Sistemas de Potencia Auxiliar (APU) en Aeronaves

La Unidad de Potencia Auxiliar (APU) es un conjunto de motor autónomo diseñado para hacer que la aeronave sea independiente de la ayuda de energía exterior. Su propósito principal es suministrar energía eléctrica y neumática en tierra y, en algunos casos, energía hidráulica (para arranque de motores, presurización y aire acondicionado).

Unidades de Apoyo en Tierra

Estas unidades se utilizan exclusivamente en tierra para proporcionar servicios a la aeronave:

• GPU (Ground Power Unit): Suministra energía eléctrica. Pueden ser fijas o móviles, o directamente de la red eléctrica del aeropuerto.
• ASU (Air Start Unit): Unidades neumáticas para la puesta en marcha de los motores, equipadas con compresores (para presurización).
• ACU (Air Conditioning Unit): Unidad neumática para suministrar aire acondicionado con compresores.
• GTCP (Gas Turbine Compressor Power Unit): Turbinas de gas móviles que suministran energía eléctrica y neumática en tierra.

Características Generales de la APU

• En general, la APU puede funcionar hasta 9.000 pies de altitud y en condiciones de formación de hielo.
• La APU es una turbina de gas de tipo turboeje. Su arranque se realiza mediante un motor eléctrico acoplado a la caja de accesorios.

Instalación de la APU

Se instala comúnmente en el cono de cola del avión. También puede ubicarse en los planos (alas) y en la parte inferior del fuselaje central.

Ventajas de la Instalación de la APU

• Dispone de espacio adecuado para la instalación.
• Disminución del nivel de ruido.
• Reducción de la contaminación.
• Menos riesgo de incendio.

En aviones militares, la APU se ubica en el compartimiento de las góndolas del tren de aterrizaje.

Tipos de APU y Sistemas de Sangrado

Existen dos tipos principales de APU según su transmisión: mecánica directa o por presión neumática. Los sistemas de sangrado incluyen: sangrado directo del compresor de la APU y sangrado del compresor de carga.

Transmisión Mecánica Directa

• Típico en aviones militares.
• Solo proporciona energía mecánica.
• Son muy simples, de bajo coste y baja potencia.
• Se utilizan principalmente para el arranque.

Presión Neumática

• Genera corriente eléctrica y presión neumática.
• Se utiliza para climatización y el sistema de arranque.

Sangrado Directo del Compresor de la APU

La presión neumática se obtiene de un sangrado dispuesto directamente del generador de gas de la APU, es decir, del propio compresor.

Sangrado del Compresor de Carga

Es la opción preferida para aviones comerciales, aunque es más costosa. Se sangra del compresor de carga, al cual la APU suministra aire. Ofrece una mejor adaptación al avión.

Requisitos de Diseño y Operación de la APU

• Integración eficiente en el avión.
• Envolvente de reencendido en el aire muy amplia.
• Relación potencia-peso muy alta.
• Menor nivel de ruido.
• Retención de los discos de la turbina ante la posibilidad de fragmentación.

Envolvente de Reencendido en el Aire Muy Amplia

Es el doble que la de turbohélices y turboejes. Permite el funcionamiento hasta 39.000 pies de altitud y temperaturas de -40°C a -70°C.

Relación Potencia-Peso Muy Alta

Debe contribuir lo mínimo posible al momento de encabritado del avión. Para disminuir el peso, la APU trabaja a menor temperatura que los motores principales (aproximadamente 400°C).

Amortiguador de Ruido

Las APU equipan compresores centrífugos donde el aire alcanza velocidades de 1 a 1.3 Mach, generando un ruido considerable. Para mitigarlo, se montan forros antirruido y se optimiza el diseño de álabes y su separación.

Requisitos del Sistema de Lubricación

• Consumo de 0.01 l/h.
• Sistema de refrigeración para alta altitud.

Retención de Fragmentos de Disco de Turbina

Se utilizan discos envolventes para el compresor y la turbina, así como anillos de retención para contener posibles fragmentos.

Panel de Control en Tierra de la APU

El arranque se realiza pulsando los interruptores «BAT» y «MASTER» en cabina. El panel permite detener la APU en caso de fuego y activar las botellas extintoras.

Causas de Parada Automática de la APU

La APU puede detenerse automáticamente por diversas razones de seguridad o funcionamiento:

• Alta temperatura de gases de escape.
• Pérdida de señal de la temperatura de gases.
• Sobrevelocidad.
• Baja presión de aceite.
• Sobrecalentamiento del conducto de suministro de aire de sangrado.
• Detección de fuego.
• Exceso de velocidad y altitud establecida.
• Durante aterrizaje y despegue (en algunos sistemas).

Instalación de Grupos Motopropulsores (Motores de Aeronaves)

La planta de potencia se sitúa sobre unos montantes, debiendo evitarse la transmisión de vibraciones. En el montaje se deben tener en cuenta el varillaje, el cableado y las tuberías. Los cables se agrupan en mazos de suelta rápida. Los motores se montan en la parte inferior de las alas, en los lados del fuselaje o insertados en el fuselaje o las alas. Los motores turbohélices están limitados a las alas o al morro. Los motores se enumeran de izquierda a derecha, mirando desde su parte posterior.

Configuración del Mamparo Cortafuegos

Reduce la posibilidad de propagación de fuego en el motor. Las zonas del motor, como las plataformas de las góndolas, suelen estar ventiladas para evitar la acumulación de vapores inflamables y están provistas de un adecuado sistema de drenaje.

Carenado y Capós del Motor

Son el recubrimiento que proporciona una línea aerodinámica y protección al motor y a sus accesorios. Generalmente son de revestimiento de fibra de vidrio y se montan en el pilón. A estos montajes de motor se les denomina «parte exterior expuesta» o «parte interior sumergida».

Panel Acústico y Soportes del Motor

Los paneles acústicos son simples, de acero. El soporte delantero soporta movimientos axiales, verticales y laterales, mientras que el soporte trasero soporta la carga vertical. Ambos soportan los esfuerzos de tracción o empuje del motor.

Montantes Antivibración

Se utilizan tacos de goma para reducir las vibraciones, que pueden ser de tres tipos:

• Rígidos: Poco flexibles, se utilizan poco y en motores de poca potencia.
• Elastoméricos: Fabricados de goma, ofrecen buena amortiguación y aislamiento. Son los más usados, pero tienen un límite de vida y menor resistencia a la corrosión.
• Fluidos: Poseen un valor de rigidez dinámica aproximadamente del 25% de los aisladores elastoméricos.