Una máquina de ciclo de aire ( ACM ) es la unidad de refrigeración del sistema de control ambiental (ECS) que se utiliza en aeronaves propulsadas por turbinas de gas presurizadas . Normalmente, una aeronave tiene dos o tres de estas ACM. Cada ACM y sus componentes se denominan a menudo paquete de aire acondicionado . El proceso de enfriamiento del ciclo de aire utiliza aire en lugar de un material que cambia de fase, como el freón, en el ciclo de gas . No interviene la condensación ni la evaporación de un refrigerante, y el aire enfriado que sale del proceso se utiliza directamente para la ventilación de la cabina o para enfriar el equipo electrónico.
Las máquinas de ciclo de aire se desarrollaron por primera vez en el siglo XIX para proporcionar refrigeración a los barcos. La técnica es un ciclo Brayton inverso (el ciclo termodinámico de un motor de turbina de gas) y también se conoce como ciclo Bell Coleman o "ciclo de refrigeración estándar de aire".
La compresión, enfriamiento y expansión habituales que se observan en cualquier ciclo de refrigeración se logran en el ACM mediante un compresor centrífugo , dos intercambiadores de calor aire-aire y una turbina de expansión .
El aire purgado de los motores, una unidad de potencia auxiliar o una fuente de tierra, que puede superar los 150 °C y estar a una presión de quizás 32 psi (220 kPa), [1] se dirige a un intercambiador de calor primario. El aire exterior a temperatura y presión ambiente se utiliza como refrigerante en este intercambiador de calor aire-aire. Una vez que el aire caliente se ha enfriado, se comprime mediante el compresor centrífugo . Esta compresión calienta el aire (la temperatura máxima del aire en este punto es de aproximadamente 250 °C) y se envía al intercambiador de calor secundario, que nuevamente utiliza aire exterior como refrigerante. El preenfriamiento a través del primer intercambiador de calor aumenta la eficiencia del ACM porque reduce la temperatura del aire que ingresa al compresor, de modo que se requiere menos trabajo para comprimir una masa de aire dada (la energía requerida para comprimir un gas en una proporción dada aumenta a medida que aumenta la temperatura del gas entrante).
En este punto, la temperatura del aire comprimido y enfriado es algo mayor que la temperatura ambiente del aire exterior. El aire comprimido y enfriado luego viaja a través de la turbina de expansión que extrae calor del aire a medida que se expande, enfriándolo por debajo de la temperatura ambiente (hasta -20 °C o -30 °C). Es posible que el ACM produzca aire enfriado a menos de 0 °C incluso cuando la temperatura del aire exterior es alta (como podría ocurrir con la aeronave estacionaria en tierra en un clima cálido). [2] El trabajo extraído por la turbina de expansión se transmite por un eje para hacer girar el compresor centrífugo del paquete y un ventilador de entrada que aspira el aire externo para los intercambiadores de calor durante el funcionamiento en tierra; el aire de impacto se utiliza en vuelo. La energía para el paquete de aire acondicionado proviene de la reducción de la presión del aire de purga entrante en relación con la del aire enfriado que sale del sistema; los diferenciales típicos son de aproximadamente 30 psi o 210 kPa a aproximadamente 11 psi o 76 kPa. [1]
El siguiente paso es deshumidificar el aire. El enfriamiento del aire ha provocado que el vapor de agua que contiene se condense en forma de niebla, que se puede eliminar utilizando un separador ciclónico . Históricamente, el agua extraída por el separador simplemente se arrojaba por la borda, pero los ACM más nuevos rocían el agua en las tomas de aire exterior de cada intercambiador de calor, lo que le da al refrigerante una mayor capacidad térmica y mejora la eficiencia. (También significa que hacer funcionar el ACM en un avión estacionado en la pista no deja un charco).
Ahora, el aire se puede combinar en una cámara de mezcla con una pequeña cantidad de aire purgado del motor sin acondicionar. Esto calienta el aire a la temperatura deseada y luego se ventila hacia la cabina o hacia el equipo electrónico.
Los principales fabricantes de ACM son Honeywell Aerospace , [3] Liebherr Aerospace , [4] Collins Aerospace , [5] y PBS Velka Bites . [6]
Los tipos de máquinas de ciclo de aire se pueden identificar como:
El equipo se conoce de diversas formas, como PAC , paquete de aire acondicionado o paquete A/C , pero no hay coherencia ni acuerdo en cuanto a sus derivaciones y significados:
