Volotea è da gennaio completamente Airbus, dalla flotta è uscito lo storico Boeing B717 e sono entrati i modelli di Airbus A319 e A320.

Il passaggio alle due versione della famiglia A320 di Airbus porterà a Volotea una serie di vantaggi, operatovi, di costi e una riduzione dell’impatto ambientale delle operazioni di volo.

E’ arrivato a marzo il primo Airbus A320, nella base di Venezia da Ostrava.

Per avere un idea in cifre, in termini di riduzione dei consumi e delle emissioni, ho chiesto a Lorenzo Pelosi, pilota che ha volato sul 717 di Volotea ed ha anche l type rating sia per l’A320 che per il Boeing 737 di fare un pò di conti, conoscendo bene la sua passione non solo per il volo, ma anche per i numeri e l’ingegneria aeronautica è la persona giusta.

I motori

In questa analisi, prenderemo in considerazione i dati del B717, dell’Airbus A319 e A320.

Il Boeing B717-200 può essere equipaggiato con due modelli di motore, variano principalmente per la spinta, ma per quanto riguarda questa analisi prendiamo in considerazione solo il BR715A1-30, quello utilizzato per motorizzare i B717 di Volotea.

per quanto riguarda gli Airbus A319 prendiamo in considerazione i motori CFM56-5B5 e CFM56-5B6, invece per l’Airbus A320 il CFM56-5B4.

Il 319 e il 320 di Airbus montano gli stessi motori (diverse le versioni) costruiti da CFM International, una joint venture tra Safram e GE Aviation, mentre il Boeing B717, Rolls-Royce.

L’obbiettivo è quindi ottenere un resoconto sulle emissioni di CO₂, H₂O, O₂ ed N₂ tra i vari motori ed avere un punto di vista sulla differenza di emissioni di ciascuna molecola per ognuno dei motori.

Per il momento, non chiedetevi perché è stato calcolato anche il valore delle particelle di acqua, lo capirete più avanti.

Le condizioni

Per tutti i motori, i valori sono derivati da un primo calcolo del flusso di carburante necessario a mantenere la corretta spinta per un volo non accelerato ad una quota di 37.000 piedi (11.277 m), velocità con numero di Mach 0,77 (815 km/h), temperatura standard per la quota di volo specificata di 216 K (Kelvin)/ -56,5°C, una pressione di 21,64 kPa ed una temperatura dei gas di scarico di 586°C. Inoltre, le condizioni di volo sono in assenza di vento.

Il combustibile preso in considerazione è il combustibile generalmente più utilizzato dall’aviazione commerciale ovvero il JET A-1, con composizione chimica C12H24, 12 atomi di Carbonio e 24 di idrogeno.

Premessa

Iniziamo col ricordare la composizione dell’atmosfera terrestre che è semplicemente formata dal 21% di ossigeno biatomico e dal 78% di azoto biatomico.

Biatomico lo diciamo per correttezza, perché di quei due elementi chimici vi sono anche atomi singoli liberi, ma principalmente nella nostra atmosfera, volano in “coppie”.

Se uniamo due composti diversi fra loro, si combinano dando origine ad un nuovo composto. come accade
se uniamo aria secca come quella presente in atmosfera, ad un qualsiasi carburante.

Nello specifico stiamo unendo nella combustione, un combustile basato su carbonio ed idrogeno con l’aria secca, formata da ossigeno ed azoto.

La combustione produrrà anidride carbonica(CO₂) ed acqua(H₂O), per ridurre la quantità di entrambe le molecole come risultato della combustione, è necessario migliorare l’efficenza della combustione o la resistenza(che si contrappone alla spinta del motore, incontrata dal velivolo mentre è in volo).

Nello stesso flusso dove vi sono anidride carbonica ed acqua, sono prodotte anche piccole quantità di anidride solforosa(SOx), create non tanto dall’interazione del flusso caldo con le parti del motore, ma dalla quantità di zolfo presente nel combustibile dopo la raffinazione, un inquinante che anche per le auto a livello Europeo, per il diesel, ha un limite fissato a 10 mg/kg.

Troveremo anche ossido di azoto(NOx), prodotto a causa dalle alte temperature di combustione, monossido di carbonio(CO) ed idrocarburi non bruciati (UHC, Unburned HydroCarbons). Tutte queste ultime molecole dipendono dalle performance della camera di combustione, vedremo poi che questo dettaglio sarà molto importante.

Particolarmente importante per ridurre consumi ed emissioni è il rapporto di diluizione del motore, ovvero quanta aria passa attraverso la camera di combustione, il cuore del motore, e quanta invece bypassa il cuore del motore, cioè quanta ne passa solamente attraverso la ventola frontale e poi intorno la parte centrale del motore, ovvero “aria non bruciata“.

Il rapporto di diluizione viene di solito espresso come un rapporto, ad esempio: 5:1: per ogni unità d’aria che passa nel centro del motore, una quantità 5 volte maggiore bypasserà il centro del motore.

Maggiore è questo rapporto, maggiore sarà l’efficienza e minori saranno i consumi e le emissioni, perché aumenta la quantità d’aria spostata all’indietro per poter muovere il velivolo in avanti.

Nella seguente tabella vediamo i valori delle principali emissioni delle molecole fin qui elencate per poi procedere all’analisi.

	Motore	Rapporto di diluizione	Spinta di crociera per motore in kN	Flusso di carburante in crociera Kg/h	C02 Kg/h	H20 Kg/h	O2 Kg/h	N2 Kg/h
B717	BR715A1-30	4,6 : 1	12,6	1.123	3.522	2.581	7.939	38.785
A320	CFM56-5B4	5,7 : 1	14,5	1.267	3.974	2.912	12.136	54.217
A319	CFM56-5B6	5,9 : 1	13,7	1.157	3.631	2.661	11.616	51.290
A319	CFM56-5B5	6: 1	12,7	1.105	3.469	2.542	11.349	49.698

Iniziamo col notare come il BR715(B717) ed il CFM56-5B5(A319) siano alquanti simili in quanto a spinta e flusso di carburate, ma il CFM56-5B5 ha delle emissioni inferiori di CO2 ed H2O.

Se il BR715 bypassa meno O2 ed N2 in confronto al CFM56-5B5 è per via del fatto che il BR715 è più piccolo del CFM56-5B5 e sopratutto ha un rapporto di diluizione più piccolo.

Lorenzo, a dir poco “innamorato” del B717, descrive così il BR715 e ci spiega “la caratteristica che rende il BR715 più performante è l’attenzione che è stata data a questo magnifico motore da parte della Rolls-Royce. In parole povere, sono state apportate modifiche alla turbina, in particolare alle alette che la compongono; difatti, a ciascuna aletta è stata migliorata la capacità di accelerare l’aria che vi passa attraverso, garantendo cosi una riduzione intorno al 11% del numero di alette e di conseguenza del peso della turbina, che in un motore standard equivale ad 1⁄3 del peso complessivo. Parametro molto importante, dato che la metrica che ci interessa di più in un motore è un’altro rapporto, il rapporto spinta/peso.“

Per quanto riguarda gli altri motori, la metrica che spiega il perché del maggior consumo ed emissioni riguarda il fatto che sono motori più grandi(CFM56-5B4) per aerei che portano più passeggeri(A320) il che richiede un lavoro maggiore e di conseguenza un forza maggiore applicata all’aria, così da spostarne di più, il che comporta l’utilizzo di più combustibile (anche per svariati motivi aggiuntivi).

I CFM56-5B6, per la flotta del A319, come possiamo notare, per le stesse condizioni di volo consuma più o meno 50kg/h di più del suo collega, il CFM56-5B5, proporzionale al valore di spinta maggiore che produce riguardo a quest’ultimo.

Costi ed emissioni per posto

E’ bene ricordare che i valori in tabella sono da dividere per il numero di posti per ogni singolo aeromobile, il numero di posti del B717 è 125, mentre l’A319 ha 150/156 posti a sedere, quindi per la C0₂, in Kg/h nel caso del B717 per ogni posto è 28,17, per l’A319 invece è 22,2.

Un altro dato molto importante è il consumo di carburante, che va sempre diviso per il numero di posti, per il B717: 8,9, mentre per l’A319 è 7,08.

A questi vantaggi, in termini di costi, consumi, ridotte emissioni, si aggiunger la maggior capacità e i vantaggi operativi che si traducono in una maggiore efficienza complessiva.