Prefacio
En el creciente campo de la ingeniería aeroespacial, la refrigeración es uno de los factores más importantes. Empezando por la temperatura extrema del motor a reacción de un avión y terminando por la delicada electrónica de la aviónica, todo requiere un control térmico adecuado para funcionar con seguridad y eficacia. Los módulos de refrigeración de funcionamiento tan agresivo como los ventiladores de refrigeración aeroespacial están especialmente diseñados para aviones militares o comerciales, pero no descuidan la dispersión del calor en vuelo. No sólo hay que tolerar altas temperaturas en el severo clima del aire, sino también una gran altitud y, por tanto, diversas exigencias de funcionalidad con una gran carga mecánica. Estos refrigeradores son cruciales para evitar que las variaciones extremas de temperatura dañen los componentes electrónicos sensibles al calor, mientras que las estructuras a prueba de polvo contribuyen al rendimiento de la longevidad operativa.
Este artículo pretende analizar la creciente importancia de los ventiladores aeroespaciales tanto en las ramas militares como en las aeroespaciales y repasar los distintos tipos de ventiladores, lo que los hace únicos y los factores que garantizan que los aviones sean operativos.
El papel de la refrigeración por ventilador en las aplicaciones aeroespaciales
En una aplicación aeroespacial, el papel del ventilador es muy importante para garantizar que los sistemas utilizados en el interior de un avión o una nave espacial se mantengan a la temperatura de trabajo requerida. Estos ventiladores tienen la responsabilidad de hacer circular el aire, disipar el calor y enfriar los puntos calientes de las zonas sensibles. Los ventiladores de refrigeración aeroespacial se instalan en la cabina, el motor y cualquier otra sección de la aeronave para facilitar las operaciones de la aeronave en las más duras limitaciones.
¿Qué hace que la cuestión de la refrigeración de las aplicaciones aeroespaciales y militares sea más singular que otras?
La refrigeración de los sistemas aeroespaciales plantea muchos retos. Ante todo, estos sistemas tienen que emplearse en condiciones abusivas a grandes altitudes y temperaturas, variaciones rápidas de temperatura y vibraciones grandes y continuas.
Además, los ventiladores de refrigeración aeroespacial no pueden prescindir de la ligereza y el escaso mantenimiento, ya que en la sala de la aeronave se tiene en cuenta cada centímetro. También tienen que trabajar en recintos bastante pequeños, a veces en presencia de otros dispositivos electrónicos delicados. Además, hay ciertas expectativas en cuanto al uso de ventiladores aeroespaciales y militares, especialmente en lo que respecta a la seguridad y la fiabilidad, ya que el coste de un fallo es intolerable en el aire.
Tipos de ventiladores aeroespaciales de CA y CC
Los ventiladores aeroespaciales se clasifican en varias categorías en función de sus requisitos de refrigeración. En lo que respecta a los ventiladores, existen dos tipos principales: ventiladores de CA (corriente alterna) y ventiladores de CC (corriente continua). Sin embargo, los ventiladores de CA y CC pueden desglosarse en tipos más sofisticados, como ventiladores centrífugos y axiales, cada uno de los cuales presenta unas características y usos distintos en el ámbito aeroespacial.
Hay aplicaciones adecuadas para ventiladores de corriente alterna, por ejemplo en grandes sistemas, mientras que en aplicaciones sencillas y ligeras, los ventiladores de corriente continua pueden funcionar bien. Estos ventiladores aeroespaciales de refrigeración de corriente alterna también se clasifican en centrífugos y axiales, en función de los requisitos de las características de refrigeración. Del mismo modo, los ventiladores aeroespaciales de CC también son centrífugos y axiales, lo que proporciona amplias opciones para aplicaciones específicas de la industria en refrigeración aeroespacial.
Ventiladores centrífugos
Los ventiladores centrífugos, normalmente denominados sopladores o ventiladores radiales, están diseñados para expulsar aire perpendicularmente al eje del ventilador. Estos tipos son muy preferibles en aplicaciones que se controlan a alta presión estática, como la refrigeración de cajas electrónicas selladas. Ofrecen tanto fiabilidad como solidez y resistencia a condiciones extremas, lo que los hace ideales en la industria espacial y de defensa.
La fuente de alimentación de los ventiladores centrífugos aeroespaciales puede variar de motores de CA a motores de CC en función de lo que requiera la aplicación en cuestión. Los ventiladores centrífugos de CA suelen utilizarse para sistemas grandes y más complicados, en comparación con los ventiladores centrífugos de CC, que son mucho más sencillos y caben fácilmente en sistemas más pequeños.
Ventiladores axiales
Con los ventiladores axiales, el aire se dirige a lo largo de la línea de movimiento axial del ventilador. Estos ventiladores son ideales para aplicaciones que requieren un gran caudal de aire, como la refrigeración de motores y la ventilación de espacios. Existen varias configuraciones de ventiladores axiales en términos de diseño, incluidos, entre otros, los ventiladores de hélice, los ventiladores tuboaxiales y los ventiladores vaneaxiales, todos ellos adaptados para lograr unas necesidades de rendimiento específicas.
Al igual que los ventiladores centrífugos, los ventiladores axiales para el sector aeroespacial pueden ser de CA o CC. Sin embargo, se utilizan para hacer fluir aire de refrigeración a equipos de forma constante y son útiles en ingeniería aeronáutica y aeroespacial. También hay muchas aplicaciones de ventiladores axiales de CC, como los utilizados en extractores axiales u otras ventilaciones axiales, que se basan en ventiladores de baja tensión y permiten un control eficaz de la velocidad.
En un estudio realizado por la Asociación de Transporte Aéreo Internacional (IATA), los ventiladores axiales representan aproximadamente el 70% de todos los campos de aplicación de ventiladores de refrigeración aeroespacial, lo que subraya su relevancia en el sector.
Ventiladores EC: tecnologías avanzadas de refrigeración por aire
Los ventiladores de conmutación electrónica (EC) son lo último en la evolución de la tecnología de refrigeración por ventilador. Han incorporado los aspectos positivos de los dos tipos de ventiladores, los de CA y los de CC, para conseguir una alta eficacia, un control preciso de la velocidad y menos ruido. Los ventiladores EC utilizan motores de corriente continua con engranajes sin escobillas (BGDC) para proporcionar mejores controles de los mecanismos electrónicos y reducir las pérdidas de funcionamiento. Los ventiladores EC son de pequeño tamaño y pueden montarse en diferentes orientaciones, lo que se traduce en la creciente popularidad de los ventiladores EC en aplicaciones militares y aeroespaciales.
| Tipo de ventilador | Fuente de energía | Principales aplicaciones | Características principales |
| Ventiladores centrífugos | CA/CC | Cajas electrónicas selladas, refrigeración del motor | Alta presión estática, durabilidad, fiabilidad en condiciones duras |
| Ventiladores axiales | CA/CC | Refrigeración del motor, ventilación del espacio | Gran caudal de aire, ideal para ventilación, adecuado para entornos con altas temperaturas |
| Ventiladores CE | CE | Equipos de aviación, sistemas militares | Alta eficiencia, bajo nivel de ruido, diseño compacto, control preciso de la velocidad |
Aplicaciones de refrigeración en el sector militar y aeroespacial
Los ventiladores aeroespaciales encuentran aplicación en una amplia gama de sistemas militares y aeroespaciales. Desde motores inferiores de aviónica y radares superiores hasta otros sistemas importantes, estos ventiladores permiten que determinados componentes críticos se mantengan dentro de los límites de temperatura especificados. Hay varias aplicaciones de refrigeración, sobre todo en el ámbito aeroespacial, que merece la pena destacar.
Refrigeración de aviónica
El calor se genera por el funcionamiento de los equipos de aviónica instalados en el avión, incluidos los sistemas de navegación, comunicación y control de vuelo. El ventilador industrial de etapa 1 es, por tanto, eficaz para refrigerar equipos electrónicos acelerados y aumentar así su fiabilidad. En la refrigeración de aviónica, se suelen utilizar ventiladores a prueba de polvo para proteger el sistema de contaminantes que podrían comprometer su integridad.
Refrigeración del motor
Debido al uso de una gran cantidad de empuje, los motores a reacción funcionan en condiciones de calor, por lo que es necesario disponer de algún tipo de sistema de refrigeración. Estos sistemas de refrigeración incluyen ventiladores de escape axiales, en los que se aspira aire del entorno a través de la vaina del motor para enfriarlo y permitir que funcione a las temperaturas designadas. Dado que estos ventiladores funcionan en un entorno muy hostil de calor extremo y vibraciones generadas por los motores, su durabilidad es una consideración importante en su diseño.
Refrigeración de sistemas de radar y comunicación
Los aviones de combate utilizan sistemas de radar y comunicaciones para comprender la situación que les rodea y cumplir las tareas asignadas. También son responsables de considerables cargas térmicas, por lo que necesitan soluciones de refrigeración que no sólo mejoren el rendimiento, sino que también eliminen los riesgos de sobrecalentamiento. Tales sistemas incluyen ventiladores aeroespaciales en forma de ventilación axial y algunos otros diseños personalizados para expulsar el exceso de calor de los sistemas y permitir su correcto funcionamiento.
Consideraciones sobre el diseño de sistemas de refrigeración aeroespaciales
En las aplicaciones militares y aeroespaciales, el diseño de sistemas de refrigeración eficaces exige prestar atención a una serie de aspectos. Desde la selección de materiales hasta la amortiguación de vibraciones, cada característica del diseño tiene que ajustarse a las peculiaridades del segmento aeroespacial. Veamos algunas de las consideraciones de diseño importantes desde el punto de vista del diseño de ventiladores de refrigeración aeroespacial.
Materiales para palas, carcasas y motores
En los ventiladores empleados en aplicaciones militares y aeroespaciales, la selección de materiales para las aspas, las carcasas y los motores de los ventiladores es crucial. Estos componentes deben ser lo más ligeros posible para reducir el peso total del avión, al tiempo que deben presentar una resistencia considerable capaz de soportar las fuerzas del vuelo. En el diseño de ventiladores aeroespaciales se suele alcanzar un compromiso aceptable entre resistencia y peso mediante el uso de compuestos plásticos PBT y aleaciones de alto rendimiento.
Resistencia a la corrosión y durabilidad
Al diseñar cualquier ventilador aeroespacial, es necesario exponerlo a parámetros de entornos hostiles como humedad elevada, productos químicos y calor excesivo. La resistencia a la corrosión por el polvo o el agua es un factor muy importante en el diseño y la evaluación de los ventiladores, sobre todo porque sus aspas están sometidas a condiciones muy duras. Para cumplir las especificaciones del cliente en cuanto a la durabilidad de los componentes de los ventiladores, se utilizan revestimientos protectores y tratamientos superficiales, junto con procesos de encapsulado para los motores de los ventiladores.
Técnicas de reducción de las vibraciones y el ruido
Una de las dificultades a las que se enfrenta el desarrollo de un ventilador aeroespacial son las vibraciones y el ruido. Un nivel excesivo de vibración puede provocar daños excesivos, mientras que el ruido puede obstaculizar las redes de comunicación y causar molestias a los pasajeros y miembros de la tripulación. Se han tomado varias medidas en la construcción de ventiladores aeroespaciales para paliar lo anterior, como el equilibrado de las aspas del ventilador, la instalación de materiales amortiguadores de vibraciones y el diseño preciso de la geometría del ventilador para un flujo de aire eficiente. Las sacudidas y los zumbidos pueden parecer superfluos, pero reducirlos aumentará la eficacia y fiabilidad de los ventiladores aeroespaciales.
Conclusión
Los ventiladores aeroespaciales de CA y CC de calidad son muy importantes para evitar el sobrecalentamiento en cualquier instalación aeroespacial. Los refrigeradores del interior de los aviones varían desde sopladores centrífugos hasta ventiladores EC de nueva generación fabricados específicamente para soportar las condiciones del mundo aeroespacial. Ya sea en la cabina o en compartimentos externos de aviónica, estos ventiladores están preparados para el combate y son eficaces. Teniendo en cuenta todas las consideraciones anteriores -elección de materiales, corrosión, vibración-, los ingenieros aeroespaciales consiguen diseñar ventiladores muy eficaces y fiables que cumplen los requisitos militares y comerciales más exigentes.
El progreso siempre va acompañado de la evolución de las tecnologías relacionadas. El potencial de los ventiladores aeroespaciales va a crecer paralelamente a la creciente necesidad de equipos de refrigeración más eficientes, ligeros y fiables. Teniendo en cuenta qué tipos de ventiladores existen, dónde y cómo se utilizan exactamente y cómo están diseñados, es posible darse cuenta de la importante contribución de estos discretos dispositivos para garantizar la seguridad y la eficiencia del funcionamiento de las aeronaves.
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