Analisi del leakage e sviluppo di valvole per applicazioni High-Altitude Platform Station

Il presente lavoro riguarda la stima teorica e la validazione sperimentale del leakage di una relief valve operante a bassi differenziali di pressione e destinata a un'applicazione HAPS (High-Altitude Platform Station). In tale contesto, anche perdite di gas contenute possono assumere rilievo se accumulate su tempi di missione molto lunghi. La valvola analizzata è una configurazione a molla con sede deformabile, realizzata mediante componenti stampati in 3D e dotata di O-ring in EPDM. La stima teorica del leakage è stata sviluppata adottando il modello multiscala di Persson per il contatto elastico tra superfici rugose, accoppiato a un modello di trasporto gassoso nel micro-canale percolante dominante. I parametri meccanici di contatto sono stati ricavati mediante analisi FEM assialsimmetriche, mentre la rugosità superficiale è stata caratterizzata tramite misure profilometriche tridimensionali e successiva costruzione della PSD rappresentativa delle superfici analizzate. La validazione sperimentale è stata condotta mediante prove di decadimento di pressione in un volume chiuso e noto, considerando due differenti stati superficiali del coperchio di tenuta, tre livelli di precarico della molla e due differenziali di pressione pari a 3000 Pa e 6000 Pa. I risultati mostrano che il leakrate dipende in modo significativo sia dalla pressione di contatto sia dallo stato superficiale della sede. Il modello teorico riproduce correttamente la riduzione del leakage all’aumentare del carico normale, ma evidenzia scostamenti quantitativi rilevanti rispetto ai dati sperimentali. Inoltre, nel confronto tra le due configurazioni superficiali, il modello non riproduce correttamente l’effetto della lavorazione: mentre sperimentalmente il coperchio lavorato mostra leakrate inferiori rispetto al non lavorato, il modello teorico prevede il comportamento opposto. Nel complesso, il lavoro ha permesso di sviluppare una metodologia integrata per l’analisi del fenomeno, mettendo in evidenza sia le potenzialità sia i limiti del modello adottato nel caso di una relief valve reale.