PRESURIZACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO

ATA 21

GENERAL• El oxigeno es esencial para la vida humana.• La hipoxia es la deficiencia o falta de oxigeno. Desde el

punto de vista aeronáutico sería la disminución de la presión de oxigeno - <3PSI al nivel del mar- en los pulmones. Esta presión disminuye con la altura.

• Hasta los 7.0FT la mayoría de las personas no tiene mayores problemas para funcionar. A los 10.0FT la saturación de oxigeno en la sangre es de alrededor del 90% hay dolor de cabeza y fatiga. A 15.0FT , la saturación es de 80% somnolencia, dolor de cabeza, uñas y labios azules, deterioro de la visión y del juicio, etc. A 22.0FT ocurren convulsiones. A 25.0FT la saturación de la sangre es del 55% y en cinco minutos se produce el desmayo.

TEMPERATURA ATMOSFERICA

• Variación de la temperatura con respecto a la altura.

• Temperatura ambienteTemperatura ambiente: Tº que rodea al avión. También se conoce como OAT ( outside air temperature).

• Temperatura absolutaTemperatura absoluta: Escala de Tº en cuyo cero cesa el movimiento molecular(M273C ó M460F).

PRESIÓN ATMOSFERICA (AMBIENTE)

• Los gases que forman la atmosfera tienen peso. La columna de aire que se extiende desde el nivel del mar hasta el espacio exterior y cuya base tiene un área de una pulgada pesa 14.7LBS, por lo tanto su presión es de 14.7PSI y se conoce 14.7PSI y se conoce como presión estándarcomo presión estándar.

• También la presión atmosférica corresponde a la altura de una columna de mercurio cuyo valores mas conocidos son 1013.2 milibares, 29.92in. Hg ó 760mm. Hg. Esta columna de Hg pesa igual que la columna de aire ya mencionada.

• A medida que se asciende la presión ambiente disminuye, por ejemplo a 40.0FT la presión ambiente es 2,72PSI.

• Presión absolutaPresión absoluta: escala de presión cuyo cero corresponde al vacio.

• Presión diferencialPresión diferencial: la diferencia de presión existente entre ambas caras de un objeto.

PRESURIZACION

• La presurización debe entregar un ambiente cómodo y seguro para las personas que van en el avión. Para cumplir con lo anterior la cabina se debe mantener a una altura de presión en la cual la inmensa mayoría de los seres humanos pueden sobrevivir haciendo el mínimo esfuerzo y a su vez el avión ir a una altura cuatro o cinco veces mas alto que la cabina.

• Este sistema debe ser capaz de impedir los cambios rápidos de altura de cabina que serán incómodos y pueden producir serias lesiones auditivas a las personas.

• Por ultimo y no menos importante debe renovar todo el aire viciado del fuselaje lo mas rápido que se pueda.

• La zona presurizada comprende ambas cabinas, bodegas inferiores y en la actualidad el compartimento E&E. Esta zona será prácticamente sellada y capaz de contener aire a presión mayor que la presión ambiente.

PRESURIZACIÓN (CONTINUACION)

• El aire para presurizar, en los aviones con motores recíprocos se obtenía desde los supercargadores. En los primeros jets se utilizaron turbocompresores y aire sangrado de los motores. Actualmente el aire se obtiene sangrando aire del motor, específicamente de alguna (s) etapa (s) de compresión. Todos tienen en común el entregar un volumen de aire relativamente constante a cualquier altura de cabina seleccionada.

• Se permite que el aire de la cabina escape a través de una válvula llamada OUTFLOW. OUTFLOW.

• El control de la OUTFLOW es automático, una vez que el operador ha seleccionado los parámetros correspondientes al vuelo. En caso de falla del sistema automático se puede operar semi manual o manual.

PRESURIZACIÓN (CONTINUACION)

• Existen varias perdidas de presurización dentro de este sistema que se considera sellado, pero son por diseño y el sistema las toma en cuenta para el trabajo de la outflow.

• Las perdidas mas comunes son : ventilación de baños y cocinas, ventilación de los paneles de instrumentos y de fusibles (circuit breakerscircuit breakers) ubicados en la cabina de control, ventilación de los e quipos ubicados en el compartimento E&E.

• En algunos aviones para reducir las perdidas de potencia del motor por el aire sangrado, el aire de la cabina lo hacen recircular, lo pasan por filtros y lo introducen de nuevo a la cabina.

• El aire sangrado del motor para llegar a la cabina debe pasar por unas válvulas que se llaman PACKS y que operan con 28VDC. y controladas desde la cabina de pilotos.

PRESURIZACIÓN (COTINUACION)

• La presurización y la altura de vuelo esta limitada por muchos factores de diseño.

• El fuselaje esta diseñado para soportar una presión máxima diferencial la cual no debe ser sobrepasada. Encargada de esto es la válvula de relevo de seguridad, operada neumáticamente, que abre al valor máximo, botando el exceso a la atmósfera.

• Presión diferencial Presión diferencial de cabina es la razón de presión de aire entre el interior de la cabina y el exterior. Aquí aparece el termino "ciclo de presiónciclo de presión", que significa despegue, avión presurizado en todas las etapas del vuelo y aterrizaje. La vida del fuselaje se medirá, además de la horas de vuelo, en razón a estos ciclos.

VÁLVULAS DE PRESURIZACION

La OUTFLOWOUTFLOW esta ubicada bajo el piso del avión y en un compartimento presurizado.

• Esta válvula en algunos aviones, los mas antiguos, es controlada neumáticamente. Actualmente en la mayoría de los aviones el control se efectúa eléctricamente. Estas válvulas en caso de perdida de presión se cierran en forma automática cuando la altura de cabina alcanza los 15.0FT.

• En general la outflow eléctrica es del tipo recuperadora de empuje (thrust recoverythrust recovery) y movida por motores eléctricos (AC o DC).

• La outflow en tierra permanece abierta mediante una señal enviada desde el switch operado por el tren principal.

VÁLVULAS DE PRESURIZACIÓN(CONTINUACION)

• La válvula de relevo La válvula de relevo (safety valvesafety valve) abrirá solo a la máxima presión de diseño de cada modelo en particular. En el modelo que estamos usando para estudiar la presión es de 8.6PSI, en otros puede alcanzar valores cercanos a 9.5PSI. Trabaja en forma neumática y siempre debe estar cerrada. Van a ambos lado de la outflow.

• La válvula de presión negativaLa válvula de presión negativa, al contrario de las otras dos válvulas, abre hacia dentro para permitir ecualizar la presión interior (menor) con la presión ambiente (mayor). Siempre esta cerrada. Se abre con M1.01Psi. En el caso de Airbus estas dos válvulas forman un solo conjunto.

SAFETY VALVE

• Abre automáticamente e independiente de los controles de presurización. En general su operación es neumática. Va instalada en el compartimento de las outflows o en el mamparo de presión trasero (AIRBUS).

• Consta de: una cámara de control la cual esta abierta a la cabina a través de un orificio y un filtro; un sensor de control que en su interior lleva una poppet, resorte y con dos aberturas una hacia la cabina y la otra al ambiente.

• Cuando en el sensor se genera la presión diferencial a cual esta calibrado ( 8.6Psi.) la poppet se mueve hacia arriba empujada por el diafragma. La cámara de control se conecta al exterior, bajando la presión que la mantiene cerrada y la presión de cabina abre la válvula de seguridad. Al abrir, la presión diferencial baja a un valor seguro y cierra de nuevo. Esto ocurre hasta que la tripulación logra controlar el problema.

RELACION ENTRE ALTURA DE VUELO/ALTURA DE CABINA

CONTROLES DE PRESURIZACIÓN (CONTINUACION)

• El controller trabaja en forma neumática. En la actualidad esta siendo reemplazado por el control eléctrico.

• Trabajan en el rango isobárico, diferencial y despresurizado.• Isobárico significa que la presión de la cabina va subiendo a la

razón de cambio seleccionada, comparándose con la presión exterior.

• Cuando el avión esta llegando al nivel de vuelo seleccionado el control pasa a diferencial. Corresponde a la presión diferencial máxima para ese nivel de vuelo.

• Todo lo anterior en la practica se hace en forma automática, aun para presurizar en tierra.

• En los sistemas modernos ocupan luces y/o avisos en las pantallas para avisar las fallas que va teniendo el sistema.

CONTROL DE PRESURIZACION(COTINUACION)

• El controllerEl controller, en su parte delantera es la unidad de comando del sistema de presurización. En su parte posterior esta todo el sistema de control del sistema de presurización.

• Con la perilla cabin altitude perilla cabin altitude selecciona la altura de vuelo, se visualiza en la ventanilla que esta a las 12hrs, y la aguja se mueve hacia la altura de cabina correspondiente para obtener la presión máxima normal.

• La perilla rate La perilla rate (razón de cambio) en la marca da una razón de 300ft/min. Mínimo, 50ft/min y máximo, 2000ft/min.

• El corrector barométrico El corrector barométrico permite al sistema de control trabajar con la presión ambiente en cada fase del vuelo.

• Las señales generadas en el controller son muy débiles tanto neumáticas como eléctricas las cuales serán amplificadas posteriormente en el sistema.

PRESSURE CONTROL PANEL(ELECTRICO)

• Panel control de presurización, ubicado en el panel sobre cabeza, permite al operador hacer los ajustes necesarios para poder presurizar el avión en cualquier condición.

• En automático En automático se selecciona la altura de vuelo y aterrizaje y automáticamente selecciona la cabina para operar al máximo normal de presión diferencial. Mueve la outflow con el motor eléctrico AC.

• En standby En standby se ajusta la altura de cabina que corresponde a la altura de vuelo. Se obtiene de la calcomanía que esta en el panel. Con la perilla de razón de cambio de la cabina (cabin rate) se puede ajustar cuán rápido la outflow va abrir o cerrar. Si la perilla esta en la marca (pip) la razón será de 300ft/min, en la posición mínima (DECR) 50ft/min, en la razón máxima (INCR) 2000ft/min. Mueve la outflow con el motor eléctrico DC.

PRESSURE CONTROL PANEL(ELECTRICO)

• ManualManual se ocupa el switch close/open para operar la outflow directamente y el indicador muestra la posición de ella. En este caso se usa el indicador de razón y el altímetro de cabina para controlar la presurización.

• Selector de función: check, verifica el traspaso automático desde AUTO a STBY por problema de cambio de razón fuera de lo programado; auto y stby permite la operación respectiva seleccionada; en manual AC o DC se usa el motor eléctrico seleccionado

• Switch FLT/GRD: en la posición FLT el avión esta en condiciones de ser presurizado en tierra. Opera la outflow simulando que el avión esta a 200ft (0.125psi.) bajo el aeropuerto. En GRD el avión se despresuriza.

PRESSURE CONTROL PANEL

• En el panel hay una serie de luces:

AUTO FAIL (ámbar), indica que el sistema auto ha fallado y el control de presurización se ha transferido a standby.

OFF SCHED DESCENT (ámbar), avisa que se ha iniciado el descenso antes de alcanzar la altura seleccionada. El sistema de control pasa a standby. Además enciende luz auto fail.

STANDBY (verde), hace notar que este sistema esta al control del sistema de presurización.

MANUAL (verde), indica que el sistema de presurización esta controlado por alguno de los dos motores eléctricos.

ALARMA DE ALTURA DE CABINA

• Esta alarma va a funcionar a los 10000FT de altura de cabina, avisándoles a los pilotos que hay una falla de presurización y que deben colocarse sus mascaras de oxigeno y aplicar el procedimiento respectivo para solucionar el problema.

• La alarma tiene un sonido intermitente, que se puede cancelar con un botón que va en el panel de control de presurización.

• Tanto el sensor de altura como la caja de alarma auditiva van en la cabina de pilotos.

AIRE ACONDICIONADO

• La función de este sistema es mantener una temperatura agradable al interior de ambas cabinas. La temperatura se puede controlar entre los 65ºF (18ºC) y los 85ºF (29ºC).

• Su distribución debe ser echa de tal manera que no se produzca la estratificación del aire.

• Debe ser capaz evitar el empañamiento de las ventanas y de controlar la humedad ambiente.

• Básicamente debe calentar, enfriar y además tener la capacidad de combinar a ambos para entregar los rangos de temperatura intermedios.

• Los sistemas de enfriamiento mas conocidos y usados en la aviación comercial son el de ciclo de vapor, que por el hecho de usar freón por el momento esta obsoleto y el de ciclo de aire, de amplio uso en la aviación por estos días.

CICLO DE VAPOR

• Hace uso del principio que dice: un liquido puede ser un liquido puede ser vaporizado a cualquier temperatura variando la presión que vaporizado a cualquier temperatura variando la presión que actúa sobre élactúa sobre él.

• El freón a la presión ambiente se vaporiza a los 39ºF (4ºC) y con una presión de 95PSI hierve a 150ºF (66ºC).

• La termodinámica establece en una de sus leyes lo siguiente: el calor fluye desde el punto de mas alta temperatura hacia el el calor fluye desde el punto de mas alta temperatura hacia el punto de menor temperaturapunto de menor temperatura.

• Lo otro que hay que tener en mente es lo siguiente: cuando un cuando un gas comprimido se expande su temperatura desciende y si el gas comprimido se expande su temperatura desciende y si el gas se comprime su temperatura se incrementa.gas se comprime su temperatura se incrementa.

CICLO DE VAPOR(OPERACIÓN)

• En el estanqueestanque el freón liquido está a alta presión. Al funcionar el sistema el liquido fluye hacia el evaporador.

• Antes de entrar al evaporador pasa por la válvula de expansión válvula de expansión donde su presión disminuye y su temperatura baja.

• El evaporador El evaporador es un intercambiador de calor. El aire caliente de la cabina que rodea al evaporador gasifica al freón, por lo tanto bajando la temperatura del aire que rodea al evaporador.

• Después del evaporador, el compresor el compresor aumenta la presión y temperatura del gas y entra al condensador.

• El condensador El condensador es un intercambiador de calor cuyo serpentín está rodeado por aire ambiente mas frio. Luego el gas se licua y vuelve al estaque en forma liquida y a alta presión.

• Y comienza el ciclo de nuevo.

CICLO DE AIRE

• Este sistema comprende : una maquina cicladora de aire (ACMACM), dos intercambiadores de calor (primario y secundarioprimario y secundario), separador de agua, sistema de enfriamiento (cooling doors) (cooling doors) de los intercambiadores, válvula de 35ºF, sensores de temperatura, válvulas, un turbo fan y las líneas necesarias. Todo este conjunto se llama paquete de aire acondicionado (air conditioning pack).

• En el pack, por medio de la válvula mezcladora, se procesa el aire para lo que se pidió desde la cabina: aire caliente que viene del motor y aire frio que se obtiene mediante la ACM.

• La mezcladora La mezcladora consta de dos válvulas: la fría y la caliente que operan en sentidos encontrados, cuando una está abierta la opuesta debe cerrar. Es controlada desde el panel sobre cabeza y la información llega a la mezcladora vía caja de control sita en E&E. Opera en forma automática o manual. Trabaja con 115VAC.

CICLO DE AIRE(INTERCAMBIADORES)

• Ambos trabajan con aire de impacto o por aire ambiente succionado por un turbo fan. Este aire enfría el aire, muy caliente proveniente del motor o de la ACM , que fluye por el serpentín de este radiador.

• El primario El primario recibe el aire caliente del motor bajando el calor de él antes de entrar al compresor de la ACM.

• El secundario El secundario baja la temperatura del aire que sale del compresor de la ACM y que hace girar la turbina de la ACM, regulando de esta forma la velocidad de ella.

• Están ubicados en la bahía de los equipos de aire acondicionado, en la parte inferior del avión y delante del tren principal.

BAHIA DE LOS EQUIPOS DE AIRE ACONDICIONADO

AIR CYCLE MACHINE (ACM)

• La ACM es una unidad compuesta por una turbina y un compresor montados un eje soportado por dos rodamientos. Algunos llevan montado el ventilador

• Su máxima velocidad, se alcanza cuando se está pidiendo full frío. Cuando se opera en full calor la ACM prácticamente no gira.

• Basa su trabajo en el siguiente principio: un fluido al expandirse, su presión y temperatura disminuyen. La turbina cumple con lo dicho. En full frio, el aire que la mueve se enfría tanto que es necesario colocar una válvula de aire caliente para impedir que se forme hielo a su salida. Esta válvula se llama 35ºF y su control se encuentra en el sector de la ACM.

PROTECCION DE LA ACM

• Son dos sensores que se usan para protegerla de problemas de sobre temperatura.

• Uno montado en la ACM (compresor) seteado a 365ºF (185ºC) y el otro a la salida del intercambiador secundario y ajustado a 210ºF (99ºC).

• Cualquiera de ellos que opere la válvula pack cierra y se enciende la luz de PACK TRIP OFF. En los aviones que tienen MASTER CAUTION LITES se enciende luz AIR. COND.

• Poseen un botón de reseteo para reactivar el sistema si falla pudo ser solucionada. Este botón se ubica en panel de control del sistema neumático que esta en panel sobre cabeza.

• El aceite que usa es el mismo usado por el motor.

SEPARADOR DE AGUA

• Su misión es eliminar la humedad del aire que sale de la ACM. • En su interior lleva un bolsa colectora (coalescer), un soporte

para esta bolsa, perforado y un colector con su drenaje.• Al entrar el aire pasa por la bolsa la cual va a transformar la

humedad en gotas. Al pasar el aire por las perforaciones se le da un giro y girando entra en el colector. En el colector, por su forma, se gira el aire en sentido contrario y el aire cambia su sentido rotacional. El agua, por su peso no puede, cayendo al drenaje. El aire frio sigue su camino al sistema de distribución.

• Si el aire no pasa libremente por el separador, actuara la bypass y el aire con toda su humedad pasa al sistema de distribución.

• Tiene un indicador de bolsa tapada. Al ocurrir esta situación se crea una presión que empuja el indicador hacia el área roja. Hay que cambiar la bolsa.

AIRE DE IMPACTO(RAM AIR)

• Sistema que enfría ambos intercambiadores . Constituido por las puertas de entrada y salida del aire de impacto. Las puertas son movidas por un actuador eléctrico de 115VAC. controlado automáticamente por las condiciones de vuelo. En tierra las puertas están abiertas, tren principal comprimido, y pueden encender una luz en cabina avisando esta posición.

• Opera de dos modos: en vuelo con el flaps arriba ocupa el aire de impacto. Cuando el flap baja o el tren principal se comprime opera un turbofan, el cual es movido por aire del motor, que succiona el aire ambiente. Otros ocupan un ventilador eléctrico para la operación con flap abajo o en tierra.

• En algunos aviones las puertas del sistema se operan desde la cabina de control.

LIMPIADOR DE AIRE(AIR CLEANER)

• Como su nombre lo indica el sistema elimina las impurezas provenientes del sistema neumático (motores). Funciona automáticamente cada vez que el aire acondicionado este en funcionamiento. El avión en tierra, tren principal comprimido o en vuelo con el flap abajo.

• Consta de un filtro sin partes movibles, un sistema eliminador de impurezas, una válvula de purga (purge) controlada neumáticamente y operada por 28VDC. Las impurezas se eliminan a través de las puertas de salida de aire de impacto (RAM) o por un orificio en el fuselaje.

• Esta es un perdida de presurización, pero controlada por la outflow.

CONTROL DE TEMPERATURA (Tº)

• Son dos ubicados en panel sobre cabeza, uno para trabajar con el pack derecho y el otro con el izquierdo.

• En ellos se puede seleccionar operación automática o manual.• El sistema auto se basa en un circuito puente balanceado, el

cual será desbalanceado por el operador al seleccionar la Tº deseada. El regulador de Tº, que va en el E&E, sensa esta información que ha desbalanceado el puente y mueve la mezcladora hasta que el circuito puente se equilibra de nuevo.

• La operación manual actúa directamente sobre la mezcladora.• Para que estos controles entren en operación los switches de

las pack y el sistema de 115VAC deben estar en ON.

CONTROL DE Tº(COTINUACION)

• En el manifold de distribución de A/C hay dos protecciones de sobre Tº: 1) uno de 190ºF (88ºC) que al operar manda a la mezcladora a full frio y enciende una luz “DUCT OVERHEAT” en panel de control. 2) el otro trabaja a los 250ºF (121ºC), cerrando la válvula pack, enciende luz de “PACK TRIP OFF” y la luz master caution.master caution.

DISTRIBUCION

• Hay un sistema para la cabina de pasajeros y otro para la de pilotos. La distribución comienza en el manifold de A/C al cual se accede por la parte de atrás de la bodega inferior delantera. En este lugar se produce la separación de ambos sistemas.

• El sistema de pilotos entrega el aire a través de unas celosías en el techo, calentadores de pies, salida en el parabrisas y salida bajo los asientos.

• En tanto el de pasajeros parte por el manifold de distribución, ductos de subida (risers) y el ducto de distribución ubicado a lo largo del techo de dicha cabina.

Existe otro sistema de distribución conocido como gasper fan gasper fan que solo entrega aire frio por medio de unas boquillas sitas en ambas cabinas. En la cabina pasajeros se encuentran en las unidades de servicio de pasajeros (PSU) que están sobre cada corrida de asientos.