miércoles, 22 de febrero de 2017

Presurización parte II

Cuando un avión vuela a 11 km de altura no puede mantener la presión del interior de la cabina al nivel del mar (o del momento del despegue). La diferencia de presión es tan grande que se acabaría produciendo algún fallo estructural de importancia. Es lo mismo que ocurre con un globo cuando asciende. Al ganar altura la presión exterior disminuye y si la presión interna permanece constante, el globo se expande. El proceso regulador para que la diferencia de presión no cause daños a la aeronave pasa por reducir la presión interna de la aeronave. Este proceso lo suele llevar a cabo algún tipo de sistema dedicado u ordenador. El factor clave consiste en disminuir la presión hasta límites aceptables para el cuerpo humano. Para ello el sistema controlador de la presurización opera una válvula conocida como "outflow valve " en inglés. Esta válvula de escape o válvula de alivio se puede ver abierta en muchos aviones cuando carretean por las pistas de rodadura. se suele encontrar situada en la parte trasera de la aeronave. La presión que se experimenta a nivel del mar en un día estándar (con 15° C) medida en psi ("pounds per square inch" o libras por pulgada cuadrada) es de  14,70 psi, que es lo mismo decir 1 atmósfera. Si voláramos a 11 km de altura la presión sería de solamente 3.23 psi.  La diferencia (11,47) es muy grande y significa que en el interior del avión la fuerza por unidad de superficie podría hacer que la aeronave sufra fallo estructural. Si se disminuye la presión interna del avión hasta unos límites aceptables, digamos el equivalente a unos 3.000 metros de altura, esto representaría 10.17 psi y la diferencia de presión (4,53) podría ser soportada por la aeronave.


La aeronave utiliza los paquetes de aire acondicionado para presurizar el interior. Estos aparatos de aire acondicionado suministran aire constantemente, pues la aeronave no está sellada herméticamente y va perdiendo presión cuando se encuentra en vuelo. Aún así los paquetes de aire acondicionado tienen capacidad suficiente como para presurizar la aeronave en cualquier altura de la envolvente de vuelo certificada. 

Para evitar la sobrepresión  se deja escapar aún más aire a través de la out-flow vale. Todo el aire de escape es descargado a la atmósfera a través de una válvula de salida, generalmente en la parte posterior del fuselaje. Esta válvula controla la presión de la cabina y también actúa a veces como válvula de seguridad. Si fallara esta válvula, existe otra válvula más, que en el E-Jet se llama "Positive Pressure Relief Valve" y que se abre automáticamente en caso de que la presión alcance un valor extremo que viene predeterminado por el fabricante (8,7 psi internos en el caso de los E-Jet). 

También existen otras válvulas de seguridad para evitar la presión diferencial negativa. Estas válvulas de seguridad suelen ser muy sencillas, del tipo mecánico y actuadas por medio de muelles. Si los controladores de presión automáticos fallan, el piloto puede controlar manualmente la válvula de presión (out-flow) desde la cabina, de acuerdo con las tablas o listas de comprobación para este tipo de contingencias. El controlador automático normalmente mantiene la altitud de presión adecuada de la cabina ajustando constantemente la posición de la válvula de salida para que la altitud de la cabina sea tan baja como sea posible sin exceder el límite máximo de presión diferencial en el fuselaje.

En el panel superior de sistemas del avión se encuentra también el dedicado a la presurización y el sistema de control de válvulas. En la ilustración inferior se muestra el panel de los E-Jet. Los botones pulsadores siempre se encuentran presionados para permitir la operación automática. Si se desconectan estos botones se cierra la válvula correspondiente no permitiéndose el paso de aire. Una luz blanca en el interior del botón significa que se ha cerrado la válvula. Un color ámbar significa que se ha detectado una fuga de aire.



El piloto puede monitorizar los cambios y la operación de las válvulas en las páginas sinópticas que se pueden seleccionar en las pantallas multifunción. Verde significa presión y operación normal. Blanco significa que el conducto no lleva presión. Ámbar en uno de los conductos significa que hay una fuga de aire de sangrado. El sistema de los E-Jet aísla el conducto automáticamente cuando existe una fuga de sangrado para evitar un fuego.



La presurización en los modernos aviones comerciales como los E-Jet es totalmente automática, pero si el sistema fallara, el piloto puede operar la "out-flow valve" de forma manual, estableciendo la presurización de acuerdo con unas tablas en los manuales del avión. Un nivel confortable en el interior del avión cuando se vuela muy alto sería disminuir la presión en cabina hasta unos niveles similares a los que experimentaríamos en una montaña muya alta, del orden de 3.000 metros. Las condiciones a esa altura todavía son buenas, aunque Las implicaciones son muchas. 

Consecuencias de la presurización


Una de las primeras consecuencias de hallarnos a 3.000 metros es que perdemos agua mucho más rápidamente que a nivel del mar. Esa es la razón por la que se nos ofrece constantemente zumos y refrescos en el avión. La tripulación de cabina trata de paliar la deshidratación producida por la altura.

Otra consecuencia importante se deriva de las propiedades de los materiales y la construcción de los aviones. La diferencia de presiones entre el exterior y el interior de la aeronave tiene que mantenerse dentro de unos límites aceptables para que la aeronave sufra los ciclos de presurizaciones y despresurizaciones sin que se produzcan fallos estructurales (ver post del Comet). Por ello, se puede decir que el verdadero techo de la aeronave (la máxima altitud a la que puede volar) no es el límite aerodinámico o el derivado de la capacidad de propulsión de los motores, sino que viene determinado precisamente por los límites de presurización antes mencionados. La prueba de la botella de agua vacía es muy ilustrativa para ver que es lo que realmente ocurre en la cabina. Si cerramos bien la botella a nivel de crucero, comprobaremos nada más aterrizar que la botella se ha colapsado.  

Interesante, pero ¿cómo se produce este proceso? Como decíamos al principio del post se trata de meter aire en la cabina durante todo el vuelo. El aire procedente de los motores se enfría hasta límites aceptables y se introduce en la cabina por medio de los sistemas de aire acondicionado. Los llamados packs o paquetes que se encargan de esto fuerzan al aire para que circule por todo el interior del avión. Parte del aire que se introduce en el avión se vuelve a reutilizar. Esto es lo que se conoce como aire recirculado. Parte del aire que entra en el avión es aire fresco del exterior. La cantidad de aire recirculado y aire fresco varía de fabricante en fabricante. En el caso del Embraer 190 esta proporción es de 52/48 por ciento (fresco/recirculado). Para poder mover el aire por el interior del avión, la mayoría de aviones comerciales utilizan ventiladores específicos dedicados a mover este aire, son los llamados "recirculating fans". La calidad del aire debe de estar garantizada, por ello se hace pasar el flujo de aire por una serie de filtros.

Los paquetes de aire acondicionado en algunos aviones, como en la familia E-Jet, pueden funcionar con la unidad de potencia auxiliar en vez de con los motores. Esto es posible solo hasta una cierta altitud, donde el APU ya no puede generar aire de sangrado con la suficiente presión. En la familia E-Jet la altitud máxima para operar los paquetes con el APU es 15.000 pies. Es posible que un avión se pueda despachar para vuelo con solo un paquete de aire acondicionado. En este caso se debe de ascender hasta el límite donde un solo paquete pueda proveer la presurización adecuada. En la familia E-Jet la máxima altura de operación con un solo paquete de aire acondicionado es 31.000 pies. Por encima de esa altura la cabina empezaría a perder más presión de la que pueda aportar el único paquete.

Las bodegas de carga en algunos aviones suelen ir presurizadas. En la familia E-Jet, es la bodega delantera la que se encuentra presurizada. En esta bodega se pueden transportar animales, hasta una cierta cantidad para la cual está diseñado el sistema de ventilación. Ver post.

Un fallo en la presurización cuando se vuela en altura de crucero significa un descenso de emergencia. En estos casos hay que tratar de llegar a una altura en la que la respiración sea posible sin ayuda de máscaras. De la misma manera si un avión se encuentra presurizado no podrá abrir sus puertas al aterrizar. 

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