
Una unidad de potencia auxiliar ( APU ) es un dispositivo en un vehículo que proporciona energía para funciones distintas a la propulsión . Se encuentran comúnmente en aeronaves grandes , buques de guerra y algunos vehículos terrestres de gran tamaño. Las APU de aeronaves generalmente producen 115 V CA a 400 Hz (en lugar de los 50 o 60 Hz comunes en las redes eléctricas) para alimentar los sistemas eléctricos de la aeronave; otras pueden producir 28 V CC . [ 1 ] Las APU pueden proporcionar energía a través de sistemas monofásicos o trifásicos . Un arrancador de combustible para reactores ( JFS ) es un dispositivo similar a una APU, pero conectado directamente a un motor principal y arrancado por una botella de aire comprimido a bordo. [ 2 ]
Aeronave
Historia



Durante la Primera Guerra Mundial , los dirigibles británicos de la clase Coastal , uno de los varios tipos de aeronaves operadas 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 aeronave y, en caso de emergencia, podían alimentar un soplador de aire auxiliar. [ Nota 1 ] [ 3 ] Uno de los primeros aviones militares de ala fija en utilizar una APU fue el Supermarine Nighthawk británico de la Primera Guerra Mundial, un caza nocturno anti-Zeppelin . [ 4 ]
Durante la Segunda Guerra Mundial , varios aviones militares estadounidenses de gran tamaño fueron equipados con APU (Unidades de Potencia Auxiliar). Estas se conocían comúnmente como "putt-putts" , incluso en documentos de entrenamiento oficiales. La putt-putt del bombardero B-29 Superfortress estaba instalada en la sección no presurizada de la parte trasera del avión. Se utilizaron varios modelos de motores bicilíndricos planos o bicilíndricos en V de cuatro tiempos. El motor de 7 caballos de fuerza (5,2 kW) accionaba un generador P2 de corriente continua, con una potencia nominal de 28,5 voltios y 200 amperios (varios de estos mismos generadores P2 , accionados por los motores principales , eran la fuente de alimentación de CC del B-29 en vuelo). La putt-putt proporcionaba energía para el arranque de los motores principales y se utilizaba después del despegue hasta una altitud de 10 000 pies (3000 m) . La putt-putt se reiniciaba cuando el B-29 descendía para aterrizar. [ 5 ]
Algunos modelos del B-24 Liberator tenían un putt-putt instalado en la parte delantera del avión, dentro del compartimento de la rueda de morro. [ 6 ] Algunos modelos del avión de transporte Douglas C-47 Skytrain llevaban un putt-putt debajo del piso de la cabina. [ 7 ]
Como APU de "arranque" mecánico para motores a reacción
Los primeros motores a reacción alemanes construidos durante la Segunda Guerra Mundial utilizaban un sistema de arranque APU mecánico diseñado por el ingeniero alemán Norbert Riedel . Este sistema consistía en un motor plano de dos tiempos de 10 caballos de fuerza (7,5 kW) , que en el diseño del Junkers Jumo 004 estaba oculto en el cono de la nariz del motor, funcionando esencialmente como un ejemplo pionero de una unidad de potencia auxiliar para el arranque de un motor a reacción. Un orificio en el extremo de la nariz del cono contenía una manivela manual que arrancaba el motor de pistón, el cual a su vez hacía girar el compresor. El cono de la nariz del Jumo 004 contaba con dos puertos de acceso para las bujías, que permitían el mantenimiento in situ de los cilindros de la unidad Riedel. Dos pequeños depósitos de premezcla para el combustible de gasolina/ aceite del Riedel estaban instalados en la entrada anular. El motor se consideraba de carrera extremadamente corta (diámetro/carrera: 70 mm/35 mm = 2:1) para que pudiera encajar dentro del cono de la nariz de los motores a reacción como el Jumo 004. Para la reducción tenía un engranaje planetario integrado . Fue producido por Victoria en Núremberg y sirvió como arrancador mecánico tipo 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, de forma singular, parece usar un arrancador eléctrico para la APU Riedel) [ 8 ] y los prototipos (19 construidos) del motor Heinkel HeS 011 más avanzado , que lo montaba justo encima del conducto de admisión en la chapa metálica fabricada por Heinkel de la nariz de la góndola del motor. [ 9 ]
El Boeing 727 de 1963 fue el primer avión de pasajeros en incorporar 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 de pasajeros modernos por un tubo de escape en la cola de la aeronave. [ 10 ]
Secciones
Una APU típica de turbina de gas para aeronaves de transporte comercial consta de tres secciones principales:
Sección de potencia
La sección de potencia es la parte del generador de gas del motor y produce toda la potencia del eje para la APU. [ 11 ] En esta sección del motor, el aire y el combustible se mezclan, se comprimen y se encienden para crear gases calientes y en expansión. Este gas es altamente energético y se utiliza para hacer girar la turbina, que a su vez impulsa otras secciones del motor, como las cajas de engranajes auxiliares, las bombas, los generadores eléctricos y, en el caso de un motor turbofán, el ventilador principal. [ 12 ]
Sección del compresor de carga
El compresor de carga suele ser un compresor montado sobre un eje que proporciona energía neumática a la aeronave, aunque algunas APU extraen aire de purga del compresor de la sección de potencia. Hay dos dispositivos accionados para ayudar a controlar el flujo de aire: las paletas guía de entrada que regulan el flujo de aire hacia el compresor de carga y la válvula de control de sobretensión que mantiene un funcionamiento estable o sin sobretensiones de la turbomáquina. [ 11 ]
Sección de la caja de cambios
La caja de engranajes transfiere la potencia del eje principal del motor a un generador refrigerado por aceite para la generación de energía eléctrica. Dentro de la caja de engranajes, también se transfiere potencia a los accesorios del motor, como la unidad de control de combustible, el módulo de lubricación y el ventilador de refrigeración. Además, un motor de arranque, conectado a través del tren de engranajes, realiza la función de arranque de la APU. Algunos diseños de APU utilizan un motor de arranque/generador combinado para el arranque de la APU y la generación de energía eléctrica, lo que reduce la complejidad.
En el Boeing 787 , una aeronave que depende en gran medida de sus sistemas eléctricos, la APU solo suministra electricidad a la aeronave. La ausencia de un sistema neumático simplifica el diseño, pero la alta demanda de electricidad requiere generadores más pesados. [ 13 ] [ 14 ]
Se están investigando las APU de celdas de combustible de óxido sólido ( SOFC ) a bordo. [ 15 ]
fabricantes
El mercado de unidades de potencia auxiliar está dominado por Honeywell , seguido de Pratt & Whitney (una subsidiaria de RTX Corporation ), Motorsich y otros fabricantes como PBS Velká Bíteš , Safran Power Units , Aerosila y Klimov . La cuota de mercado de 2018 varió según las plataformas de aplicación: [ 16 ]
- Grandes aeronaves comerciales: Honeywell 70–80%, Pratt & Whitney 20–30%, otras 0–5%
- Aeronaves regionales: Pratt & Whitney 50–60%, Honeywell 40–50%, otras 0–5%
- Aviones de negocios: Honeywell 90–100%, otros 0–5%
- Helicópteros: Pratt & Whitney 40–50%, Motorsich 40–50%, Honeywell 5–10%, Safran Power Units 5–10%, otros 0–5%
El 4 de junio de 2018, Boeing y Safran anunciaron su asociación al 50% para diseñar, construir y dar servicio a las APU tras obtener la aprobación regulatoria y antimonopolio en la segunda mitad de 2018. [ 17 ] Boeing produjo varios cientos de turboejes pequeños T50 / T60 y sus derivados a principios de la década de 1960. Safran produce APU para helicópteros y aviones ejecutivos , pero dejó de producir APU grandes desde que Labinal abandonó la empresa conjunta APIC con Sundstrand en 1996. [ 18 ]
Stephen Trimble, periodista del sitio web de noticias FlightGlobal , afirmó que los avances de Boeing y Safran en el mercado de APU representan una amenaza para el duopolio entre Honeywell y Pratt & Whitney. [ 19 ] Honeywell posee una cuota del 65% del mercado de APU para aviones de línea principal y es el único proveedor para el Airbus A350 , el Boeing 777 y todos los aviones de pasillo único : el Boeing 737 MAX , el Airbus A220 (anteriormente Bombardier CSeries), el Comac C919 , el Irkut MC-21 y el Airbus A320neo, ya que Airbus eliminó la opción P&WC APS3200 . P&WC reclama el 35% restante con el Airbus A380 , el Boeing 787 y el Boeing 747-8 . [ 18 ]
La empresa conjunta Boeing/Safran tardará al menos una década en alcanzar los 100 millones de dólares en ingresos por servicios. El mercado de producción de 2017 alcanzó los 800 millones de dólares (88 % civil y 12 % militar), mientras que el mercado de mantenimiento, reparación y revisión (MRO ) alcanzó los 2400 millones de dólares, repartidos a partes iguales entre el sector civil y el militar. [ 20 ]
Astronave
Las APU del Transbordador Espacial proporcionaban presión hidráulica . El Transbordador Espacial contaba con tres APU redundantes , alimentadas por combustible de hidracina . Solo se activaban para el ascenso, la reentrada y el aterrizaje. Durante el ascenso, las APU proporcionaban energía hidráulica para el cardán de los tres motores del Transbordador y el control de sus grandes válvulas, así como para el movimiento de las superficies de control . Durante el aterrizaje, movían las superficies de control, bajaban las ruedas y alimentaban los frenos y la dirección de la rueda de morro. El aterrizaje podía realizarse con solo una APU en funcionamiento. [ 21 ] En los primeros años del Transbordador, hubo problemas con la fiabilidad de las APU, con fallos de funcionamiento en tres de las primeras nueve misiones del Transbordador. [ Nota 2 ]
Vehículos blindados
Las APU se instalan en algunos tanques para proporcionar energía eléctrica sin el alto consumo de combustible ni la gran firma infrarroja del motor principal. Ya en la Segunda Guerra Mundial, el M4 Sherman estadounidense contaba con una pequeña APU con motor de pistón para cargar las baterías del tanque, una característica que el tanque T-34 de fabricación soviética no tenía. [ 26 ] El Centro de Investigación, Desarrollo e Ingeniería de Vehículos Blindados del Ejército de los Estados Unidos (TARDEC) desarrolló una unidad de potencia auxiliar (APU) de 100 kg para el tanque M1 Abrams para reemplazar una batería de 230 kg. La nueva APU también será más eficiente en el consumo de combustible que el motor principal del tanque. [ 27 ]
Vehículos comerciales
Un semirremolque o vagón de tren refrigerado o congelado puede estar equipado con una APU independiente y un tanque de combustible para mantener bajas temperaturas para la carga durante el tránsito, sin necesidad de una fuente de energía externa suministrada por el transporte. [ 28 ] [ 29 ]
En algunos equipos antiguos con motor diésel, se utilizaba un pequeño motor de gasolina (a menudo llamado "motor auxiliar") en lugar de un motor eléctrico para arrancar el motor principal. El conducto de escape del motor auxiliar solía estar dispuesto de forma que calentara el colector de admisión del diésel, facilitando así el arranque en climas fríos. Estos se utilizaban principalmente en maquinaria de construcción de gran tamaño. [ 30 ] [ 31 ]
pilas 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 [ 32 ] y utiliza el combustible diésel de manera más eficiente. [ 33 ] En 2008, una asociación patrocinada por el DOE entre Delphi Electronics y Peterbilt demostró que una pila de combustible podía proporcionar energía a la electrónica y al aire acondicionado de un Peterbilt Modelo 386 en condiciones simuladas de "ralentí" durante diez horas. [ 34 ] Delphi ha dicho que el sistema de 5 kW para camiones de Clase 8 se lanzará en 2012.con un precio de entre 8000 y 9000 dólares que sería competitivo con otras APU diésel de dos cilindros de "gama media", si pudieran cumplir con esos plazos y estimaciones de costos. [ 33 ]
Véase también
Notas
- ↑ Se requería un suministro continuo de aire a presión para mantener inflados los balones del dirigible y, por lo tanto, preservar la estructura de la bolsa de gas. En vuelo normal, este aire se recogía de la corriente de aire generada por la hélice mediante una toma de aire.
- ↑ Fallos iniciales de la APU del transbordador:
- STS-2 (noviembre de 1981): Durante una espera en la plataforma de lanzamiento, se detectaron altas presiones de aceite en dos de las tres APU. Fue necesario purgar las cajas de engranajes y reemplazar los filtros, lo que obligó a reprogramar el lanzamiento. [ 22 ]
- STS-3 (marzo de 1982): Una APU se sobrecalentó durante el ascenso y tuvo que ser apagada, aunque posteriormente funcionó correctamente durante la reentrada y el aterrizaje. [ 23 ] [ 24 ]
- STS-9 (noviembre-diciembre de 1983): Durante el aterrizaje, dos de las tres APU se incendiaron. [ 25 ]
Referencias
- ↑ "Sistemas eléctricos de 400 Hz" . Pregúntale a un científico espacial . Aerospaceweb.org.
- ↑ Un arrancador de combustible para reactores y un turborreactor desechable, Colección digital de la ASME, por C. Rodgers · 1986
- ↑ Abbott, Patrick (1989). El dirigible británico en guerra, 1914-1918 . Terence Dalton. pág. 57. ISBN 0861380738.
- ↑ Andrews y Morgan 1987, pág. 21.
- ↑ Wolf, William (2005). Boeing B-29 Superfortress: la visión definitiva: del tablero de dibujo al Día de la Victoria sobre Japón . Schiffer. pág. 205. ISBN 0764322575.
- ↑ Livingstone, Bob (1998). Bajo la Cruz del Sur: El B-24 Liberator en el Pacífico Sur . Turner Publishing Company. pág. 162. ISBN 1563114321.
- ↑ Ethell, Jeffrey; Downie, Don (2004). Volando sobre el Himalaya: en color original de la Segunda Guerra Mundial . Zenith Imprint. pág. 84. ISBN 0760319154.
- ↑ Schulte, Rudolph C. (1946). "Análisis del diseño del turborreactor BMW 003 - "Arranque del motor"" . legendsintheirowntime.com . Fuerza Aérea del Ejército de los Estados Unidos - Desarrollo de Turborreactores y Turbinas de Gas, Cuartel General, AAF. Archivado del original el 29 de septiembre de 2018. Recuperado 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 enciende 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). Después de que la unidad Riedel haya alcanzado una velocidad de aproximadamente 300 rpm, se acopla automáticamente al eje del compresor del turborreactor. A aproximadamente 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 acoplado 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 hasta la velocidad nominal de 9500 rpm con el combustible J-2.
- ↑ Gunston 1997, pág. 141.
- ↑ Vanhoenacker, Mark (5 de febrero de 2015). "¿Qué es ese agujero en la cola de un avión?" . Slate . Consultado el 20 de octubre de 2016 .
- 1 2 "La APU y sus beneficios | AERTEC Solutions" . www.aertecsolutions.com . 10 de mayo de 2015. Archivado del original el 20 de junio de 2018. Consultado el 20 de junio de 2018 .
- ↑ "Motores turborreactores" . www.grc.nasa.gov . Consultado el 20 de marzo de 2022 .
- ↑ 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). "El 'más eléctrico' 787 Dreamliner de Boeing impulsa la evolución de los motores: en el 787, Boeing eliminó el aire de purga y dependió en gran medida de los generadores de arranque eléctricos" . Design News . Archivado del original el 6 de abril de 2012. Recuperado el 9 de septiembre de 2011 .
- ↑ Spenser, Jay (julio de 2004). "Celdas de combustible en el aire" . Boeing Frontiers . 3 (3).
- ↑ «Caso M.8858 – Boeing/Safran/JV (Unidades de potencia auxiliares), Decisión de la Comisión de conformidad con el artículo 6, apartado 1, letra b), del Reglamento (UE) n.º 139/2004 del Consejo y el artículo 57 del Acuerdo sobre el Espacio Económico Europeo» . EUR-Lex . Comisión Europea. 27 de septiembre de 2018. pág. 14. Consultado el 11 de agosto de 2022 .
- ↑ «Boeing y Safran llegan a un acuerdo para diseñar, fabricar y dar servicio a unidades de potencia auxiliar» . Safran (Comunicado de prensa). 4 de junio de 2018. Archivado del original el 17 de junio de 2018.
- 1 2 Stephen Trimble (5 de junio de 2018). "¿Cómo revolucionará la empresa conjunta Boeing-Safran las APU?" . Flightglobal .
- ↑ Stephen Trimble (4 de junio de 2018). "Boeing y Safran se asocian para revolucionar el mercado de las APU" . Flightglobal .
- ↑ Kevin Michaels (27 de junio de 2018). "Opinión: ¿Por qué Boeing se está adentrando en la producción de APU?" . Aviation Week & Space Technology .
- ↑ "Sistema hidráulico" . spaceflight.nasa.gov . NASA. Archivado del original el 2 de junio de 2001. 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). "Transcripción de historia oral editada por Jack R. Lousma" . Proyecto de historia oral del Centro Espacial Johnson de la NASA (entrevista). Entrevistado por Jennifer Ross-Nazzal . Recuperado 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). "IRemember.ru Memorias de la Segunda Guerra Mundial" . iremember.ru/en . IRemember . Recuperado el 13 de junio de 2017. Una
gran ventaja del Sherman era la carga de sus baterías. En nuestro T-34 era necesario encender el motor, con sus 500 caballos de fuerza, para cargar las baterías. En el compartimento de la tripulación del Sherman había un motor auxiliar de gasolina, pequeño como el de una motocicleta. Se encendía y cargaba las baterías. ¡Esto era muy importante para nosotros!
- ↑ "Unidad de potencia auxiliar TARDEC para un tanque" . Engineeringtv.com . Archivado del original el 21 de junio de 2009. Consultado el 9 de junio de 2009 .
- ↑ "Tipos de vagones frigoríficos de Santa Fe" . sfrhms.org . Consultado el 16 de febrero de 2026 .
- ↑ "Exenciones de peso del vehículo para APU" .
- ↑ Orlemann, Eric. Crónica de Caterpillar: Historia de las mayores máquinas de movimiento de tierras . pág. 35. ISBN 9781610605779.
- ↑ "Willard v. Caterpillar, Inc. (1995)" . Justia Law . 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 auxiliar de celda de combustible para camiones diésel de servicio pesado" (PDF) . Transportation Research Part D. Elsevier Sciences Ltd. págs. 303–315 . Archivado del original (PDF) el 3 de abril de 2012. Recuperado el 27 de septiembre de 2011 .
- 1 2 Weissler, Paul (12 de mayo de 2010). "La APU de pila de combustible para camiones de Delphi llegará a las carreteras en 2012" . Electrificación de vehículos . Recuperado 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). "Una celda de combustible de óxido sólido alimenta con éxito la cabina y el dormitorio de un camión en una prueba patrocinada por el DOE" . NETL: Comunicado de prensa . Laboratorio Nacional de Tecnología Energética . Recuperado el 27 de septiembre de 2011 .
Enlaces externos
- "APU del transbordador espacial"
- "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 cabina.
- Vídeo de YouTube de un motor a reacción Junkers Jumo 004 restaurado, siendo arrancado con una APU Riedel "integrada", de septiembre de 2019.
- Sistemas de arranque
- generadores eléctricos
- Componentes de aeronaves
- Unidades de potencia auxiliar de aeronaves