El aire de purga en la ingeniería aeroespacial es aire comprimido tomado de la etapa de compresión de una turbina de gas , aguas arriba de sus secciones de combustión de combustible. Las válvulas del controlador automático de presión de cabina y suministro de aire (ASCPC) purgan el aire de las secciones de compresor del motor de etapa baja o alta; el aire de etapa baja se utiliza durante la operación de ajuste de alta potencia, y el aire de etapa alta se utiliza durante el descenso y otras operaciones de ajuste de baja potencia. [1] [2] El aire de purga de ese sistema se puede utilizar para la refrigeración interna del motor, el arranque cruzado de otro motor, el antihielo del motor y la estructura del avión , la presurización de la cabina , los actuadores neumáticos , los motores accionados por aire, la presurización del depósito hidráulico y los tanques de almacenamiento de agua y desechos. Algunos manuales de mantenimiento de motores se refieren a estos sistemas como "aire de purga del cliente". [3] [4] [5]
El aire purgado es valioso en una aeronave por dos propiedades: alta temperatura y alta presión (los valores típicos son 200–250 °C (400–500 °F) y 275 kPa (40 psi), para el aire purgado regulado que sale del pilón del motor para su uso en toda la aeronave).
En los aviones civiles, el uso principal del aire de purga es proporcionar presión a la cabina del avión suministrando aire al sistema de control ambiental . Además, el aire de purga se utiliza para mantener las partes críticas del avión (como los bordes de ataque de las alas ) libres de hielo. [6]
El aire purgado se utiliza en muchos sistemas de aeronaves porque es un elemento fácilmente disponible, fiable y una potente fuente de energía. Por ejemplo, el aire purgado de un motor de avión se utiliza para poner en marcha los motores restantes. Los tanques de almacenamiento de agua de los lavabos se presurizan mediante aire purgado que se alimenta a través de un regulador de presión . [6]
Cuando se utiliza para la presurización de la cabina , el aire purgado del motor debe enfriarse primero cuando sale de la etapa del compresor a temperaturas tan altas como 250 °C (500 °F) al pasarlo a través de un intercambiador de calor aire-aire enfriado por el aire frío del exterior. Luego se alimenta a una unidad de máquina de ciclo de aire que regula la temperatura y el flujo de aire hacia la cabina, manteniendo el ambiente confortable. [6] Este proceso es contrario a la idea errónea común de que el aire de la cabina en los aviones es el mismo aire que se recicla. [7]
El aire purgado también se utiliza para calentar las entradas del motor . Esto evita que se forme hielo, se acumule, se desprenda y sea ingerido por el motor, lo que podría dañarlo. [8]
En los aviones propulsados por motores a reacción, se utiliza un sistema similar para la antihielo de las alas mediante el método de "ala caliente". En condiciones de formación de hielo, las gotas de agua que se condensan en el borde de ataque de un ala pueden congelarse. Si eso sucede, la acumulación de hielo añade peso y cambia la forma del ala, lo que provoca una degradación del rendimiento y posiblemente una pérdida crítica de control o sustentación . Para evitarlo, se bombea aire de purga caliente a través del interior del borde de ataque del ala, calentándolo a una temperatura superior al punto de congelación, lo que evita la formación de hielo. Luego, el aire sale a través de pequeños orificios en el borde del ala.
En los aviones propulsados por hélice, es común utilizar aire de purga para inflar una bota de goma en el borde de ataque, rompiendo así el hielo que ya se ha formado. [6] [8]
El aire purgado del compresor de alta presión del motor se utiliza para alimentar las válvulas de control de reacción utilizadas como parte del sistema de control de vuelo en la familia de aviones militares Harrier .
En aproximadamente 1 de cada 5000 vuelos, [9] el aire de purga utilizado para el aire acondicionado y la presurización puede estar contaminado por sustancias químicas como aceite o fluido hidráulico. [10] Esto se conoce como un evento de humo. Si bien esas sustancias químicas pueden ser irritantes, no se ha demostrado que tales eventos causen daños a largo plazo. [11] [12]
Se han vinculado anecdóticamente ciertos efectos nocivos para la salud neurológica y respiratoria con la exposición al aire de purga que supuestamente estaba contaminado con niveles tóxicos en aeronaves comerciales y militares. Esta supuesta enfermedad a largo plazo se conoce como síndrome aerotóxico , pero no es un síndrome reconocido médicamente. Un contaminante potencial es el fosfato de tricresilo . [13]
Se han creado muchos grupos de presión para promover la investigación de este peligro, entre ellos el Sitio de información sobre organofosfatos de aviación (Aviation Organophosphate Information Site, AOPIS) (2001), el Ejecutivo mundial de calidad del aire en cabina (Global Cabin Air Quality Executive, 2006) y la Asociación Aerotóxica con sede en el Reino Unido (Aerotoxic Association , 2007). La investigación del entorno de cabina es una de las muchas funciones del Grupo ACER, [14] pero sus investigadores aún no han establecido ninguna relación causal . [15] [16]
Aunque un estudio realizado para la UE en 2014 confirmó que la contaminación del aire de la cabina podría ser un problema, dicho estudio también afirmó:
Aunque hasta la fecha no hay pruebas científicas que hayan demostrado que el aire de las cabinas de los aviones ha sido contaminado a niveles tóxicos (que excedan los niveles seguros conocidos, en ppm, de cualquier sustancia química peligrosa), un tribunal de Australia en marzo de 2010 falló a favor de una ex azafata de una aerolínea que afirmó haber sufrido problemas respiratorios crónicos tras haber estado expuesta a vapores de petróleo en un viaje en marzo de 1992. [18] Estas pruebas son poco frecuentes debido a la negativa de Boeing a instalar sensores de calidad del aire en sus aviones, por temor a demandas de la tripulación o los pasajeros por eventos relacionados con los vapores, y las aerolíneas se negaron a permitir que las azafatas llevaran muestreadores de aire después de que el Congreso ordenara mediciones químicas. [19]
La FAA ha revocado los certificados médicos de varios pilotos que desarrollaron problemas neurológicos después de eventos de humo. [20] Un juez que otorgó una compensación laboral a un piloto que había sufrido encefalopatía tóxica (daño cerebral) debido a un evento de humo condenó el obstruccionismo de la industria aérea en torno a los eventos de humo. [19]
En julio de 2015, los pilotos de un vuelo de Spirit Airlines quedaron parcialmente incapacitados por los humos presentes en el aire purgado. [21]
Los sistemas de purga de aire se han utilizado durante varias décadas en aviones de pasajeros. Las recientes mejoras en la electrónica de estado sólido han permitido reemplazar los sistemas de energía neumática por sistemas de energía eléctrica. En un avión sin purga de aire como el Boeing 787 , cada motor tiene dos generadores eléctricos de frecuencia variable para compensar la falta de suministro de aire comprimido a los sistemas externos. Se cree que eliminar el aire de purga y reemplazarlo con generación eléctrica adicional proporciona una mejora neta en la eficiencia del motor, menor peso y facilidad de mantenimiento. [22]
Según documentos internos de Boeing, la eliminación del uso de aire purgado como fuente de aire de la cabina también se traduce en la “eliminación de contaminantes del motor que potencialmente ingresan al suministro de aire de la cabina”. [23]
Un avión sin sangrado logra eficiencia de combustible al eliminar el proceso de compresión y descompresión del aire y al reducir la masa del avión debido a la eliminación de conductos, válvulas, intercambiadores de calor y otros equipos pesados. [24]
La APU (unidad de potencia auxiliar) no necesita suministrar aire de purga cuando los motores principales no están en funcionamiento. La aerodinámica se mejora debido a la falta de orificios de ventilación de aire de purga en las alas. Al accionar los compresores de suministro de aire de la cabina a la velocidad mínima requerida, no se requieren válvulas moduladoras que desperdicien energía. Los paquetes de máquinas de ciclo de aire (ACM) de alta temperatura y alta presión se pueden reemplazar por paquetes de baja temperatura y baja presión para aumentar la eficiencia. A la altitud de crucero, donde la mayoría de las aeronaves pasan la mayor parte de su tiempo y queman la mayor parte de su combustible, los paquetes de ACM se pueden obviar por completo, ahorrando aún más energía. Dado que no se toma aire de purga de los motores para la cabina, se elimina la posibilidad de contaminación del suministro de aire de la cabina por aceite de motor. [24]
Por último, los defensores del diseño dicen que mejora la seguridad ya que el aire caliente se limita al compartimiento del motor, en lugar de ser bombeado a través de tuberías e intercambiadores de calor en el ala y cerca de la cabina, donde una fuga podría dañar los sistemas circundantes. [24]