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Un nuovo sistema di sghiacciamento degli aeromobili che sfrutta il calore del motore

La maggior parte dei sistemi di sghiacciamento degli aeromobili deve generare energia per i riscaldatori. Una nuova alternativa estrae efficacemente il calore dai motori.

Trasporti e Mobilità
Tecnologie industriali

La formazione di ghiaccio sugli aeromobili è una condizione tanto comune quanto pericolosa. Uno strato di ghiaccio sulle ali e sulle superfici di controllo può modificare la loro forma, rischiando di compromettere il controllo del velivolo da parte del pilota. Inoltre, il ghiaccio aggiunge peso. In determinate condizioni, di solito ad altitudini piuttosto basse, le nubi di ghiaccio possono contenere goccioline di acqua che restano allo stato liquido nonostante la loro temperatura sia sotto zero. Entrando in contatto con una superficie solida, le goccioline si congelano all’istante sulla superficie. In pochi secondi può formarsi uno spesso strato di ghiaccio, il quale può essere estremamente pericoloso per i velivoli piccoli, che devono assolutamente evitare questo tipo di nuvole. Gli aeromobili più grandi sono provvisti di sistemi di sghiacciamento. Le tipologie principali riscaldano le ali e la presa d’aria del motore mediante elementi elettrici o un sistema di aria calda. Sebbene tali sistemi siano affidabili, sono molto dispendiosi dal punto di vista energetico, arrivando a consumare fino al 40 % dell’energia totale prodotta dall’aeromobile. Una riduzione del consumo di energia comporterebbe un significativo risparmio economico per l’operatore aereo.

Sfruttare il calore di scarto

Il progetto PIPS, finanziato dall’UE, ha sviluppato un nuovo sistema di riscaldamento. Anziché generare calore a costo elevato, il sistema trasferisce il calore di scarto dei motori alla presa d’aria dei motori stessi, dimostrandosi altamente efficace. Inizialmente destinato alla parte di presa d’aria degli aeromobili a turboelica di medie dimensioni, il sistema può in realtà essere adattato a qualsiasi aeromobile dotato di motori a caldo vicino alle ali, ossia in pratica qualunque velivolo. Questo sistema, in attesa di brevetto, è chiamato ciclo a pompaggio capillare. «Si tratta di un circuito chiuso nel quale circola un liquido, il metanolo, che si trova sempre al punto di saturazione», spiega il coordinatore del progetto, Romain Rioboo. «Ciò significa che è sempre vicino al punto di passaggio tra stato liquido e gassoso.» Il motore fornisce calore all’evaporatore, che fa evaporare il liquido. Il metanolo allo stato gassoso raggiunge il condensatore, dove si trasforma nuovamente in liquido, rilasciando calore. Il liquido circola nuovamente verso l’evaporatore mediante uno stoppino capillare, che consiste in una pompa passiva. La fisica del cambiamento di fase tra liquido e gas vuol dire che il liquido può assorbire e trasportare una grande quantità di calore, pertanto il sistema è molto efficiente in quanto utilizza il calore del motore che altrimenti andrebbe sprecato. In questo modo si evita di dover produrre grandi quantità di calore come avviene nei sistemi tradizionali di sghiacciamento.

Progressi soddisfacenti raggiunti finora

Il progetto ha raggiunto il livello 5 di maturità tecnologica. Il concetto è stato convalidato, ma la tecnologia deve essere ancora perfezionata. I ricercatori inizialmente prevedevano di utilizzare componenti standard, ma i problemi riscontrati strada facendo hanno richiesto la progettazione di un sistema completamente nuovo. La soluzione è stata approntata con successo, causando però alcuni ritardi. «Dobbiamo ancora modificare il design del condensatore per migliorare la distribuzione di calore sulla superficie della presa d’aria del motore», aggiunge Rioboo, «e testare la modifica prima di pianificare test di volo.» Tuttavia, nei test condotti in laboratorio e nella galleria del vento ghiacciata, il progetto ha ottenuto un trasferimento efficace di calore nella configurazione di un motore modello a grandezza naturale, trasportando fino a 10 kilowatt di calore in condizioni di ghiaccio. Ciò va oltre i requisiti di un sistema di sghiacciamento. Ulteriori sviluppi sono al momento incerti. Se vi saranno, il risultato sarà una tecnologia di sghiacciamento per aeromobili economica ed efficiente.

Parole chiave

PIPS, aeromobile, sghiacciamento, sistema, scambio di calore, ciclo a pompaggio capillare, metanolo

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