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ING. JULIAN DARIO MET. MARIA ALELI CAP. OMAR MARINO DICIEMBRE 2020
LOPEZ HERNANDEZ BARRERA CRUZ HUERTA LUGO
MÓDULO I SISTEMAS Y GENERALIDADES
1.1 Generalidades
En este módulo vamos a estudiar el conjunto de piezas, tuberías, cableado, actuadores,
sensores y demás componentes que ayudan al control y funcionamiento de los sistemas
del avión. Estos sistemas pueden abarcar desde el control de las superficies primarias,
sistema hidráulico, neumático, combustible, protección contra hielo y lluvia, hasta
sistemas para el confort de los pasajeros y la tripulación.
Si bien cada avión tiene sus particularidades, vamos a revisar cada uno de los sitemas
de manera genérica, explicando su funcionamiento, sus componentes y manera de
controlar.
1.2 Código ATA
Para estandarizar la manera de identificar los sistemas y sus componentes, se diseñó un
código a nivel mundial que permite que todos los fabricantes y usuarios clasifiquen y
documenten la información bajo una misma nomenclatura.
Este código se llama CÓDIGO ATA 100 (Air Transportation Association of America), y es
utilizado tanto por fabricantes Europeos, Norteamericanos, Latinoamericanos y
Asiáticos. Así mismo aplica para aviones y helicópteros, tanto privados como
comerciales.
El ATA 100 se utiliza tanto para las operaciones de mantenimiento como para el vuelo,
por lo que afecta los siguientes manuales:
● AMM (Aircraft Maintenance Manual)
● IPC (Illustrated Parts Catalog)
● ASM (Aircraft Schematic Manual)
● SRM (Structure Repair Manual)
● AWM (Aircraft Wiring Manual)
● CMM (Components Maintenance Manual)
● TEM (Illustrated Tool and Equipment)
● TSM (Troubleshooting Manual (Airbus))
● FIM (Fault Isolation Manual (Boeing))
Este sistema de numeración se divide en tres secciones:
- Sistema/Capitulo.
- Subsistema/Sección.
- Unidad/División.
Posterior a estos tres números, el fabricante puede designar tres dígitos para numerar
las páginas:
● 001-099 Descripción y funcionamiento
● 101-199 Solución de problemas
● 201-299 Prácticas de mantenimiento
● 301-399 Prestación de servicios
● 401-499 Desmontaje / Montaje
● 501-599 Ajuste / Prueba
● 601-699 Inspección / chequeo
● 701-799 Limpieza / pintura
● 801-899 Reparaciones aprobadas
Un ejemplo sería: ATA 28-41-03
- Capítulo 28
- Sección 4
- Subsección 1
- Unidad 03
O para referirnos a una página específica: ATA 79-21-51-420-050
Los capítulos están separados de acuerdo a operaciones y cuidados, sistemas,
estructura y motores, quedando de la siguiente manera:
ATA Number ATA Chapter name
ATA 01 Reserved for Airline Use
ATA 02 Reserved for Airline Use
ATA 03 Reserved for Airline Use
ATA 04 Reserved for Airline Use
ATA 05 TIME LIMITS/MAINTENANCE CHECKS
ATA 06 DIMENSIONS AND AREAS
ATA 07 LIFTING AND SHORING
ATA 08 LEVELING AND WEIGHING.
ATA 09 TOWING AND TAXI
ATA 10 PARKING, MOORING, STORAGE AND RETURN TO SERVICE
ATA 11 PLACARDS AND MARKINGS
ATA 12 SERVICING – ROUTINE MAINTENANCE
ATA 18 VIBRATION AND NOISE ANALYSIS (HELICOPTER ONLY)
ATA 89 FLIGHT TEST INSTALLATION
AIRFRAME SYSTEMS
ATA Number ATA Chapter name
ATA 20 STANDARD PRACTICES – AIRFRAME
ATA 21 AIR CONDITIONING AND PRESSURIZATION
ATA 22 AUTO FLIGHT
ATA 23 COMMUNICATIONS
ATA 24 ELECTRICAL POWER
ATA 25 EQUIPMENT/FURNISHINGS
ATA 26 FIRE PROTECTION
ATA 27 FLIGHT CONTROLS
ATA 28 FUEL
ATA 29 HYDRAULIC POWER
ATA 30 ICE AND RAIN PROTECTION
ATA 31 INDICATING / RECORDING SYSTEM
ATA 32 LANDING GEAR
ATA 33 LIGHTS
ATA 34 NAVIGATION
ATA 35 OXYGEN
ATA 36 PNEUMATIC
ATA 37 VACUUM
ATA 38 WATER/WASTE
ATA 39 ELECTRICAL – ELECTRONIC PANELS AND COMPONENTS
ATA 40 MULTISYSTEM
ATA 41 WATER BALLAST
ATA 42 INTEGRATED MODULAR AVIONICS
ATA 44 CABIN SYSTEMS
ATA 45 DIAGNOSTIC AND MAINTENANCE SYSTEM
ATA 46 INFORMATION SYSTEMS
ATA 47 NITROGEN GENERATION SYSTEM
ATA 48 IN FLIGHT FUEL DISPENSING
ATA 49 AIRBORNE AUXILIARY POWER
ATA 50 CARGO AND ACCESSORY COMPARTMENTS
STRUCTURE
ATA Number ATA Chapter name
ATA 51 STANDARD PRACTICES AND STRUCTURES – GENERAL
ATA 52 DOORS
ATA 53 FUSELAGE
ATA 54 NACELLES/PYLONS
ATA 55 STABILIZERS
ATA 56 WINDOWS
ATA 57 WINGS
POWER PLANT
ATA Number ATA Chapter name
ATA 61 PROPELLERS
ATA 70 STANDARD PRACTICES ENGINE
ATA 71 POWER PLANT
ATA 72 ENGINE – RECIPROCATING
ATA 73 ENGINE – FUEL AND CONTROL
ATA 74 IGNITION
ATA 75 BLEED AIR
ATA 76 ENGINE CONTROLS
ATA 77 ENGINE INDICATING
ATA 78 EXHAUST
ATA 79 OIL
ATA 80 STARTING
ATA 81 TURBINES (RECIPROCATING ENGINES)
ATA 82 ENGINE WATER INJECTION
ATA 83 ACCESSORY GEARBOXES
ATA 84 PROPULSION AUGMENTATION
ATA 85 FUEL CELL SYSTEMS
ATA 91 CHARTS
ATA 92 ELECTRICAL SYSTEM INSTALLATION
Como podemos observar, el código ATA es muy extenso, pero facilita la rápida
identificación de la información requerida para la tripulación y el personal de
mantenimiento.
Siempre que hagamos consultas en los manuales o anotaciones en la bitácora, se debe
hacer referencia al código ATA.
MÓDULO II SISTEMAS MECÁNICOS
2.1 Controles de Vuelo
Este sistema hace referencia al capítulo ATA 27 (Flight Controls), el cual explica el
funcionamiento y el control de las superficies de control primarias y secundarias.
Existen cuatro tipos de sistemas de control de vuelo: mecánico, hidráulico,
electromecánico y Fly by Wire.
Como sabemos el control del avión se da gracias a tres superficies de control primarias:
alerones, timón de profundidad y timón de dirección.
Todas estas superficies están controladas desde la cabina mediante la columna de
mando o un “Sidestick”, dependiendo del diseño y fabricante.
Controles de vuelo mecánico: este fue el primer sistema que existió en la aviación, por
lo que se les conoce también como sistema convencional. Es un sistema muy básico
compuesto por un conjunto de palancas, cables y poleas las cuales transfieren el
movimiento hacia las superficies de control. En este tipo de sistema de control el piloto
tiene la sensación aerodinámica de las fuerzas que actúan sobre las superficies de
control (reversible).
Esto hace que el control del avión sea fatigoso e incluso peligroso en caso de que el
piloto no pueda contrarrestar las fuerzas aerodinámicas de las superficies.
Controles de vuelo hidráulico: este tipo de sistema utiliza la presión hidráulica como
medio de accionamiento de las superficies de control. En esta clase de sistemas el piloto
no controla directamente la superficie de control, ni hay una retroalimentación hacia la
palanca de control (irreversible). Lo que el piloto realmente está manipulando son
actuadores hidráulicos conectados a la palanca de control, los cuales mueven la
superficie de control.
Este tipo de sistema permite mover superficies de control de mayor tamaño, así mismo,
es más fácil y cómodo para la tripulación, aunque su desventaja es que el piloto no tiene
la sensibilidad ni retroalimentación de las fuerzas aerodinámicas, por lo que se instala un
sistema de sensación artificial. Este sistema evita que los pilotos sobrecarguen las
superficies de control.
Este tipo de control está directamente relacionado al sistema hidráulico del avión (ATA
29), ya que es el medio principal para accionar los actuadores. Normalmente este tipo
de sistema acciona alerones, timón de dirección, de profundidad y spoilers.
Controles de vuelo electromecánicos: este tipo de sistema utiliza motores eléctricos para
hacer actuar a las superficies de control. Se utiliza muy frecuentemente en aviación
general en las pequeñas superficies de control, Flaps, tabs o compensadores. En
aviones de mayor tamaño, encontramos este tipo de sistema para la actuación de
estabilizador horizontal. Si
bien ya no es un sistema muy
usado, se mantiene en
algunas aeronaves como
sistema redundante para
casos de avería del sistema
hidráulico principal.
Normalmente el motor
eléctrico está conectado a un
engrane o tornillo sin fin que
hace desplazar a la superficie
de control.
El piloto comanda el movimiento del estabilizador horizontal de cabina, lo que manda
una señal eléctrica al motor el cual hace girar al engrane o tornillo sin fin que está
conectado al estabilizador.
Controles de vuelo “fly by wire”: es el método más moderno de control de las superficies
de vuelo. Fue introducido por la empresa Airbus en su modelo A320. Como su nombre
lo indica, este sistema utiliza impulsos eléctricos que viajan por un cable hasta el actuador
hidráulico conectado a la superficie de control. En este sistema no existen conexiones
mecánicas, sino una serie de computadoras, sensores y actuadores intercomunicados
con la palanca de control del piloto. El “fly by wire” tiene múltiples ventajas como por
ejemplo la reducción de peso de cables metálicos y poleas, la respuesta de las
computadoras y los sensores son más rápidos y confortables, la actuación del piloto
automático es más fiable y la seguridad general del vuelo es mayor. La única desventaja
es la complejidad de la arquitectura de programación y comunicación, aunque este
problema se resuelve gracias a que las misma computadoras se pueden auto-
diagnosticar e indicar el tipo de falla que tienen.
2.2 Sistema Hidráulico
El sistema hidráulico controla el flujo, almacenamiento y control del fluido hidráulico
dentro del avión. Dentro del ATA 100 lo encontramos como el capítulo 29 (Hydraulic
Power).
Funciona gracias al principio de transmisión de presión hidráulica (Principio de Blas
Pascal), en la cual explica que la presión ejercida sobre un líquido se transmite
íntegramente en todas las direcciones.
Un sistema hidráulico se compone por varios componentes básicos: bomba, válvula
selectora, actuador, depósito, válvula de alivio de presión, tuberías. Por seguridad no hay
un sistema único en el avión. Puede haber dos o hasta tres sistemas, los cuales a su vez
tienen redundancia en sus componentes y alimentación.
Bomba: su función principal es aumentar la presión del fluido dentro del sistema.
Generalmente las bombas funcionan de manera eléctrica y por seguridad siempre hay
más de una por cada sistema. Existen diferentes tipos de bombas por ejemplo de
pistones o de engranajes, pero su finalidad es la misma.
Válvula Selectora: las válvulas selectoras son las encargadas de controlar y dirigir el
fluido dentro del sistema. Estas válvulas son actuadas eléctricamente y pueden ser
controladas por la tripulación o de manera automática por cada sistema. Si bien la función
principal es dirigir el fluido, también pueden servir como restrictoras de paso o reductoras
de presión.
Actuador: su función principal es convertir la presión hidráulica en fuerza mecánica. Un
actuador está compuesto internamente por un pistón y un cilindro. El fluido ingresa al
cilindro a alta presión haciendo desplazar al pistón, convirtiendo esta presión en un
movimiento mecánico. Existen actuadores de efecto simple, el cual solo recibe presión
por una de sus caras y el movimiento de retorno se hace mediante un resorte; o actuador
de doble efecto, el cual puede recibir presión por ambas caras del pistón, por lo que se
considera que tiene un
recorrido en ambas
direcciones. Normalmente
antes de cada actuador vamos
a encontrar una válvula
selectora que distribuye el
flujo de acuerdo a la acción
que queramos lograr.
Depósito: el depósito o acumulador es básicamente un recipiente donde se almacena el
fluido que alimenta al sistema hidráulico. Existen varios depósitos dentro de un avión,
alimentando un sistema cada uno.
Normalmente el depósito está a presión
gracias a un gas inerte que no se diluye en
el fluido. Cumple también otras funciones
como amortiguar las oscilaciones de
presión dentro del sistema, suministrar
presión de emergencia en caso de fallo de
la bomba y permitir la expansión térmica
del fluido.
Adicional a estos componentes básicos, los
sistemas hidráulicos poseen tuberías de
diferentes diámetros, filtros, sensores,
indicadores y protección de fuego.
En aviones comerciales normalmente
encontramos 3 sistemas diferentes que
alimentan de manera cruzada a los diferentes
componentes.
Debemos tener en cuenta que en los aviones este
sistema puede alcanzar presiones de entre 3,000 y
6,000 PSI, por lo que cualquier trabajo de
mantenimiento debe ser realizado con el sistema
apagado y libre de presión. Así mismo hay que tener
cuidado al operar las superficies de control en tierra,
para evitar el daño a componentes o personas.
2.3 Tren de Aterrizaje
Este sistema explica el funcionamiento, componentes y control del tren de aterrizaje.
Dentro del ATA 100 lo encontramos en el capítulo 32 (Landing Gear), e incluye el sistema
de amortiguación, frenos y retracción/extensión.
Debemos recordar que el tren de aterrizajes se cataloga dependiendo de su
configuración, número de ruedas y características de articulación.
De materias anteriores recordemos que
existen aviones con trenes de aterrizaje
convencional y trenes de aterrizaje tipo
triciclo. En aviones de mayor peso y
capacidad podemos encontrar trenes de
aterrizajes con configuración triciclo doble o
en fila de tres.
Ahora bien, dependiendo del tipo de articulación podemos decir que hay trenes de
aterrizaje fijos y retractiles. En aviación general vamos a encontrar normalmente trenes
fijos, ya que los sistemas retráctiles representan una mayor complejidad y peso para el
avión y la resistencia parásita que genera no es tan significativa. Sin embargo, en aviones
de mayor tamaño y velocidad operativa se opta por sistemas retráctiles.
Los componentes principales del sistema de tren de aterrizaje son los amortiguadores,
los frenos, las ruedas y neumáticos.
Amortiguadores: la función principal es la de soportar el peso del avión en tierra, así
como absorber las cargas durante el aterrizaje y rodadura. Este componente ayuda a
que la estructura reciba la menor cantidad de cargas debidas al contacto del avión con
el suelo.
Normalmente los amortiguadores son del tipo
oleo-neumático, es decir, internamente hay una
mezcla de nitrógeno y fluido hidráulico. Mientras
que el avión va rodando o aterriza, las ruedas
transmiten este movimiento vertical hacia el
amortiguador. Internamente el pistón empuja el
fluido hidráulico de la cámara inferior a la
cámara superior, lo que obliga a que el nitrógeno
contenido se desplace.
El rebote del amortiguador se debe al proceso
de retorno del fluido hidráulico de la cámara
superior a la inferior.
Ruedas: las ruedas o rines son los soportes circulares sobre los cuales se asientan los
neumáticos. Las ruedas deben ser capaces de resistir las cargas estáticas y de remolque
del avión, deben tener las
dimensiones adecuadas para
acomodar el neumático, un
volumen interior suficiente
para acomodar el sistema de
frenos, un peso mínimo y
permitir el fácil cambio de los
neumáticos.
Normalmente están fabricadas en aleaciones de aluminio y están compuestas por dos
piezas unidas en el medio mediante pernos.
Frenos: los frenos son los elementos fundamentales para detener el avión sobre todo en
la carrera de aterrizaje. Se activan mediante la presión de los pedales por parte de los
pilotos, los cuales activan los actuadores que presionan los discos montados en las
ruedas. Normalmente en aviones ligeros y de aviación general se cuenta con un disco,
pero conforme se incrementa el tamaño y el peso del avión, se utilizan frenos multidisco.
Estos están compuestos por una sección de
discos móviles llamados rotor, y un conjunto
de discos fijos llamados estator. El bloque de
discos móviles giran en conjunto con la
rueda, mientras que el estar permanece fijo.
Cuando se aplica presión a los pedales, el
actuador empuja al estator y este roza al
rotor, generando un frenado.
Normalmente los discos están fabricados de acero, pero últimamente se fabrican en
carbono ya que posee una mejor resistencia a la dilatación térmica, menor peso y mayor
durabilidad.
Adicionalmente en las aeronaves encontramos el sistema denominado “Antiskid”, el cual
previene el deslizamiento o derrape del avión sobre la pista. Es el predecesor del sistema
“ABS” que encontramos en los automóviles. Este sistema consiste en sensores de
velocidad instalados en las ruedas, los cuales transmiten información a las
computadoras, las cuales a su vez controlan la presión hidráulica aplicada sobre los
frenos.
Así mismo, todos los aviones cuentan
con un freno de estacionamiento, el
cual bloquea las ruedas durante el
estacionamiento, previniendo que se
desplace y pueda provocar un daño a la
estructura del mismo.
Neumáticos: los neumáticos en aviación están conformados internamente por varias
capas que le dan la fuerza y la resistencia necesaria para la operación. Normalmente los
neumáticos están armados con alambres de acero al carbono embebidos en capas de
caucho y nylon, los cuales van formando una carcasa o cuerpo. Sobre esta carcasa se
coloca el caucho que forma la capa exterior del neumático y es la que está en contacto
con la pista. Esta capa exterior posee diferentes grabados y ranuras que permiten que el
neumático desplace el agua que se pueda encontrar en la pista.
En lugar de usar aire para su inflado se utiliza
nitrógeno, ya que es un gas noble que no
sufre modificaciones en su estructura
química al estar sujeto a altas temperaturas
o cambios de presiones atmosféricas. Cabe
destacar que los neumáticos se inflan a
presiones superiores a 140 - 160 psi, por lo
que se debe actuar con precaución durante
el proceso de cambio de ruedas o inflado.
Mecanismo de Retracción: los aviones que cuentan con este sistema tienen la posibilidad
de retraer o extender el tren de aterrizaje, lo que reduce la resistencia parásita durante
el vuelo. Este sistema consiste básicamente en una palanca que activa una válvula
selectora, la cual dirige un
fluido hidráulico hacia los
actuadores que extienden o
retraen las patas del tren de
aterrizaje. Las patas del tren
poseen varios componentes
mecánicos que permiten que
el tren se asegure tanto en
posición extendida como
retraída, pero al mismo
tiempo tienen un mecanismo
de liberación de emergencia
en caso de que el sistema
falle.
El sistema cuenta con diversos sensores e indicadores
que le permiten a la tripulación saber la posición del tren
en todo momento, ya sea extendido o retraído, así como
luces indicadoras que confirman si está asegurado o no.
Visualmente la tripulación debe asegurarse que las luces
verdes indicadoras estén encendidas al finalizar la
extensión del tren para asegurar que está correctamente
asegurado.
En caso de fallo en el sistema, existe una manera de
extender el tren de manera manual. Este mecanismo
libera los seguros que mantienen las patas del tren
retraídas y gracias a la fuerza de gravedad caen y se
aseguran.
2.4 Combustible
El sistema es el encargado de almacenar y distribuir el combustible dentro del avión, de
manera eficiente y segura. Lo podemos encontrar dentro del capítulo 28 del sistema ATA.
El componente principal del sistema son los depósitos, los cuales son los encargados de
almacenar el combustible. Podemos encontrar depósitos rígidos, flexibles e integrales.
En la actualidad el más utilizado es el tipo integral, el cual forma parte de la estructura
del avión, especialmente en las alas, pero también pueden ocupar espacios en el fuselaje
o la cola del avión.
Estos depósitos integrales se forman al momento del ensamble del avión y son
completamente herméticos para evitar cualquier fuga o filtración. Los depósitos están
formados por diferentes secciones interconectadas entre sí para permitir el flujo del
combustible, así como para permitir la ventilación de los vapores que se generan dentro.
Debido a la naturaleza
inflamable del combustible
se debe mantener una
atmósfera inerte dentro de
los tanques, para evitar que
se pueda producir una
explosión. Esto se logra
mediante un gas inerte que
desplaza al oxigeno
(nitrogeno).
Como dijimos anteriormente, este sistema es el encargado de suministrar el combustible
directamente a los motores. Existen diferentes tipos de alimentación dependiendo del
tamaño del avión y el tipo de motores.
En el caso de los motores de pistón se utiliza generalmente un sistema de alimentación
por gravedad, en donde esta fuerza hace fluir el combustible hacia el carburador. El
sistema debe ser capaz de suministrar hasta el 150% de combustible requerido si el
motor estuviera en potencia de despegue.
Para los aviones de turbinas o de varios motores se utiliza un sistema a presión, el cual
cuenta con bombas sumergibles que imprimen presión al combustible y lo dirigen hasta
las cámaras de combustión de los motores. Estas bombas se controlan eléctricamente y
existen varios por cada uno de los sistemas en caso de fallo.
Al igual que en los sistemas hidráulicos, existen válvulas que permiten el flujo del
combustible entre tanques a petición de la tripulación. Debemos tener en cuenta que el
combustible
representa un gran
porcentaje del peso
del avión, por lo que
la tripulación debe
cuidar que no exista
un desbalance entre
tanques que pueda
afectar la estabilidad
y el control del avión.
En aviones comerciales de gran envergadura,
existe un subsistema de drenado de
combustible llamado “Jettison”. Esto permite a la
tripulación drenar los tanques de combustible
estando en el aire, lo que reduce el peso del
avión y permite que aterrice sin exceder el
máximo peso de aterrizaje, o evita que en caso
de aterrizajes forzosos exista mucha cantidad
de combustible que pueda desencadenar un
incendio.
En cabina la tripulación tiene diferentes
indicadores que le dan información sobre el
estado del sistema y el combustible, como
por ejemplo cantidad, temperatura, flujo, etc.
Es muy importante que la tripulación haga
los cálculos correctos del combustible
necesario para la ruta, así como monitorear
su consumo y cantidad durante el vuelo.
MÓDULO III SISTEMA ELÉCTRICO
3.1 Eléctrico
Este sistema es el encargado de generar, suministrar y distribuir la energía eléctrica por
todo el avión. Dentro del código ATA lo encontramos en el capítulo 24.
La energía eléctrica es fundamental para el funcionamiento de muchos de los sistemas
y componentes del avión como por ejemplo arranque de los motores, radios, luces,
instrumentos de navegación, bombas, sensores, etc.
De manera genérica el sistema eléctrico de cada avión está conformado por baterías,
generadores, indicadores de voltaje y corriente, interruptores, fusibles o circuit breakers
y distribución.
Batería: la batería o acumulador almacena energía eléctrica la cual se utiliza
principalmente para el arranque del motor o energizar los equipos básicos del avión. Así
mismo sirve como fuente de emergencia en caso de falla del generador, pero debemos
tener en cuenta que su capacidad es muy limitada en capacidad y duración.
Durante la operación normal del avión, la
batería se va cargando mediante el
alternador que es movido por el motor.
Siempre que terminemos el vuelo y
apaguemos el avión por completo,
debemos asegurarnos de que la batería
también quede apagada para que no se
consuma.
Generador/Alternador: como sabemos los generadores y los alternadores funcionan
gracias al movimiento del motor. Estos componentes poseen un eje el cual está
conectado mediante engranajes o una banda al eje principal del motor.
La función principal del alternador es la de cargar la batería. La ventaja que tiene un
alternador es que produce suficiente corriente y energía eléctrica a diferentes
revoluciones.
El generador, por el contrario, produce
energía eléctrica mediante el movimiento,
pero sufren si el motor está en baja
revoluciones.
Estos componentes producen corriente
alterna la cual puede ser convertida en
corriente directa mediante componentes
electrónicos.
De esto podemos inferir que los aviones
tienen circuitos de corriente alterna y
circuitos de corriente directa, dependiendo
de los sistemas que se estén alimentando,
la corriente y el voltaje requerido.
Indicadores: como todos los sistemas requerimos de indicadores que le muestren la
información básica a la tripulación. En el caso de la aviación general, se utiliza un
amperímetro que le indica al piloto la carga y capacidad eléctrica que tiene el sistema.
En aviones de mayor tamaño y complejidad, normalmente el sistema de indicación
muestra el status de cada uno de los componentes como por ejemplo la batería,
generadores, voltaje, frecuencia, alimentación exterior. Así mismo muestra los circuitos
de corriente alterna y directa.
Interruptor Principal (Master): este interruptor es el control principal del sistema. En los
aviones ligeros normalmente es un botón doble: el izquierdo controla el encendido o
apagado de la batería (BAT), y el derecho controla el generador/alternador (ALT). Esto
permite que en caso de fallo se aislen los diferentes sistemas. En otros aviones los
podemos encontrar de manera diferencial, pero el principio de funcionamiento es el
mismo.
En aviones más complejos se cuenta con un panel completo que controla los diferentes
generadores, baterías, alimentación exterior y sistemas alternos de emergencia.
Circuit Breakers: los circuit breakers o fusibles son los encargados de proteger cada uno
de los circuitos y componentes del avión de una sobrecarga eléctrica o corto circuito.
Normalmente tienen forma de botón, los cuales al proteger un sistema o componente
saltan hacia afuera, por lo que visualmente la tripulación o el personal de mantenimiento
pueden identificar cuál falló.
Estos fusibles también pueden ser muy útiles
para resetear algún sistema o componente
para resolver alguna falla.
Distribución: los aviones poseen
un “BUS” o barra de distribución
para cada uno de los circuitos
(AC, DC, GEN1, GEN2, etc). Este
concepto simplifica la conexión
de los componentes a los
circuitos.
Adicionalmente, los aviones
cuentan con una opción para
recibir energía eléctrica de una
fuente externa. Esto es muy
útil durante la operación del
avión en tierra ya sea durante
el proceso de embarque y
desembarque, así como en
operaciones de
mantenimiento.
MÓDULO IV SISTEMAS AMBIENTALES
4.1 Neumático
El sistema neumático en los aviones cumple diversas funciones como la ventilación y
calefacción, arranque de motores, potencia, presurización de cabina, calentamiento de
sistemas entre otros. Lo encontramos en el capítulo ATA 36.
Dependiendo del tipo de motor, pistón o turborreactor, es el tipo de sistema neumático
que se tiene en el avión.
En este capítulo vamos a revisar ambos sistemas de manera general, indicando los
componentes principales y el funcionamiento básico.
En los aviones con motor de pistón el sistema neumático funciona de la siguiente manera:
Ventilación y Calefacción: dependiendo de la temperatura exterior y la época del año es
necesario acondicionar el aire dentro de la cabina. El aire exterior se puede calentar
mediante contacto con partes calientes del motor, calentadores eléctricos o calentadores
de combustión. Básicamente el aire se toma del exterior mediante tomas posicionadas
en la nariz o el empenaje del avión, es cual es forzado a pasar mediante un radiador que
rodea el motor y por lo tanto está caliente, transmitiendo este calor al aire que será
distribuido dentro de la cabina. En el caso de los calentadores eléctricos, el aire se hace
pasar a través de resistencias que se calientan entre 100°C y 120°C, aunque el
inconveniente de este sistema es la alta demanda eléctrica que genera. Por el contrario,
los calentadores de combustión queman combustible y generan calor que es transmitido
hacia la cabina. Si bien es el sistema más utilizado en la aviación general, consume
combustible del avión y representa ciertos riesgos debido a la naturaleza inflamable del
combustible.
En el caso de la refrigeración, en aviones de aviación general el único medio es el aire
de impacto que ingresa a la cabina desde el exterior.
Presurización: este sistema es el encargado de mantener una atmósfera habitable para
los pasajeros y la tripulación en aviones que vuelan a altitudes superiores a los 12,000
pies. Básicamente, el sistema introduce aire a la cabina y la mantiene a una presión que
simula como máximo una altitud de 8,000 pies. Es decir, si un avión está volando a una
altitud de 18,000 pies, internamente los pasajeros y la tripulación tienen una presión
atmosférica de 8,000 pies, la cual permite que respiren con normalidad.
El sistema consta básicamente de una sección de alimentación de aire y una sección de
regulación de presión de cabina.
La alimentación de aire se da mediante aire que sale del compresor del motor, el cual
pasa a través de una válvula tipo mariposa que funge como cortafuegos. En caso de una
falla en el motor, se puede seleccionar que el aire se tome del exterior mediante un
selector en cabina.
Ya sé que el aire venga del motor o del exterior, pasa por un tubo venturi que controla el
flujo y la presión del aire que entra a la cabina, posteriormente pasa por el calentador y
finalmente entra a la cabina.
Dentro de la cabina encontramos diversas válvulas y
un sistema de regulación de presión: el regulador de
presión funciona de manera diferencial, es decir, un
conjunto de resorte y membrana el cual se comprime
o se libera de acuerdo a la configuración seleccionada
por el piloto en cabina. Este regulador controla al
mismo tiempo la válvula de descarga de aire, la cual
se abre o se cierra conforme se requiera mantener o
liberar la presión en cabina.
Este sistema además cuenta con una válvula
liberadora de seguridad, la cual evita que exista una
sobrepresión dentro de la cabina que sea peligrosa
para la estructura del avión.
En los aviones con motor
a reacción el sistema
neumático funciona de la
siguiente manera: existe
un “manifold” neumático,
el cual distribuye el aire a
los diferentes sistemas
como aire acondicionado,
presurización, protección
de hielo, arranque de
motores, presurización de
tanques y calefacción.
La fuente principal de aire
comprimido son los motores. Este aire comprimido se “sangra” de las primeras etapas
de compresión de la turbina y se dirige hacia el sistema requerido. Adicional a los motores
tenemos al APU (Auxiliar Power Unit), o unidades externas neumáticas llamadas ASU
(Air Start Unit).
El APU, es una pequeña turbina montada en el empenaje de
los aviones, la cual proporciona aire comprimido y
electricidad al avión, por lo que es muy útil en las
operaciones en tierra cuando los motores están apagados.
De hecho, el aire comprimido del APU se usa para las
marchas que arrancan los motores. Adicionalmente, el APU
puede funcionar como método alterno de presurización en
caso de emergencias.
Una ASU, es un servicio con el que se
cuenta en la mayoría de los
aeropuertos. Básicamente es un
compresor de aire en tierra, el cual
ingresa aire a presión al avión para el
arranque de los motores o para el
sistema de aire acondicionado en
caso de fallo del APU.
Ahora vamos a explicar el funcionamiento del “sangrado” de motor (bleed air), ya que es
la fuente principal de alimentación neumática dentro del avión.
Como sabemos los motores a reacción tienen diferentes etapas de compresión de aire,
el cual ingresa a la cámara de combustión y es quemado junto con el combustible.
Antes que el aire pase a las
cámaras de combustión, se
tiene la posibilidad de tomar
un porcentaje de este aire
comprimido para usarlo en los
diferentes sistemas que
nombramos anteriormente.
Normalmente se toma aire de
las secciones de baja y alta
presión.
Esta operación es controlada por la tripulación desde la cabina, pudiendo seleccionar
múltiples configuraciones dependiendo de las necesidades.
Existe una válvula principal llamada Isolation Valve (válvula de aislamiento), la cual
controla el flujo de aire entre los motores y los sistemas.
Por cada motor tenemos una válvula principal de sangrado llamada “bleed air valve”, la
cual permite la salida del aire del motor hacia los sistemas.
Adicionalmente se tiene una válvula check y un intercambiador de calor. La válvula check
evita que el aire regrese hacia el motor, mientras que el intercambiador de calor enfría el
aire que sale del motor mediante aire de impacto del exterior.
Como dijimos anteriormente, el sistema neumático alimenta muchos sistemas como el
aire acondicionado y presurización (ATA 21), protección contra hielo (ATA 30), arranque
de los motores (ATA 80) y presurización de tanques de agua (ATA 38).
Estos sistemas serán estudiados en módulos posteriores, pero debemos tener en mente
que el aire comprimido viene de este sistema.
4.2 Aire Acondicionado
La función principal de este sistema, el cual encontramos en el capítulo ATA 21, es el de
mantener el aire de la cabina a una temperatura y presión correctas. Básicamente
controla la temperatura, la presión, la ventilación del compartimento de aviónica y la
calefacción de las bodegas del avión.
Vamos a explicar el funcionamiento de cada uno de estos subsistemas de manera
genérica:
Control de Temperatura: como su nombre lo indica, el aire que ingresa a la cabina de
pasajeros y de la tripulación puede ser regulado en temperatura para que se tenga un
ambiente confortable. Como vimos anteriormente, el aire que ingresa al sistema viene
del sangrado de los motores, el cual se distribuye a las “packs” (paquetes), de aire
acondicionado. Normalmente los aviones tienen dos paquetes y dentro de estos
paquetes se mezcla el aire caliente que viene de los motores con el aire recirculado de
la cabina de pasajeros (previamente pasando por filtros EPA). Antes de la entrada de los
packs existe una válvula de control de flujo (flow control valve), la cual regula el caudal
de aire que debe entrar. Una vez dentro este es regulado normalmente por una unidad
de control automática, que calcula la demanda de aire necesaria dentro de la cabina.
Una vez ahí el aire pasa por una unidad mezcladora en donde se hace un intercambio
de calor entre el aire caliente y el aire frío de impacto del exterior (ram air), y es distribuido
a las diferentes zonas del avión.
En caso de emergencia o
presencia de humo, la unidad
mezcladora puede abrir las
válvulas de aire de impacto
para ingresar aire fresco a la
cabina y sacar el humo o el
contaminante que se
presente.
Este aire acondicionado puede ser utilizado
igualmente en los compartimentos de aviónica,
bodegas de equipaje y áreas de descanso de la
tripulación.
Presurización: este sistema se encarga del control de la altitud de cabina y la presión
atmosférica dentro de la misma. Debemos recordar que, a altitudes mayores a los 10 mil
pies, la concentración de oxígeno empieza a disminuir drásticamente. Este sistema
permite que dentro de la cabina se mantenga una presión y una concentración de
oxígeno segura y confortable para los pasajeros y la tripulación.
El sistema controla la cantidad de aire que se
debe mantener dentro del avión dependiendo de
la altitud a la que se encuentre, y mediante
válvulas permite la salida de aire (outflow valve).
El sistema funciona de manera automática mediante controladores (cabin pressure
controllers). Normalmente existen dos, para en caso de falla de uno se tenga otro de
soporte.
Estos controladores comparan la presión atmosférica exterior, la altitud del avión y la
altitud de cabina para regular la presurización o despresurización.
El objetivo principal del
sistema es mantener
como máximo una
altitud de cabina
equivalente a los 8,000
pies (2,400 mts), sin
importar la altitud real
a la que vuela el avión.
Los pilotos pueden
controlarlo de manera manual en caso de fallo del sistema, mediante un panel en cabina.
4.3 Protección Hielo y Lluvia
Este sistema lo encontramos descrito dentro del capítulo ATA 30. Se refiere
estrictamente a los componentes que se encargan de proteger la estructura del avión,
motores y hélices de la formación de hielo, así como el impacto de la lluvia.
Cualquier avión está expuesto a las condiciones meteorológicas como lluvia, granizo y
hielo, ya sea en tierra como en el aire, por lo que es vital que exista una manera de
remover y proteger la estructura de la intemperie, incluyendo las superficies
aerodinámicas, tubos pitot, hélices, bordes de ataque, motores y parabrisas.
Como hemos visto en materias anteriores, se busca que las superficies aerodinámicas
estén lo más limpias posibles para evitar cualquier interrupción del flujo del aire, lo que
podría significar una pérdida de
sustentación, o indicaciones
incorrectas en los
instrumentos.
Incluso varios accidentes se
han debido a la formación de
hielo sobre las alas, por lo que
este sistema es de suma
importancia para la seguridad y
la operación de cualquier
aeronave.
Podemos dividir este sistema de la siguiente forma: protección de hielo en los bordes de
ataque, hélices y motores, calentamiento tubos pitot y sensores, calentamiento de
drenajes y agua, calentamiento de parabrisas, limpiabrisas y repelente de agua.
Protección bordes de ataque: en los aviones ligeros o turbohélices se utiliza un sistema
de “botas”, las cuales se inflan y desinflan mediante aire comprimido.
Estas botas están hechas de caucho, las cuales recubren los bordes de ataque de las
alas, estabilizador horizontal y estabilizador vertical.
Normalmente estas
botas se alimentan de
aire comprimido
procedente de los
motores. Mediante un
temporizador que se
controla desde la
cabina, la tripulación
puede activar el
proceso de inflado y
desinflado, lo cual
genera un
rompimiento del hielo que se haya formado y su posterior desprendimiento.
En los aviones con motores a reacción se
utiliza un sistema de aire caliente que
igualmente se drena de los motores, pero
que, en lugar de utilizar botas, utiliza una red
de tubos llamados “Piccolo” los cuales
distribuyen aire caliente dentro de los bordes
de ataque del avión.
Este sistema se debe operar con precaución, ya que, si se utiliza en ambientes calurosos
o donde no hay formación de hielo, puede generar daños estructurales o deformaciones
debido al calentamiento generado.
Protección de hélices y motores: al igual que los
bordes de ataque, las hélices y las entradas de
las turbinas son susceptibles a la formación de
hielo, por lo que también deben estar protegidos.
En el caso de las hélices, encontramos dos
métodos diferentes: calentamiento con
resistencia y aplicación de líquido repelente.
Para el caso del calentamiento con resistencia,
encontramos que en los bordes de ataque de cada hélice existe una pequeña bota la
cual está calentada por dentro mediante una resistencia eléctrica.
Esta bota solamente cubre la raíz de cada hélice, que es donde se corre más riesgo de
formación de hielo.
En el caso de la aplicación de líquido repelente, encontramos un pequeño sistema de
tuberías que llevan este líquido hasta la raíz de cada ala. Este líquido es una mezcla de
agua con glicol (alcohol), el cual evita y repele la formación de hielo sobre esta superficie.
En el caso de aviones
con motores a reacción,
se utiliza un sistema de
aire caliente que fluye
dentro de los bordes y el
cono de cada uno de los
motores.
Al igual que en los
bordes de ataque, se
utiliza un sistema de
tubos Piccolo con aire
caliente drenado de los
mismo motores, el cual fluye y derrite el hielo que se haya formado.
Calentamiento Tubos Pitot, sensores y drenajes: tanto los tubos pitot, los sensores y los
drenajes del avión son susceptibles a la formación de hielo ya que están expuestos a la
atmósfera y las corrientes de aire helado.
Si los tubos pitot y los sensores están cubiertos por el hielo pueden dar información
incorrecta a los pilotos, lo que podría ser potencialmente catastrófico. En el caso de los
drenajes, podemos tener una obstrucción o mal funcionamiento del sistema de aguas y
drenaje del avión.
Los tubos pitot y los sensores de ángulo de ataque se calientan mediante resistencias
eléctricas, las cuales se controlan desde la cabina. Es un sistema muy básico que evita
que se forme hielo a la entrada de estos componentes, lo cual interrumpiría el flujo de
aire hacia los mismos.
Calentamiento de parabrisas: el parabrisas de los aviones está expuesto directamente al
choque del aire, agua y frío, por lo que es muy importante protegerlo.
Los parabrisas de los aviones están formados por diferentes capas de vidrio y láminas
de un conductor metálico, que normalmente es oro.
Este conductor metálico se alimenta eléctricamente, lo cual genera calor y evita la
formación de vaho y hielo en el parabrisas. Es muy importante que se utilice
adecuadamente, ya que puede generar esfuerzos térmicos y la potencial rotura del
parabrisas.
Limpiabrisas y repelente de lluvia: como su nombre lo indica, este sistema controla los
limpiabrisas y el suministro de un líquido repelente de lluvia sobre el parabrisas.
Al igual que en los autos, los aviones cuentan con un sistema de limpiabrisas conformado
por unas plumillas que son controladas por la tripulación. Normalmente se utilizan en las
operaciones en tierra, despegue y aterrizaje, ya que tiene restricción por la velocidad del
avión.
Mientras no están en uso,
las plumillas están en una
posición de “guardado”
para no interrumpir en la
visión de la tripulación.
Mediante el panel de control, la tripulación puede controlar la velocidad dependiendo de
la cantidad de lluvia.
Algunos aviones cuentan con un sistema adicional que distribuye
un repelente de agua sobre el parabrisas, el cual ayuda a que la
lluvia se disperse más fácilmente y no comprometa la visibilidad de
los pilotos.
Adicional a los sistemas internos de los aviones, existen métodos
externos para la remoción de hielo y nieve. Estos métodos se
utilizan en los aeropuertos durante las operaciones invernales, y se
efectúan en tierra previo al despegue de cada aeronave.
Durante el tránsito y la
preparación al despegue
de los aviones durante
épocas invernales, es
normal que se forme hielo
y nieve sobre las alas,
fuselaje y superficies de
control, por lo que es vital
limpiarlas antes de iniciar
la carrera de despegue.
Existe un sistema mediante el cual se aplica una mezcla de agua caliente con glicol sobre
todo el avión. Esta aplicación se hace con camiones especiales que pueden cubrir la
totalidad del avión. Normalmente se hace en una posición previa a la cabecera de la pista
por donde se va a despegar.
MÓDULO V SISTEMAS DE PROTECCIÓN
5.1 Detección y Extinción de Fuego
Uno de los factores más peligrosos dentro de la operación de una aeronave es la
presencia de fuego, ya sea en alguno de los motores, sistemas o cabina.
Debido a que dentro de los aviones tenemos presencia de combustible, circuitos
eléctricos, cableado, fluido hidráulico a alta presión y materiales inflamables, se puede
generar fuego en cualquier etapa del vuelo y es muy importante contar con sistemas que
puedan extinguirlo.
Este sistema se describe dentro del capítulo ATA 26 y se puede dividir entre detección y
extinción.
Detección: como su nombre lo dice, se encarga de detectar la presencia de fuego y humo
en las diferentes zonas del avión como por ejemplo los motores, bodegas y sistemas.
En el caso de los motores y APU, se cuentan con sensores dentro de las zonas calientes
los cuales emiten una corriente eléctrica en presencia de fuego. Este tipo de sensor se
le conoce como sensor tipo Fenwal, el cual consiste en un cable coaxial en donde por el
medio corre un cable que funge como polo positivo y el
recubrimiento funge como polo negativo. Entre estos dos
polos encontramos un material salino, el cual se derrite en
presencia de fuego y genera un corto.
Este corto hace que los indicadores de fuego y la alarma
sonora de la cabina se activen, anunciando a la tripulación la
presencia de fuego en alguno de los motores.
Normalmente las palancas de fuego del motor se iluminan y al activarlas por parte de la
tripulación cortan el flujo de combustible, el fluido hidráulico, neumático y electricidad
hacia el motor afectado.
Adicionalmente a la detección de fuego dentro de los motores, es importante saber si
existen fuego y humo en las bodegas de carga y baños.
Normalmente en las bodegas se cuenta con sensores detectores de humo fotoeléctricos.
Para que se active una alarma, mínimo dos detectores deben censar el humo en un lapso
menor a los 45 segundos.
En el caso de los baños, se cuentan también
con detectores fotoeléctricos que emiten una
alarma sonora para que el personal sepa de
la presencia de fuego y humo y pueda actuar.
Extinción: en el caso de los baños dentro de
los botes de basura se cuenta con una botella
con agente extintor, la cual se activa de
manera automática bajo la presencia de
fuego. Esta área es muy sensible, porque dentro de los botes de basura encontramos
papeles y material inflamable.
Para los compartimentos de carga se cuenta con
un conjunto de botellas con agente extintor, las
cuales se controlan desde la cabina de pilotos.
Estas botellas están configuradas para que
puedan cubrir la totalidad del volumen del
compartimento de carga, así como una
configuración para que se descarguen a diferentes
velocidades y tiempos.
Debido a que durante el vuelo los
compartimentos de carga no son
accesibles por parte de la tripulación,
este sistema es vital para controlar la
presencia de fuego que pueda
extenderse a otras zonas o sistemas del
avión.
Como lo dijimos anteriormente, en los motores se cuenta con un sistema independiente
de detección y extinción. Cada motor cuenta con dos botellas con agente extintor, los
cuales pueden ser disparados por la tripulación.
El primer paso para
controlar el fuego en
un motor es activar la
palanca de corte, la
cual como dijimos
anteriormente corta
el suministro de
combustible, fluido
hidraulico, neumatico
y electrico. Posterior
a esto se debe activar el extintor ya sea uno o dos agentes, dependiendo de la gravedad
del fuego.
Dentro de la cabina de tripulación y pasajeros, se cuenta también con extintores
manuales que pueden ser operados por cualquier
persona en caso de presencia de fuego.
Dependiendo del tamaño del avión y la
configuración del mismo se definen la cantidad y
la ubicación de los extintores.
Así mismo se define el tipo de agente extintor
como podría ser halón, tipo A,B,C; CO2 o agua.
5.2 A.P.U y R.A.T.
Estos dos componentes son de vital importancia para la protección y funcionamiento del
avión en caso de emergencias.
Como sabemos la fuente principal de energía eléctrica y aire comprimido son los motores
del avión. Estos dos tipos de energía son básicos, ya que la electricidad alimenta varios
sistemas como el hidráulico, instrumentos, iluminación, radios y protección. El aire
comprimido alimenta sistemas como la presurización, aire acondicionado, vacío,
instrumentos y arranque de motor.
Es por esto que se debe buscar que en caso de falla catastrófica de los motores o alguno
de sus componentes, se pueda soportar con un método alterno.
APU: Auxiliar Power Unit (unidad de potencia auxiliar), es una pequeña turbina que se
ubica generalmente en el empenaje de los aviones. Esta turbina tiene un conjunto de
accesorios que permite la generación de electricidad y aire comprimido.
Al igual que los motores a reacción, el APU se alimenta del sistema principal de
combustible del avión. Tiene su propio sistema de admisión y escape de aire, lubricación,
filtrado, extinción de fuego, generador eléctrico y drenado de aire comprimido.
Se controla desde la cabina de pilotos y normalmente se utiliza en las operaciones en
tierra para mantener energizado al avión y suministrar aire comprimido para el arranque
de los motores.
En caso de un fallo de motor que evite que se suministre electricidad o aire comprimido,
la tripulación puede seleccionar que el APU suministre estas energías para compensar.
RAT: este componente se le conoce como RAM Air Turbine (turbina de aire de impacto),
el cual consiste en una pequeña hélice que se despliega de manera automática en caso
de fallo catastrófico de los motores del avión.
Como su nombre lo indica, esta pequeña turbina funciona gracias al impacto del aire. A
su vez está conectada a un generador eléctrico, el cual alimenta los sistemas críticos
como el hidráulico, eléctrico e
instrumentos.
Debido a que la electricidad
que genera es limitada,
solamente alimenta alguno
de los sistemas, que permita
a la tripulación aterrizar de
manera urgente, pero con
total seguridad.
La RAT se ubica normalmente en la nariz del avión o abajo del borde de ataque de
alguna de las alas.
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