Sistemas de Generación y Distribución de Energía Eléctrica en Aeronaves: Componentes y Funcionamiento

Baterías

Las baterías son una fuente primaria o de respaldo de energía eléctrica.

Tipos de Celdas

• Celda Primaria: No recargable/reversible.
  • Tipos: Alcalina, CZn, AgLi (mayor capacidad).
  • Estructura: Varilla de grafito (cátodo), pasta electrolítica en un recipiente de zinc (ánodo).
  • Aplicación: Linternas, entre otros.
• Celda Secundaria: Recargable/reversible.
  • Plomo-Ácido (2V): Electrolito de ácido sulfúrico, placa de dióxido de plomo (+), placa esponjosa (-), separador para evitar cortocircuitos.
    • Inundada: Carga en seco, pierde agua y produce gas.
    • VRLA: Sin electrolito libre, la recombinación de gases reduce la pérdida de agua.
  • NiCd: Alta capacidad, opera entre 60-90ºF, peligro de fuga térmica.
  • Ion-Litio: Alta capacidad, menor peso, larga vida útil, sin efecto memoria, descarga lenta cuando está apagada.

Configuración de Baterías en Aeronaves

• Mínimo: 2 baterías.
• Principal: Para sistemas esenciales, bus de reserva.
• Secundaria: APU (Unidad de Potencia Auxiliar).
• Redundancia: Garantiza la alimentación del sistema esencial.

Generación de Corriente Alterna (CA)

La generación de CA (115V, 400Hz, 120kVA) es el principal sistema de alimentación en muchas aeronaves.

Fuentes de Generación

• Generador Principal: Impulsado por el motor (1 generador por motor).
• Generador Auxiliar (APU): Posee su propio generador, disponible si falla el principal.
• Generador de Emergencia: Impulsado por una turbina de aire de impacto (RAT).

Control

• GCU (Unidad de Control del Generador): Regula a 115-120V y 400Hz junto con el CSD, monitorea la salida, conecta y desconecta los buses, y ofrece protección contra fallos.
• BPCU (Unidad de Control de Potencia del Bus): Coordina la distribución entre buses, monitorea el flujo mediante transformadores de corriente (CT) y garantiza la sincronización.

Alternador

Es el componente principal en la generación de CA.

• CA Trifásica: 3 voltajes desfasados 120º, mejorando la eficiencia y reduciendo la vibración eléctrica.
• Sin Escobillas: Mejora la fiabilidad. El generador excita y produce un flujo magnético, el generador piloto amplifica y el alternador principal genera la CA.
• Enfriamiento: Mediante aceite de la caja de engranajes del motor.

CSD (Constant Speed Drive)

Mantiene la salida a 400Hz.

• Hidráulico: Ajusta la velocidad del alternador utilizando aceite hidráulico del motor.
• IDG (Integrated Drive Generator): Combina alternador y CSD, ahorrando espacio y peso, y reduciendo los puntos de fallo.

Control Avanzado

• Supervisión Computarizada: Regula el voltaje, sincroniza las fases y protege contra sobrecargas y desfases.

Distribución de Energía

Configuración de Buses

• Dividido: Independiente.
• Paralelo: Comparte la carga.
• Paralelo Dividido: Maximiza la redundancia.

Componentes

• Conectores de bus.
• Transformadores de corriente.
• LRU (Unidades Reemplazables en Línea): Facilitan el mantenimiento.

Generación de Corriente Continua (CC)

La generación de CC (14-28V) alimenta buses, sistemas de respaldo y componentes sensibles.

Generador

• Devanado de Campo: Produce el campo magnético.
• Devanado de Armadura: Genera el voltaje.
• Conmutador: Transforma la CA en CC.
• Ventajas de las Escobillas: Simplicidad.
• Desventajas de las Escobillas: Mayor mantenimiento, menor eficiencia.

Alternador

(14-28V, 60-120A) Utiliza un conjunto rectificador para convertir CA en CC, carece de conmutador.

• Devanado de Campo: Produce el campo magnético.
• Devanado de Armadura: Genera la CA.
• Conjunto Rectificador: Utiliza diodos, mejorando la eficiencia.
• Escobillas y Anillos: Transfieren corriente al devanado de campo.

Conversión CA-CC: Rectificador

Alimenta el bus de CC, carga las baterías, tiene menor peso y mayor fiabilidad.

Control del Generador

Ajusta la corriente del campo magnético, ofrece protección contra sobretensión, corriente inversa y sobreexcitación.

Tipos

• Electromecánico.
• Sólido (más preciso).

Reguladores

• De Pila de Carbono: Ajusta la corriente de campo mediante discos de carbono, requiere mantenimiento regular.
• De 3 Unidades: Compuesto por 3 relés (regular voltaje, limitar corriente, protección contra corriente inversa), monitorea el voltaje de salida y desconecta el generador si falla.

Configuraciones Delta (Δ) y Estrella (Y)

Las configuraciones Delta (Δ) y Estrella (Y) afectan el flujo de corriente en los sistemas trifásicos.