Las APU y sus usos

Una unidad de potencia auxiliar (APU) es un dispositivo que proporciona energía para tras funciones distintas de la propulsión. Las APU de las aeronaves generalmente producen una corriente alterna (CA) de 115 V y 400 Hz (en lugar de 50/60 Hz en la red eléctrica), para hacer funcionar los sistemas eléctricos de la aeronave. También tienen otras funciones que vamos a ver aquí. El primer avión reactor que incorporó una de estas unidades fue el Boeing 727 en 1963. Con este dispositivo el 727 podía ser independiente, pudiendo operar en pequeños aeropuertos aunque no contaran con corriente  eléctrica o aire para el arranque de motores.

Esta turbina que se muestra arriba equipaba los Boeing 727-100 y los 727-200 en 1965. Se utilizaba cuando los motores del avión no estaban funcionando. Esta turbina incorporaba un estrater, un generador, un sistema de inyección de combustible y una válvula de aire de sangrado. El generador puede proveer de corriente eléctrica a todos los sistemas del avión. El aire de sangrado puede suministrar el volumen suficiente para que los paquetes de aire acondicionado funcionen sin problemas en tierra. El precio de esta unidad en 1965 era de 67.000 dólares. 

Arranque de las APU

Estos dispositivos en realidad son pequeños motores a reacción. Al ser lo suficientemente pequeños, pueden ser arrancados eléctricamente. Por lo tanto, estas unidades de potencia auxiliar utilizan la energía de la batería o un carro eléctrico de tierra para hacer girar su motor. El arranque es inicialmente eléctrico, y luego se introduce el combustible una vez que el motor gire lo suficientemente rápido. Es algo parecido al arranque de un motor a reacción, solo que estos últimos se mueven inicialmente con aire. Dependiendo del diseño, el motor eléctrico actuará como un generador para suministrar energía eléctrica a la aeronave o se desacoplará cuando se use un generador separado.

La APU girará una vez arrancada y este movimiento se utilizará para mover el generador eléctrico que lleva incorporado. Cuando comience la secuencia de arranque de los motores, se 'robará' algo de aire a presión de su compresor para suministrar "aire de purga" o "aire de sangrado" para el arranque del motor. Los paquetes de aire acondicionado tambien pueden ser operados con aire proveniente de la APU.

La APU de un Boeing 747-400 es tan grande como un coche utilitario y puede costar más de un millón de dólares. Las APU grandes como en el Boeing 777 tienen en realidad dos métodos de arranque: tienen un motor de arranque impulsado por aire y eléctrico. El método de operación es el siguiente: cuando la APU se inicia con los motores apagados, se utiliza la energía eléctrica de la batería o la conexión a tierra. Después del vuelo, la APU se pone en marcha antes de que se apaguen los motores principales. En ese caso, la APU se arranca accionada por aire en lugar del motor eléctrico, con aire a presión suministrado por los motores principales que aún funcionan.

Dependiendo del tamaño, la APU tardará entre 30 segundos y 2 minutos en terminar un arranque. La gran APU del 777 entregará energía eléctrica después de 2 minutos más o menos. En los E-Jet la APU entra en línea (eléctrica) cuando se alcanza el 93% de revoluciones + 3 segundos. Algo más tarde se puede utilizar la purga de aire. Esto se debe a que utilizar el aire de sangrado del compresor aumenta la temperatura de los gases de escape de la APU y lo deseable es que la APU se caliente de manera uniforme. Lo mismo puede ser aplicable para el proceso de apagado:

1.- Se cierra la válvula de purga de aire
2.- Se deja que la APU continúe funcionando durante uno o dos minutos más o menos para enfriarse.

Luego se apaga por completo. Esto reduce el estrés térmico en la unidad. En aviones modernos como el A220 (CSeries) o los E-Jet, este proceso está automatizado: se coloca el interruptor selector de APU en OFF y eso cerrará la válvula de aire de sangrado, iniciará un período de enfriamiento de 1 o 2 minutos y finalmente apagará la APU por completo. La única forma de apagarlo de inmediato es, de hecho, la utilización de alguna palanca o botón pulsador de emergencia/FIRE. En una utilización normal, se encenderá la APU mientras se está haciendo la rodadura, después del aterrizaje. Lo que se desea es que esté en funcionamiento y listo para hacerse cargo del aire acondicionado cuando esté en la puerta de atraque. Algunas APU como las que se encuentran en los CSeries tienen varias configuraciones para la extracción de aire de sangrado, dependiendo del númeo de pasajeros a bordo.

Otros usos y servicios de las APU

Para el despegue, se puede utilizar el aire de sangrado de la APU para suministrar el sistema de presión de aire de la cabina y así reducir la carga en los motores. Esta aplicación para el despegue dará lugar a una reducción significativa en la longitud de la pista requerida. Esto se usa habitualmente en pistas cortas.

El aire de sangrado de la APU para alimentar los paquetes de aire y la presurización de la cabina, ayuda significativamente a aumentar las prestaciones de la aeronave en condiciones donde se debe emplear el mayor empuje de los motores. Durante el vuelo, en caso de fallo del generador principal o en caso de fallo del motor completo, el generador de la APU puede ser utilizado para reemplazar el generador defectuoso del motor.

Para incrementar la vida del motor. Si se usa aire de purga del APU (para presurizar la cabina/aire acondicionado) en el despegue normal, las temperaturas máximas del motor serán más bajas durante el despegue. Esto aumenta la vida útil del motor ya que la temperatura máxima del motor es el factor principal de la vida útil del motor. Es significativamente más barato reemplazar una APU que un motor. En todos los casos anteriores, existen algunas restricciones en el funcionamiento de la APU. No puede utilizarse para el aire acondicionado por encima de 15.000 pies o no se permite la operación por encima de 33.000 pies en los E-Jet.

• APU starter duty cycle:  Attempts 1-2: 1 MIN ON/ 1 MIN OFF - Attempt 3: 1 MIN ON/ 5 MIN OFF
• APU max start altitude: 30,000 feet
• APU max operation altitude: 33,000 feet
• APU gen max operating altitude: 33,000 feet
• APU bleed Max altitude: 15,000 feet
• APU start assist Max altitude: 21,000 feet