Generación de energía eléctrica en aeronaves modernas
Mapa conceptual
La generación de energía eléctrica en aeronaves es crucial para su funcionamiento. Alternadores síncronos sin escobillas y unidades como el Constant Speed Driver (CSD) y el Integrated Drive Generator (IDG) aseguran una alimentación constante. Los sistemas auxiliares como la GPU y la APU proporcionan energía en tierra o durante emergencias. En situaciones críticas, la turbina de impacto de aire (RAT) y los generadores de imanes permanentes (PMG) son vitales. Las baterías garantizan el arranque de motores y la operatividad en emergencias.
Resumen
Esquema
Generación de Energía Eléctrica en Aeronaves
En las aeronaves modernas, la generación de energía eléctrica es un proceso complejo y vital que se lleva a cabo mediante alternadores síncronos sin escobillas. Estos alternadores están compuestos por varios componentes clave: un generador de imanes permanentes (PMG), un estator de excitación, un rotor de excitación, un estator de potencia y un rotor de potencia, todos acoplados en un mismo eje. El PMG es el encargado de generar una señal de tensión y frecuencia variable, que es modulada por la unidad de control y regulación (GCU). Esta unidad ajusta la tensión que alimenta el devanado del estator de excitación, lo que a su vez regula la tensión en el rotor de excitación. La corriente del rotor de excitación se rectifica y se suministra al rotor de potencia como corriente continua regulada. Esta corriente crea un campo magnético giratorio en el estator de potencia, que finalmente genera una señal sinusoidal trifásica de 115V/200V, conectada en configuración de estrella con un neutro común a la estructura de la aeronave.Métodos de Generación de Energía Eléctrica en Aviación
La aviación ha desarrollado diversos métodos para generar energía eléctrica, adaptándose al creciente consumo de potencia de los sistemas a bordo. Entre estos métodos se encuentra la generación a frecuencia constante, que se logra mediante un Constant Speed Driver (CSD). Este dispositivo mantiene una velocidad constante del rotor del alternador, independientemente de las revoluciones del motor principal. Una evolución de este sistema es el Integrated Drive Generator (IDG), que integra un alternador y un CSD en una sola unidad, optimizando el espacio y reduciendo peso y vibraciones. Por otro lado, la generación a velocidad variable y frecuencia constante (VS-CF) utiliza convertidores electrónicos para estabilizar la frecuencia de salida a 400 Hz, a pesar de las variaciones en la velocidad del motor. Finalmente, la generación a frecuencia variable (VF) es un método más sencillo y económico, pero puede comprometer el rendimiento de ciertos equipos electrónicos que requieren una frecuencia estable.Sistemas de Generación Auxiliar en Aeronaves
Además de los generadores principales, las aeronaves cuentan con sistemas de generación auxiliar para situaciones en las que el avión está en tierra o en caso de emergencia. La unidad de potencia en tierra (GPU) proporciona energía eléctrica cuando el avión está estacionado, permitiendo preservar el combustible y reducir la contaminación al evitar el uso de la APU. La unidad de potencia auxiliar (APU) es un pequeño motor de turbina de gas que suministra energía eléctrica y neumática, tanto en tierra como, en ciertas circunstancias, durante el vuelo. La APU puede operar simultáneamente con los generadores principales o de forma independiente y se ubica generalmente en la sección trasera del avión para facilitar la evacuación de los gases de combustión.Sistemas de Generación de Emergencia en Aviación
Los sistemas de generación de emergencia son esenciales para la seguridad en vuelo y se activan en caso de fallo de los sistemas de generación principales. La turbina de impacto de aire (RAT) se despliega automáticamente para proporcionar energía hidráulica y eléctrica a los sistemas críticos de la aeronave en caso de una pérdida total de potencia. Los generadores de imanes permanentes (PMG) ofrecen una fuente de energía de emergencia independiente de los generadores principales. Además, existen generadores de respaldo que se accionan mediante la caja de engranajes de los motores principales y están diseñados para suministrar energía a las cargas esenciales si los alternadores primarios o la APU fallan.El Papel de las Baterías en los Sistemas Eléctricos de Aeronaves
Las baterías desempeñan un papel crucial en los sistemas eléctricos de las aeronaves, actuando como una fuente de energía independiente y confiable. Son fundamentales para el arranque de los motores y para proporcionar energía durante emergencias, manteniendo la operatividad de los sistemas críticos mientras se restablecen las fuentes de generación primarias o se ejecuta un aterrizaje de emergencia. A pesar de que su capacidad está limitada por el peso que representan en la aeronave, las baterías son componentes indispensables. Los sistemas modernos de aeronaves incluyen cargadores de baterías avanzados que aseguran que las baterías se mantengan en niveles óptimos de carga durante el funcionamiento normal del avión.
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Componentes clave de la generación de energía eléctrica
Alternadores síncronos sin escobillas
Los alternadores síncronos sin escobillas son los encargados de generar energía eléctrica en las aeronaves modernas
Unidad de control y regulación (GCU)
Funcionamiento de la GCU
La GCU ajusta la tensión en el rotor de excitación para regular la corriente del rotor de potencia
Generadores de imanes permanentes (PMG)
Los PMG generan una señal de tensión y frecuencia variable que es modulada por la GCU
Métodos de generación de energía eléctrica
Generación a frecuencia constante
El Constant Speed Driver (CSD) mantiene una velocidad constante del rotor del alternador para lograr una frecuencia constante
Generación a velocidad variable y frecuencia constante (VS-CF)
Los convertidores electrónicos estabilizan la frecuencia de salida a 400 Hz en la generación a velocidad variable y frecuencia constante
Generación a frecuencia variable (VF)
La generación a frecuencia variable es un método más sencillo y económico, pero puede afectar el rendimiento de ciertos equipos electrónicos
Sistemas de generación auxiliar
Unidad de potencia en tierra (GPU)
La GPU proporciona energía eléctrica cuando el avión está en tierra, reduciendo el uso de la APU y preservando el combustible
Unidad de potencia auxiliar (APU)
La APU es un pequeño motor de turbina de gas que suministra energía eléctrica y neumática en tierra y en vuelo
Sistemas de generación de emergencia
Los sistemas de generación de emergencia se activan en caso de fallo de los sistemas principales y proporcionan energía a los sistemas críticos de la aeronave
Baterías en los sistemas eléctricos de aeronaves
Funciones de las baterías
Las baterías son fundamentales para el arranque de los motores y para proporcionar energía durante emergencias en los sistemas críticos
Cargadores de baterías avanzados
Los cargadores de baterías avanzados aseguran que las baterías se mantengan en niveles óptimos de carga durante el funcionamiento normal del avión
Generación de energía eléctrica en aeronaves modernas
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00
Función del PMG en alternadores síncronos
Genera señal de tensión y frecuencia variable para ser modulada por la GCU.
01
Rol de la GCU en la generación de energía
Modula tensión del PMG y ajusta alimentación al estator de excitación.
02
Proceso de regulación de tensión en el rotor de excitación
GCU regula tensión en estator de excitación, afectando corriente en rotor de excitación.
