Generación de energía eléctrica en aeronaves modernas

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.