Sistemas de refrigeración en aeronaves

José María Aparicio

José María Aparicio

AERTEC Solutions / Aerospace & Defence Systems

 

Calor y temperatura son dos conceptos tan estrechamente relacionados que coloquialmente pueden usarse como sinónimos, pero hablando con propiedad, mientras que la temperatura cuantifica la velocidad o energía con la que se mueven los átomos de la materia, el calor es la transferencia de esta energía entre dos materiales por el hecho de estar comunicados entre sí y estar a diferente temperatura.

La principal zona de trabajo de las aeronaves está a miles de metros de altura, donde los cambios en las condiciones térmicas obligan a usar sistemas adecuados para el control de las temperaturas; pero también en tierra…

Un objeto que se encuentre a una temperatura mayor de aquella para la que fue diseñado presentará más tarde o más temprano un problema en su funcionamiento. Por ejemplo, en los equipos electrónicos se descontrolaría la trayectoria de los electrones por lo que no se transmitirán las señales de la forma esperada. Por otro lado, un exceso extremo de temperatura puede provocar que un material pase de sólido a líquido, cambio de estado conocido como fusión. Se produce cuando los átomos se mueven tanto que se desligan unos de otros. Esto llega a pasar en algunas aeronaves o componentes que atraviesan la atmósfera en un ángulo o velocidad inadecuados, generalmente porque se ha perdido el control de ellas, y que inevitablemente acaba provocando su destrucción.

En lo que respecta a los seres vivos, también necesitamos unos niveles de temperatura acotados para que nuestro metabolismo no sufra. Conseguir este confort es básico en los aviones de pasajeros. Sin embargo, ocasionalmente aparecen noticias sobre problemas con alguna mascota que ha podido ir transportada en alguna zona no refrigerada, y por tanto no adecuada, como la bodega de carga.

Como se puede deducir, se hace necesario tener diversos sistemas de refrigeración para gestionar el calor y evitar los problemas derivados del exceso de temperatura. Una clasificación posible podría ser la siguiente:

Refrigeración en cabina

La mayoría de los aviones vuela a una altura considerable de miles de kilómetros y disponen de cabinas presurizadas para compensar el menor nivel de oxígeno en aire. A esas altitudes el aire exterior además es frío, decenas de grados bajo cero, por lo que es necesario crear una atmósfera interior con un control de temperatura semejante al sistema de aire acondicionado que tenemos en nuestras casas, pero con la gran diferencia de que el aire no proviene de una mera unidad exterior situada en una terraza o balcón, sino que se utiliza un complejo sistema de compresiones del aire que entra desde los motores. Este tratamiento consigue que suba la temperatura de la manera que se explicaba en un excelente post publicado hace algún tiempo en este mismo blog (ver post).

Refrigeración de la estructura

La estructura del avión por lo general no necesitará un sistema de protección de temperatura específico, ya que el rango de funcionamiento del material suele ser bastante elevado. Solo algunas aeronaves estratosféricas, como los transbordadores espaciales, necesitarán de protecciones térmicas adicionales. Existen diversos mecanismos, como el de añadir placas especiales al fuselaje, que sirven para soportar las altas temperaturas que se producen en la reentrada debido a la fricción con la atmósfera.

Refrigeración de equipos

Existen dos maneras de refrigerar los equipos, soplando aire con ventiladores de impulsión o extrayéndolo con ventiladores llamados de extracción. En este caso, el principio físico es aprovechar la convección térmica para que el aire absorba el calor de los objetos que rodea, el hecho de usar ventiladores provoca que haya más cantidad de aire que no haya sido calentado alrededor de este.

Por otro lado, hay que mencionar que el agua es aún mejor refrigerante que el aire gracias a su mayor calor específico, que es la cantidad de energía que puede absorber antes de incrementar su temperatura. Por eso se usa para refrigerar los coches y también ordenadores. En los automóviles la razón por la que se usa mezclado con otros aditivos es únicamente para evitar su congelación a temperaturas inferiores a 0 ºC. Pero usarlo en los aviones es un problema debido a su mayor peso, un parámetro muy a tener en cuenta en este sector.

Por último, cabe destacar que una utilidad adicional de los sistemas de gestión del calor que se está desarrollando y experimentando actualmente, aparte de la de refrigeración, es la de intentar reutilizar la energía térmica convirtiéndola en energía eléctrica. El ahorro de combustible es otro valor muy apreciado en esta industria y no cabe ninguna duda de que veremos esta tecnología implementada en pocos años.

Aircraft engine

 

 

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