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miércoles, 4 de abril de 2012

Aire Acondicionado en los Aviones





Aire Acondicionado en los Avion

 los modernos aviones requieren aire acondicionado para los ocupantes

Mantener una correcta temperatura en un avión comercial con cientos de pasajeros a bordo viajando a 40,000 pies de altura (12,000 metros) representa un enorme reto para los especialistas en acondicionamiento de aire.
Lograr un ambiente de cabina confortable para los pasajeros y tripulantes de un avión requiere el control de distintas variables como: Temperatura del aire, Humedad, Presión, Control de la calidad del aire.
Estos son los factores que intervienen en la operación del sistema de acondicionamiento de aire. La cabina de un avión comercial representa un volumen enorme para la única fuente de aire disponible para el acondicionamiento del mismo, nos referimos al aire caliente a presión que se saca de los motores. Por lo que es normal que existan limitaciones sobre la cantidad de aire que se puede extraer en las distintas fases de vuelo, debido a que entre los objetivos principales del aire que pasa por el motor no está el acondicionamiento del aire para los pasajeros sino la propulsión para que el avión vuele, y tan sólo una pequeña parte de él debe desviarse a esta función además de atender la presurización y otros servicios requeridos en la cabina del avión. Para entender aún mejor la complicación del acondicionamiento de aire en las aeronaves hay que considerar, además, otras cuestiones, como las limitaciones de aire a bordo y las condiciones en las que debe de operar el sistema, enfrentando temperaturas exteriores de hasta -60º C, así como la falta de humedad.
Los sistemas de refrigeración que se emplean en la aviación son el de ciclo de aire y el de ciclo de vapor. El primero se basa en el principio de eliminación de calor por transformación de la energía calorífica en trabajo mecánico, este es empleado en aviones comerciales, transportes militares y aviones de combate, funciona con el aire que se extrae del compresor del turborreactor, dicho aire caliente y a presión, se emplea para calefacción, refrigeración e incluso para la presurización de la cabina. El segundo sistema por ciclo de vapor es más limitado ya que proporciona únicamente la refrigeración del aire; este funciona mediante la evaporación de un líquido refrigerante en una unidad muy similar a la que es utilizada ampliamente en la industria automotriz; dicho sistema se usa generalmente en vuelos realizados a baja altitud y corta distancia. Cabe resaltar que en los aviones turbohélices se pueden emplear ambos tipos.
Ahora con respecto a la unidad de aire acondicionado, el avión, según su tamaño, dispone de una o más unidades independientes. La figura 1 muestra el esquema de dicha unidad, está consta de: a) un conducto de aire de impacto, b) un intercambiador de calor, c) el conjunto de turbina de refrigeración.
a) El conducto de aire de impacto.- es una tubería que está conectada a una compuerta situada en la superficie exterior del avión, de manera que en el vuelo el aire frío y con presión dinámica suficiente entra por la compuerta y sigue el curso del conducto. Por esta razón esta corriente se denomina “aire de impacto”. El conducto (en azul en la figura) está abierto por sus dos extremos, de manera que continuamente entra y sale del aire captado del exterior del avión.
b) Intercambiador de calor.- En el interior de este conducto está el intercambiador de calor; por él cual circula el aire caliente y a presión extraído del compresor del turborreactor. El intercambiador de calor es simplemente un radiador que está bañado por la corriente de aire frío de impacto.
c) Conjunto turbina de refrigeración.- Consta de un ventilador de aspiración de aire de impacto y la rueda de turbina. El ventilador y la rueda de la turbina están unidos por un eje, de manera que giran a la misma velocidad. En realidad el rotor de la turbina mueve el ventilador excepto cuando el avión está en tierra, donde no hay corriente de aire de impacto. En este caso el ventilador se mueve por un motor eléctrico que mantiene la circulación del aire.
Su funcionamiento se basa en extraer el aire del motor a través de una o más válvulas que hay en el compresor del turborreactor y es conducido al interior del intercambiador de calor. Este flujo de aire extraído del motor es el destinado a introducirse finalmente en la cabina del avión que no es el aire de impacto como podría pensarse. Por su parte, el ventilador de la unidad aspira aire exterior. El aire de impacto es expulsado a la atmósfera tras pasar por el intercambiador de calor y enfriar el aire caliente expulsado por el motor.
El aire caliente que procede del compresor sigue su curso y pasa a la turbina. La rueda de turbina es de un diámetro pequeño y gira a 90,000 r.p.m; la cual está colocada en el circuito para que el aire expulsado del motor experimente al pasar por ella una expansión muy fuerte. Con la expansión de aire ocurren dos cosas: su temperatura disminuye (ley de los gases perfectos) hasta el punto en que se forma normalmente hielo en la salida del conducto si hay suficiente humedad en el aire y en segundo lugar, la expansión produce el movimiento de giro de la rueda y ésta impulsa el ventilador situado en el mismo eje. En el vuelo tenemos una máquina con movimiento autónomo. Se dispone así de una fuente de aire muy frío para la cabina. Es bien entendido que si este flujo de aire se introduce directamente en cabina el frío sería extremo congelando a los pasajeros, por lo que es claro que debe modularse su temperatura de la siguiente manera.
La función moduladora se hace con la válvula de derivación de la turbina de refrigeración VDT. Dicha válvula esta situada en un conducto paralelo al intercambiador de calor.
Si la válvula VDT está muy abierta el flujo de aire expulsado por el motor sigue principalmente esta vía, ya que es más fácil para el aire, que introducirse en el camino interno del intercambiador de calor el cual está hecho de tubos estrechos. El trayecto por la VDT elude el paso del aire por el intercambiador de calor y la turbina de expansión, de manera que es un flujo de aire caliente, más o menos a la temperatura del aire en el compresor del motor. Por el contrario, si la válvula VDT está muy cerrada casi todo el aire es forzado a pasar por el trayecto del intercambiador de calor, es decir, por el trayecto donde el aire se somete a un fuerte enfriamiento.
La temperatura del aire de la cabina se regula por la posición que tiene la válvula VDT. Si la válvula está muy abierta se envía calor a la cabina; si esta muy cerrada el aire que sale de la unidad es frío porque ha mezclado poco aire caliente proveniente del conducto de la VDT. Sería este el caso típico de funcionamiento de la unidad en un vuelo crucero a gran altitud, donde el avión experimenta fuertes pérdidas de calor y la cabina necesita calefacción. En vuelo a baja altitud, normalmente es necesario introducir en la cabina gran cantidad de aire frío, de manera que la VDT tienda a situarse en posiciones más cerradas. El piloto cuenta con un mando para seleccionar la posición de la válvula, pero lo normal es que el sistema funcione en modo automático regulando la temperatura de la cabina a un valor establecido previamente.
Los actuales aviones comerciales requieren unidades de aire acondicionado especiales. Mucho del equipo se hace de aluminio para ahorrar peso. Las unidades de refrigeración y de aire acondicionado para los aviones grandes se establecen generalmente en las alas. En un avión más pequeño, estas unidades pueden estar en el cuerpo de la aeronave. El aire proveniente de la unidad es distribuido a la cabina a través de los difusores y rejillas situadas en el techo.
El sistema de aire acondicionado de la cabina en las aeronaves actuales se diseña para proporcionar un ambiente seguro y cómodo de la cabina en las altitudes de vuelo que pueden alcanzar arriba de 40,000 pies.

El sistema se diseña para proporcionar un ambiente seguro y cómodo de la cabina
Por una regulación de gobierno y de la FAA, la presión de la cabina no puede ser menos, en la altitud máxima de la travesía, que el equivalente de la presión de aire exterior a 8,000 pies de altura. El sistema de aire acondicionado además de controlar la temperatura y proporcionar confort a los pasajeros controla la presurización de la cabina, el flujo de aire y la filtración del mismo de la siguiente manera. El aire enfriado proveniente de la unidad de aire acondicionado fluye a un compartimiento donde se mezcla con una cantidad aproximadamente igual de aire altamente filtrado de la cabina de pasajeros.
Combinado el aire de afuera y el aire filtrado se canaliza a la cabina y se distribuye a través de los difusores situados en el techo de la misma. Dentro de la cabina, los flujos de aire siguen un patrón circular y su salida es a través de parrillas situadas en el piso o de cualquier lado de la misma, en algunos aviones esta salida se hace a través de ductos situados arriba de los compartimientos de equipaje de mano. El aire que sale se envía debajo del piso de la cabina en el lóbulo más bajo del fuselaje. La circulación de aire es continua y elimina rápidamente olores mientras que también mantiene una temperatura cómoda en la cabina.
Alrededor de la mitad del aire que sale de la cabina se elimina inmediatamente de la aeronave a través de una válvula de salida en el lóbulo más bajo, que también controla la presión de dicha cabina. La otra mitad es dirigida por los ventiladores a través de los filtros especiales debajo del piso, y después es mezclada con el aire exterior que viene de los compresores del motor. Estos filtros de alta eficacia son similares a los usados para mantener el aire limpio en hospitales, tales filtros son muy eficaces sobre las partículas microscópicas ya que son capaces de filtrar bacterias y virus. Se estima que entre 94 y 99.9 por ciento de los microbios aerotransportados que alcanzan estos filtros están capturados.
Hay varias características del sistema de aire acondicionado de la cabina que merecen énfasis especial:
  • La circulación de aire es continua.
  • El aire está fluyendo siempre dentro y fuera de la cabina.
  • La cabina tiene un alto intercambio del aire. Todo el aire en la cabina es substituido por la mezcla entrante del aire exterior y del aire filtrado durante intervalos de solamente dos a tres minutos, dependiendo del tamaño de la aeronave. Esto representa de 20 a 30 cambios del aire total de la cabina por hora.
  • La mezcla exterior de aire llena la cabina constantemente. El aire exterior guarda los límites admisibles de bióxido de carbono y de otros contaminantes en conformidad con límites estándares y sustituye el oxígeno más rápido que lo que se consume. El relleno también asegura que la porción recirculada del aire no tenga un ciclo sin fín ya que rápidamente se diluye y se sustituye por aire exterior nuevo.
Recientes estudios han confirmado la seguridad y la eficacia total de los sistemas de aire acondicionado de la cabina de los aviones. Uno de los estudios, conducido para el gobierno de Estados Unidos, era el más comprensivo de todos. Implicó una prueba independiente que tomaba muestras de aire en 92 vuelos aleatoriamente seleccionados de una línea aérea comercial. Los niveles de agentes contaminantes tales como hongos y bacterias fueron evaluados y resultaron ser similares o más bajos que los encontrados en ambientes de interior normales. También, los niveles de bióxido de carbono fueron evaluados resultando ser en promedio menor a la mitad del límite recomendado por la conferencia americana de higiene industrial.
Por lo anterior podemos ver que es inverosímil que el aire de la cabina de una aeronave comercial contenga los suficientes contaminantes para causar las condiciones de vez en cuando divulgadas tales como dolor de cabeza, fatiga, náusea o problemas respiratorios.
Es más probable que estas condiciones sean causadas por la compleja interacción de factores tales como: la salud del individuo, el retraso del vuelo, el uso de medicamentos, el consumo de alcohol y la enfermedad de movimiento (vértigo) conjuntamente con efectos de la altitud de la cabina y la baja humedad de la misma.

Recientes estudios han confirmado la seguridad y la eficacia total de los sistemas de aire acondicionado de la cabina de los aviones
Vale la pena comentar que la salida de humo en algunas ocasiones por los conductos del aire acondicionado de un avión es una simple señal de que el equipo funciona perfectamente debido a que si la temperatura en el aeropuerto y la humedad del aire es elevada, la salida del aire frío por los conductos, produce la rápida condensación de esa agua, con la consiguiente aparición de humo que no es mas que vapor de agua similar al que forma las nubes.
Al mezclarse el aire frío con el caliente y, por lo tanto aumentar la temperatura de este (al tiempo que baja la del caliente), el agua vuelve a su estado gaseoso e incoloro por lo que ese vapor desaparece a los pocos segundos. Solo en casos extremos la presencia del vapor se prolonga mas allá de unos segundos sin representar esto problema alguno.

El correcto funcionamiento del sistema es de vital importancia para el funcionamiento de toda la aeronave
Es de tal importancia el sistema de aire acondicionado de un avión que el pasado mes de Agosto una aeronave tipo Boeing 737-300 de la compañía Chipriota Helios Airways el cual estaba en un vuelo internacional de Larnaca, Chipre a Atenas, Grecia, perdió comunicación con el control de tráfico aéreo poco después de que la tripulación informó de un problema en el sistema de aire acondicionado del avión por lo que un avión griego F-16 fue enviado para interceptar el avión de pasajeros y observó según se informa por lo menos a una persona que no era un miembro de la tripulación dentro de la cabina de pilotos. El copiloto parecía estar inconciente y no vieron al capitán en la cabina. El avión aparentemente voló hasta quedarse sin combustible estrellándose en un área montañosa aproximadamente a 40 kilómetros de Atenas, falleciendo los 6 miembros de la tripulación y sus 115 pasajeros. Poco después los servicios de rescate informaron que la mayoría de las víctimas habían muerto por congelamiento antes de que el avión se estrellara por lo que se presume que hubo una falla en la unidad del sistema de aire acondicionado a la altitud de vuelo crucero que realizaba el avión ocasionando que la temperatura interior bajara de forma dramática hasta aproximadamente 60° C bajo cero, provocando la tragedia.
Como podemos ver el perfecto funcionamiento del sistema de aire acondicionado en los aviones es imprescindible para realizar un vuelo seguro a las altitudes que vuelan las actuales aeronaves.

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