¿Contribuye el uso de electricidad al consumo de combustible?

Sé que durante el vuelo la electricidad la producen los motores.

¿Qué sucede si todos los sistemas posibles que requieren electricidad están en el onestado? Esto debería requerir electricidad adicional.

¿Este uso de electricidad aumenta el consumo de combustible de alguna manera?

*Editar para incluir la pregunta adicional de la sección de comentarios:

Dado que los motores requieren combustible para producir electricidad, ¿cuál es el impacto en el consumo de combustible, hablando de aviones de pasajeros "convencionales" como el A320?

Si alguna vez ha conducido un automóvil en una región tropical durante el verano, notará que con el aire acondicionado encendido, el consumo de combustible por milla aumenta MUCHO .
Puede obtener mejores respuestas si especifica un avión de transporte grande AC o GA. Sospecho que la respuesta puede ser muy diferente entre un 737 y un C172.
@kevin No es lo que piensas. El consumo de combustible de un automóvil aumenta mientras el aire acondicionado está encendido porque el compresor está conectado directamente al motor. Información de nuestro sitio hermano.

Respuestas (3)

Respuesta corta

En vuelo, a menos que utilices fuentes de energía externas como el Sol, cada cambio en el uso de la electricidad provoca un cambio proporcional en la cantidad de combustible quemado en los motores (o en las APU).

En un avión, los generadores solo convierten la energía química potencial del combustible en otra cosa, generalmente electricidad, energía hidráulica o energía neumática.

No hay otra fuente de energía:

  • Las baterías en sí necesitan ser cargadas, la carga quema combustible.
  • La RAT ( turbina de aire ram ) utiliza la energía del viento relativo creado por el empuje de los motores. Si se usa el RAT porque los motores y las APU están parados, el viento relativo se debe a la pérdida de altitud creada por la gravedad. Esta energía cinética es la restitución de la energía potencial acumulada durante el ascenso con los motores, es decir, con el combustible.

Detalles

Potencia máxima del equipo eléctrico

Las necesidades de energía eléctrica de toda la aeronave pueden ser satisfechas por completo por un solo generador de motor o por la APU. En la familia A320, la APU es una APS3200 que entrega alrededor de 90 kVA.

Consumo de combustible de la APU

A partir de esta discusión de PPRuNE , una APU A320 puede consumir 130 kg por hora en tierra y 51 kg por hora en FL300. Sin embargo, la APU proporciona al mismo tiempo electricidad y energía de aire de purga.

Consumo de combustible APU para generación de energía eléctrica

Sin embargo, la cantidad de combustible utilizada para la generación de electricidad única puede ser aproximada:

  • Potencia máxima requerida por los equipos de la aeronave → 90 kVA AC.
  • Suponiendo un cos φ medio = 0,8 → Potencia aparente = 110 kW CC.
  • Asumiendo una eficiencia del 25% para el sistema (turbina de gas + generador) → Potencia de combustible requerida 440 kW.
  • Energía de combustible requerida → 440 kWh por hora.
  • Conversión a julios (1 MJ = 0,28 kWh) → 440 kWh ≈ 1570 MJ.
  • Energía específica de queroseno = 43 MJ/kg → Cantidad de combustible quemado en una hora = 1570 / 43 = 36 kg (45 L)

Por lo tanto, se requieren aproximadamente 36 kg de combustible por hora para proporcionar energía eléctrica en un A320.

Tenga en cuenta que en vuelo, todos los motores generadores estarán activos y compartirán la demanda total (alimentando diferentes autobuses por seguridad), y la APU probablemente estará inactiva. El consumo de combustible debe ser más o menos el mismo, independientemente del número y naturaleza de los generadores activos. Se puede considerar que un generador de motor inactivo o descargado no afecta el consumo de combustible a efectos prácticos.

Motores que queman la tasa máxima de combustible

Los motores tienen una potencia máxima. Cuando los motores ya están a pleno rendimiento, aumentar la carga eléctrica desviará una cantidad adicional de energía al generador. Al eliminar esta cantidad de la energía utilizable para la propulsión del avión, el avión disminuirá su velocidad.

(Actualizado, teniendo en cuenta los múltiples comentarios útiles. ¡Gracias!)

Prima

La respiración también aumenta el uso de combustible:

  • Cada vez que un pasajero respira, expulsa calor y CO2 que deben ser evacuados del avión.
  • Cierta cantidad de aire debe ser reemplazada por aire nuevo por el sistema de acondicionamiento.
  • Este sistema usa energía neumática o eléctrica, y nuevamente se debe quemar combustible para crear esta energía.
¿Alguna idea de cuán grande es el impacto? Idealmente hablando de aviones "convencionales" como el A320, 737 o similares.
El motor tiene la eficiencia limitada. Probablemente necesite quemar al menos el doble de combustible para producir esa cantidad de energía.
La eficiencia de una turbina de chorro es en realidad alrededor del 40-45%. Todo lo que desea saber sobre las APU está aquí: b737.org.uk/apu.htm
La APU 737 a plena carga utiliza 240 lb/h (130 l/h) para generar 90 VA. así que estás equivocado por un factor de 13: D Aviation.stackexchange.com/questions/8429/…
@PaulSmith Eso es increíblemente eficiente. ¡Las modernas centrales eléctricas terrestres que generan electricidad con fines de lucro tienden a no llegar tan alto!
@Agent_L: Su fuente dice 90 kVA, no 90 VA, una diferencia significativa. (Y me resulta extraño por qué no dice solo 90 kW).
@HenningMakholm: VA y W son unidades diferentes, debido a la existencia de una diferencia de fase entre corriente y voltaje en un circuito no puramente resistivo en CA. Esto implica la potencia reactiva y el conjunto de números complejos.
No menciona la diferencia entre un generador completamente cargado y el caso más típico en el que todos los generadores redundantes comparten la carga (más específicamente, pregunta si enciende algo adicional, si importa o si el generador usa una cantidad fija de combustible de todos modos). Además, como parte de su respuesta adicional, este poder "desperdiciado" puede recuperarse en algunos casos si es necesario (apague las purgas para obtener más empuje) y es lo suficientemente significativo como para ser parte de los procedimientos desarrollados por el fabricante (despegue y dos de tres motores inoperativos en el avión que vuelo).
@Lnafziger: Así es, la APU probablemente no se usará en crucero, y los motores generadores alimentarán diferentes autobuses. Pero, en general, la potencia máxima requerida no cambiará significativamente, el consumo de combustible puede ser un poco mayor (he actualizado la respuesta para aclarar, ¡gracias!). La bonificación fue para diversión y alimento para el pensamiento. Aún así, cuando los paquetes están apagados, no se extrae energía del motor, el calor se acumula en la cabina, pero no se reutiliza per se. ¿O está en algunos diseños?
@mins: Sin embargo, la carga reactiva no es algo que el generador necesite "producir". No debería conducir a ningún par promedio en su eje de transmisión.
@HenningMakholm Sí, la razón por la que los electricistas se preocupan tanto por el factor de potencia es que el generador TIENE que producir esta potencia. Energía que no se puede usar en ningún lado pero se desperdicia en los cables de todo el sistema.
@Agent_L: ¿La energía que se desperdicia en los cables no debería ser una carga óhmica? De lo contrario, no hay pérdida de energía neta durante un ciclo.
@HenningMakholm La energía de "desperdicio" (la corriente para ser más precisos) debe enviarse al receptor, pero el receptor no hace un trabajo útil con él, porque el voltaje no está allí en este momento. Pero la corriente fluye, así que sí, se pierde como carga óhmica en los cables. Ese es el problema: los cables actúan como la carga óhmica en lugar del receptor previsto. El sistema como un todo, por supuesto, no puede perder energía. Pero entra en calentamiento óhmico de los cables en lugar de trabajo útil. O, para ser más precisos, en más calentamiento óhmico de los cables de lo que ocurriría con un factor de potencia óptimo de 1.
@mins Bueno, si no aprovecha la energía del motor, entonces está disponible para usarse en otro lugar (más empuje). Ese es el objetivo de un "despegue sangrante".
@Phantomazi, el primer resultado que encontré citaba un consumo de combustible de vuelo de 2500 kg/h para un 737-800, por lo que la APU estaría usando aproximadamente el 1,5% de ese máximo. O el corolario de Amdahl: ninguna reducción en el uso de electricidad puede hacer que el avión sea más de un 1% más eficiente.
Incluso es cierto en un coche. Su automóvil consume menos kilometraje de gasolina con los faros encendidos que apagados.

Sí, porque (como un automóvil, por ejemplo), el avión es un sistema cerrado y toda la energía debe proporcionarse internamente. Entonces, en vuelo, esa energía debe provenir de los motores y, por lo tanto, el motor debe reducir la velocidad o usar más combustible.

Esta es una respuesta fantástica, ya que explica la razón en términos tan simples. +1
¡Bienvenido al sitio, usuario14035! Esta es una pequeña y agradable respuesta que llega al corazón del asunto. Si desea quedarse, le sugiero que registre su cuenta para que pueda elegir un nombre más fácil de recordar. No recuerdo si puede registrar una cuenta existente o si necesita crear una nueva; si necesita crear una nueva, comuníquese con los administradores del sitio para fusionar las dos cuentas.
Y esta es exactamente la razón por la que su automóvil tiene un mayor consumo de combustible cuando enciende el aire acondicionado.
@DavidRicherby, no está equivocado, pero no diría "exactamente" porque el aire acondicionado de un automóvil es mucho más un drenaje mecánico directo en el motor que un drenaje eléctrico.
@ JPhi1618 Wikipedia dice que el compresor de enfriamiento de los sistemas de aire acondicionado del automóvil puede funcionar eléctricamente o con una correa del motor. Estoy de acuerdo en que, en este último caso, es un drenaje mecánico directo; Supuse que siempre era eléctrico.
@DavidRicherby, Interesante. Nunca he visto un compresor eléctrico en un coche. Ahora realmente quiero saber si eso existe fuera de un automóvil eléctrico o híbrido.
¿No hay un exceso de energía de los motores que podría usarse para generar electricidad sin requerir más combustible? No parece un problema demasiado difícil.
@Mohair, no, en realidad no. El generador eléctrico bajo carga actúa como un freno en el eje. Si se suelta ese freno, el motor se acelera y produce más empuje. No hay energía "sentada" esperando que algo la use.
@Mohair Supongamos que los motores estaban produciendo más energía de la que necesitaban. Entonces eso sería una pérdida de combustible, por lo que reducirían el flujo de combustible a los motores hasta que los motores no produjeran más energía de la necesaria.
@immibis Muéstrame un motor que no produzca más energía de la que necesita. Siempre hay un exceso. Coloque algunos imanes en el eje, rodéelos con bobinas y tendrá un generador. El drenaje de energía que eso causaría es probablemente irrelevante.
@Mohair ¿Entiende que la corriente que fluye en las bobinas produce una fuerza magnética que ralentiza los imanes que giran? (Si no tiene nada conectado al generador, no obtiene corriente ni fuerza opuesta, pero tampoco está produciendo electricidad)
@Mohair La energía "excesiva" liberada por un motor se convierte en vibraciones y pérdida de calor. Si hubiera una forma actualmente factible de capturar esto (es decir, una que costara menos que el ahorro de combustible), ya la estaríamos usando. Los motores de un avión no producen un exceso de empuje significativo... si lo hicieran, el avión ascendería y/o aceleraría.
Nunca se puede tener un exceso de energía, toda la energía producida debe ser consumida ya sea como trabajo útil (mover el vehículo) o como trabajo desperdiciado (vibraciones y pérdida de calor). Si ingresa más de lo que obtiene, la diferencia acelerará el vehículo hasta que la resistencia del aire, etc., aumente hasta el punto en que el sistema aún esté en equilibrio.
@Mohair: Usan casi exactamente ese procedimiento para los frenos de corrientes parásitas ...
@Mohair, piensa en esta comparación: puedes correr con una mochila que contenga 30 kg de piedras. Actualmente corres con 10 kg, quemas ncalorías. Su carga se incrementa a 30 kg. Debido a esta carga adicional: 1/ quemas más calorías y oxígeno por minuto; 2/ te agotarás más rápidamente; 3/ no podrás correr la misma distancia. Si bien su potencia es de 30 kg, el trabajo que entrega es su carga real multiplicada por la distancia recorrida. La energía utilizada no es proporcional a la potencia disponible, sino al trabajo realmente realizado.

De lo contrario, no es posible, pero el efecto debería estar algo por debajo del 10 %, incluso cuando se consumen cantidades máximas de electricidad. Se requiere y consume mucha más energía solo para volar.

El eje de un generador debe girar para producir electricidad, y la resistencia a girar es proporcional a la carga del generador (cuando el generador no está cargado, solo queda fricción). Eso es física.

Un motor que está acoplado al generador encontrará más resistencia y debería consumir más combustible cuando los consumidores de energía potentes están conectados al generador.

Sin embargo, si el generador A320 requiere 90 kW (a partir de otra pregunta), no genera una parte significativa de la potencia del motor. Un motor de 747 produce 16275 Kw e incluso los motores turbohélice tienen una potencia nominal del orden de unos pocos miles de kW (3362 kW para el C-130 aquí ), por lo que es poco probable que el generador tenga un impacto significativo en la potencia producida incluso cuando funciona al máximo. carga.

¿Contribuye el uso de electricidad al consumo de combustible?
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