Una unidad de potencia auxiliar ( APU ) es un dispositivo en un vehículo que proporciona energía para funciones distintas de la propulsión . Se encuentran comúnmente en grandes aviones y barcos navales, así como en algunos vehículos terrestres grandes. Las APU de aeronaves generalmente producen voltaje de 115 V CA a 400 Hz (en lugar de 50/60 Hz en el suministro de red), para hacer funcionar los sistemas eléctricos de la aeronave; otros pueden producir una tensión de 28 V CC . [1] Las APU pueden proporcionar energía a través de sistemas monofásicos o trifásicos .
Aviones de transporte
Historia
Durante la Primera Guerra Mundial , los dirigibles de la clase British Coastal , uno de los varios tipos de dirigibles operados por la Royal Navy , llevaban un motor auxiliar ABC de 1,75 caballos de fuerza (1,30 kW) . Estos alimentaban un generador para el transmisor de radio de la nave y, en caso de emergencia, podían alimentar un soplador de aire auxiliar. [Nota 1] [2] Uno de los primeros aviones militares de ala fija en utilizar un APU fue el británico Supermarine Nighthawk de la Primera Guerra Mundial , un caza nocturno anti-Zeppelin . [3]
Durante la Segunda Guerra Mundial , varios aviones militares estadounidenses grandes fueron equipados con APU. Estos se conocían típicamente como putt-putts , incluso en los documentos oficiales de entrenamiento. El putt-putt del bombardero B-29 Superfortress se instaló en la sección sin presión en la parte trasera del avión. Se utilizaron varios modelos de motores de cuatro tiempos, bicilíndrico plano o bicilíndrico en V. El motor de 7 caballos de fuerza (5,2 kW) impulsaba un generador de CC, P2 , de 28,5 voltios y 200 amperios (varios de los mismos generadores P2 , impulsados por los motores principales , eran la fuente de alimentación de CC del B-29 en vuelo). El putt-putt proporcionó potencia para arrancar los motores principales y se usó después del despegue a una altura de 10,000 pies (3,000 m). El putt-putt se reinició cuando el B-29 descendía a tierra. [4]
Algunos modelos del B-24 Liberator tenían un putt-putt instalado en la parte delantera del avión, dentro del compartimiento de la rueda de morro. [5] Algunos modelos del avión de transporte Douglas C-47 Skytrain llevaban un putt-putt debajo del piso de la cabina. [6]
Como APU mecánicas de "arranque" para motores a reacción
Los primeros motores a reacción alemanes construidos durante la Segunda Guerra Mundial utilizaron un sistema de arranque APU mecánico diseñado por el ingeniero alemán Norbert Riedel . Consistía en un motor plano de dos tiempos de 10 caballos de fuerza (7,5 kW) , que para el diseño Junkers Jumo 004 estaba oculto en el desviador de admisión, esencialmente funcionando como un ejemplo pionero de una unidad de potencia auxiliar para arrancar un motor a reacción. Un agujero en la punta extrema del desviador contenía un tirador manual que arrancaba el motor de pistón, que a su vez hacía girar el compresor. Existían dos puertos de acceso a las bujías en el desviador de admisión del Jumo 004 para dar servicio a los cilindros de la unidad Riedel in situ, con fines de mantenimiento. En la entrada anular se instalaron dos pequeños depósitos de "premezcla" para el combustible de gasolina / aceite de Riedel . El motor se consideró un diseño de carrera extremadamente corta (diámetro / carrera: 70 mm / 35 mm = 2: 1) para que pudiera caber dentro del desviador de admisión de motores a reacción como el Jumo 004. Para la reducción, tenía un engranaje planetario integrado . Fue producido por Victoria en Nuremberg y sirvió como un motor de arranque mecánico estilo APU para los tres diseños de motores a reacción alemanes que llegaron al menos a la etapa de prototipo antes de mayo de 1945: el Junkers Jumo 004 , el BMW 003 (que parece ser único utilizar un motor de arranque eléctrico para la APU de Riedel), [7] y los prototipos (19 construidos) del motor Heinkel HeS 011 más avanzado , que lo montó justo encima del conducto de admisión en la chapa metálica de Heinkel de la nariz de la góndola del motor. [8]
El Boeing 727 de 1963 fue el primer avión de pasajeros en contar con una APU de turbina de gas , lo que le permitió operar en aeropuertos más pequeños, independientemente de las instalaciones terrestres. La APU se puede identificar en muchos aviones modernos por un tubo de escape en la cola del avión. [9]
Secciones
Una APU de turbina de gas típica para aviones de transporte comercial consta de tres secciones principales:
Sección de potencia
La sección de potencia es la parte del motor que genera gas y produce toda la potencia del eje para la APU. [10]
Sección de compresor de carga
El compresor de carga es generalmente un compresor montado en un eje que proporciona energía neumática a la aeronave, aunque algunas APU extraen el aire de purga del compresor de la sección de energía. Hay dos dispositivos accionados: las paletas de guía de entrada que regulan el flujo de aire al compresor de carga y la válvula de control de sobretensión que mantiene el funcionamiento estable o libre de sobretensión de la máquina turbo. [10]
Sección de caja de cambios
La caja de cambios transfiere energía desde el eje principal del motor a un generador enfriado por aceite para energía eléctrica. Dentro de la caja de cambios, la potencia también se transfiere a los accesorios del motor, como la unidad de control de combustible, el módulo de lubricación y el ventilador de refrigeración. También hay un motor de arranque conectado a través del tren de engranajes para realizar la función de arranque de la APU. Algunos diseños de APU utilizan una combinación de arrancador / generador para el arranque de APU y la generación de energía eléctrica para reducir la complejidad.
En el avión Boeing 787 más eléctrico, la APU solo entrega electricidad al avión. La ausencia de un sistema neumático simplifica el diseño, pero la alta demanda de electricidad requiere generadores más pesados. [11] [12]
Se están investigando APU de pila de combustible de óxido sólido a bordo ( SOFC ). [13]
Fabricantes
El 4 de junio de 2018, Boeing y Safran anunciaron su asociación 50-50 para diseñar, construir y reparar APU después de la aprobación regulatoria y antimonopolio en la segunda mitad de 2018. [14] Boeing produjo varios cientos de pequeños turboejes T50 / T60 y sus derivados en principios de la década de 1960. Safran produce APU de helicópteros y aviones comerciales, pero detuvo las APU grandes desde que Labinal abandonó la empresa conjunta APIC con Sundstrand en 1996. [15]
Esto podría amenazar el dominio de Honeywell y United Technologies . [16] Honeywell tiene una participación del 65% en el mercado principal de APU y es el único proveedor del A350 , el B777 y todos los pasillos únicos : B737 MAX , Airbus A220 (anteriormente Bombardier CSeries), Comac C919 , Irkut MC-21 y A320neo desde que Airbus eliminó la opción P&WC APS3200 . P&WC reclama el 35% restante con el A380 , B787 y B747-8 . [15]
La empresa conjunta Boeing / Safran debería tardar al menos una década en alcanzar los 100 millones de dólares en ingresos por servicios. El mercado de producción de 2017 valía 800 millones de dólares (88% civil y 12% militar), mientras que el mercado de MRO valía 2.400 millones de dólares, repartidos equitativamente entre civiles y militares. [17]
Astronave
Las APU del transbordador espacial proporcionaron presión hidráulica . El transbordador espacial tenía tres APU redundantes , alimentadas por combustible de hidracina . Solo estaban encendidos para el ascenso, el reingreso y el aterrizaje. Durante el ascenso, las APU proporcionaron energía hidráulica para hacer girar los tres motores del Shuttle y controlar sus válvulas grandes, y para el movimiento de las superficies de control . Durante el aterrizaje, movieron las superficies de control, bajaron las ruedas y accionaron los frenos y la dirección de la rueda de morro. El aterrizaje podría lograrse con solo una APU funcionando. [18] En los primeros años del Transbordador hubo problemas con la confiabilidad de la APU, con fallas en tres de las primeras nueve misiones del Transbordador. [Nota 2]
Armadura
Las APU están instaladas en algunos tanques para proporcionar energía eléctrica sin el alto consumo de combustible y la gran firma infrarroja del motor principal. Ya en la Segunda Guerra Mundial, el M4 Sherman estadounidense tenía una pequeña APU accionada por motor de pistón para cargar las baterías del tanque, una característica que el tanque T-34 de producción soviética no tenía. [23]
Vehículos comerciales
Un semirremolque de alimentos refrigerados o congelados o un vagón de tren pueden estar equipados con una APU independiente y un tanque de combustible para mantener bajas temperaturas mientras están en tránsito, sin la necesidad de una fuente de energía externa suministrada para el transporte. [ cita requerida ] [24]
En algunos motores diésel más antiguos, se utilizó una APU en lugar de un motor eléctrico para arrancar el motor principal. Estos se utilizaron principalmente en grandes piezas de equipo de construcción. [25] [26]
Celdas de combustible
En los últimos años, los fabricantes de camiones y pilas de combustible se han unido para crear, probar y demostrar una APU de pila de combustible que elimina casi todas las emisiones [27] y utiliza combustible diesel de manera más eficiente. [28] En 2008, una asociación patrocinada por el DOE entre Delphi Electronics y Peterbilt demostró que una celda de combustible podía proporcionar energía a los componentes electrónicos y al aire acondicionado de un Peterbilt Modelo 386 en condiciones simuladas de "ralentí" durante diez horas. [29] Delphi ha dicho que el sistema de 5 kW para camiones Clase 8 se lanzará en 2012, [ necesita actualización ] a un precio de $ 8000-9000 que sería competitivo con otras APU diésel de dos cilindros de "rango medio", si pudieran para cumplir con esos plazos y estimaciones de costos. [28]
Ver también
- Sistema de arranque neumático
- Sistema hidraulico auxiliar
- Arrancador de motor Coffman : un sistema similar que utiliza un cartucho explosivo para suministrar presión de gas
- Potencia de cabecera
- Energía eléctrica del hotel
- HVAC
- Turbina de aire ram
Notas
- ^ Se necesitaba un suministro continuo de aire presurizado para mantenerinflados los Ballonets de la aeronavey así mantener la estructura de la bolsa de gas. En vuelo normal, esto se recogió de la corriente de deslizamiento de la hélice mediante una toma de aire.
- ^ Fallos de APU de Early Shuttle:
- STS-2 (noviembre de 1981): durante una espera en la plataforma de lanzamiento, se descubrieron altas presiones de aceite en dos de las tres APU. Las cajas de cambios debían lavarse y los filtros reemplazarse, lo que obligó a reprogramar el lanzamiento. [19]
- STS-3 (marzo de 1982): Una APU se recalentó durante el ascenso y tuvo que ser apagada, aunque luego funcionó correctamente durante el reingreso y el aterrizaje. [20] [21]
- STS-9 (noviembre-diciembre de 1983): durante el aterrizaje, dos de las tres APU se incendiaron. [22]
Referencias
- ^ "Sistemas eléctricos de 400 Hz" . Pregúntele a un científico espacial . Aerospaceweb.org.
- ^ Abbott, Patrick (1989). El dirigible británico en guerra, 1914-1918 . Terence Dalton. pag. 57. ISBN 0861380738.
- ^ Andrews y Morgan 1987, p. 21.
- ^ Wolf, William (2005). Boeing B-29 Superfortress: el look definitivo: desde la mesa de dibujo hasta el VJ-Day . Schiffer. pag. 205. ISBN 0764322575.
- ^ Livingstone, Bob (1998). Bajo la Cruz del Sur: El B-24 Liberator en el Pacífico Sur . Turner Publishing Company. pag. 162. ISBN 1563114321.
- ^ Ethell, Jeffrey; Downie, Don (2004). Flying the Hump: en color original de la Segunda Guerra Mundial . Impresión Zenith. pag. 84. ISBN 0760319154.
- ^ Schulte, Rudolph C. (1946). "Análisis de diseño del BMW 003 Turbojet -" Arranque del motor " " . legendsintheirowntime.com . Fuerza Aérea del Ejército de los Estados Unidos - Desarrollos de turbinas turbojet y Gus, HQ, AAF . Consultado el 3 de septiembre de 2016 .
El procedimiento de arranque es el siguiente: El motor de arranque se ceba cerrando el interruptor de cebado eléctrico, luego se encienden el encendido del turborreactor y el encendido y el motor de arranque eléctrico del motor Riedel (este motor también se puede arrancar manualmente tirando de un cable). Una vez que la unidad Riedel ha alcanzado una velocidad de aproximadamente 300 rpm, se acopla automáticamente al eje del compresor del turborreactor. Aproximadamente a 800 rpm del motor de arranque, se enciende la bomba de combustible de arranque y, a 1200 rpm, se enciende el combustible principal (J-2). El motor de arranque se mantiene enganchado hasta que el turborreactor alcanza las 2000 rpm, momento en el que se apagan el motor de arranque y el combustible de arranque, y el turborreactor acelera rápidamente a una velocidad nominal de 9.500 rpm con el combustible J-2.
- ^ Gunston 1997, p. 141.
- ^ Vanhoenacker, Mark (5 de febrero de 2015). "¿Qué es ese agujero en la cola de un avión?" . Pizarra . Consultado el 20 de octubre de 2016 .
- ^ a b "La APU y sus beneficios | Soluciones AERTEC" . www.aertecsolutions.com . Consultado el 20 de junio de 2018 .
- ^ Sinnet, Mike (2007). "Ahorro de combustible y mejora de la eficiencia operativa" (PDF) . Boeing . Consultado el 17 de enero de 2013 .
- ^ Ogando, Joseph, ed. (4 de junio de 2007). "Evolución del motor 787 Dreamliner Spurs 'más eléctrico' de Boeing: En el 787, Boeing eliminó el aire de purga y se basó en gran medida en los generadores de arranque eléctrico" . Noticias de diseño . Archivado desde el original el 6 de abril de 2012 . Consultado el 9 de septiembre de 2011 .
- ^ Spenser, Jay (julio de 2004). "Pilas de combustible en el aire" . Boeing Frontiers . 3 (3).
- ^ Safran , Boeing (4 de junio de 2018). "Boeing y Safran acuerdan diseñar, construir y dar servicio a unidades de potencia auxiliares" (Comunicado de prensa).
- ^ a b Stephen Trimble (5 de junio de 2018). "¿Cómo la empresa Boeing-Safran revolucionará las APU?" . Flightglobal .
- ^ Stephen Trimble (4 de junio de 2018). "Boeing y Safran se asocian para revolucionar el mercado de APU" . Flightglobal .
- ^ Kevin Michaels (27 de junio de 2018). "Opinión: ¿Por qué Boeing se lanza a la producción de APU?" . Semana de la aviación y tecnología espacial .
- ^ "Sistema Hidráulico" . spaceflight.nasa.gov . NASA . Consultado el 8 de febrero de 2016 .
- ^ "Archivos de la misión del transbordador espacial STS-2" . www.nasa.gov . NASA . Consultado el 18 de febrero de 2016 .
- ^ "Archivos de la misión del transbordador espacial STS-3" . www.nasa.gov . NASA . Consultado el 18 de febrero de 2016 .
- ^ Lousma, Jack R. (15 de marzo de 2010). "Jack R. Lousma Editó la transcripción de la historia oral" . Proyecto de Historia Oral del Centro Espacial Johnson de la NASA (Entrevista). Entrevistado por Ross-Nazzal, Jennifer . Consultado el 18 de febrero de 2016 .
- ^ "Archivos de la misión del transbordador espacial STS-9" . www.nasa.gov . NASA . Consultado el 18 de febrero de 2016 .
- ^ Loza, Dimitri (21 de septiembre de 2010). "Memorias de la Segunda Guerra Mundial IRemember.ru" . iremember.ru/en . Recuerde . Consultado el 13 de junio de 2017 .
Aún así, una gran ventaja del Sherman estaba en la carga de sus baterías. En nuestro T-34 era necesario hacer funcionar el motor, todos los 500 caballos de fuerza, para cargar las baterías. En el compartimiento de la tripulación del Sherman había un motor de gasolina auxiliar, pequeño como el de una motocicleta. Póngalo en marcha y cargó las baterías. ¡Esto fue muy importante para nosotros!
- ^ "Exenciones de peso de vehículos para APU" .
- ^ Orlemann, Eric. Crónica de Caterpillar: Historia de los mayores movimientos de tierra . pag. 35. ISBN 9781610605779.
- ^ "Willard contra Caterpillar, Inc. (1995)" . Ley Justia . Consultado el 13 de diciembre de 2016 .
- ^ Broderick, Christie-Joy; Timothy Lipman; Mohammad Farshchi; Nicholas Lutsey; Harry Dwyer; Daniel Sperling; William Gouse; Bruce Harris; Foy King (2002). "Evaluación de unidades de potencia auxiliares de pila de combustible para camiones diésel de servicio pesado" (PDF) . Transporte de la Parte D de Investigación . Elsevier Sciences Ltd. págs. 303–315. Archivado desde el original (PDF) el 3 de abril de 2012 . Consultado el 27 de septiembre de 2011 .
- ^ a b Weissler, Paul (12 de mayo de 2010). "APU de celda de combustible de camión Delphi llegará a la carretera en 2012" . Electrificación de vehículos . Consultado el 27 de septiembre de 2011 .
y Delphi dice que tendrá una APU de 5 kW en el mercado en 2012.
- ^ Jacobs, Mike (19 de marzo de 2009). "La celda de combustible de óxido sólido impulsa con éxito la cabina y el dormitorio del camión en una prueba patrocinada por el DOE" . NETL: Comunicado de prensa . Laboratorio Nacional de Tecnología Energética . Consultado el 27 de septiembre de 2011 .
enlaces externos
- "APU del transbordador espacial Orbiter"
- "Sonido de una APU desde el interior de la cabina de un Boeing 737"
- El motor de arranque Riedel en: Messerschmitt Me 262B en detalle; El fuselaje, los motores y la capota.
- Video de YouTube del motor a reacción Junkers Jumo 004 restaurado, comenzando con APU Riedel "integral", a partir de septiembre de 2019