¿Puede un avión proporcionar presión, temperatura, humedad, etc. en la cabina a nivel del suelo?

Aparte del ángulo del costo, que parece ser el factor más importante en las aerolíneas, ¿es técnicamente posible llevar la atmósfera de la cabina (incluye presión, temperatura, humedad), etc. a la par con el nivel del suelo, a la altitud de crucero de la mayoría de los aviones (digamos 35000 pie).

Solo quiero entender qué impide que los aviones brinden este tipo de comodidad a los pasajeros. Supongo que podría haber problemas de integridad del casco para mantener una mayor presión en la cabina, etc.

Solo como aclaración, todo esto está fuera del control de la aerolínea. Todo es cuestión de decisiones de diseño de aeronaves tomadas por el fabricante, no de decisiones operativas por parte de la aerolínea. Las aerolíneas simplemente siguen las pautas operativas establecidas por los fabricantes.
"... ¿es técnicamente posible llevar la atmósfera de la cabina... a la par con el nivel del suelo?" Sí. "lo que impide que los aviones de pasajeros brinden este tipo de comodidad a los pasajeros" Costo.
Como cliente de los fabricantes de fuselajes, no está realmente fuera del control del avión: si los pasajeros del avión exigieran presurización del nivel del mar a las aerolíneas, las aerolíneas a su vez se lo exigirían a los fabricantes (lo que, por supuesto, aumentaría los costos). Y una vez que un fabricante lo ofreciera, todos tendrían que hacerlo para seguir siendo competitivos. Es solo que el statu quo es lo suficientemente bueno para la mayoría de los pasajeros, por lo que nadie exige una mayor presurización (aunque Boeing puede haber iniciado una tendencia hacia una mayor presurización con el nivel de 6000 pies del Dreamliner).
El Airbus A380 tiene una altitud de cabina de 4.990 pies (1.520 m), inferior a la del Dreamliner, 6.000 pies (1.800 m)
El SyberJet SJ30 es un avión que ofrece 'cabina a nivel del mar' (altitud de cabina cero) hasta 41,000 pies (debido a su presión diferencial de 12 psi)
Consulte también "presión de cabina para aviones privados", una pregunta en el escritorio de referencia de en.Wikipedia: en.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:Reference_desk/…

Respuestas (4)

Hablaré un poco de la humedad.

Este es en realidad un gran problema para los aviones; intentaron mejorarlo un poco en el Dreamliner y pudieron mejorarlo un poco

Se mejora la humedad, pero sigue siendo seco como el desierto. Los niveles de humedad en el Dreamliner son del 10 % al 15 %, mejor que el 7 % en otros aviones en viajes largos

fuente

pero sigue siendo un gran problema. Hay dos razones principales por las que realmente no pueden aumentar tanto.

En primer lugar, el agua es muy pesada. Dado que los aviones bombean aire exterior seco, tendrían que humidificarlo, lo que significa que necesitan llevar suficiente agua para hacerlo. Este peso afectaría mucho a la carga útil del avión. Ahora podría intentar reciclar parte de la humedad ambiental, pero a gran escala, eso requiere energía, lo que requiere combustible, lo que vuelve al tema del peso.

El otro problema (aunque no se piensa con tanta frecuencia) es la longevidad del fuselaje. Las condiciones extremadamente secas que experimentan los aviones durante la mayor parte del tiempo en realidad ayudan a prevenir la corrosión en la estructura del avión, así como el óxido en las piezas oxidables. Al bombear humedad en la estructura del avión, corre el riesgo de que cause un daño real a los componentes metálicos.

La temperatura es un simple problema de energía. Para mantener un avión caliente, debe calentarlo más rápido de lo que la temperatura exterior lo enfría (o de manera uniforme para mantener una temperatura constante). El aislamiento puede ayudar con esto, pero aún verá algo de enfriamiento. En un nivel rudimentario, puede aplicar la ley de enfriamiento de Newton aquí y tener en cuenta que la temperatura exterior está en el área de -40 (e inferior) (según los gráficos de hoy).

A la presión,

Esto, por supuesto, es grande, pero, en realidad, no es un gran problema. Si bien puede parecer un poco irritante, el equivalente a una atmósfera de 8000 pies es más que transpirable. La FAA no requiere O 2 continuo hasta los 14 000 pies para aviones sin presión, por lo que una cabina equivalente a 8000 pies está más que bien. Ahora, desde el punto de vista de la comodidad, es posible que se le tapen los oídos y que sienta cierta incomodidad, pero es más que seguro.

Desde un punto de vista puramente tecnológico, podemos hacer esto, pero desde el punto de vista de un caso de uso de ingeniería, es mejor sacrificar parte de la presión para construir un avión más liviano y delgado. Esto ahorra costos de combustible y materiales en el futuro. Existe una gran esperanza de que la fibra de carbono pueda traer un cambio a todo esto y la equivalencia de 8000 pies sea cosa del pasado. Boeing ha estado impulsando esto con el 787 que tiene solo un nivel de presión de 6000 pies que, según afirman, alivia los problemas. Todavía no he volado uno, así que no sé de primera mano cuánto mejor es realmente. Por otra parte, vuelo cosas sin presión a menudo y me he acostumbrado un poco a ello.

Los "calentadores" de cabina en los jets no calientan, enfrían. El aire de la cabina se toma de las entradas del motor, donde el calentamiento por compresión eleva la temperatura a 100 °C o más; luego se enfría a un nivel razonable haciéndolo pasar por un intercambiador de calor.
@Mark: el aire debe enfriarse, pero para la cabina en sí todavía se está calentando. Sin embargo, indica que no es un problema, ya que solo comprimir el aire exterior lo calienta lo suficiente para el propósito.
La temperatura no es tanto un problema de energía (la compresión para la presurización calienta el aire más que suficiente) sino un problema de definición de cuál debe ser la temperatura. Por lo general, 21-22 ° C se considera temperatura normal y eso es lo que se establece en el aire acondicionado durante todo el año. Si hay 30 °C afuera antes de abordar, se siente frío adentro, pero luego puede aterrizar en otro lugar donde haya 10 °C y entonces al menos el impacto no es tan grande. Y otro día puede haber -30°C y los 21°C se sentirán agradablemente cálidos.
He volado en el Dreamliner varias veces y puedo decirles que se siente mucho más cómodo en términos de presión en la cabina, incluso a altitudes superiores a los 40 000 pies.
El aire de la cabina suele tomarse del motor, donde está muy comprimido. Entonces, ¿el aire comprimido no suele contener mayores cantidades de humedad?
Apenas hay humedad en el aire en altura. Comprimir aire extremadamente seco aún lo deja con aire extremadamente seco.

Peso y fuerza.

  • A 10700 metros (35000 pies), la presión ambiental es de aproximadamente 24,8 KPA (3,6 PSI).
  • La presión dentro de la aeronave es de aproximadamente 75,8 KPA (11 PSI), suponiendo una altitud de cabina de 8000 pies.
  • Imagine una puerta de cabina de aproximadamente 2 metros por 1 metro (18 pies cuadrados).
  • La fuerza sobre la puerta es de unos 3970 kg (8750 libras o 4,3 toneladas).
  • Imagine ahora que la cabina está presurizada a 100 KPA (14,5 PSI).
  • ¡La fuerza sobre la puerta ahora es de 5830 KG (12850 libras o 6,4 toneladas)!

Y eso es sólo una puerta. Ahora imagine la fuerza adicional para todas las otras puertas, las ventanas y el fuselaje mismo. La fuerza adicional sería enorme. Construir un fuselaje tan fuerte sería muy pesado.

La temperatura se puede controlar sin importar la altitud de la cabina y la mayoría de las personas pueden navegar a 8,000 pies sin efectos significativos para la salud. Por lo tanto, simplemente no es necesario, ni rentable, construir un avión lo suficientemente fuerte como para volar con una altitud de cabina de cero.

Estoy de acuerdo con casi toda esta respuesta, aunque no iría tan lejos como para decir que no hay efectos nocivos. Quizás ningún efecto significativo en la salud sería una mejor manera de expresarlo. Cualquiera que haya pasado de 14 a 20 horas a altitud de crucero volando al otro lado del mundo puede dar fe de la desagradable sensación que resulta de pasar tanto tiempo con una humedad y una presión tan bajas. Esto se analiza con más detalle en esta pregunta sobre el 787 .
¿De dónde vienen esos números de fuerza? Estoy tratando de replicar el cálculo (como F = A puerta ( PAG en − PAG afuera ) ), pero obtengo alrededor de 150 kN si la cabina está a nivel del suelo y 100 kN si la cabina está a 8000 pies (en libras-fuerza, eso es 23,000 libras-fuerza a 8000 pies y 34,000 a nivel del suelo).
@cpast Buen punto. Solo como una verificación rápida de cordura, (14.5 - 3.6) / (11 - 3.6) = 1.473, por lo que la fuerza debería ser "solo" un 47% más alta usando las presiones enumeradas en la respuesta. Además, a diferencia de lbs, kg no es una unidad de fuerza.
@reirabOK, parece que mi foo de "cuenta con los dedos" no es tan bueno. Volveré más tarde y reharé las matemáticas.
@Simon ¿Pero no es eso asumir que la fuerza que determina el modo de falla en un avión es la presión interna? ¿Lo es? Es decir, cuando realiza los cálculos de espesor para varios modos de falla, por ejemplo, manejo en tierra, pandeo, etc., ¿el espesor de la piel está realmente determinado por el modo de falla del "recipiente a presión"?
@curious_cat Es el factor determinante, o más precisamente, los ciclos de presurización/despresurización que aplican esfuerzos repetitivos al fuselaje. Si se aumentara la presión, aumentaría la tensión.
@Simon Entendido. Es la calificación de los ciclos de fatiga. Porque no podría haber sido el grosor de la piel en sí mismo, ya que incluso el grosor actual es suficiente para tomar un delta-P mucho más alto a través de él como un recipiente a presión. Supongo que es la carga de fatiga la que es crítica y se ve afectada por el delta-P.
Me gustaría señalar un avión SJ30-2, en el que la cabina está presurizada a 12 psi a 49 000 pies, pero en realidad se probó a 31,4 psi, un récord mundial logrado durante una prueba de carga máxima de presurización de la FAA.

Además de necesitar resistencia estructural para soportar una mayor cantidad de presión, el fuselaje se someterá a repetidos ciclos de estrés debido a condiciones alternas de igual presión (en tierra) y baja presión exterior con alta presión interior (a altitud de crucero).

Hacer que los ciclos de estrés sean más profundos (al aumentar la diferencia de presión sin cambiar la estructura del fuselaje) puede provocar una falla más rápida del fuselaje. Reducir el estrés significa aumentar el material que pones en el fuselaje, pero casi seguramente no solo agregando algunos refuerzos y (creo) en general ni siquiera haciendo todo más fuerte. Para aumentar de manera segura la diferencia de presión, creo que necesitaría rediseñar sustancialmente todas las partes del fuselaje que mantienen la presión (potencialmente hasta paneles y remaches individuales), y luego sacrificar un fuselaje para ejecutar una prueba prolongada de ciclos de presurización. para comprobar que no falla.

Parece razonable hacer tal cosa para un modelo completamente nuevo (como el Dreamliner), donde ya tiene que hacer esa cantidad de diseño y pruebas para cierto nivel de presurización, pero creo que necesitaría un incentivo más fuerte para rediseñar un modelo más antiguo de esa manera, y la modernización de los aviones existentes sería (sospecho) prohibitivamente costosa.

TL; DR: con un diseño de avión completamente nuevo, tal vez (si considera que vale la pena el costo); con aviones existentes, no.

Algunos fabricantes de aeronaves pequeñas, como Gulfstream, afirman proporcionar una presurización de cabina equivalente a 4000 pies a 40 000 pies
@Firee Claro, ese sería otro ejemplo como el Dreamliner (pero más), en el que puede diseñar una presurización de cabina más alta en un nuevo tipo de avión. Y supongo que hay un buen número de aeropuertos entre los que puede volar donde 4000 pies estarían "a la par con el nivel del suelo".

¿No? ¿Quieres saber por qué?

  1. Fortaleza

El aluminio tiene una tensión tolerable más baja que el acero, mientras que el acero puede mantener su tolerancia a la tensión bastante bien con el uso repetido.

  1. Peso

Hay una diferencia de presión máxima de 8 psi para el aluminio, con algunas excepciones. Literalmente tienes aproximadamente 4 toneladas de presión por 2 metros cuadrados de aluminio con alrededor de 8 psi de diferencia de presión. Y también la gente deja los aviones sin pintar en el interior para ahorrar peso.

  1. Corrosión

Como dije sobre el interior sin pintar. El aluminio se fatigará más rápido si se corroe. Mmm, sentido común.

  1. Normas de seguridad estrictas

8000 pies es la presión máxima de la cabina? Creo que eso es demasiado estricto. Sugerencias.

10000 pies. Quiero decir que es fácil aclimatarse a 10000 pies sin peligros reales o reducción de la comodidad. La saturación promedio de oxígeno en la sangre será un cabello menos del 95% a 10000 pies. Por el contrario, generalmente es del 99% al nivel del mar.

4000 metros Por encima del 90% está bien para pacientes con EPOC. A 4000 metros la mayoría de las personas tendrían una saturación de oxígeno en sangre de alrededor del 90%.

5000 metros El estándar de aclimatación sin peligros demasiado severos. Podría comenzar a ver algunos peligros severos. Entonces, 5000 metros es la presión máxima en la cabina que la mayoría de las personas puede tolerar sin efectos adversos.

Así que chicos, para trabajar a 5000 metros de altura de cabina, prohibir el consumo de alcohol en los aviones. Al menos evitará los dolores de cabeza.

No es fácil ver cómo se relacionan sus puntos con la pregunta. Creo que su respuesta podría ser más útil si edita para explicar un poco más: ¿por qué un interior sin pintar hace una diferencia en la presión de la cabina? ¿Por qué es importante la menor tensión tolerable del acero? La segunda mitad de la respuesta no parece estar relacionada en absoluto: la pregunta es si la altitud de presión podría ser menor y usted dice que podría ser mayor con seguridad.
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¿Puede un avión proporcionar presión, temperatura, humedad, etc. en la cabina a nivel del suelo?
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