El aire purgado en la ingeniería aeroespacial es aire comprimido que se extrae de la etapa del compresor de una turbina de gas , aguas arriba de sus secciones de quema de combustible. Las válvulas automáticas de suministro de aire y controlador de presión de cabina (ASCPC) purgan el aire de las secciones del compresor del motor de etapa baja o alta; El aire de etapa baja se usa durante la operación de configuración de alta potencia, y el aire de etapa alta se usa durante el descenso y otras operaciones de configuración de baja potencia. [1] [2] El aire purgado de ese sistema se puede utilizar para enfriamiento interno del motor, arranque cruzado de otro motor, anticongelante del motor y del fuselaje, presurización de la cabina , actuadores neumáticos , motores impulsados por aire, presurización del depósito hidráulico, y tanques de almacenamiento de aguas y residuos. Algunos manuales de mantenimiento del motor se refieren a estos sistemas como "purga de aire 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 todo el avión).
En las aeronaves civiles, el uso principal del aire purgado es proporcionar presión a la cabina del avión suministrando aire al sistema de control ambiental . Además, el aire purgado se utiliza para mantener 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 fácilmente disponible, confiable y una potente fuente de energía. Por ejemplo, el aire purgado del motor de un avión se utiliza para arrancar los motores restantes. Los tanques de almacenamiento de agua de los lavabos están presurizados mediante aire purgado que se alimenta a través de un regulador de presión . [6]
Cuando se utiliza para 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) haciéndolo pasar a través de un intercambiador de calor aire-aire enfriado por el aire exterior frío. 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]
El aire purgado también se utiliza para calentar las tomas del motor . Esto evita que se forme hielo, se acumule, se suelte y sea ingerido por el motor, lo que podría dañarlo. [7]
En los aviones propulsados por motores a reacción, se utiliza un sistema similar para el antihielo de las alas mediante el método del "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, provocando una degradación en el rendimiento y posiblemente una pérdida crítica de control o sustentación . Para evitar esto, se bombea aire 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 agujeros en el borde del ala.
En los aviones propulsados por hélice, es común utilizar aire purgado para inflar una bota de goma en el borde de ataque, rompiendo el hielo una vez que ya se ha formado. [6] [7]
El aire purgado del compresor de alta presión del motor se utiliza para suministrar válvulas de control de reacción como las que se utilizan en parte del sistema de control de vuelo en la familia de aviones militares Harrier .
En aproximadamente 1 de cada 5.000 vuelos, [8] el aire purgado utilizado para el aire acondicionado y la presurización puede estar contaminado por productos químicos como aceite o fluido hidráulico. [9] Esto se conoce como evento de humo. Si bien esos químicos pueden ser irritantes, no se ha demostrado que tales eventos causen daños a largo plazo. [10] [11]
Ciertos efectos de enfermedades neurológicas y respiratorias se han relacionado anecdóticamente con la exposición al aire purgado que supuestamente ha estado contaminado con niveles tóxicos en aviones comerciales y militares. Esta supuesta enfermedad de larga duración se conoce como síndrome aerotóxico , pero no es un síndrome médicamente reconocido. Un contaminante potencial es el fosfato de tricresil . [12]
Se han creado muchos grupos de presión para abogar por la investigación de este peligro, incluido el Sitio de información sobre organofosforados de aviación (AOPIS) (2001), el Global Cabin Air Quality Executive (2006) y la Aerotoxic Association , con sede en el Reino Unido (2007). La investigación medioambiental en cabina es una de las muchas funciones del Grupo ACER, [13] pero sus investigadores aún no han establecido ninguna relación causal . [14] [15]
Aunque un estudio realizado para la UE en 2014 confirmó que la contaminación del aire de la cabina podría ser un problema, ese estudio también afirmó:
Si bien hasta la fecha no hay pruebas científicas que hayan demostrado que el aire de la cabina de un avión haya sido contaminado hasta niveles tóxicos (que superan los niveles seguros conocidos, en ppm, de cualquier sustancia química peligrosa), en marzo de 2010 un tribunal de Australia falló a favor de una ex azafata de vuelo que afirmó que sufrió problemas respiratorios crónicos después de haber estado expuesta a vapores de petróleo en un viaje en marzo de 1992. [17] 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 los eventos de humo, y Las aerolíneas se negaron a permitir que los asistentes de vuelo llevaran muestreadores de aire después de que el Congreso ordenara mediciones químicas. [18]
La FAA ha revocado los certificados médicos de varios pilotos que desarrollaron problemas neurológicos después de los episodios de humo. [19] Un juez que otorgó 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. [18]
En julio de 2015, los pilotos de un vuelo de Spirit Airlines quedaron parcialmente incapacitados por los vapores del aire purgado. [20]
Los sistemas de purga de aire se utilizan desde hace varias décadas en aviones de pasajeros. Las recientes mejoras en la electrónica de estado sólido han permitido que los sistemas de energía neumática sean reemplazados por sistemas de energía eléctrica. En un avión sin purga 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 purgado y reemplazarlo con generación eléctrica adicional proporciona una mejora neta en la eficiencia del motor, menor peso y facilidad de mantenimiento. [21]
Según documentos internos de Boeing, eliminar el uso de aire purgado como fuente de aire de cabina también se traduce en la "eliminación de contaminantes del motor que potencialmente ingresan al suministro de aire de cabina". [22]
Una aeronave sin purga logra eficiencia de combustible eliminando el proceso de comprimir y descomprimir aire y reduciendo la masa de la aeronave debido a la eliminación de conductos, válvulas, intercambiadores de calor y otros equipos pesados. [23]
La APU (unidad de potencia auxiliar) no necesita suministrar aire de purga cuando los motores principales no están funcionando. La aerodinámica se mejora debido a la falta de orificios de ventilación 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 máquina de ciclo de aire (ACM) de alta temperatura y alta presión se pueden reemplazar con paquetes de baja temperatura y presión para aumentar la eficiencia. En altitud de crucero, donde la mayoría de los aviones pasan la mayor parte de su tiempo y queman la mayor parte de su combustible, los paquetes ACM se pueden omitir por completo, ahorrando aún más energía. Dado que no se extrae aire de purga de los motores para la cabina, se elimina la posibilidad de que el aceite del motor contamine el suministro de aire de la cabina. [23]
Por último, los defensores del diseño dicen que mejora la seguridad ya que el aire caliente se limita a la cápsula 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. [23]