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Informe Técnico Nro. 3
Estimación de carga térmica
en cabina de Airbus A330-200
Año 2023
Sistemas y Equipos del Avión
Estimación de carga térmica en cabina de
Airbus A330-200
Jueves 27 de abril de 2023
Resumen
El diseño adecuado de la cabina de un avión es crucial para garantizar el confort y la seguridad de las
personas a bordo. La carga térmica, es decir, la cantidad de calor generado por los pasajeros, tripulación, sistemas
eléctricos, entre otros muchos factores, es un pilar fundamental que debe ser considerado a la hora de seleccionar
e implementar los sistemas y equipos de acondicionamiento de aire para la aeronave. En el presente informe
técnico, se abordará el proceso de cálculo de la carga térmica en la cabina de un Airbus A330-200, detallando los
métodos y herramientas empleados para llevar a cabo dicha estimación. Al finalizar, se especificarán los
resultados obtenidos.
Palabras clave: carga térmica, conductibilidad, temperatura, ralentí.
Abstract
The proper design of an aircraft cabin is crucial to ensure the comfort and safety of the people on board.
Thermal load, that is, the amount of heat generated by passengers, crew, electrical systems, among many other
factors, is a fundamental pillar that must be considered when selecting and implementing air conditioning systems
and equipment for the aircraft. This technical report addresses the process of calculating the thermal load in the
cabin of an Airbus A330-200, detailing the methods and tools used to carry out this estimation. At the end, the
obtained results will be specified.
Keywords: thermal load, conductivity, temperature, idling.
Lista de abreviaturas, símbolos y unidades
π‘„Μ‡π‘‘π‘œπ‘‘π‘Žπ‘™
𝑄̇𝑒π‘₯𝑑
𝑄̇𝑖𝑛𝑑
𝑄̇𝑠𝑑
π‘„Μ‡π‘“β„Ž
π‘„Μ‡π‘π‘’π‘Ÿ
𝑄̇𝑖𝑛𝑓
𝑄̇𝑒𝑙𝑒𝑐
𝑄̇𝑑
π‘‡π‘π‘Žπ‘
π‘‡π‘Žπ‘šπ‘
𝑉
𝐻
𝐻%
Carga térmica total en el compartimiento [π‘Š]
Transferencia de calor a través de las superficies externas del compartimiento [π‘Š]
Transferencia de calor a través de las superficies internas del compartimiento [π‘Š]
Carga solar a través de las superficies transparentes [π‘Š]
Carga del personal o factor humano [π‘Š]
Carga por pérdidas[π‘Š]
Carga por infiltraciones[π‘Š]
Carga eléctrica[π‘Š]
Carga por suministro al desempañador [π‘Š]
Temperatura de cabina [°πΆ]
Temperatura ambiente [°πΆ]
Velocidad verdadera del avión [π‘š/𝑠]
Altura [π‘š]
Porcentaje de humedad [π‘Žπ‘‘π‘–π‘šπ‘’π‘›π‘ π‘–π‘œπ‘›π‘Žπ‘™]
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Sistemas y Equipos del Avión
π‘π‘Žπ‘’π‘₯ Número de auxiliares de vuelo [π‘Žπ‘‘π‘–π‘šπ‘’π‘›π‘ π‘–π‘œπ‘›π‘Žπ‘™]
π‘π‘π‘Žπ‘ π‘Žπ‘— Número de pasajeros [π‘Žπ‘‘π‘–π‘šπ‘’π‘›π‘ π‘–π‘œπ‘›π‘Žπ‘™]
π‘π‘π‘–π‘™π‘œπ‘‘π‘œ Piloto [π‘Žπ‘‘π‘–π‘šπ‘’π‘›π‘ π‘–π‘œπ‘›π‘Žπ‘™]
π‘π‘π‘œπ‘π‘–π‘™π‘œπ‘‘π‘œ Copiloto [π‘Žπ‘‘π‘–π‘šπ‘’π‘›π‘ π‘–π‘œπ‘›π‘Žπ‘™]
Informe Técnico Nro. 3
Estimación de carga térmica
en cabina de Airbus A330-200
Año 2023
π‘ƒπ‘’π‘ž
π‘‰π‘Ž
𝐺𝑑
πΆπ‘π‘Žπ‘–π‘Ÿπ‘’
Potencia de los equipos eléctricos [π‘Š]
Velocidad de circulación del aire en cabina [π‘š/𝑠]
Máxima radiación solar según registros de Servicio Meteorológico [π‘π‘Žπ‘™/β„Ž π‘š2 ]
Calor específico a presión constante del aire [π‘˜π½/π‘˜π‘” 𝐾]
π‘žπ‘
𝜎
π‘ˆ
β„Ž
π‘˜π‘Ž
π‘‘π‘Ž
𝑁𝑣𝑖𝑑
𝑑𝑣𝑖𝑑
π‘‘π‘Žπ‘π‘Ÿ
π‘˜π‘£π‘–π‘‘
π‘˜π‘Žπ‘π‘Ÿ
π‘˜π‘Žπ‘™
π‘‘π‘π‘’π‘Žπ‘‘
π‘‘π‘Žπ‘–π‘ 
π‘˜π‘Žπ‘–π‘ 
π‘‘π‘π‘–π‘ π‘œ
π‘‘π‘Žπ‘™π‘“
π‘˜π‘π‘–π‘ π‘œ
π‘˜π‘Žπ‘™π‘“
π‘Ÿ
𝐹
Caudal de pérdidas [𝑙𝑏/β„Ž]
Densidad relativa [π‘Žπ‘‘π‘–π‘šπ‘’π‘›π‘ π‘–π‘œπ‘›π‘Žπ‘™]
Conductancia térmica [π‘Š/π‘š2 𝐾]
Coeficiente de película [π‘Š/π‘š2 𝐾]
Conductibilidad térmica del aislante [π‘Š/π‘š 𝐾]
Espesor de la capa aislante [π‘šπ‘š]
Número de láminas de vidrio [π‘Žπ‘‘π‘–π‘šπ‘’π‘›π‘ π‘–π‘œπ‘›π‘Žπ‘™]
Espesor de una lámina de vidrio [π‘šπ‘š]
Espesor de una lámina de acrílico [π‘šπ‘š]
Conductibilidad térmica del vidrio [π‘Š/π‘š 𝐾]
Conductibilidad térmica del acrílico [π‘Š/π‘š 𝐾]
Conductibilidad térmica del aluminio [π‘Š/π‘š 𝐾]
Espesor de las cuadernas anterior y posterior[π‘šπ‘š]
Espesor del aislante sobre las cuadernas [π‘šπ‘š]
Conductibilidad térmica del aislante [π‘Š/π‘š 𝐾]
Espesor de la placa de aluminio en el piso [π‘šπ‘š]
Espesor de la alfombra [π‘šπ‘š]
Conductibilidad térmica del piso propiamente dicho [π‘Š/π‘š 𝐾]
Conductibilidad térmica de la alfombra [π‘Š/π‘šπΎ]
Coeficiente de radiación [π‘Š/π‘š2 ]
Factor de forma [π‘Žπ‘‘π‘–π‘šπ‘’π‘›π‘ π‘–π‘œπ‘›π‘Žπ‘™]
Equivalencias
π΅π‘‡π‘ˆ
π‘π‘Žπ‘™
𝐽
= 2712,4722
= 3,1546
2
2
β„Ž 𝑓𝑑
β„Žπ‘š
𝑠 π‘š2
𝑇(𝐾) = 𝑇(°πΆ) + 273, 15 𝐾
3.1. Introducción
La carga térmica en la cabina de un avión es un aspecto crítico que debe ser evaluado y
controlado para garantizar la comodidad y seguridad de los pasajeros y la tripulación. La temperatura
dentro de la cabina debe ser mantenida dentro de rangos específicos para asegurar que los pasajeros
se sientan cómodos y no sufran efectos negativos en su salud debido a las temperaturas extremas.
Además, la carga térmica también es un factor importante a tener en cuenta en el diseño y
selección de los sistemas de enfriamiento y calefacción de una aeronave.
En este informe técnico, en particular, se abordará la estimación de la carga térmica en la
cabina de un Airbus A330-200 perteneciente a
Figura 3.1: Fotografía de Airbus A330-200 de
Aerolíneas
Argentinas.
Figura
3.3: Render
de Airbus A330-200 de Aerolíneas Argentinas en pista.
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Estimación de carga térmica
en cabina de Airbus A330-200
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Aerolíneas Argentinas, los factores que influyen en ella, las metodologías utilizadas para su cálculo, la
importancia de su correcta estimación para garantizar una operación segura y confortable de la
aeronave y se expondrán los resultados obtenidos.
3.2. Marco teórico
Figura 3.2: Cabina de pasajeros de Airbus
A330-200 de Aerolíneas Argentinas.
3.2.1 Generalidades
Se considera como caso crítico de refrigeración, para el equipo climatizador, cuando el avión
se encuentra sobre la pista, al sol, en verano. En estas condiciones, el equipo acondicionador de aire,
con el grupo propulsor en ralentí, o en un equipo APU (Auxiliar Power Unit - Unidad de Potencia
Auxiliar) a bordo, debe ser capaz de que la temperatura promedio en cabina no exceda los 27°πΆ (80°πΉ).
En primer lugar, es necesario efectuar un estudio de las condiciones climáticas de las zonas
más probables de operación de la aeronave, a fin de establecer las condiciones extremas de
temperatura, humedad y radiación que pueden esperarse. Con dichos valores, se fijan las condiciones
críticas de disipación de temperatura en cabina, que permiten evaluar a los posibles sistemas de
acondicionamiento de aire.
3.2.2 Extremas Climáticas
Para la evaluación de estos valores se requiere información meteorológica sobre las zonas de
operación durante un cierto período de tiempo (generalmente tres a cuatro años). Los datos necesarios
son registros diarios de temperatura, humedad y radiación solar. Con los mismos se realiza un
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histograma de frecuencias de ocurrencia para cada uno y se toman los valores máximos comprendidos
entre el 1% de ocurrencia.
Para el caso de la radiación solar, si la medida máxima es inferior al valor previsto por la Norma
MIL (360 π΅π‘‡π‘ˆ/β„Ž 𝑓𝑑 2 ), se debe tomar este último parámetro para efectuar los cálculos.
Se parte de la hipótesis de que el flujo de calor a través del sistema está estabilizado, y, en
consecuencia, no cambia con el tiempo, es decir:
𝑑𝑄
𝑑𝑑
= 𝑄̇ = πΆπ‘œπ‘›π‘ π‘‘π‘Žπ‘›π‘‘π‘’
(3.1)
Esta es, en efecto, la condición que existe en un compartimiento que ha sido acondicionado
por algún tiempo con cargas térmicas constantes, donde las mismas no exceden la capacidad del
sistema y se encuentran dentro de los límites de la tolerancia humana.
La transferencia de calor ocurre por los procesos de conducción, convección y radiación, entre
los elementos que componen al sistema de las siguientes maneras:
• Convección entre la capa límite y el recubrimiento exterior del avión.
• Radiación solar a través de las áreas transparentes que están directamente sobre el
personal de a bordo, los equipos y sobre las superficies interiores de la cabina.
• Conducción a través de las paredes y miembros estructurales de la cabina.
• Convección entre la superficie interior de la cabina y el aire de la misma.
• Convección entre el personal de a bordo y los equipos con aire en la cabina.
De acuerdo con las cargas y flujos de calor antes descriptos, es posible establecer la expresión
que da la carga total en régimen estacionario:
π‘„Μ‡π‘‘π‘œπ‘‘π‘Žπ‘™ = 𝑄̇𝑒π‘₯𝑑 + 𝑄̇𝑖𝑛𝑑 + 𝑄̇𝑠𝑑 + π‘„Μ‡π‘“β„Ž + π‘„Μ‡π‘π‘’π‘Ÿ + 𝑄̇𝑖𝑛𝑓 + 𝑄̇𝑒𝑙𝑒𝑐 + 𝑄̇𝑑
(3.2)
3.2.3. Relevamiento Geométrico y Estructural de la Cabina
A fin de permitir llevar en forma ordenada el cálculo de transferencias de cargas térmicas, es
necesario realizar un relevamiento detallado del recinto que limita el comportamiento de la cabina,
tanto en medidas como en tipo y características de los materiales empleados en su construcción.
3.2.4. Transferencia de Calor a través de las paredes externas de la Cabina
En esta zona, la transferencia se produce por conducción y convección, aparte del efecto de
aletas que producen las cuadernas contenidas en la cabina.
El calor transferido a través de las paredes externas que limitan el compartimiento de la cabina,
se expresa entonces:
𝑄̇𝑒π‘₯𝑑 = π‘ˆπ΄(π‘‡π‘Ž − 𝑇𝑐 ) + (π‘ˆπ΄)π‘π‘’π‘Žπ‘‘ (π‘‡π‘Ž − 𝑇𝑐 )
(3.3)
Donde se ha considerado que nos encontramos con el caso de paredes superpuestas, por lo
cual la conductancia total (𝑼) es la suma de las conductancias individuales a través de sus respectivas
áreas.
Se tiene:
1
π‘ˆ
=
1
𝑒𝑖
𝑑
+ ∑( ) +
π‘˜
𝑗
1
𝑒𝑒
(3.4)
Donde 𝒖 es la conductancia por convección (𝒉) más radiación (𝒓), π’Œ el coeficiente de
conductibilidad térmica de cada material componente de la pared y 𝒕 el espesor de cada material.
El primer término, que representa la convección del aire exterior hacia la superficie, no es
tenido en cuenta ya que se parte de la hipótesis de que la temperatura del recubrimiento es igual a la
del aire exterior.
El tercer término representa la convección hacia el interior.
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Estimación de carga térmica
en cabina de Airbus A330-200
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Año 2023
Para un mejor análisis se puede dividir a las paredes externas en varias zonas, de esta manera
se tiene:
a) Paredes Laterales
Comprende al recubrimiento exterior que ha sido aislado térmicamente. Se utiliza
generalmente lana de vidrio como aislante.
Se considera usualmente que el recubrimiento se encuentra a la misma temperatura que el
ambiente exterior, por lo cual no existirá intercambia térmico entre ambos
b) Cúpulas
Idénticas consideraciones que, para el caso anterior, pero se debe tener en cuenta que no
existe convección entre el aire exterior y la cúpula
c) Parabrisas
Idénticas consideraciones que para el caso anterior.
d) Efecto de aleta producido por las cuadernas
Para evaluar este efecto se toma un promedio de medidas entre todas las aletas comprendidas
en la zona de la cabina, con estos valores se evalúa la conductancia de una aleta que corresponda a
dichas dimensiones. Este resultado se considera como la conductancia unitaria de la aleta promedio,
multiplicándola por el número total de cuadernas se obtiene la conductancia total.
• Transferencia térmica de las aletas rectangulares: estableciendo la condición de que el flujo
de calor por conducción en el extremo de la barra (π‘₯ = 𝐿) debe ser igual al de convección del extremo
de barra al fluido, se obtiene:
π‘„Μ‡π‘Žπ‘™π‘’π‘‘π‘Ž = π‘€πœ†βˆ†π‘‡√𝑝𝐴
(3.5)
Siendo 𝑝 = 2(𝑏 + 𝐿), el perímetro, 𝐴 ≈ 𝑏. 𝑑, el área, βˆ†π‘‡ la diferencia de temperatura entre la
pared y el fluido, πœ† la eficiencia de la aleta y 𝑀 la conductancia de la misma.
El valor de 𝑀 puede calcularse como:
π‘š´ = √
2β„Ž
(3.6)
π‘˜π‘‘
β„Ž
𝑀=
π‘ π‘’π‘›β„Ž(π‘š´πΏ)+(π‘š´π‘˜) π‘π‘œπ‘ β„Ž (π‘š´πΏ)
π‘π‘œπ‘›β„Ž(π‘š´πΏ)+(
β„Ž
) π‘ π‘’π‘›β„Ž(π‘š´πΏ)
π‘š´π‘˜
√β„Žπ‘˜
(3.7)
La eficiencia será:
πœ†=
π‘‘π‘Žπ‘›β„Ž(π‘š´πΏ)
(3.8)
π‘š´πΏ
Siendo 𝐿 la proyección de la aleta hacia el fluido.
• Cálculo de coeficientes de película: se considera que, para una placa plana con convección
natural, los coeficientes de película están dados por la siguiente relación:
β„Ž = (0,97 + 0,5 𝑉)√𝜎
(3.9)
𝜌
π‘š
𝜌0
𝑠
Siendo 𝜎 la relación de densidades ( ), 𝑉 la velocidad del fluido en [ ] y β„Ž el coeficiente de
película en [
π‘Š
π‘š2𝐾
].
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3.2.5. Transferencia de calor a través de las paredes internas de la cabina
Corresponde a las superficies internas que limitan a la cabina como compartimiento,
generalmente se considera la cuaderna anterior, la posterior y el piso.
a) Cuaderna anterior
Se considera como hipótesis de cálculo que la temperatura en el compartimiento adyacente
es igual a la exterior, pero la cuaderna no se encuentra a esa temperatura, por lo cual existirá una
convección del ambiente en ese compartimiento hacia la cuaderna.
b) Cuaderna Posterior
Se toman las mismas hipótesis que en el caso anterior.
c) Piso
Se lo considera como una placa sándwich cuyo intermedio es el aire, por lo cual se suponen
tres partes: piso propiamente dicho, intermedio y recubrimiento no aislado.
En esta pared superpuesta se tienen: conducción, convección y radiación.
Se toma la hipótesis de que el recubrimiento exterior se encuentra a la misma temperatura que
el medio exterior, y que produce convección y radiación hacia el piso propiamente dicho; el intermedio
no presenta resistencia al pasaje del flujo de calor.
3.2.6. Carga solar a través de las superficies transparentes
La cantidad de calor transmitida por la radiación solar a través de las transparencias de la
cúpula de la cabina, constituyen un valor importante dentro de las calorías a disipar en el caso de
aviones con grandes superficies vidriadas.
El flujo de calor por radiación solar puede calcularse de:
𝑄̇𝑠𝑑 = 𝐺𝑑 π΄π‘π‘Ÿπ‘œπ‘¦ 𝜏
(3.10)
Donde es:
𝜏
𝐺𝑑
π΄π‘π‘Ÿπ‘œπ‘¦
Coeficiente de transmisión para las superficies transparentes
Radiación solar máxima
Área proyectada de la superficie transparente normal al sol.
La radiación solar es función del lugar geográfico y de la época del año. El relevamiento
estadístico realizado por el servicio meteorológico permite conocer el valor máximo para las zonas más
probables de servicio del avión. Dicho valor debe ser chequeado con el dado según Normas, y tomar
el más desfavorable para el cálculo.
3.2.7. Carga del factor humano
El personal de la tripulación y los pasajeros producen una carga térmica que debe tenerse en
cuenta. Ésta depende de las condiciones ambientales de la cabina: temperatura, humedad, radiación
solar, etc.; así como también del grado de actividad que se desarrolle y la mayor o menor cantidad de
abrigo que lleve.
Para un cálculo conservativo se recomienda considerar como carga térmica del factor humano
unitaria a los siguientes valores:
117,24 π‘Š (π‘‘π‘Ÿπ‘–π‘π‘’π‘™π‘Žπ‘›π‘‘π‘’)
π‘„Μ‡π‘“β„Žπ‘’ = {
88 π‘Š (π‘π‘Žπ‘ π‘Žπ‘—π‘’π‘Ÿπ‘œ)
(3.11)
3.2.8. Carga por pérdidas
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Año 2023
Se considera un caudal de pérdidas de π‘žπ‘ = 50 𝑙𝑏/β„Ž, de acuerdo con las pérdidas inevitables
que la hermeticidad de la cabina a presión admite, y suponiendo que este aire se encontraba a una
temperatura promedio de 𝑇𝑝 = 10°πΆ; por lo tanto, el flujo calórico será:
π‘„Μ‡π‘π‘’π‘Ÿ = π‘žπ‘ πΆπ‘π‘Žπ‘–π‘Ÿπ‘’ (𝑇𝑐 − 𝑇𝑝 )
(3.12)
3.2.9. Cargas por infiltración
Estas cargas térmicas ocurren cuando hay aire exterior que se introduce en la cabina por
infiltración, mezclándose con el aire acondicionado. Es necesario considerarlas cuando la cabina no
es presurizada. En el presente análisis, no serán consideradas.
3.2.10. Carga eléctrica
En aviones modernos con una sustancial cantidad de equipos eléctricos y electrónicos en
cabina, esta carga térmica puede significar una fracción nada despreciable del calor total a disipar.
Una estimación conservativa, pero realista, permite suponer que esta carga se obtiene por la
transformación total de su energía eléctrica total en calor.
𝑄̇𝑒𝑙𝑒𝑐 = π‘ƒπ‘’π‘ž
(3.13)
3.2.11. Carga por suministro al desempañador
Dadas las condiciones de operación en tierra que se analizan, se considera que el
desempañador no estará en servicio. En caso contrario se debería considerar la influencia del aire
caliente introducido por el distribuidor al parabrisas.
3.3. Desarrollo
3.3.1. Condiciones generales
a)
•
•
•
Extremas climáticas obtenidas del servicio meteorológico en los destinos de la aeronave:
Puerto Iguazú:
Cancún:
Río de Janeiro:
𝑇 = 36°πΆ
𝑇 = 34°πΆ
𝑇 = 35°πΆ
𝐻% = 90%
𝐻% = 83%
𝐻% = 99%
Figura 3.4: Destinos del Airbus
A330-200 de Aerolíneas Argentinas.
b)
Temperatura interior máxima en cabina
π‘‡π‘π‘Žπ‘ = 27°πΆ
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c) Velocidad verdadera del avión
d) Altura
e)
f)
g)
h)
i)
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Estimación de carga térmica
en cabina de Airbus A330-200
Año 2023
π‘š
𝑉=0
𝑠
𝐻 = 𝑛. 𝑑. π‘š
Número de tripulantes
Potencia de los equipos eléctricos
Velocidad de circulación del aire en la cabina
Máxima radiación solar según registros del Servicio Meteorológico
Calor específico a presión constante del aire
𝑁𝑑 = 6
π‘ƒπ‘’π‘ž = 30 π‘˜π‘Š
π‘‰π‘Ž = 0,3 π‘š/𝑠
𝐺𝑑 = 75 π‘π‘Žπ‘™/β„Ž π‘š2
πΆπ‘π‘Žπ‘–π‘Ÿπ‘’ = 1 π‘˜π½/π‘˜π‘” 𝐾
3.3.2. Características necesarias del Airbus A330-200 para el cálculo
3.3.2.1. Factor humano
a)
Número de pasajeros
π‘π‘π‘Žπ‘ π‘Žπ‘— = 272
b)
•
•
•
Tripulación:
Piloto
Copiloto
Número de auxiliares de vuelo
π‘π‘π‘–π‘™π‘œπ‘‘π‘œ = 1
π‘π‘π‘œπ‘π‘–π‘™π‘œπ‘‘π‘œ = 1
π‘π‘Žπ‘’π‘₯ = 6
3.3.2.2. Paredes externas
a)
b)
Conductibilidad térmica del aislante
Espesor de la capa aislante
π‘Š
π‘˜π‘Ž = 0,05
π‘šπΎ
π‘‘π‘Ž = 15 π‘šπ‘š
3.3.2.3. Parabrisas
En particular, el parabrisas del A330-200 tiene tres capas de vidrio, que están laminadas con
dos capas de acrílico. El vidrio utilizado en las capas externas del parabrisas es vidrio templado, que
ha sido tratado térmicamente para aumentar su resistencia a la rotura y los impactos.
El acrílico empleado en las capas intermedias del parabrisas proporciona una capa adicional
de resistencia y protección contra los impactos y los rayos ultravioleta. Además, el acrílico es más
liviano que el vidrio, lo que ayuda a reducir el peso total del parabrisas y de la aeronave en general.
a)
b)
c)
d)
e)
Número de láminas de vidrio
Espesor de una lámina de vidrio
Número de láminas de acrílico
Espesor de una lámina de acrílico
Conductibilidad térmica del vidrio
𝑁𝑣𝑖𝑑 = 3
𝑑𝑣𝑖𝑑 = 6 π‘šπ‘š
π‘π‘Žπ‘π‘Ÿ = 2
π‘‘π‘Žπ‘π‘Ÿ = 3 π‘šπ‘š
π‘Š
π‘˜π‘£π‘–π‘‘ = 0,70
f)
Conductibilidad térmica del acrílico
π‘˜π‘Žπ‘π‘Ÿ = 0,19
π‘šπΎ
π‘Š
π‘šπΎ
3.3.2.4. Cuadernas
π‘Š
a)
b)
c)
Conductibilidad térmica del aluminio
Espesor de las cuadernas anterior y posterior
Espesor aislante sobre cuadernas
π‘˜π‘Žπ‘™ = 209,3
π‘šπΎ
π‘‘π‘π‘’π‘Žπ‘‘ = 8 π‘šπ‘š
π‘‘π‘Žπ‘–π‘  = 14,5 π‘šπ‘š
d)
e)
Conductibilidad térmica del aislante
Número de cuadernas
π‘˜π‘Žπ‘–π‘  = 0,05
π‘šπΎ
π‘π‘π‘’π‘Žπ‘‘ = 58
π‘Š
3.3.2.5. Piso de la cabina
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Sistemas y Equipos del Avión
a) Espesor de la placa del piso
b) Espesor de la alfombra
Informe Técnico Nro. 3
Estimación de carga térmica
en cabina de Airbus A330-200
Año 2023
π‘‘π‘π‘–π‘ π‘œ = 20 π‘šπ‘š
π‘‘π‘Žπ‘™π‘“ = 6,5 π‘šπ‘š
π‘Š
c)
Conductibilidad térmica del piso
π‘˜π‘π‘–π‘ π‘œ = 3
d)
Conductibilidad térmica de la alfombra
π‘˜π‘Žπ‘™π‘“ = 0,07
e)
f)
Coeficiente de radiación
Factor de forma
π‘Ÿ = 4,6 2
π‘š
𝐹=1
π‘šπΎ
π‘Š
π‘Š
π‘šπΎ
Figura 3.5: Plano de vista interna en corte de la cabina de pasajeros del
Airbus A330-200; business class a la izquierda y economy class a la derecha.
Figura 3.6: Dimensiones del A330-200. Vistas: frontal, lateral y en planta.
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Informe Técnico Nro. 3
Estimación de carga térmica
en cabina de Airbus A330-200
Año 2023
Sistemas y Equipos del Avión
3.3.3. Cálculo
3.3.3.1. Hipótesis:
a)
El flujo de calor a través del sistema es estacionario:
𝑑𝑄
= 𝑄̇ = πΆπ‘œπ‘›π‘ π‘‘.
𝑑𝑑
b)
c)
La transferencia de calor se produce mediante: convección, conducción y radiación.
Las condiciones extremas consideradas son:
π‘‡π‘Žπ‘šπ‘ = 36°πΆ = 309,15 𝐾
π»π‘’π‘šπ‘’π‘‘π‘Žπ‘‘ = 90%
π‘‡π‘π‘Žπ‘ = 27°πΆ = 300,15 𝐾
3.3.3.2. Cálculo:
3.3.3.2.1. Transferencia de calor a través de las paredes externas
a)
Paredes laterales
•
Velocidad de circulación del aire en la cabina
π‘‰π‘Ž = 0,3
•
•
Densidad relativa del aire
Coeficiente de película
𝜎=1
β„Ž = (0,97 + 0,5π‘‰π‘Ž )√𝜎 = 1,12
π‘š
𝑠
π‘Š
π‘š2 𝐾
π‘Š
•
Conductibilidad térmica del aislante
π‘˜π‘Ž = 0,05
•
•
•
Espesor de la capa aislante
Superficie paredes laterales
Coeficiente de transmisión total en paredes laterales
π‘‘π‘Ž = 15 π‘šπ‘š
𝐴𝑒 = 834,37 π‘š2
π‘ˆπ‘’ =
b)
1
π‘‘π‘Ž 1
+
π‘˜π‘Ž β„Ž
= 0,8383
π‘šπΎ
π‘Š
π‘š2 𝐾
Parabrisas
π‘Š
•
Conductibilidad térmica del vidrio
π‘˜π‘£π‘–π‘‘ = 0,70
•
•
•
Espesor de una lámina de vidrio
Número de láminas de vidrio
Conductibilidad térmica del acrílico
𝑑𝑣𝑖𝑑 = 6 π‘šπ‘š
𝑁𝑣𝑖𝑑 = 3
π‘Š
π‘˜π‘Žπ‘π‘Ÿ = 0,19
•
•
•
•
Espesor de una lámina de acrílico
Número de láminas de acrílico
Área de parabrisas
Coeficiente de transmisión en parabrisas
π‘‘π‘Žπ‘π‘Ÿ = 3 π‘šπ‘š
π‘π‘Žπ‘π‘Ÿ = 2
π΄π‘π‘Žπ‘Ÿ = 4,1 π‘š2
π‘ˆπ‘π‘Žπ‘Ÿ =
c)
π‘šπΎ
π‘šπΎ
1
π‘Š
= 1,0524 2
𝑑𝑣𝑖𝑑
π‘‘π‘Žπ‘π‘Ÿ 1
π‘š 𝐾
𝑁𝑣𝑖𝑑
+ π‘π‘Žπ‘π‘Ÿ
+
π‘˜π‘£π‘–π‘‘
π‘˜π‘Žπ‘π‘Ÿ β„Ž
Efecto de las cuadernas
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Estimación de carga térmica
en cabina de Airbus A330-200
Año 2023
Sistemas y Equipos del Avión
•
Conductibilidad térmica del aluminio
•
Geometría de la cuaderna
π‘‘π‘Žπ‘™ = 7 π‘šπ‘š
•
𝑏 = 2600 π‘šπ‘š
2β„Ž
𝐿 = 100 π‘šπ‘š
π‘˜π‘Žπ‘™ π‘‘π‘Žπ‘™
= 1,236489
β„Ž
) π‘π‘œπ‘ β„Ž(π‘š´πΏ)
π‘š´π‘˜π‘Žπ‘™
β„Ž
π‘π‘œπ‘ β„Ž(π‘š´πΏ)+(
) π‘ π‘’π‘›β„Ž(π‘š´πΏ)
π‘š´π‘˜π‘Žπ‘™
π‘ π‘’π‘›β„Ž(π‘š´πΏ)+(
1
𝑀=
π‘š
π‘Š
√β„Žπ‘˜π‘Žπ‘™ = π‘š 𝐾
Eficiencia de la aleta
πœ†=
•
π‘Š
π‘šπΎ
Cálculo de los coeficientes de la cuaderna como aleta:
π‘š´ = √
•
π‘˜π‘Žπ‘™ = 209,3
π‘‘π‘Žπ‘›β„Ž(π‘š´πΏ)
= 0,9966
π‘š´πΏ
Perímetro de la aleta
𝑝 = 2(𝑏 + π‘‘π‘Žπ‘™ ) = 5214 π‘šπ‘š
•
Área de la aleta
π΄π‘Žπ‘™π‘’π‘‘π‘Ž = π‘‘π‘Žπ‘™ 𝑏 = 18200 π‘šπ‘š2 = 0,0182 π‘š2
•
Coeficiente de transmisión de la aleta
π‘ˆπ‘Žπ‘™π‘’π‘‘π‘Ž = π‘€πœ†π›₯𝑇√π΄π‘Žπ‘™π‘’π‘‘π‘Ž 𝑝 = 0,597279
•
•
π‘π‘π‘’π‘Žπ‘‘ = 58
Número de cuadernas
Coeficiente de transmisión de las cuadernas
π‘ˆπ‘π‘’π‘Žπ‘‘ = π‘ˆπ‘Žπ‘™π‘’π‘‘π‘Ž π‘π‘π‘’π‘Žπ‘‘ = 34,6421
d)
π‘Š
𝐾
π‘Š
𝐾
Transferencia de calor a través de paredes externas
𝑄̇𝑒π‘₯𝑑 = (π‘ˆπ‘’ 𝐴𝑒 + π‘ˆπ‘π‘Žπ‘Ÿ π΄π‘π‘Žπ‘Ÿ + π‘ˆπ‘π‘’π‘Žπ‘‘ )(π‘‡π‘Žπ‘šπ‘ − π‘‡π‘π‘Žπ‘ ) = 6663,862698 π‘Š
3.3.3.2.2. Transferencia de calor a través de las paredes internas
a)
Cuaderna anterior
•
Velocidad externa
•
Coeficiente de película externo
𝑉𝑒π‘₯𝑑 = 0
β„Žπ‘’π‘₯𝑑 = (0,97 + 0,5𝑉𝑒π‘₯𝑑 )√𝜎 = 0,97
•
π‘š
𝑠
π‘Š
π‘š2 𝐾
Geometría de la cuaderna
π‘‘π‘π‘Ž = 8 π‘šπ‘š
π‘‘π‘Ž = 14,5 π‘šπ‘š
π΄π‘π‘Ž = 3 π‘š2
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Estimación de carga térmica
en cabina de Airbus A330-200
Año 2023
Sistemas y Equipos del Avión
•
Coeficiente de transmisión de la cuaderna anterior
π‘ˆπ‘π‘Ž =
1
β„Žπ‘’π‘₯𝑑
b)
1
π‘Š
= 0,45170725 2
π‘‘π‘π‘Ž π‘‘π‘Ž 1
π‘š
𝐾
+
+
+
π‘˜π‘Žπ‘™ π‘˜π‘Ž β„Ž
Cuaderna posterior
Las dimensiones y coeficientes son iguales que en el caso anterior
•
Coeficiente de transmisión de la cuaderna posterior
π‘ˆπ‘π‘ = π‘ˆπ‘π‘Ž = 0,45170725
c)
•
π‘Š
π‘š2 𝐾
Piso
Geometría del piso
π΄π‘π‘–π‘ π‘œ = 264,17 π‘š2
π‘‘π‘π‘–π‘ π‘œ = 20 π‘šπ‘š
π‘Š
•
Conductibilidad térmica del piso
π‘˜π‘π‘–π‘ π‘œ = 3
•
Espesor de la alfombra
π‘‘π‘Žπ‘™π‘“ = 6,5 π‘šπ‘š
•
Conductibilidad térmica de la alfombra
π‘˜π‘Žπ‘™π‘“ = 0,07
•
Coeficiente de radiación
π‘Ÿ = 4,6
•
Coeficiente de transmisión del piso
π‘ˆπ‘π‘–π‘ π‘œ =
d)
π‘šπΎ
π‘Š
π‘Š
π‘šπΎ
π‘š2 𝐾
1
π‘Š
π‘‘π‘π‘–π‘ π‘œ π‘‘π‘Žπ‘™π‘“ 1 = 0,8533 π‘š2 𝐾
+
+
+
β„Žπ‘’π‘₯𝑑 π‘˜π‘π‘–π‘ π‘œ π‘˜π‘Žπ‘™π‘“ β„Ž
1
Transferencia de calor a través de paredes internas
𝑄̇𝑖𝑛𝑑 = (π‘ˆπ‘π‘Ž π΄π‘π‘Ž + π‘ˆπ‘π‘ 𝐴𝑐𝑝 + π‘ˆπ‘π‘–π‘ π‘œ π΄π‘π‘–π‘ π‘œ )(π‘‡π‘Žπ‘šπ‘ − π‘‡π‘π‘Žπ‘ ) = 71,94279 π‘Š
3.3.3.2.3. Carga solar a través de superficies transparentes
a)
•
•
•
Parabrisas
Coeficiente de transmisión para superficies transparentes
Área del parabrisas proyectada
Máxima radiación solar según registros del Servicio Meteorológico
𝐺𝑑 = 75
•
𝜏 = 0,7
π΄π‘π‘Žπ‘Ÿπ‘ = 1,242 π‘š2
π‘π‘Žπ‘™
𝐽
= 0,087225
β„Ž π‘š2
𝑠 π‘š2
Máxima radiación solar según Norma MIL
𝐺𝑑𝑁 = 360
π΅π‘‡π‘ˆ
π‘π‘Žπ‘™
𝐽
= 9,7649x105
= 1135,65787
2
2
β„Ž 𝑓𝑑
β„Žπ‘š
𝑠 π‘š2
𝐺𝑑 < 𝐺𝑑𝑁 ⇒ 𝐺𝑑 = 𝐺𝑑𝑁
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Estimación de carga térmica
en cabina de Airbus A330-200
Año 2023
Sistemas y Equipos del Avión
•
Carga térmica a través del parabrisas
π‘„Μ‡π‘π‘Žπ‘Ÿ = 𝜏 𝐺𝑑 π΄π‘π‘Žπ‘Ÿπ‘ = 987,3409522 π‘Š
b)
Carga solar a través de superficies transparentes
𝑄̇𝑠𝑑 = π‘„Μ‡π‘π‘Žπ‘Ÿ = 987,3409522 π‘Š
3.3.3.2.4. Carga del factor humano
a)
•
•
Carga del personal auxiliar de vuelo
π‘π‘Žπ‘’π‘₯ = 6
Número de auxiliares de vuelo
Carga térmica de los auxiliares de vuelo
π‘„Μ‡π‘Žπ‘’π‘₯ = π‘π‘Žπ‘’π‘₯ (117,24 π‘Š) = 703,44 π‘Š
b)
•
•
•
•
Carga de pasajeros, piloto y copiloto
π‘„Μ‡π‘π‘Žπ‘ π‘Žπ‘—,
c)
π‘π‘π‘Žπ‘ π‘Žπ‘— = 272
π‘π‘π‘–π‘™π‘œπ‘‘π‘œ = 1
π‘π‘π‘œπ‘π‘–π‘™π‘œπ‘‘π‘œ = 1
Número de pasajeros
Piloto
Copiloto
Carga térmica de los pasajeros, piloto y copiloto
π‘π‘–π‘™π‘œπ‘‘π‘œ, π‘π‘œπ‘π‘–π‘™π‘œπ‘‘π‘œ
= (π‘π‘π‘Žπ‘ π‘Žπ‘— + π‘π‘π‘–π‘™π‘œπ‘‘π‘œ + π‘π‘π‘œπ‘π‘–π‘™π‘œπ‘‘π‘œ )(88 π‘Š) = 24112 π‘Š
Carga del factor humano
π‘„Μ‡π‘“β„Ž = π‘„Μ‡π‘Žπ‘’π‘₯ + π‘„Μ‡π‘π‘Žπ‘ π‘Žπ‘—,
π‘π‘–π‘™π‘œπ‘‘π‘œ, π‘π‘œπ‘π‘–π‘™π‘œπ‘‘π‘œ
= 24815,44 π‘Š
3.3.3.2.5. Cargas por pérdidas
𝑙𝑏
•
Caudal de pérdidas
π‘žπ‘ = 50
•
Calor específico del aire a presión constante
𝐢𝑝 = 1000
β„Ž
𝐽
π‘˜π‘”πΎ
π‘„Μ‡π‘π‘’π‘Ÿ = π‘žπ‘ 𝐢𝑝 (π‘‡π‘Žπ‘šπ‘ − π‘‡π‘π‘Žπ‘ ) = 56,699 π‘Š
3.3.3.2.6. Carga eléctrica
𝑄̇𝑒𝑙𝑒𝑐 = π‘ƒπ‘’π‘žπ‘’π‘–π‘ = 30000 π‘Š
3.3.3.2.7. Carga térmica total
𝑄̇ = 𝑄̇𝑒π‘₯𝑑 + 𝑄̇𝑖𝑛𝑑 + 𝑄̇𝑠𝑑 + π‘„Μ‡π‘“β„Ž + π‘„Μ‡π‘π‘’π‘Ÿ + 𝑄̇𝑒𝑙𝑒𝑐 = 62595,28544 π‘Š
3.4. Conclusiones
La estimación de la carga térmica en la cabina de un avión es un factor muy importante en la
seguridad, la comodidad de las personas y la eficiencia de los vuelos. En este informe técnico, se ha
presentado el proceso de estimación de la carga térmica en la cabina de un Airbus A330-200 a través
de un análisis detallado de los diversos factores que afectan a la misma, como la radiación solar, la
temperatura exterior, la humedad y la actividad humana.
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Sistemas y Equipos del Avión
Informe Técnico Nro. 3
Estimación de carga térmica
en cabina de Airbus A330-200
Año 2023
Se pudieron realizar cálculos precisos para determinar la cantidad de energía térmica
necesaria para mantener una temperatura confortable en la cabina. Éstos son esenciales para el
diseño y la selección de sistemas de climatización adecuados, que garanticen una experiencia de vuelo
segura y cómoda para los pasajeros y la tripulación. En otras palabras, es un aspecto crítico que debe
ser considerado por los diseñadores, fabricantes y operadores de aeronaves.
En general, es fundamental que las aerolíneas sigan monitoreando y mejorando la gestión de
la carga térmica en sus aeronaves, para garantizar la satisfacción de los pasajeros y el cumplimiento
de las regulaciones de seguridad aérea.
Referencias
•
•
•
•
Krause, G. (2022). Fundamentos del vuelo del Avión – “Principios físicos y tecnológicos de la
operación aérea”. Córdoba, Argentina.
Departamento de Sistemas y Equipos del Avión (2023). Apuntes de Cátedra. Córdoba,
Argentina
https://es.wikipedia.org/wiki/Airbus_A330
https://www.airbus.com/sites/g/files/jlcbta136/files/2021-11/Airbus-Commercial-Aircraft-ACA330.pdf
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