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Grupo auxiliar de potencia - Monografía



 
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APU



El grupo auxiliar de potencia (Auxiliary Power Unit), es un conjunto motriz, autónomo , que puede proporcionar hasta tres funciones básicas en el avión donde se instala:

-   Par de giro para puesta en marcha de los motores del avió, bien en forma de transmisión mecánica directa o en forma de energía neumática para la turbina de aire.
-   Energía eléctrica.
-  Aire comprimido para servicio del avión cuando está en tierra, y opcionalmente en vuelo si es necesario.

Según la fase de operación del avión, estas funciones se dividen típicamente así:

A.    En tierra:


El APU puede proporcionar aire sangrado de su propio compresor para puesta en marcha de los motores y para el sistema de acondicionamiento de aire. Además suministra energía eléctrica al sistema general del avión.

B.    En vuelo:


El APU actúa normalmente como sistema de respaldo para otros sistemas del avión, y puede suministrar estos servicios:

-  Energía eléctrica.
-  Neumático para acondicionamiento en el  aire.
-   Antihielo de planos principales.

C.    En despegue:


Como modo adicional presente en algunos aviones, el APU proporciona aire a presión para el acondicionamiento en cabina. Esta función se incluye con el fin de mejorar la prestación de los motores principales durante el despegue, sin detrenimiento del empuje.

El grupo auxiliar de potencia se suele instalar en el cono de cola del avión, aislado del resto de compartimientos por un tabique cortafuegos..
La ubicación del grupo en el cono de cola ofrece ventajas singulares (Fig. 1).
Es cierto que se encuentra lejos de los receptores de energía finales a loa que sirve, pero a favor de tal posición encontramos.

-   El espacio amplísimo que encuentra en el cono de cola.
-  Disminución del nivel de ruido.
-   Reducción de contaminación por al nivel del suelo por gases de escape del APU.
-  Disminución del riesgo general del avión en caso de incendio incontrolado en el compartimiento del APU.
-  Disminución del riesgo general en caso de fragmentación de algún disco del rotor o turbina del turboeje del APU.

Desde el punto de vista motriz, el APU es un turboeje.
En su aplicación como grupo auxiliar de potencia, tiene requisitos funcionales y operativos mucho más estrictos que el mismo motor turboeje para aplicaciones turbohélices o helicópteros.

El turboeje para APU puede ser de turbina fija o de turbina libre.



Para potencias de salida pequeñas y medias, digamos inferiores a 1.600 CV, el motor del APU suele ser tipo turbina fija. Por tanto es un turboeje de un solo árbol. Tal preferencia se explica por costes, peso y buena estabilidad de velocidad de rotación que tiene este tipo de motor, aunque el de dos ejes (turbina libre) tampoco tiene problemas en esta última faceta.

El turboeje de turbina fija tiene una respuesta muy rápida de cambio de las revoluciones frente a las variaciones de carga que se imponen sobre la unidad. La estabilidad de velocidad de giro es, en principio, muy apropiada para el suministro de corriente eléctrica alterna de frecuencia lo más constante posible, este tipo de turboeje tiene respuesta rápida a los cambios de carga del sistema eléctrico del avión. Además, como consideración económica, el turboeje de un solo eje es más barato que su compartida de dos ejes independiente.

El turboeje para grupos APU de potencia superior a la indicada anteriormente, que ya es de mayor tamaño, suele ser de dos ejes, esto es de tipo de turbina libre.
La ventaja fundamental que aporta ahora este motor es que la puesta en marcha del propio APU es más fácil, pues posee dos turbinas que giran de forma independiente, a distinta velocidad angular. Así, para la puesta en marcha solo es preciso mover el conjunto rotatorio de alta presión. El arrastre aerodinámico (corriente de aire inducida por el compresor) que produce la rotación de este conjunto pone en movimiento al de baja presión.

En efecto, puesto que el compresor y la turbina tienen ahora mayor diámetro ( son turboejes de mayor tamaño) quiere decirse que el momento cinético de los grupos giratorios es alto.
Así pues, la mayor inercia d giro suele ser suficiente para sastifacer los requisitos que impone la estabilidad de velocidad angular y de frecuencia constante de la corriente eléctrica de suministro.
En fin, los modernos sistemas de control de combustible del APU son también digitales, al igual que los empleados en los motores de propulsión.

Tipos de APU:



Desde el punto de vista mecánico los grupos APU se clasifican en dos categorías:

1.    Grupos de arranque de transmisión mecánica.
2.    Grupos de arranque neumático.

Grupos de arranque de transmisión mecánica:



Es una unidad típica de empleo en aviación militar. El APU transmite al motor el movimiento de giro necesario por medios mecánicos. el APU consta del generador de gas y una turbina de potencia que transmite un par de giro a la caja de engrajes del turborreactor. La caja de engrajes del turborreactor, a su vez, hace girar el eje del motor principal para la puesta en marcha.
El APU mecánico se pone en marcha mediante un motor eléctrico, alimentado con corriente de os acumuladores eléctricos a bordo. Una vez encendida la cámara de combustión del generador de gas del APU se dispone de potencia mecánica en el eje de salida de la unidad.
Su característica operacional es la simplicidad, bajo coste y potencia de salida pequeña.

Grupos de arranque neumático:


Los grupos de arranque neumático poseen en origen la virtualidad de cumplir las tres funciones básicas de la unidad auxiliar de potencia, citadas anteriormente. La expresión “grupo auxiliar de potencia” debe reservarse para estas unidades, de empleo en la aviación comercial.

Los grupos auxiliares de potencia neumáticos pueden ser de uno o dos ejes. Sin embargo, la clasificación práctica más importante de estas unidades se establece por el modo de alimentación de aire de servicio a los sistemas del avión.

Según esta clasificación pueden ser:

A.    Grupos con alimentación de aire por compresor de prioridad.
B.    Grupos con alimentación de aire con compresor de carga.

Grupos con alimentación de aire por compresor de prioridad:



Aquí el arrancador por turbina de aire del sistema de puesta en marcha del motor propulsor se alimenta con aire a presión procedente del compresor centrífugo del propio APU.
El flujo de aire comprimido se divide a la salida del compresor en dos ramas, según la prioridad de funciones en un momento de funcionamiento determinado.
Una rama se dirige a la cámara de combustión del APU y la otra se canaliza hacia la turbina de aire de puesta en marcha del turborreactor. obviamente la función de alimentar con aire la cámara de combustión del propio APU tiene siempre prioridad sobre la cesión de aire de servicio al exterior.


Grupos con alimentación de aire con compresor de carga:



En este caso, la turbina de potencia del APU conduce a un compresor centrífugo independiente, llamado compresor de carga. El comrpresor de carga admite aire exterior por su boca de entrada, y lo comprime. El aire comprimido pasa ala turbina de aire para la puesta en marcha del turboreactor y/o servicios neumáticos del avión. El APU con compresor de carga permite mejor adaptación del grupo alas necesidades de aire de servicio del avión. Es la solución óptima para aviones polimotores. Por ello es el más usado en aviones comerciales.

Autor:

Paula Emilce





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