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Sistema de Oxigênio Professor: Erasmo Borja Sobrinho Disciplina: Sistemas de Aeronaves II Curso: Ciências Aeronáuticas Assunto Sistemas de Aeronaves II Página 2 Índice � Oxigênio e o Corpo Humano � Oxigênio na Aviação � Máscaras � Sistema de Oxigênio � Controles � Armazenagem � Geração a Bordo � Diagrama de um Learjet 55 � Manutenção e Cuidados � Dispositivos de Abastecimento Assunto Sistemas de Aeronaves II Página 3 Oxigênio na atmosfera A atmosfera é composta de 4/5 de nitrogênio e 1/5 de oxigênio com aproximadamente 1% de outros gases. A 18.000 pés com apenas a metade da pressão atmosférica do nível do mar, o oxigênio presente é também só a metade. A reação do corpo é definitivamente abaixo do normal e resultará em inconsciência. De fato a reação da média das pessoas é afetada a 10.000 ft e pode ser afetada acima de 5.000 ft. Para suportar os inconvenientes da escassez de oxigênio em altitudes elevadas o ser humano utiliza duas alternativas: 1- Usam mascaras de oxigênio e vestem roupas de proteção; 2- Voam em cabines pressurizadas, onde a pressão é mantida a níveis compatíveis com a vida humana. Assunto Sistemas de Aeronaves II Página 4 Na aviação militar existem aviões que exigem o constante fornecimento de oxigênio em determinadas missões. Na aviação civil o oxigênio é usado apenas em situações de emergência na falha dos sistemas de pressurização. A tripulação comanda os controles do sistema de oxigênio através de válvulas que podem ter separação entre cabine de passageiros e cockpit. O sistema costuma ser automático, disponibilizando oxigênio assim que haja uma despressurização súbita. Uma chave aneróide percebe a queda de pressão e dispara o dispositivo de queda de mascaras para os passageiros quando a pressão da cabine cai para acima de 14.000 ft. A 8.000 ft a válvula “resseta” parando o fluxo de oxigênio novamente. Assunto Sistemas de Aeronaves II Página 5 Tripulantes : As mascaras da tripulação podem ter válvulas com opções, que permitam a passagem de oxigênio apenas quando ele é aspirado pelo tripulante. Desta forma elas podem ficar a postos para uma emergência sem que o gás escape continuamente Passageiros: Já a mascara para passageiros costuma ser de fluxo contínuo, podendo ser fechado pelos tripulantes. Controle de Oxigênio Veja ao lado e abaixo os controle dos sistema de um Learjet 55. No primeiro vemos as tubulações a mostra e no segundo, como ele é visto na cabine montada. Assunto Sistemas de Aeronaves II Página 6 Ao centro o indicador de pressão da garrafa de oxigênio. Pressão de Oxigênio Vários tipos de indicadores são usados nas cabines para informar aos tripulantes sobre as condições de pressão da garrafa de O2. Alguns recebem informações da garrafa através de um trasnducer instalado na própria garrafa que transmite sinais elétricos até o instrumento no painel. Outros são manômetros de leitura direta que recebem oxigênio através de um tubo capilar para a leitura direta. Assunto Sistemas de Aeronaves II Página 7 Ajuste de Pressão Algumas aeronave tem dispositivos que permitem o ajuste do fluxo de oxigênio. Assunto Sistemas de Aeronaves II Página 8 LOx – Liquid Oxygen O Oxigênio é transportado em forma de liquido. E para mantê-lo neste estado é necessário que ele esteja sob pressão. Nas aeronaves que utilizam garrafas para manter o O2 a bordo deve haver quantidade suficiente para atender aos passageiros e tripulantes durante o tempo de descida de seu teto operacional até uma altitude respirável com margem de segurança. Muitas vezes a quantidade necessária é muito grande e este método não é utilizado. Garrafa de Oxigênio A garrafa de Oxigênio pode ser de fibra ou de aço. As de aço são mais pesadas e requerem manutenção periódica, que verifica quanto a corrosão interna e é submetida a teste hidrostático. Vários tamanhos são disponíveis dependendo da quantidade de passageiros e do teto operacional da aeronave Teste Hidrostático To understand how hydrostatic testing is used to check a cylinder and/or hose assembly for leaks or flaws, let's take a look at the procedure. First, the extinguisher valve is removed and the threads and interior of the cylinder are checked for corrosion, pitting, and any other abnormalities. 1910.157(f)(3) If the cylinder passes the visual inspection, it is placed into a steel chamber, which is then filled with water at normal pressure. A glass burette attached to the side of the steel Assunto Sistemas de Aeronaves II Página 9 chamber will read zero, indicating normal or zero pressure of the chamber water. Water is then applied at high pressure to the interior of the extinguisher's cylinder. As the pressure increases, the cylinder will expand and push water from the steel chamber through a small hole and into the glass burette. After the pressure is released, the cylinder will contract and the water will move from the burette back to the steel chamber. Depending on the results, the tester will either pass or fail the cylinder. The cylinder is normally considered unsafe and will fail if: The water level in the burette continues to rise while the specified pressure is applied. This could be due to a leak from the inside cylinder to the water in the steel chamber, or to a continual expansion of the walls of the cylinder, both of which would be a reasonable cause to fail the cylinder. The cylinder stretched and with the pressure released does not return to its original size (or close to it), it would mean the metal of the cylinder is not resilient enough to be considered safe for use. The burette can not have more then 10 percent of the displaced water remaining after the pressure is released. For example, if the expansion displaced 100 milliliters (mL) of water, after it contracts it must have a reading of 10 mL or less to pass the test. A pressão nominal da garrafa de O2 é de 1.800 psi medidos através de um transducer localizado numa válvula instalada na própria garrafa que leva esta informação ao painel de instrumento como impulsos elétricos. O Mostrador indicará as faixas por cores e as vezes números em psi. • 2.000 Faixa Vermelha • 1.550 a 1.850 Faixa Verde • 0 a 300 Faixa Amarela A pressão de utilização na linha de distribuição dentro da cabine é de apenas 60 a 80 psi regulada através de uma válvula reguladora de pressão também na cabeça da garrafa. Armazenagem de Oxigênio Cada aeronave tem a garrafa localizada em uma posição diferente. Este tem armazena o recipiente num compartimento no nariz. O “burst disc” mostra quando a válvula de alivio de pressão foi usada. Assunto Sistemas de Aeronaves II Página 10 A válvula reguladora de pressão tem a função de liberar oxigênio a baixa pressão para as linhas de distribuição. Pressão Interna: 1.550 a 1.850 psi Pressão de Saída: 60 a 80 psi Assunto Sistemas de Aeronaves II Página 11 As garrafas de oxigênio são posicionadas em local de fácil acesso para manutenção já que requerem eventuais abastecimentos. Este disco verde se rompe quando a válvula de excesso de pressão é acionada indicando que houve descarga por segurança. Este item é verificado a cada pre-vôo. Posicionamento da garrafa em alguns modelos de King – Na parte superior do cone de cauda. Assunto Sistemas de Aeronaves II Página 12 Geração de Oxigênio a Bordo Alguns aviões utilizam geradores de oxigênio que produzem o gás a bordo para o consumo em situações de emergência. Este sistema é mais econômico tanto em termos de peso morto a bordo quanto em termos de manutenção. Duas formas são usadas: 1. Geração Química 2. OBOGS – Peneira Molecular Geração Química Outra fonte dooxigênio além do ar é o sistema químico. Este sistema usa geradores químicos de oxigênio também chamadas “velas de oxigênio” para “produzir o oxigênio respirável. O tamanho e a simplicidade das unidades, e as exigências de manutenção mínimas fazem-nas ideais para muitas aplicações. O gerador do oxigênio químico requer aproximadamente um terço do espaço para quantidades equivalentes de oxigênio de um sistema de LOX de garrafas. As recipientes são inertes abaixo de 400°F, mesmo sob impacto severo. As velas de oxigênio contêm o clorato do sódio misturado com as pastas apropriadas e um combustível dado forma em um bloco. Quando a vela é ativada, libera o oxigênio. A forma e a composição da vela determinam a taxa de fluxo do oxigênio. Enquanto o clorato do sódio decompõem, produz o oxigênio por uma ação química. Um dispositivo de ignição, que pode ser atuado eletricamente ou por uma mola, começa a queima da vela. O núcleo da vela é isolado para reter o calor necessitado para a ação química e para impedir que a carcaça se torne demasiado quente. Filtros são fixados na saída para impedir que se contamine o sistema. A longa vida útil de geradores químicos de oxigênio não utilizados faz deles uma fonte ideal do oxigênio para os vôos ocasionais onde o oxigênio é necessário, e para a fonte do oxigênio da emergência para o avião pressurizado onde o oxigênio também é requerido somente como standby caso a pressurização de cabine seja perdida. Os sistemas de oxigênio de emergência para o aeronaves pressurizadas têm os geradores de oxigênio montados em qualquer um dos racks porta objetos da cabine, nas partes traseiras do assento, ou nos painéis das cavernas. As máscaras são fixadas situadas próximas a estes geradores e são embutidas e escondidas da vista por uma porta que pode ser aberta eletricamente por um tripulante ou automaticamente por uma válvula aneróide no evento de uma Assunto Sistemas de Aeronaves II Página 13 despressurização da cabine. Quando a porta abre, a máscara cai para onde é facilmente acessível ao usuário. Próximo à máscara fica um gatilho que, quando puxado, libera o pino de travamento e dá inicio ao fluxo, assim o dispositivo pode acionar a ignição e começar a queima da vela. Uma vez que uma vela de oxigênio é inflamada, não pode ser mais fechada. Deve queimar-se até que esteja esgotada, e o fluxo não deve ser interrompido até que o ciclo termine. O OBOGS (On Bord Oxigen Generating System) é um equipamento que produz oxigênio através da concentração do oxigênio existente no ar. ON-BOARD OXYGEN GENERATING SYSTEM – O gerador de oxigênio de bordo: É uma alternativa ao sistema de oxigênio líquido (LOx). Quando comparado ao sistema LOx o OGOGS tem várias vantagens: 1. Sua disponibilidade é de mais de 99%. 2. Não há exigências de manutenção do reservatório. 3. O OBOGS não tem manutenção diária e a manutenção preventiva é feita a cada 2.000 horas. 4. O uso do OBOGS elimina a necessidade de estocar e transportar LOX. 5. Isto elimina também a necessidade de equipamento de suporte para o LOX. 6. O Potencial para acidentes relacionado ao LOX e aos gases em alta pressão e reduzida drasticamente. Assunto Sistemas de Aeronaves II Página 14 Este sistema inclui concentração eletroquímica, absorção química fluimine, membrana permeável e peneira molecular. No sistema de peneira molecular (molecular sleve) (Figure 1-24) o ar comprimido sangrado da turbina é bombeado entre dois módulos de peneira molecular contendo cristais de silicato de alumínio (Zeólito). O oxigênio é separado do nitrogênio e concentrado. O ar enriquecido de oxigênio fica então disponibilizado no sistema de distribuição de Oxigênio. Durante o processo de separação usando os dois módulos, enquanto o primeiro módulo concentra o oxigênio o segundo separa o nitrogênio e o libera a atmosfera. O ciclo é então revertido com a pressurização do segundo módulo e a exaustão do primeiro módulo enquanto produz um continuo suprimento de oxigênio . O inicio do seu funcionamento é virtualmente instantâneo. Assunto Sistemas de Aeronaves II Página 15 O Ar atmosférico contém 21% de Oxigênio, 78% de Nitrogênio e 1% de outros gases. Os sistemas separam o oxigênio do ar utilizando o processo PSA (pressure Swing Adsorption - Adsorção com Alternância de Pressão) . O processo PSA utiliza dois vasos metálicos contendo Peneira Molecular (Zeolita - Silicato Sintético de Alumínio), que atrai (adsorve) o nitrogênio do ar a alta pressão e libera a baixa pressão. Os sistemas AIRSEP/OXINAL utilizam dois leitos de Peneira Molecular como adsorventes do nitrogênio. O ar é passado através de um leito adsorvente a alta pressão. Geração de Oxigênio A Peneira Molecular atrai (retém) o nitrogênio, permitindo que o oxigênio atravesse o leito adsorvente como produto final, produzido no processo. Antes que o leito adsorvente fique saturado com o nitrogênio, o ar de entrada é desviado para o segundo leito adsorvente (segundo vaso contendo a Peneira Molecular). O primeiro leito adsorvente é então regenerado pela liberação do nitrogênio através da despressurização seguida com a purga do Oxigênio. O ciclo completo é então repetido seqüencialmente. A Peneira Molecular é completamente regenerativa, e sob condições normais de operação terá um vida útil muito longa (seguramente acima de 10 anos). Dispositivos de Auxílio O sistema de demanda de oxigênio por Pulso MH EDS O2D2 é portátil para duas pessoas está disponível para toda a aviação geral. Este sistema permite ao piloto e passageiro voar a altitudes de pressão de até 25.000 pés com segurança e conforto. Ele reduz drasticamente o consumo de oxigênio. Diferente do sistemas de fluxo constante "padrão", este sistema de pulso não perde oxigênio durante o ciclo de respiração quando o oxigênio não está sendo entregue para os pulmões. A queda de consumo representa 4 vezes em comparação com os sistemas de fluxo constante. O sistema opera com duas pessoas por até 50 horas com três pilhas AA alcalinas. Assunto Sistemas de Aeronaves II Página 16 Controle de Oxigênio no Cockpit em Lear 55 Esta aeronave dispõem de duas válvulas de controle de fluxo: - A primeira Interrompe o fluxo de O2 para a cabine de passageiros. - A segunda libera o fluxo de O2 aos passageiros bypassando a válvula comandada pela válvula aneróide caso ela não o libere automaticamente numa despressurização Assunto Sistemas de Aeronaves II Página 17 Controle Falcon 900 Assunto Sistemas de Aeronaves II Página 18 Garrafas Portáteis Alguns aviôes tambem levam a bordo dispositivos portáteis com a finalidade de prestar primeiros socorros a passageiros durante o vôo ou em caso de acidentes. Overboard Discharge Indicator Cuidados e Manutenção Gás incolor, OXIDANTE por excelência, comprimido a altas pressões. Jamais permita o contato de óleo, graxas ou outros combustíveis, diretamente com oxigênio puro ou em equipamento associado. Pois em contato com inflamáveis, mesmo na temperatura ambiente Assunto Sistemas de Aeronaves II Página 19 ele pode dar inicio a chama espontânea. Durante o abastecimento, todo o ferramental e as mãos devem estar limpos principalmente livres de óleo e graxas. O oxigênio é obtido por separação criogênica do ar. OXIDANTE Qualquer substância que promove oxidação de outra substância, aceitando elétrons ou íons de hidrogênio. Os oxidantes mantêm (ou em alguns casos causam) a combustão. Exemplos: oxigênio, óxido nitroso, cloro. Carros de Abastecimento de Oxigênio: • Garrafas retornáveis compressor (bomba) • Manômetros • Ferramentas exclusivas. Assunto Sistemas de Aeronaves II Página 20 Tabela de Pressão X Temperatura
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