panes, fornecido no manual de manutenção para uma aeronave que use um sistema de ciclo de ar. SISTEMA DE OXIGÊNIO A atmosfera é constituída por cerca de 21% de oxigênio, 78% de nitrogênio, e 1% de outros gases por volume. 14-55 deverá ser frenada na posição toda aberta, quando o cilindro estiver instalado na aeronave. Essa válvula deverá estar fechada quando removendo ou trocando partes do sistema de oxigênio, e quando o cilindro for retirado da aeronave. Os cilindros são freqüentemente providos com um disco projetado para romper-se, caso a pressão da válvula aumente para uma condição insegura. Esse disco é usualmente instalado no corpo da válvula, e os suspiros do conteúdo dos cilindros para fora da aeronave, em caso de um aumento perigoso de pressão. SISTEMA DE OXIGÊNIO EM ESTADO SÓLIDO O suplemento de oxigênio de emergência é uma necessidade em uma aeronave pressurizada, voando acima de 25.000 pés. Geradores químicos de oxigênio podem ser usados para o cumprimento de novas necessidades. O gerador químico de oxigênio difere do cilindro de oxigênio comprimido e do conversor de oxigênio líquido, no qual o oxigênio é realmente produzido na hora da entrega. Geradores de oxigênio, em estado sólido, têm sido usado por longo tempo. Na década de 20 foi usado pela primeira vez em salvamento nas minas. Durante a 2ª Grande Guerra, os japoneses, britânicos e americanos, trabalharam para desenvolver estes geradores de oxigênio para aeronaves e submarinos. Na figura 14-47, é mostrado esquematicamente o número de polegadas cúbicas de espaço, que ocuparão 120 pés cúbicos de oxigênio (10 libras) como gás, líquido ou sólido. Figura 14-47 Comparação do volume. Na figura 14-48, as ferramentas necessárias para instalar e operar o sistema foram incluídas nas medidas de tamanho e de peso. Uma rápida comparação desses valores torna aparente que o sistema gerador do oxigênio em estado sólido é o mais eficiente. Figura 14-48 Comparação de peso e volume na estocagem do oxigênio como gás, líquido e sólido. Dessa maneira, menor equipamento e manutenção são requeridos para conversores de oxigênio em estado sólido. A inspeção de integridade é o único requisito usado, até que sejam implementadas outras normas. 14-56 O estado sólido descreve um processo químico do clorato de sódio, (fórmula Na Cl O3). Quando aquecido a 478ºF, o clorato de sódio libera acima de 45% do seu peso como oxigênio gasoso. O aquecimento necessário à decomposição do clorato de sódio é suprido pelo ferro, o qual é misturado com clorato. Gerador de oxigênio A figura 14-49, ilustra uma representação esquemática de um gerador básico de oxigênio. Figura 14-49 Gerador de oxigênio (vela). A posição axial central é ocupada por um núcleo de clorato de sódio, ferro e alguns outros ingredientes misturados juntos, e cada um posicionado ou fundido numa forma cilíndrica. Este item tem sido popularmente chamado como uma vela de oxigênio, porque quando é aceso em uma das pontas ele queima progressivamente, da mesma maneira que uma vela ou chama. Circundando o núcleo está a embalagem porosa. Ela suporta o núcleo e filtra as partículas de sal do gás, quando ele flui em direção à saída. Um filtro químico e um filtro especial na ponta da saída do invólucro prevêem a limpeza final do gás, para que o oxigênio liberado seja medicinalmente puro para a absorção humana. Um dispositivo inicial é parte integral do pacote. Isto poderá ser tanto um dispositivo de percussão mecânica quanto um gatilho elétrico. A escolha depende da aplicação. O conjunto todo é acondicionado num vaso de casca fina. Freqüentemente contido numa camada de isolamento térmico, dentro da casca, uma válvula unidirecional veda na saída, e uma válvula de alívio protege contra condição de sobrepressão não intencional. Em operação, a queima é iniciada numa das pontas do núcleo pelo gatilho, ou pelo dispositivo de percussão. A evolução da razão do oxigênio é proporcional a área seccional cruzada no núcleo e a razão da queima. Essa razão é determinada pela concentração do combustível no clorato. Em certos casos, uma das extremidades do núcleo é maior que a outra. A causa disso é para programar uma alta razão de evolução do oxigênio durante os primeiros minutos da queima, como é requerido para um suprimento de descida de emergência. A queima continua até que a parte central esteja gasta. A simplicidade do processo poderá ser prontamente vista; da mesma maneira, as limitações. Não existem válvulas de ligar ou desligar, nem mesmo controles mecânicos. O reabastecimento é efetuado pela simples troca do dispositivo na sua totalidade. Uma limitação é que, uma vez iniciada a geração, o fluxo é liberado a uma predeterminada razão, então o uso por demanda não é muito eficiente. Para aumentar o processo em funcionamento para o consumo de uma grande quantidade de oxigênio, a quantidade de ferro é mantida no mínimo. Existe uma tendência para liberação de pequenas quantidades de cloro. Peróxido de bário ou, dióxido de bário, poderá ser adicionado pelo fabricante, para prover uma média alcalina para remover a quantidade de cloro que possa estar presente. Baseados no volume, o qual é extremamente importante na instalação da aeronave, uma capacidade de armazenamento de oxigênio em velas, é cerca de três vezes o do gás comprimido. Um modelo típico de três saídas, supre por 15 minutos, em caso de descompressão ou descida de emergência, para um transporte supersônico (25.000 pés, máxima altitude da cabine), pesando menos que 0,9 libras, e consiste simplesmente de um cilindro de aço inoxidável de 2,1 polegadas de diâmetro por 3,55 polegadas de comprimento, ligadas a 3 bicos múltiplos de mangueira. 14-57 O cilindro contém o gerador, iniciador, sal, filtro de fumaça, bastante isolação para manter a superfície do cilindro abaixo de 250ºF e, durante a queima, um plug de alívio da pressão e uma faixa pintada de indicação da temperatura, para inspeção visual das condições do gerador. Os bicos contêm orifícios pequenos, o bastante para assegurar o fluxo essencialmente equalizado para as três máscaras. Os geradores são inertes abaixo de 400ºF, mesmo sob um severo impacto. Enquanto a temperatura da reação for alta e um considerável calor for produzido, os geradores são isolados para que a superfície externa do cilindro fique fria o bastante, a fim de evitar qualquer perigo de fogo. As unidades portáteis poderão ser seguradas confortavelmente durante toda a operação, até que a geração de calor seja dissipada durante um logo período de tempo. O mesmo isolamento trabalha ao inverso; para adiar a iniciação, deverá uma unidade estar sujeita a um fogo externo. Se algum fogo for suficientemente prolongado para acender o gerador de clorato a produção de oxigênio, será a uma relativamente baixa e contínua razão. Nos sistemas de fluxo contínuo, simples, nenhuma pressão será gerada, quando todas as saídas permitirem um livre fluxo de oxigênio, eliminando o intenso efeito de jato do oxigênio pressurizado sobre o fogo. Estado sólido contra oxigênio gasoso sob alta pressão • Eliminação da alta pressão em recipientes de armazenagem - alivia o peso. • Eliminação da distribuição e regulamentação dos componentes - alivia o peso e a manutenção. • Simplificação da linha de distribuição individual e retirada de mecanismos, pelo uso das unidades modulares de velas de clorato. • Melhoria da confiança e, por conseguinte, a segurança pelo projeto do circuito de iniciação, no qual, um mal funcionamento individual não tornará outras unidades inoperantes (a comparação aqui, refere-se a rompimento de linhas, ou grandes vazamentos no sistema de distribuição de gases). • Simples vigilância visual de cada unidade poderá mostrar qualquer sinal de deterioração, pela instalação dos cartuchos, pela relativa inexperiência dos serviços da tripulação; facilmente checado quanto a instalação e desembaraço para o funcionamento pelo comando da cabine. • Programada liberação proporcional de oxigênio, independente do tipo de emergência. TUBULAÇÕES DO SISTEMA DE OXIGÊNIO Tubos e acessórios são feitos para a maioria das linhas do sistema de oxigênio, e conexões com os vários componentes. Todas as linhas são de metal, exceto onde as flexíveis são requeridas. Onde a flexibilidade é necessária, mangueiras de borracha são usadas. Existem vários tipos e diferentes tamanhos de tubos para oxigênio. O mais usado em sistema de baixa pressão de gás é o feito de liga de alumínio. Tubos feitos desse material resistem a corrosão e a fadiga, são leves em peso e facilmente moldados. Para suprir gases de alta pressão, as linhas são feitas de liga de cobre. As tubulações de oxigênio instaladas são usualmente identificadas com fitas com código de coloração, aplicado em cada extremidade dos tubos, e a intervalos específicos ao longo do comprimento. A fita com código, consiste de uma faixa verde pintada com as palavras “oxigênio para consumo”, e um símbolo retangular preto sobrepintado num fundo branco. Conexões do sistema de oxigênio Tubos segmentados são interconectados, ou conectados aos componentes do sistema por conexões. As conexões tubo-a-tubo são projetadas com roscas retas para receber conexões tubulares cônicas. As conexões para ligações dos tubos aos componentes (cilindro, reguladores e indicadores) têm numa das pontas roscas retas, e 14-60 O outro tipo é um cilindro em forma de sino, com uma a esfera cativa na sua abertura. Quando é aplicada pressão na aba do sino (entrada), a esfera permitirá o fluxo de oxigênio. Qualquer tendência de um fluxo reverso ocasiona o movimento da esfera de encontro a sua sede, vedando a entrada, e evitando um fluxo reverso. Válvulas de corte As válvulas de corte, manualmente controladas em duas posições, “ON” e “OFF”, são instaladas para controlar o fluxo de oxigênio fornecido por uma garrafa ou um conjunto de garrafas. Para operação normal, os botões que controlam as válvulas são frenados na posição “ON”(aberta). Quando necessário, como para a troca do componente, a válvula apropriada pode ser fechada (posição “OFF”). Como precaução ao abrir a válvula, após a troca do componente, o botão deverá ser girado para a posição aberta vagarosamente, porque, de outro modo, o fluxo de oxigênio altamente pressurizado penetrando no sistema vazio, poderá romper uma das linhas. Válvulas redutoras de pressão Nos sistemas de oxigênio de alta pressão, válvulas redutoras de pressão são instaladas, entre as garrafas de suprimento e o equipamento das cabines de comando e de passageiros. Essas válvulas reduzem a alta pressão das garrafas de suprimento de oxigênio, para aproximadamente 300 a 400 p.s.i., necessárias às partes do sistema de baixa pressão. Válvulas de alívio da pressão A válvula de alívio da pressão está incorporada na linha principal de suprimento de um sistema de alta pressão. A válvula de alívio evita que a alta pressão do oxigênio penetre no sistema, no caso de falha dos redutores de pressão; ela também está ligada a atmosfera, através de uma linha de ventilação e um plugue no revestimento da fuselagem. REGULADORES Reguladores diluidores de demanda O regulador diluidor de demanda, obteve esse nome, pelo fato de fornecer oxigênio para os pulmões do usuário, em resposta à sucção de sua própria respiração. Para prolongar a duração do suprimento de oxigênio, ele é automaticamente diluído no regulador, com quantidades adequadas de ar atmosférico. Essa diluição acontece em todas as altitudes abaixo de 34.000 pés. 14-61 Figura 14-53 Esquema de um regulador diluidor de demanda. A característica essencial de um regulador diluidor de demanda é uma válvula operada por um diafragma, chamada válvula de demanda (figura 14-53), que se abre pela fraca sucção no diafragma durante a inalação, e fecha-se durante a exalação. Uma válvula de redução do fluxo acima da válvula de demanda permite um controlado funcionamento da pressão. O fluxo descendente da válvula de demanda é o controle do diluidor fechando o mecanismo. Isso consiste de um conjunto aneróide (um fole selado e em vácuo) que controla a entrada de ar. Quando a alavanca do diluidor estiver colocada na posição marcada “Normal Oxygen”, o ar atmosférico ao nível do mar é suprido com pouquíssimo oxigênio. Quando a altitude aumenta, a entrada de ar é gradualmente fechada pelo aneróide para fornecer uma concentração maior de oxigênio até que, ao redor de 34.000 pés, a entrada de ar fecha-se completamente, e é fornecido oxigênio a 100%. À medida que a altitude decresce, esse processo se reverte. O controle de diluição, como mostrado na fig. 14-54, pode ser mantido, girando a alavanca para fornecer 100% de oxigênio em qualquer altitude. Em altitudes moderadas, contudo, isto faz com que o suprimento de oxigênio seja conseguido muito mais rapidamente que o normal. O controle de diluição deve ser mantido na posição “normal oxygen”, para todas as operações de rotina. Pode ser colocado em “100% percent oxygen” nas seguintes situações: (1) Proteção contra gases de combustão ou outros gases venenosos ou perigosos na aeronave; (2) evitar enbolias ou sufocações; e (3) corrigir uma sensação de falta de oxigênio. O regulador diluidor de demanda é equipado com uma válvula de emergência, operada por um botão vermelho (Figura. 14-54) na frente do regulador. Ao se abrir essa válvula há um fluxo constante de oxigênio puro à mascara, independente da altitude. Os parágrafos seguintes ilustram um procedimento típico, para checar a operação de um regulador diluidor de demanda. Primeiro, o indicador de pressão do sistema deve indicar entre 425 e 450 P.S.I.; em seguida, checa-se o sistema, seguindo os passos seguintes: Figura 14-54 Controles do regulador diluidor de demanda. 1) Conectar uma máscara de oxigênio em cada regulador diluidor de demanda. 2) Girar a alavanca de auto misturador no regulador para a posição “100 percent oxygen”, e ouvir se não há ruído de oxigênio escapando. 3) Respirar normalmente o oxigênio da máscara. O fluxômetro de oxigênio deve piscar uma vez para cada respiração. (A Figura 14-55 mostra um típico fluxômetro de oxigênio e um indicador de pressão). Figura 14-55 Indicador de fluxo e manômetro. 4) Com a alavanca auto misturadora na posição “100 percent oxygen”, coloca-se o lado aberto da mangueira da máscara contra a boca, assoprando suavemente na mangueira. Não se assopra com força, pois a válvula de alívio do regulador poderá se abrir. Deve existir uma positiva e continuada resistência, caso contrário pode estar havendo um escapamento no diafragma ou no sistema de medição. 14-62 5) Girar a alavanca auto misturadora para a posição “normal oxygen”. 6) Girar a válvula de emergência no regulador diluidor de demanda para a posição “ON” durante alguns segundos, fazendo acontecer um fluxo constante de oxigênio, e cessando quando se desligar a válvula de emergência. 7) Frenar com arame a válvula de emergência na posição “OFF”, seguindo a Federal Specification QQ-W-341, ou semelhante, com fio de cobre, diâmetro 0,0179 polegadas. Outro tipo de regulador diluidor de demanda é o de painel estreito. Esse tipo (Figura. 14-56) possui um indicador tipo flutuante, que sinaliza o fluxo de oxigênio através do regulador até a máscara. A face do regulador também possui três alavancas de controle manual. Uma alavanca de suprimento abre ou fecha a válvula de suprimento de oxigênio. Figura 14-56 Regulador de oxigênio com painel estreito. Uma alavanca de emergência é usada para se obter oxigênio sob pressão. Uma alavanca seletora de oxigênio é usada para selecionar uma mistura ar/oxigênio, ou somente oxigênio. A Figura 14-57 ilustra como operar o regulador desse tipo. Com a alavanca de suprimento na posição “ON”, a alavanca de seleção de oxigênio na posição “normal”; e a alavanca de emergência na posição “OFF”, o oxigênio penetra pela entrada do regulador. Figura 14-57 Esquema de um regulador de oxigênio com painel estreito. Quando houver suficiente pressão diferencial sobre o diafragma de demanda, a válvula se abre para fornecer oxigênio à máscara. Esta pressão diferencial existe durante o ciclo de inalação do usuário. Após passar pela válvula de demanda, o oxigênio se mistura com o ar que entra através do dispositivo de entrada. A proporção da mistura é determinada por uma válvula de medição de ar tipo aneróide. Uma alta proporção de oxigênio é fornecida em grandes altitudes e uma alta razão de ar nas baixas altitudes. A válvula de entrada de ar é disposta para permitir que o fluxo de ar se inicie ao mesmo tempo que o fluxo de oxigênio. A adição de ar pode ser cortada, girando a alavanca de seleção de oxigênio para a posição “100%”. Quando esta alavanca estiver em “normal”, o ar penetra pelo dipositivo de oxigênio, para formar a mistura correta ar/oxigênio. A pressão positiva na saída do regulador pode ser obtida girando-se a alavanca de emergência para “on”. Isto faz com que, mecanicamente, se carregue o diafragma de demanda para proporcionar uma pressão positiva na saída. Regulador de fluxo contínuo Os reguladores de fluxos contínuos, dos tipos ajuste manual e automático, são instalados para suprir oxigênio para a tripulação e passageiros, respectivamente. 14-65 OXIGÊNIO GASOSO Os procedimentos para o abastecimento do sistema de oxigênio gasoso depende do tipo de sistema. Antes do carregamento do sistema da aeronave, consulta-se o manual do fabricante. Precauções, tais como, limpar a conexão da mangueira antes do acoplamento à válvula de enchimento da aeronave, evitar o sobre- aquecimento causado pelo carregamento rápido, abrindo vagarosamente as válvulas do cilindro, e checando freqüentemente as pressões, durante o carregamento, devem ser consideradas. O tipo de oxigênio a ser usado, as precauções de segurança, os equipamentos a serem usados, e os procedimentos para o enchimento e teste do sistema precisam ser observados. O oxigênio gasoso usado nas aeronaves é um tipo especial de oxigênio, praticamente não contém vapor d’água e tem no mínimo 99,5% de pureza. Enquanto outros tipos de oxigênio (hospitalar e soldagem), podem ser suficientemente puros, eles normalmente possuem água, que poderá congelar e bloquear o sistema de tubulação de oxigênio, especialmente em grandes altitudes. O oxigênio gasoso é geralmente apresentado em garrafas de alta pressão com 220 a 250 pés cúbicos. As garrafas são identificadas por uma cor verde-escura, com uma faixa branca pintada ao redor da parte superior do cilindro. As palavras “Oxigênio de Aviação” são também gravadas em letras brancas ao longo do comprimento do cilindro. Segurança com o sistema de oxigênio O oxigênio gasoso é muito perigoso e precisa ser carregado apropriadamente. Isto pode causar aos materiais inflamáveis queimas violentas e constantes explosões. Abaixo, estão listadas algumas medidas de precaução a serem seguidas: (1) Etiquetar todos os cilindros que tenham vazamento nas válvulas ou conexões; (2) Não usar jatos de oxigênio gasoso para tirar poeiras, limpar peças etc.; (3) Retirar óleos e graxas de perto do equipamento de oxigênio; (4) Não carregar o sistema de oxigênio dentro do hangar, porque aumentará as chances de fogo; (5) Não abrir as válvulas de um sistema de oxigênio quando houver, por perto, chamas , faíscas elétricas ou alguma outra fonte que possa produzir uma ignição do sistema; e (6) Proporcionar segurança para todas as garrafas quando estiverem em uso. Transporte do oxigênio gasoso Existem diversos tipos de transporte em uso. Cada sistema de recarregamento contém cilindros de reserva, vários tipos de válvulas e uma tubulação que conecta os cilindros de alta- pressão para um mecanismo purificador. No mecanismo purificador, a umidade é removida do oxigênio. Partículas grossas são retiradas no filtro antes da válvula de redução, que tem um parafuso de ajuste da pressão de escape. Essa pressão é descarregada dentro de um tubo flexível, que conecta a válvula de carregamento ao adaptador. A válvula de carregamento controla a circulação do oxigênio da carreta de abastecimento e, as conexões do equipamento de recarga, para a válvula de enchimento da aeronave. Em muitas aeronaves um aviso está colocado ao lado da válvula de enchimento, e mostra as pressões de carregamento em função da temperatura ambiente. É muito comum ter uma placa de aviso, proibindo o uso de óleo ou graxa nas conexões de enchimento. Os equipamentos de oxigênio em terra serão mantidos com os padrões de limpeza compatíveis com o sistema da aeronave. Teste de vazamento do sistema de oxigênio gasoso Esse teste é realizado em diferentes prazos, dependendo das inspeções requeridas para cada tipo de aeronave. O sistema precisa estar frio, normalmente 1(uma) hora após o carregamento, para que se façam os registros das pressões e temperaturas. Após várias horas, os registros 14-66 são anotados novamente. Alguns fabricantes recomendam um período de espera de 6 horas e outros de 24 horas. As pressões anotadas são então corrigidas para uma variação na temperatura antes do carregamento. Figura 14-62 Gráfico de correção Pressão/Temperatura. A figura 14-62 é um gráfico típico encontrado no manual de manutenção para auxiliar nas correções das pressões/temperatura. Como exemplo do uso do gráfico, suponhamos que o sistema de oxigênio tenha sido recentemente carregado. Uma hora mais tarde, temos no indicador de pressão do oxigênio, a pressão de 425 P.S.I. a uma temperatura de 79º F. Pela referência da figura 14-57, podemos ver que um aumento de 7º de temperatura causou um acréscimo de 5 P.S.I., fazendo com que a pressão lida no instrumento fosse de 430 P.S.I. Quando o sistema está perdendo oxigênio através de vazamento, a leitura do instrumento seria bem menor do que o mostrado no gráfico de correção de pressão/temperatura O vazamento poderá ser detectado, ouvindo o ruído de gás escapando, caso contrário, será necessário um teste de sabão em todas as linhas e conexões, com um pano embebido em água com sabão, ou um material especial para teste de vazamento. Para fazer esse teste, aplicamos a solução de sabão nas áreas de suspeita de vazamento. Verificamos se existem bolhas; e fazemos uma solução suficientemente densa para aderir aos contornos das conexões. Qualquer vazamento pequeno precisa ser encontrado e reparado. Um pequeno vazamento pode não causar problemas, porém, se os vazamentos continuam por um período grande de tempo, o ambiente e a atmosfera podem ficar saturados. Tais condições são perigosas, porque pessoas podem não estar cientes que existe uma atmosfera enriquecida com oxigênio. Esta condição quase sempre está presente em áreas pouco ventiladas. Nenhuma tentativa deverá ser feita para vedar adequadamente o vazamento, enquanto o sistema é carregado. Drenagem do sistema de oxigênio Quando é necessário drenar o sistema, usa- se um adaptador na válvula de enchimento abrindo as válvulas de corte. Não se drena o sistema muito rapidamente, pois isto causará condensação dentro do sistema. Um método alternativo de drenagem do sistema é abrir a válvula de emergência no regulador de fornecimento de oxigênio. Este trabalho é feito numa área completamente ventilada, observando as precauções contra incêndio. Limpeza do sistema de oxigênio A superfície externa dos componentes do sistema, tais como linhas, conexões, suportes dos montates, é mantida sempre limpa e livre de corrosão e contaminação de óleo e graxa. Como agente de limpeza, usamos álcool etil- anídrico (sem água), álcool isopropílico (fluido antigelo) ou qualquer outro produto aprovado. Se as mangueiras da máscara do regulador estiverem contaminadas com óleo ou graxa, elas deverão ser trocadas. Produtos de limpeza para o sistema de oxigênio Existe uma fórmula de limpeza aprovada para uso no sistema de oxigênio. Esta mistura de hidrocarboneto fluoretado e cloretado (FREON) e álcool isopropílico é segura para a limpeza dos componentes do sistema de oxigênio da 14-67 aeronave, para enxaguar, jatear e limpar as linhas de oxigênio. O contato com a pele e a inalação prolongada de vapores devem ser evitados. Purificação do sistema de oxigênio Um sistema de oxigênio precisa ser purificado se: (1) for esvaziado e não carregado dentro de 2 (duas) horas; (2) algumas linhas ou componentes forem trocados, requerendo drenagem ou abertura do sistema por mais de duas horas; ou (3) se houver suspeita de que o sistema foi contaminado. A principal causa de contaminação no sistema é a umidade, ela que pode surgir por causa da umidade no equipamento de carregamento. Em tempo muito frio, a pequena quantidade de umidade contida na garrafa de oxigênio pode causar contaminação, devido a repetidas cargas. Embora a entrada de umidade no sistema de oxigênio da aeronave possa ser consideravelmente reduzida pelo uso correto dos procedimentos de carga, a condensação acumulada no sistema não pode ser inteiramente evitada. Existem casos, onde sistemas de oxigênio, não usados por longos períodos, têm desenvolvido um odor não agradável, e que necessita ser purificado para remover a umidade do sistema. O procedimento para purificar pode variar com cada modelo de aeronave. Geralmente, existe na aeronave linhas de carregamento e de distribuição, conectadas comumente a uma garrafa. O sistema pode ser purificado pelo enchimento do sistema com o oxigênio e então drená-lo pelo menos em três horas. Na aeronave onde há linhas de carregamento conectadas no final da garrafa, e linhas de distribuição conectadas ao lado oposto, purifica-se o sistema da seguinte maneira: com todas as válvulas reguladoras de emergência abertas, pressuriza-se o oxigênio a uma pressão de 50 p.s.i., nas válvulas de carregamento do sistema durante um mínimo de 30 minutos. Este serviço é feito numa área bem ventilada, e as precauções de incêndio são observadas. O nitrogênio seco e/ou ar seco, também podem ser usados para purificar o sistema de oxigênio. Todas as linhas abertas precisam ser lacradas após o uso, e as linhas do sistema precisam estar purificadas do nitrogênio para o uso com oxigênio. PREVENÇÃO CONTRA FOGO E EXPLOSÃO DO OXIGÊNIO Muitos materiais, particularmente óleos, graxas e materiais não-metálicos, são prováveis de queimar quando expostos ao oxigênio a baixa pressão. Para se evitar fogo, ou uma explosão, é essencial que o equipamento todo de oxigênio esteja limpo e livre de óleo e graxa. A explosão ou o fogo no oxigênio depende da combinação de oxigênio, material combustível e calor. O perigo de ignição está na razão direta da concentração de oxigênio, da natureza de combustão do material exposto ao oxigênio, e a temperatura do oxigênio e do material. O oxigênio sozinho não queima, porém mantém e intensifica o fogo com qualquer material combustível. Quando se trabalha com sistema de oxigênio, é essencial que as atenções e precauções dadas ao manual de manutenção da aeronave sejam cuidadosamente observadas. Em geral, antes de algum trabalho no sistema de oxigênio, as seguintes precauções de fogo devem ser tomadas: Providenciar adequados equipamentos de combate a incêndio; Avisos de “NÃO FUMAR”; Evitar testes de sistemas elétricos e equipamentos rádio da aeronave; Manter todas as ferramentas e equipamentos de oxigênio livres de óleo ou graxa. Manutenção e inspeção do sistema de oxigênio A manutenção e inspeção do sistema de oxigênio deve ser cumprida de acordo com as medidas de precaução, e algumas instruções do manual do fabricante. 1 - Nunca tentar fazer manutenção antes do suprimento de oxigênio estar fechado; 2 - Os encaixes devem ser desapertados vagarozamente, para permitir a dissipação da pressão residual; 3 - Abrir válvulas ou tampas de todas as linhas