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Progettazione e sperimentazione di una elettrovalvola per la realizzazione di un GAV

Il GAV (Giubbotto ad Assetto Variabile) è un accessorio utilizzato per le immersioni subacquee che variando il proprio volume permette al suo utilizzatore di regolare il proprio assetto in acqua intervenendo direttamente sulla spinta di galleggiamento che questo riceve. Il meccanismo di regolazione è semplice: il GAV è gonfiabile e quindi intervenendo sulla pressione dell’aria all’interno è possibile modificare il volume e quindi la spinta idrostatica risultante. Poiché la spinta realizzata dipende dal volume dello stesso GAV, per mantenere un assetto costante è indispensabile adeguarne la pressione di gonfiaggio, in modo da compensare le variazioni di pressione esterna dovute alla profondità che tende invece a schiacciare il GAV riducendone il volume. In particolare la pressione idrostatica risulta proporzionale alla profondità, con un incremento di circa 0.1 bar per metro.

L’utilizzo del GAV e la regolazione dell’assetto richiedono grande cautela specialmente da parte di un subacqueo inesperto; qualora infatti il GAV venga gonfiato eccessivamente o il subacqueo risalga rapidamente senza preoccuparsi di ridurre la pressione di gonfiaggio può verificarsi il cosidetto pallonamento: per effetto della diminuita pressione esterna, l’aria all’interno del GAV può espandersi accrescendone il volume e quindi la spinta che di conseguenza tende ad accelerare ulteriormente la risalita verso la superficie con tutti i rischi che una decompressione troppo rapida del sub possono causare.

 

Per permettere all’operatore un rapido sgonfiaggio del GAV, anche in condizioni “potenzialmente critiche”questo è provvisto di una serie di valvole di scarico rapido, azionabili manualmente. Malgrado non esista una completa standardizzazione in termini di dimensioni ed interfacce meccaniche del dispositivo, le soluzioni costruttive adottate risultano sostanzialmente sempre le stesse. Di conseguenza la valvola di scarico, normalmente si compone dei seguenti elementi:

1) disco con tenuta in gomma: garantisce la tenuta stagna del GAV;

2) molla di precarico: assicura il mantenimento della tenuta fino alla massima pressione;

3) cordino con pomello: consente al sub di tirare il disco, vincendo il precarico della molla in modo da provocare lo scarico del GAV.

4) corpo valvola: di solito scomponibile in due parti assemblate tramite collegamento filettato.

I ricercatori di MDM Team ed Università di Firenze hanno valutato in questo studio, la possibilità di integrare all'interno di una generica valvola di scarico commerciale un dispositivo Antipallonamento capace di intervenire aprendo la valvola di scarico del GAV in caso di risalita troppo rapida. Questa attività è stata svolta per conto di Applicon SRL (www.applicon.it) nell'ambito del progetto SARIS. Lo schema del regolatore risulta relativamente semplice: la pressione esterna è proporzionale alla profondità di conseguenza la variazione della pressione rispetto al tempo è una stima approssimativa della velocità di risalita, assumendo nota e costante la densità dell'acqua ρ e l'accelerazione di gravità g:


 

Pertanto in linea di massima valutando la derivata della velocità di risalita se questa supera un valore di soglia opportunamente tarato, il regolatore interviene sulla valvola comandandone l’apertura. Per rendere più sicuro il sistema si potrebbe integrare all’interno del dispositivo almeno un accelerometro triassiale MEMS o capacitivo, l’uso del dispositivo triassiale si rende in dispensabile perché l’orientazione del dispositivo rispetto alla verticale non è necessariamente assegnato. Una volta valutata l’accelerazione ed eliminato il contributo costante dovuto alla gravità è possibile ottenere per integrazione una stima seppur approssimata della velocità. In realtà si tratta di una misura ridondante ed affetta da errori, per cui risulta più conveniente l’adozione di un filtro di stima (ad esempio un filtro di Kalman) che provvede dove il filtro stimatore implementa la Data Fusion necessaria per una corretta stima della velocità di risalita. 

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