¿Cómo mantiene un avión su nivel de oxígeno en la cabina?

Answer 1

Algunos números para respaldar las excelentes respuestas anteriores. Y gracias por el A2A.

La presión estática absoluta del aire a cualquier altitud resulta de la masa de aire soportada por encima de ese nivel. En condiciones estándar del nivel del mar, la presión estática del aire es de 2,116 psf – libras por pie cuadrado – o 14.7 psi, 29.92 in. Hg, o 1013 mb (milibares), o 1013.25 hectopascales (+101325 Pa scals). … .Etc. (Espero que esté familiarizado con estas unidades) y a 40,000 pies de altitud, esta presión estática disminuye a aproximadamente el 19 por ciento del valor del nivel del mar.

(Estos números se basan en un modelo atmosférico artificial, conocido como la “Atmósfera internacional estándar”, creado por científicos para permitir la comparación de diferentes productos cuyo comportamiento depende de las propiedades atmosféricas, por ejemplo, de los aviones. En un día dado, es posible que en realidad no encuentre estas presiones a estas altitudes.)

¿Por qué estoy citando pies y libras y pulgadas cuando todo el mundo se ha vuelto métrico? Debido a que los estadounidenses piensan que lo que sucedió en su país es un “destino manifiesto” y continúan con el sistema de libras esterlinas y, por lo menos, en la aviación, estas unidades todavía están en uso.

(El Destino Manifiesto es un término para la actitud prevaleciente durante el período de expansión estadounidense del siglo XIX que Estados Unidos no solo podía, sino que estaba destinado a extenderse de costa a costa. Esta actitud ayudó a impulsar el asentamiento occidental, la remoción de los nativos americanos y la guerra con Mexico)

En nuestra discusión, nos quedaremos con la unidad de “psi” (libras por pulgada cuadrada “) para la presión y” pies “para la altura, aunque todas las unidades que se muestran arriba son fácilmente convertibles de una a otra mediante el uso de tablas apropiadas, o simplemente yendo a la red.

Aquí hay una imagen de lo que sucede con los números atmosféricos a medida que asciende en altitud (Atmósfera estándar internacional):

Los grandes aviones comerciales de hoy en día vuelan en gran medida de 35,000 pies a 38,000 pies. Como ya ha entendido la necesidad de proporcionar más oxígeno en esas altitudes, la pregunta es, ¿cómo lo hace?

La respuesta es la presurización.

Los aviones llevan su propia atmósfera portátil.

El aire ingresa desde el exterior, se comprime, se calienta (o se enfría) a una temperatura deseable y se entrega a la cabina, por lo que la cabina se mantiene a una altitud de aproximadamente 8,000 pies cuando el avión está entre 35,0000 pies y casi 40,000 pies. Mantener la altitud de la cabina por debajo de 8,000 pies (2,400 m) generalmente previene hipoxia significativa, enfermedad de altitud, enfermedad de descompresión y barotrauma.

El Boeing 787 funciona aún mejor: tiene una altitud de cabina de 6,000 pies. Esto es posible gracias a su diseño de fuselaje no metálico.

En los aviones modernos, los sistemas de presurización son bastante complejos. Aquí hay un diagrama del sistema de presurización del Boeing 747–8, el último miembro de la familia Boeing 747. También cumple una doble función como sistema de aire acondicionado. Juntos, estos dos sistemas se denominan Sistema de Control Ambiental (ECS):

▲ 747–8 Sistema de control ambiental. El aire presurizado (en este caso, desde el sangrado del motor), ingresa desde el extremo derecho (punto 6) y es tratado y enviado a la cabina (“Al plenum de aire acondicionado”). La presión en la cabina está controlada por dos válvulas de salida (no mostradas).

Aquí está el sistema de presurización y aire acondicionado en el avión comercial grande más vendido en el mundo: el Boeing 737:

▲ Boeing 737–800 Esquema del sistema neumático, de presurización y de aire acondicionado

El Boeing 787 ha avanzado e incorporado un “sistema de aire acondicionado sin sangrado”; no usa aire de purga del motor para aire a presión, pero usa compresores accionados por motor eléctrico. Esto hace que los motores sean más eficientes en combustible.

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La descompresión repentina, a menudo llamada dramáticamente “descompresión explosiva”, es una causa grave de preocupación en los aviones presurizados. Los pilotos deben ponerse inmediatamente máscaras de oxígeno y descender de emergencia a una altitud de aproximadamente 10,000 pies. Con suerte, hasta ese momento los pasajeros han podido usar el oxígeno de las máscaras que han caído frente a ellos. La FAA permite un retraso de 17 segundos después de la descompresión para el reconocimiento de la tripulación y el tiempo de colocación de la máscara de oxígeno entre la advertencia de altitud de la cabina y el inicio de la acción para configurar el descenso.

La descompresión lenta es tan peligrosa o más peligrosa que una descompresión rápida o explosiva. Lea la trágica historia del vuelo 522 de Helios Airways:

Accidente de terror ‘Vuelo fantasma’ atribuido a los pilotos

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Se han escrito buenos artículos para el laico sobre el tema:

Cómo funcionan las cosas: presión de la cabina

Guía para principiantes de presurización de aeronaves – AeroSavvy

Answer 2

Presurizando la cabina con aire comprimido extraído de los motores. Este aire de mayor presión tiene una mayor presión parcial de oxígeno, lo que mantiene la transpirabilidad de la cabina a gran altura.

Answer 3

Antes de entrar en una respuesta completa, me gustaría aclarar lo que realmente sucede en altitudes más altas.

El “aire” está formado por aproximadamente un 20% de oxígeno y aproximadamente un 75% de nitrógeno, y estos porcentajes se mantienen principalmente uniformes a medida que un avión (o un alpinista asciende) más arriba en el cielo. En realidad, la presión del aire cambia con la altitud.

La presión del aire se mide con diferentes unidades de medida, como PSI (libras por pulgada cuadrada) en el sistema Imperial / EE. UU. Y Pa (Pascales) en el sistema métrico. Sin embargo, el cajero automático (atmósferas) es probablemente el más fácil de entender para los laicos.

Al nivel del mar, diríamos que la presión del aire es de 1.0 (una) atmósfera. A medida que aumenta la altitud. la presión disminuye, por lo que el valor cae.
A 12,500 pies de altitud, la FAA de los Estados Unidos (Administración Federal de Aviación) requiere oxígeno suplementario o una cabina presurizada en cierta capacidad. Según Wolfram Alpha, la presión del aire a 12,500 pies es de 0.6237 atmósferas.
A 33,000 pies de altitud (una altitud de crucero de avión común), la presión del aire es de solo 0.2596 atmósferas. Eso es realmente bajo.

Entonces, debido a que la composición real del aire no cambia en la altitud, realmente solo necesitamos corregir la presión del aire. Entonces podremos respirar mejor.

Me preguntaba cómo funcionaba, y en realidad es bastante interesante. Muchas personas piensan que un motor de avión es solo un trozo de aspas de metal que giran muy rápido y que es solo para propulsión. En realidad, un motor de avión es mucho más, incluida la generación de energía.
En términos simples, el motor funciona aspirando aire y luego comprimiéndolo. El combustible para aviones se agrega a los gases comprimidos, y luego se enciende, lo que provoca una pequeña explosión / incendio que genera presión, lo que empuja el avión hacia adelante.
Como parte de la gran complejidad de estos motores, parte del aire de la etapa de compresión (antes de agregar el combustible para aviones) se purga, se enfría a través de un intercambiador de calor y luego se bombea a la cabina. El aire ya está comprimido del motor, pero todavía no es exactamente lo que sentirías al nivel del mar. Para la mayoría de los aviones, solo pueden elevar la presión del aire a lo que experimentarías a una altitud de 6,000 a 9,000 pies.

Un avión está sellado en su mayoría, por lo que puede mantener esta presión, aunque esté mucho más alto del suelo; Piense en ello como tratar de soplar aire en una botella de agua. La mayoría de los aviones también tienen una especie de “válvula” en la parte posterior del fuselaje que se utiliza para controlar automáticamente la presión del aire en la cabina.

Answer 4

La composición del aire en la altitud es aproximadamente la misma que en el suelo, es solo que hay menos moléculas en un volumen dado. Una bocanada de aire al nivel del mar tiene moléculas X, aproximadamente el 20% de las cuales son moléculas de oxígeno.

A 15,000 pies, ese mismo pulmón tiene solo la mitad de las moléculas. A 30,000 pies, solo un cuarto.

Hay un impacto adicional de la transferencia menos eficiente a la hemoglobina a una presión más baja.

Para contrarrestar esto, parte de la potencia de salida del motor se utiliza para presurizar el aire y bombearlo a la cabina hermética. La mayoría de los aviones de bombeo llenan la cabina para que sean equivalentes a entre 8,000 y 10,000 pies, lo que corresponde a aproximadamente el 75% del aire en un pulmón al nivel del mar.

Esto permite que los humanos respiren normalmente, aunque el oxígeno reducido tiene un impacto, que generalmente causa fatiga y, a veces, dolores de cabeza entre los pasajeros.

Answer 5

Como ya se explicó que el nivel de oxígeno se mantiene en el aire con el aumento de la altitud.
El aire es delgado a mayor altitud significa que se reduce el número de moléculas en el aire pero el contenido sigue siendo el mismo. Menos moléculas de oxígeno, nitrógeno en el aire, etc. a mayor altitud.

Por lo tanto, las aeronaves presurizadas requerían presurización y aire acondicionado. Ambos trabajos realizados por aire neumático.

Este aire neumático extraído de la etapa de alta presión del compresor del motor.

Este aire utilizado para el aire acondicionado. La alimentación de aire acondicionado a la cabina para controlar la temperatura de la cabina y este aire acondicionado bombeado también aumentaron la presión de la cabina.
Ahora la presión de la cabina del avión se mantiene a 8000 pies de altitud con la ayuda de la válvula de flujo de salida. Esta válvula regula la presión en la cabina.

Por lo tanto, el aire acondicionado utilizado para el control de temperatura y presión de la cabina.

Answer 6

Simplemente lo presurizan. Mientras que el aire exterior tiene poco oxígeno, eso se debe a la baja presión. También tiene poco nitrógeno por la misma razón. Entonces, si solo lo presurizas de nuevo a una presión respirable, vuelves al aire normal. Y la parte delantera de un motor a reacción es solo un gran compresor, por lo que hay suficiente aire disponible a casi cualquier presión que desee.

Answer 7

La composición relativa del aire es más o menos constante en todas las alturas.

Solo la presión disminuye con la altura.

El cuerpo humano no necesita 21% de oxígeno, necesita una presión parcial de aproximadamente 200 mbar de oxígeno (aproximadamente 21% de 1 bar).

Si toma aire normal con 21% de oxígeno pero a una presión total de 100 mbar, obtiene una presión parcial de 21 mbar de oxígeno, que es demasiado baja para los humanos. Si reemplaza esta mezcla con oxígeno puro, obtiene una presión parcial de 100 mbar, que es suficiente para sobrevivir, por lo tanto, las máscaras en los aviones proporcionan oxígeno puro en caso de pérdida de presión en la cabina.

Si respira aire normal en aguas profundas de 100 m, obtiene una presión parcial de 2100 mbar de oxígeno, que es demasiado alta y tóxica para los humanos. Por lo tanto, los buzos de aguas profundas usan mezclas para respirar con contenido reducido de oxígeno.