Auxiliary power unit: differenze tra le versioni

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{{S|motori aeronautici}}

[[Immagine:APIC-Honeywell-APU-Airbus.jpg|thumb|Una APU di un [[Airbus A320]].]]

La '''Auxiliary Power Unit''' ('''APU''') è un'unità di potenza ausiliaria montatainstallata a bordo di un veicolo per la produzione di energia non direttamente utilizzata a scopo propulsivo. È in genere presente su [[Aeromobile|aeromobili]] da trasporto<ref name=Giorgi1>{{cita|Giorgi}}</ref>, impiegatama peranche l'accensionesu delalcuni motoreveicoli principaleterrestri e[[Veicolo peribrido#Ibrido_serie|ibridi]]<ref laname=Widener1>{{cita|Widener}}</ref> pressurizzazioneo di cabinagrandi edimensioni <ref>{{cita web|url=http://www.arb.ca.gov/msprog/truckstop/azregs/azregs.php|titolo=Useful Links for Regulations|opera=The TruckStop|lingua=en|accesso=27 circuitosettembre idraulico2011}}</ref>.

==Aeromobili==

È costituita da una [[turbina a gas]] di dimensioni contenute, che viene installata sugli [[Aeroplano|aerei]] in modo da fornire l'[[energia]] agli [[Impianto di bordo|impianti di bordo]] quando i motori sono spenti e permetterne l'accensione.

Una moderna APU impiegata in campo aeronautico è costituita da una [[turbina a gas]] di dimensioni contenute, che, collegata all'impianto elettrico e pneumatico del velivolo, consente di fornire [[energia]] agli impianti di bordo quando i motori sono spenti o in caso di avaria dei sistemi principali.<ref name=Giorgi1/>

Viene solitamente posizionata nel cono di coda.

===Storia===

Ha un regime nominale di rotazione elevatissimo (circa 64.000 rpm), è alimentata con carburante aeronautico e collegata a [[Generatore elettrico|generatori elettrici]], [[Pompa pneumatica|pompe pneumatiche]] e [[Pompa idraulica|idrauliche]].

LaUna primadelle prime APU ad essere usata su un aereo eraè stato un motore bicilindrico a benzina ada pistoni5 [[cavallo vapore britannico|hp]], montato sull'aereo da ricognizione [[Noel Pemberton Billing|Pemberton-Billing]] [[Supermarine Nighthawk|P.B.31 Nighthawk]], nel 1916.<ref>{{en}}{{cita libro|autore=Bill Gunston|titolo=World encyclopaedia of aero engines: all major aircraft power plants, from the Wright brothers to the present day|id=ISBN 1852605979}}</ref> Il [[Boeing 727]], nel 1963, fu il primo aereo jet di linea ad utilizzare una [[turbina a gas]] come APU, permettendogli di operare nei piccoli aeroporti regionali senza l'ausilio delle attrezzature di terra. Anche se le APU sono state, in passato, installate in diverse parti di vari aeromobili militari e commerciali, nei moderni aerei di linea sono montate sullanella coda<ref name=Giorgi5>{{cita|Giorgi|pag. 5}}</ref>. Lo scarico dell'APU, un piccolo tubo che esce dalla coda dell'aereo, può essere notato nella maggior parte dei moderni aeroplani di linea.

Le APU che equipaggiano gli aeromobili [[ETOPS]] (Extended-range Twin-engine Operations, aeromobili bimotori con autonomia estesa) sono dispositivi di sicurezza fondamentali, in quanto forniscono una riserva di elettricità ed aria compressa in caso di un'avaria ad un motore o di un generatore. Mentre alcune APU non possono accendersi mentre l'aereo è in volo ad alta quota, questo tipo di APU devono potersi accendere fino ad altitudini pari alla massima raggiungibile dall'aereo. Applicazioni recenti hanno richiesto l'accensione dell'APU fino a 43000 piedi (circa 13000 metri).

Nel caso di un'avaria all'APU è richiesta un'unità di avviamento esterna ([[Groundground power unit]]) per alimentare i sistemi dell'aereo ed avviare i motori a terra.

===Tecnica===

[[Immagine:A380 APU P1230093.jpg|thumb|Scarico dell'APU installata su un [[Airbus A380]].]]

Una tipica APU installata su un velivolo da trasporto commerciale è costituita da tre parti principali: il generatore di gas, il sistema di spillamento dell'aria compressa e la scatola ad ingranaggi.<ref name=Giorgi7>{{cita|Giorgi|pag. 7}}</ref>

Il generatore di gas è la [[turbina a gas]] vera e propria che trasforma l'energia chimica del combustibile rendendola disponibile sottoforma di energia pneumatica o meccanica. L'energia pneumatica (aria compressa) è ottenuta spillando aria dal [[compressore]] del generatore di gas mediante valvole regolatrici.

Un gruppo di riduzione ad ingranaggi collega l'albero motore del generatore di gas a delle [[presa di potenza|prese di potenza]] sulle quali possono essere montati [[generatore elettrico|generatori elettrici]] o [[pompa idraulica|pompe idrauliche]] e agli accessori necessari al funzionamento dell'APU stessa, come la pompa dell'impianto di lubrificazione e dell'iniezione di carburante. Su alcune APU il generatore elettrico può funzionare anche da motorino di avviamento, eliminando così la necessità di collegare un motore aggiuntivo per la sua accensione.

Sono allo studio anche APU costituite da [[pile ad ossido solido]] in grado di fornire l'energia elettrica necessaria.<ref>{{cita web|url=http://www.boeing.com/news/frontiers/archive/2004/july/ts_sf7a.html 2004 |titolo=Fuel cells in the air|opera=Boeing|lingua=en|accesso=21 settembre 2011}}</ref>

==Aerei civili==

===Funzioni dell'APU===

La funzione principale dell'APU di un aeromobile è quella di fornire l'energia necessaria adall'avviamento accendere idei motori principali. IPer motoriavviare un motore a turbina hannoè grandinecessario eportare pesantila rotori,sua velocità di rotazione ad un valore tale (tipicamente tra il 20 ed il 30% della velocità massima) che devonopermetta essereuna portaticompressione sufficiente ad alteassicurare l'accensione del combustibile in [[camera di combustione]] e garantire l'autosostentamento. Da quella velocità di rotazione perin forniresu unail quantitàmotore è in grado di ariaaccelerare compressaautonomamente sufficienteal all'autosostentamentoregime di funzionamento desiderato senza apporto esterno di energia. I motori a turbina più piccoli sono in genere accesiavviati da un motore elettrico che, mentreattraverso iuna scatola ad ingranaggi, mette in rotazione l'albero motore. I motori più grandi sonoimpiegano, generalmenteal messiposto indel motomotore daelettrico, ununa altroturbina piccolomossa motoreda aaria turbina.compressa Qualunquefornita siadall'impianto ilpneumatico. metodoDal dimomento accensioneche (elettrico,l'energia pneumaticonecessaria oper idraulico)raggiungere la quantitàvelocità di energiarotazione richiestaminima èper notevolmentel'autosostentamento maggioredi un motore di grandi dimensioni è rispettosuperiore a quella immagazzinabile dain una batteria o un serbatoio d'aria compressa di dimensioni e peso ragionevoli, è necessario provvedere ad un impianto di potenza in grado di fornire l'energia necessaria all'avviamento dei motori principali del velivolo.

L'APU risolve questo problema in due stadi: dapprima l'APU viene accesa da un motore elettrico o idraulico, con l'energia proveniente da una batteria, un accumulatore o una sorgente esterna (ground power unit), poi accelera alla velocità massima, fornendo un quantitativo di energia molto più grande, sufficiente a mettere in moto i motori principali dell'aereo. L'accensione può avvenire facendo girare un generatore elettrico o una pompa idraulica, o fornendo aria compressa alla turbina.

Le APU hanno anche altre funzioni ausiliarie. L'energia elettrica e pneumatica è utilizzata per il funzionamento dei sistemi di riscaldamento, condizionamento e ventilazione, prima della messa in moto dei motori. Questo permette alla cabina di essere confortevole mentre i passeggeri si imbarcano, senza la spesa, il rumore ed il pericolo di far funzionare uno dei motori dell'aereo. L'energia elettrica è anche utilizzata per far funzionare i sistemi per i controlli pre-volo o in caso di avaria di uno dei generatori collegati ai motori principali. Alcune APU sono anche connesse ai sistemi idraulici, permettendo agli addetti alla manutenzione e all'equipaggio di agire sui comandi di volo ed ai sistemi elettrici senza l'ausilio dei motori principali. Questa stessa funzione è anche usata in volo, in caso di avaria di un motore o di una pompa idraulica.

===Storia=Veicoli ibridi==

L'unità di potenza ausiliaria è anche montata su veicoli ibridi [[Veicolo ibrido#Ibrido_serie|"in serie"]], nei quali il motore (elettrico) che muove il veicolo è meccanicamente scollegato dal motore che genera l'energia elettrica necessaria al suo funzionamento. Su questi veicoli le unità ausiliarie sono in genere costituite da [[Motore a movimento alternativo|motori a pistoni]] o [[Motore Wankel|Wankel]] collegati ad un generatore elettrico per ricaricare la batteria o per alimentare direttamente (o anche solo parzialmente) il motore elettrico.<ref name=Widener1/><ref>{{cita web|url=https://www.media.volvocars.com/media/articles/html/13824_7_8.aspx|titolo=Volvo ReCharge Concept|data=11 gennaio 2008|opera=Volvo Auto Italia|accesso=27 settembre 2011}}</ref>

La prima APU ad essere usata su un aereo era un motore a benzina a pistoni, montato sull'aereo da ricognizione [[Noel Pemberton Billing|Pemberton-Billing]] [[Supermarine Nighthawk|P.B.31 Nighthawk]], nel 1916. Il [[Boeing 727]], nel 1963, fu il primo aereo jet di linea ad utilizzare una [[turbina a gas]] come APU, permettendogli di operare nei piccoli aeroporti regionali senza l'ausilio delle attrezzature di terra. Anche se le APU sono state, in passato, installate in diverse parti di vari aeromobili militari e commerciali, nei moderni aerei di linea sono montate sulla coda. Lo scarico dell'APU, un piccolo tubo che esce dalla coda dell'aereo, può essere notato nella maggior parte dei moderni aeroplani di linea.

L'efficienza dei motori a combustione interna cambia al variare del numero di giri; nei sistemi ibrido serie i giri del motore ausiliario termico vengono impostati per ottenere sempre la massima efficienza (alla loro potenza nominale) non dovendo subire né accelerazioni né decelerazioni. L'APU viene quindi attivata solo quando è necessario ricaricare la batteria o fornire la massima potenza al motore elettrico.<ref name=Widener2>{{cita|Widener|pag.2}}</ref>

Le recenti ricerche hanno cominciato a concentrarsi sull'uso del [[motore Wankel]], che offre rapporti peso-potenza migliori dei convenzionali [[motore a pistoni|motori a pistoni]] e minori consumi rispetto ai motori a turbina.

Recentemente, anche nel campo automobilistico, sono stati sperimentati veicoli ibridi in cui la ricarica della batteria principale è assicurata da [[Pila a combustibile|pile a combustibile]].<ref>{{cita web|url=http://www.pinobruno.it/2009/12/dalla-danimarca-un-motore-ibrido-fuel-cell-a-basso-costo-alimentato-dal-metanolo/|titolo=Dalla Danimarca un motore ibrido fuel cell a basso costo alimentato dal metanolo|data=8 dicembre 2009|accesso=28 settembre 2011}}</ref>

Le APU che equipaggiano gli ETOPS (Extended-range Twin-engine Operations, aeromobili bimotori con autonomia estesa) sono dispositivi di sicurezza fondamentali, in quanto forniscono una riserva di elettricità ed aria compressa in caso di un'avaria ad un motore o di un generatore. Mentre alcune APU non possono accendersi mentre l'aereo è in volo, questo tipo di APU devono potersi accendere fino ad altitudini pari alla massima raggiungibile dall'aereo. Applicazioni recenti hanno richiesto l'accensione dell'APU fino a 43000 piedi (circa 13000 metri).

Nel caso di un'avaria all'APU è richiesta un'unità di avviamento esterna ([[Ground power unit]]) per alimentare i sistemi dell'aereo ed avviare i motori a terra.

==Altri veicoli terrestri==

==Space Shuttle==

[[Immagine:TriPacAPU.jpg|thumb|Una unità di potenza ausiliaria diesel montata su un [[autocarro]].]]

Le APU possono essere installate anche su [[autocarro|autocarri]] convenzionali per alimentare l'impianto di condizionamento e/o di refrigerazione e tutte le altre utenze elettriche del veicolo quando il mezzo è fermo.<ref>{{cita web|url=http://www.eco-wind.it/|titolo=eco-wind|accesso=28 settembre 2011}}</ref>

Su diversi [[carro armato|carri armati]] sono installate delle unità di potenza ausiliarie che forniscono l'energia elettrica necessaria senza l'elevato consumo ed impronta infrarossa del motore principale. L'[[M1 Abrams]], ad esempio, ha un'APU costituita da un [[motore Wankel]] montato nella parte posteriore del mezzo.

Anche la navetta spaziale [[Space Shuttle]] è provvista di APU che rappresentano uno dei componenti più critici. Data la loro importanza, a bordo ne sono presenti tre [[Ridondanza (ingegneria)|ridondanti]] per aumentare la sicurezza (una sarebbe sufficiente). A differenza degli aerei, le APU installate sullo Shuttle, provvedono a fornire esclusivamente pressione idraulica e non energia elettrica. Sono utilizzate soltanto durante il lancio e durante la fase di rientro e atterraggio. Esse sono alimentate ad [[idrazina]], lo stesso [[propellente ipergolico]] utilizzato nei sistemi [[Reaction control system|R.C.S.]] della navetta.

==Space Shuttle==

Anche la navetta spaziale [[Space Shuttle]] èera provvista di APU che rappresentanorappresentavano uno dei componenti più critici. Data la loro importanza, a bordo ne sonoerano presenti tre [[Ridondanza (ingegneria)|ridondanti]] per aumentare la sicurezza (una sarebbe stata sufficiente). A differenza degli aerei, le APU installate sullo Shuttle, provvedonoprovvedevano a fornire esclusivamente pressione idraulica e non energia elettrica. SonoErano utilizzate soltanto durante il lancio e durante la fase di rientro e atterraggio. Esseed sonoerano alimentate ad [[idrazina]], lo stesso [[propellente ipergolico]] utilizzato nei sistemi [[Reaction control system|R.C.S.]] della navetta.<ref>{{cita web|url=http://science.ksc.nasa.gov/shuttle/technology/sts-newsref/sts-apu.html |titolo=AUXILIARY POWER UNITS|opera=www.ksc.nasa.gov|lingua=en|accesso=27 settembre 2011}}</ref>

Durante la missione [[STS-9]], due delle tre APU dello [[Space Shuttle Columbia]] presero fuoco, ma nonostante ciò la navetta atterrò alla base aerea di [[Edwards AFB|Edward]].

==Note==

<references/>

==Bibliografia==

*{{cita pubblicazione|url=http://dma.ing.uniroma1.it/users/impbordo_c1/1300%20APU%202007ppf.pdf|titolo=IMPIANTO A.P.U.|autore=Giorgio Giorgi - Universita' degli Studi di Roma "La Sapienza" - Impianti di Bordo|cid=Giorgi}}

*{{en}}{{cita pubblicazione|url=http://www.dtic.mil/cgi-bin/GetTRDoc?Location=U2&doc=GetTRDoc.pdf&AD=ADA300457|titolo=A SURVEY OF TECHNOLOGY FOR HYBRID VEHICLE AUXILIARY POWER UNITS|autore=S.K. Widener - Southwest Research Institute - San Antonio, Texas|id= Contract No. DAAK70-92-C-0059|cid=Widener}}

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