¿Por qué se mezcla aire con aire de derivación en el aire acondicionado de un avión?

En breve

El aire de purga de derivación es una fracción del aire de purga procedente del compresor central. Se llama así porque no atraviesa la máquina de ciclo de aire de los paquetes como lo hace el aire de purga normal.

En la siguiente imagen, este aire de purga de derivación se identifica como aire de ajuste . Su finalidad es mezclarse con el aire sangrado más frío de los packs para modular la temperatura en las diferentes zonas.

La mezcla se realiza mediante la unidad de mezcla y distribución (ver más abajo).

^{Uso de trim air en la familia Airbus A320. (Fuente: A319/A320/A321 ECS Manual de familiarización y capacitación )}

Boeing ha abierto un nuevo enfoque para el aire acondicionado y la presurización utilizando aire ram en lugar de aire de purga. El primer avión con este enfoque es el B787, requiere compresores dedicados .

Detalles

Los sistemas de aire acondicionado y presurización de los grandes aviones son bastante similares. Aquí está la imagen general:

• La climatización y una parte de la presurización se obtienen mediante el sistema de control ambiental (ECS)

• El aire de purga , el aire a alta presión extraído de los núcleos del motor y la APU, está muy caliente.

• Ram air , el aire frío a baja presión extraído de la parte inferior de la aeronave, se utiliza para enfriar el aire sangrado en los intercambiadores de calor. Este aire ram, que se calienta en el proceso, se expulsa a la atmósfera sin entrar en la cabina. Se utiliza un ventilador para crear el flujo de aire ram cuando el avión está en tierra.

• Los paquetes de aire acondicionado son principalmente máquinas de ciclo de aire (refrescadores) que reciben aire sangrado preenfriado y entregan aire a temperatura ambiente. Por lo general, hay 2 o 3 paquetes para la redundancia.
  
  Parte del aire sangrado pasa por alto el ACM y puede ser utilizado más tarde por la unidad de mezcla.

• El aire de los paquetes va a la unidad de mezcla y distribución, cuya función es mezclar el aire de los paquetes con el aire que ya está en la cabina y entregar el resultado a las diferentes zonas de la aeronave.
  
  La unidad puede variar la temperatura según las zonas mezclando el aire de salida de los paquetes y el aire de purga de derivación . La unidad también mezcla aire del suministro terrestre cuando está en la puerta y los motores y APU no están funcionando.

• El aire de la cabina es recirculado por dos o más ventiladores que lo devuelven a la unidad de mezcla.

• A medida que la unidad mezcladora bombea aire a la aeronave, el aire también sale de la aeronave a través de una o varias válvulas de salida . La cantidad exacta de aire que sale de la aeronave se controla para que la presión dentro de la aeronave tenga el valor requerido.
  
  Este valor se suele expresar como altitud de cabina , que es la altitud a la que encontraríamos esta presión en la atmósfera estándar. La presión es de aproximadamente 1013 hPa al nivel del mar y luego disminuye continuamente cuando aumenta la altitud.
  
  Sin embargo , la altitud de la cabina no sube tanto como la aeronave porque habría una presión de oxígeno insuficiente en la cabina. La altitud de la cabina se mantiene proporcionala la altitud de la aeronave, pero normalmente el mínimo de presión es un valor equivalente a 6.000 a 6.500 pies.

• Todos esos elementos son impulsados ​​por controladores que pueden ser monitoreados y programados por la tripulación.

Veamos el ECS para el Airbus A320.

1. Ubicación de los elementos

^{(Cuando no se especifica, la fuente de las imágenes es el Manual de familiarización y capacitación del A319/A320/A321 ECS )}

2. Paquetes

Una vista de un paquete con la entrada de aire ram triangular (se ha quitado la salida de aire ram):

El paquete incluye:

• Dos intercambiadores de calor aire-aire: principal (MHX) y primario (PHX). Ram air se utiliza como fluido receptor de calor para ambos.

• Un compresor centrífugo (COMP) y una turbina (TURB). Componen la máquina de ciclo de aire (ACM) que enfría y reduce la presión del aire sangrado.

• Un recalentador (RH), un condensador (COND) y un extractor de agua (WE) para secar el aire sangrado.

3. Máquina de ciclo de aire

4. Operación de paquete

Un paquete funciona de esta manera:

• El aire de purga caliente a alta presión se dirige al PHX, que lo enfría un poco para que el ACM pueda procesarlo de manera más eficiente.

• El aire enfriado se envía al compresor. El aumento de la presión permite extraer más calor en el siguiente paso. El aire vuelve a calentarse mucho.

• El aire caliente comprimido se envía al MHX, que elimina la mayor cantidad de calor posible, posiblemente por debajo de la temperatura del aire ram, que es excelente mientras está en el suelo.

• El aire frío, que contiene vapor de agua, va a un recalentador y un condensador para crear agua líquida, el agua es recolectada por el separador de agua. Esta agua se reinyecta al aire ram para enfriarlo antes de ser utilizado en los intercambiadores.

• El aire frío finalmente hace girar la turbina que extrae energía de él para impulsar el compresor y un ventilador de aire ram. La pérdida de energía produce un aire fresco a baja presión que se puede utilizar en la cabina y la cabina.

La temperatura y la humedad exactas del aire suministrado por el paquete se obtienen mezclando el aire de la turbina ACM, el aire más frío del PHX y el aire de purga de derivación más cálido que se toma aguas arriba del MHX.

La extracción de agua se controla ajustando la temperatura, de la misma manera, del flujo de aire que pasa por el condensador.

El paquete también envía aire de purga de derivación a la unidad de mezcla para ajustar la temperatura de la zona.

5. Extractor de agua

El agua recolectada se reinyecta en el flujo de aire ram.

6. Temperatura y presión del aire en cada paso

^{FCV: válvula de control de flujo (entrada de aire de purga)}

Casi tienes la respuesta en tu pregunta; El aire de purga es aire comprimido caliente tomado de los compresores del motor. El aire de purga de derivación aquí se refiere a parte de ese aire que se purga del motor, pero no se dirige a través de la máquina de ciclo de aire (paquete). Cuando sale el aire de la mochila, hace mucho frío. El piloto tiene una perilla que combina el aire frío del paquete con el aire de derivación caliente para ajustar la temperatura que pasa por los conductos reales; esto es similar a la caja de la licuadora en un automóvil.

Por ejemplo, en esta imagen tomada de esta respuesta en SE Aviation , el aire de purga del motor entra en la esquina superior derecha, y puede ver la línea para el aire de purga de derivación a lo largo de la parte superior del diagrama en la tubería etiquetada como "caliente". aire".

Hay 4 fases en un motor de combustión interna, incluso una turbina de gas: chupar, apretar, golpear, soplar .

Chupar: El aire es succionado por el motor.

Squeeze: El aire es comprimido por la turbina

Explosión: El aire concentrado se mezcla con combustible y se enciende.

Golpe: los gases expandidos del combustible encendido empujan hacia afuera la parte posterior del avión.

El aire de purga se extrae del motor después de apretarlo , pero antes del golpe .

El Sistema de control ambiental (ECS), que suministra aire a la cabina, generalmente usa aire sangrado de los motores en la mayoría de las aeronaves. La siguiente figura muestra el sistema de purga de aire del motor en un Boeing 767.

Imagen del Sistema de control ambiental de aviones comerciales: aspectos de ingeniería de la calidad del aire de la cabina por Elwood H. Hunt et. Al, de Boeing

El principal suministro de aire para el ECS generalmente proviene del compresor, donde el aire se toma de áreas de alta/baja presión. Estos se utilizan durante las diferentes fases del vuelo.

A veces, el aire se toma del aire de derivación de los motores con fines de refrigeración. A medida que el aire se comprime en el compresor, la temperatura del aire de purga aumenta (especialmente el de la etapa HP) y el aire de derivación se usa para enfriarlo.

Estas respuestas son todas correctas, sin embargo. Cabe señalar que hay 2 tipos separados de aire de purga de derivación involucrados en este sistema de aire acondicionado. Hay aire de derivación que se toma aguas abajo de la válvula de control de flujo en la entrada del sistema de paquete que va directamente al aire de ajuste para el control de la temperatura de la cabina. El otro aire de purga de derivación está relacionado con la prevención de la acumulación de hielo en el condensador/extractor de agua. este es el aire que fluye a través de la válvula de derivación (BPV), evitando el compresor y el intercambiador de calor principal para proporcionar aire caliente aguas abajo de la turbina. La válvula se abre en función de la diferencia de presión debida.

Recientemente tuvimos un problema de NGS en un B-737. La falla fue que el aire estaba demasiado frío entrando al sistema. Se logró la solución de problemas y la válvula del preenfriador en el motor que suministraba aire de purga estaba atascada y abierta. Mi pregunta es, ¿qué efecto, si lo hay, se mostraría con el sistema de aire acondicionado que está suministrando el aire de purga?