El futuro del aire que respiramos

Hoy en día, el aire de la cabina de los aviones comerciales suele provenir de dos fuentes: el 50% del aire es reciclado y el otro 50% es aire de sangrado tomado de la sección de compresores de los motores o de las APU. Actualmente, la única excepción es el 787, que utiliza aire comprimido. El 50% del aire de la cabina que procede del aire de purga contiene contaminación, que puede incluir fluidos hidráulicos, aceites de motor, productos de pirólisis, múltiples tipos de compuestos orgánicos volátiles y partículas, así como ozono. Para la salud, la seguridad y el bienestar de la tripulación y los pasajeros, la eliminación de este tipo de contaminantes, así como de los olores del aire de sangrado y/o del aire reciclado, es esencial para mejorar la calidad del aire de la cabina.
El hecho de que se trate de una cuestión de seguridad y salud en el vuelo en lugar de simplemente comodidad, ha cambiado radicalmente la forma en que las compañías aéreas toman decisiones sobre los productos y servicios utilizados para conseguir un aire limpio en la cabina del avión. Esto es aún más importante hoy en día, ya que trabajamos para proporcionar un entorno de cabina seguro para eliminar las bacterias y los virus a raíz de la pandemia vivida por el COVID.19. Las aerolíneas, los fabricantes de equipos, los organismos reguladores y el público que viaja están empezando a darse cuenta de lo importante que es la calidad del aire de la cabina para el sector de la aviación.

Hoy en día trabajamos para proporcionar un entorno de cabina seguro para eliminar las bacterias y los virus a raíz de la pandemia vivida por el covid.

Ahora que las compañías aéreas necesitan ahorrar costes más que nunca, los costes operativos directos de los eventos de humos suelen oscilar entre 10.000 y 150.000 euros. Los factores clave del impacto de los costes directos son el tiempo y la eficacia de la resolución de problemas:
· Tiempo de inactividad de la aeronave: entre una hora y dos días
· Retrasos en el despacho de los aviones: entre una y ocho horas
· Horas de mecánica/ingeniería: entre 6 y 100 horas

La necesidad de investigar para mejorar la calidad del aire

Según un estudio publicado por el grupo de investigación de salud ambiental de la Universidad de Sterling, las micro partículas finas (UFP) se ven incrementadas cuando hay cambios de potencia del motor y de la APU en la configuración del suministro de aire: «Los resultados se relacionan con los momentos en los que se sabe que los sellos del motor y del aceite son menos eficaces, lo que permite que se produzcan fugas de aceite”. La exposición a partículas ultrafinas en las cabinas de los aviones durante un vuelo normal indica que habrá consecuencias para la salud de la tripulación y de algunos pasajeros»(2) Jetblue, en Estados Unidos, tuvo que indemnizar a un piloto de un A320 tras enfermar de «inhalación tóxica aguda» en 2020. (3)
A pesar del momento difícil que atraviesan las aerolíneas debido a la pandemia del Covid-19, la industria debe ser consciente de la necesidad de invertir para conseguir un aire más seguro que el que respiramos en nuestros aviones, lo que además tendría como consecuencia un ahorro en los costes de mantenimiento. Por ello, es necesario que presione a los fabricantes como Airbus y Boeing para que colaboren más estrechamente con empresas que están trabajando en el desarrollo y aplicación de una mejor calidad del aire en cabina, lo que pasa necesariamente por ir más allá de la instalación de filtros HEPA.
Y es que los filtros HEPA se limitan a filtrar el aire en un primer nivel. Cuando el aire pasa por la cabina, una parte se ventila por la borda (válvula de control de la presión de la cabina) y otra se recircula de vuelta a la cabina. Cuando se recircula, pasa a través de un filtro HEPA que elimina las partículas, las bacterias, los hongos y los virus del aire. Sin embargo, el HEPA no elimina los compuestos orgánicos vitales (COV) ni otros gases. El aire de purga procedente de los motores en el 787 no se filtra en absolute. Sólo es tratado por un convertidor de ozono antes de entrar en el paquete ESC o cámara de mezcla, donde se combina con aire recirculado. Para que sea eficaz, necesitamos una filtración en el lado del aire de purga, que pueda eliminar las partículas (especialmente las UFP), los aerosoles (gotas de líquido suspendidas en el aire), los COV (gases) y los productos químicos, así como el ozono.
El Departamento Técnico de Sepla, con la ayuda del GCAQE (Global Cabin Air Quality Executive), está investigando las tecnologías, tanto actuales como futuras, que se están desarrollando para mejorar la calidad del aire. Si bien es cierto que muchas de estas tecnologías están en fase de desarrollo -y, por tanto, no pueden ser avaladas-, entendemos que el trabajo que están llevando a cabo estas empresas redundará en una mejor salud y seguridad para pilotos y pasajeros. Existen otras tecnologías de sistemas de purga en los aviones que sí están probadas, y se hacen con altas tasas de flujo de aire de 30 kg por minuto y altas temperaturas de alrededor de 330 grados C.
Por su parte, las compañías aéreas y fabricantes de aviones más proactivos se están centrando en la fase de pruebas y desarrollo de un nuevo aire de calidad para su uso en las flotas de aviones Boeing, Airbus y otras flotas de aviones españoles. También la FAA y la EASA, como parte de su deber, están realizando investigaciones en la misma línea, pero les faltan tanto iniciativa como independencia de la industria. La propia EASA hizo en 2019 un estudio de calidad del aire que costó dos millones de euros, y cuyo informe de conclusiones aún estamos esperando ver publicadas (1).

Los avances en las investigaciones

Algunas de las empresas punteras en el desarrollo e implementación de las soluciones de nueva generación para el aire en cabina son Pall Aersopace, PTI Technologies, Donaldson, Aircraft Clean Air (ACA), BASF y Honeywell. En este artículo, queremos acercarnos a los progresos que están llevando a cabo.

PTI

PTI ha solicitado patentes para su tecnología de filtración de aire de sangrado, como se muestra arriba, y está trabajando en busca de socios de aerolíneas y fabricantes. En la actualidad, está trabajando con dos importantes fabricantes de aeronaves y realizará pruebas para un mayor desarrollo.
Es importante recordar que, en la actualidad, sólo se filtra el aire recirculado por medio de la filtración HEPA, pero teniendo en cuenta las limitaciones que se exponen a continuación. El aire de sangrado no se filtra en la actualidad, tal y como se puede observar en un video publicado por la GCAQE (4).
La familia de Airbus A320 está equipada con un sistema de inertización del depósito de combustible (FTIS). El objetivo de este sistema es reducir la inflamabilidad en el tanque de combustible central, que tiene una alta exposición a la inflamabilidad. «El FTIS produce un aire desoxigenado que entra en el depósito central para sustituir el aire ambiente. El sistema se instala en el carenado ventral de la aeronave, y está compuesto por un sistema de aire de servicio acondicionado (CSAS) y un sistema de generación de gas inerte (IGGS).

Pall ha avanzado en los filtros HEPA y desarrollado carbón activo y tecnología del sensor de aire de cabina.

El CSAS extrae y acondiciona una parte del aire de sangrado del motor a una presión y temperatura adecuadas. A continuación, el aire pasa por el IGSS, donde un módulo de separación de aire extrae las moléculas de nitrógeno (5). El IGGS utiliza un módulo de separación de aire (ASM) para filtrar la corriente de aire acondicionado, creando aire enriquecido con nitrógeno (NEA) y aire enriquecido con oxígeno (OEA). Se produce, por tanto, un aire empobrecido en oxígeno (menos del 12% de oxígeno). Un punto interesante a tener en cuenta es que el aire de sangrado utilizado para el sistema de inertización del tanque de combustible (FTIS) se filtra para eliminar los COV del aire de sangrado, para proteger el módulo de separación de aire (ASM) y, por tanto, prolongar su vida útil. Sin embargo, el aire de sangrado que respiran la tripulación y los pasajeros todavía no está filtrado. ¿Por qué? En la actualidad, algunos proveedores están impulsando el suministro de una tecnología actualizada más reciente.
Por ejemplo, PTI aplicó por primera vez con éxito la tecnología de filtración del aire de la cabina en 1989 en el programa B-2, y esto ha continuado con una serie de programas militares y espaciales tripulados. Durante este tiempo, el equipo de ingeniería de PTI ha invertido en el desarrollo de medios filtrantes especiales colaborando con empresas de medios para satisfacer los requisitos y especificaciones de sus clientes. Estas aplicaciones requirieron adsorbentes IP personalizados para capturar gases.
El desarrollo de PTI de filtros de aire de cabina para el programa militar ha requerido el desarrollo de adsorbentes especiales a medida para capturar Agentes Químicos de Guerra (CWA) para proteger el aire de la cabina, incluyendo Gas VX, gas somán y gas mostaza.
La integración de PTI de la avanzada tecnología HEPA integrada con la tecnología de medios propios impregnados de adsorbentes se utiliza hoy en día para satisfacer los requisitos de rendimiento de las aplicaciones de filtración de aire de la cabina militar y del espacio tripulado. Para aplicaciones de purga de aire, PTI ha diseñado, fabricado y respaldado APU que eliminan líquidos y partículas de sangrado de aire en una serie de aplicaciones de motores para P&W, Honeywell, Lockheed, Rolls-Royce, Airbus, Embraer y clientes militares.

Pall Aerospace

Pall Aerospace es uno de los líderes y principales actores de la calidad del aire en cabina. Pall tiene una unidad de filtro de cabina que DHL ha instalado en su Boeing 757 con motor Rolls-Royce.
En los últimos 40 años, se han producido muchas mejoras en materia de seguridad, pero los avances en materia de sensores y detectores de humos se han quedado muy atrás. Pall aerospace ha liderado el avance de la calidad del aire de la cabina con la solución Pure cabin. Pall también ha avanzado en los filtros HEPA y desarrollado carbón activo y tecnología del sensor de aire de cabina. (ver el diagrama de Pall, CAQS MK1 principio de funcionamiento diagramas como Pall)
Pall Aerospace dispone de soluciones que buscan proteger el Módulo de Separación de Aire (ASM) del Sistema de Inertización del Depósito de Combustible (FTIS), y sólo proporcionan un proceso de filtración de dos etapas que elimina la contaminación por partículas, aceite y niebla de agua del aire de purga del motor, pero deja el ASM expuesto al ozono y a los compuestos orgánicos volátiles.
El PV300 de Pall Aerospace incorpora dos etapas adicionales, un catalizador de ozono y un absorbedor de carbono que permite la eliminación de todos los contaminantes dañinos.
Según Pall Aerospace, la eficacia de eliminación de ozono del catalizador en el pre-filtro de Pall es superior a la del catalizador de ozono anterior, y permitirá eliminar el catalizador de ozono anterior de la aeronave, ahorrando así actividades y costes de mantenimiento, además de peso, y mitigando el riesgo de fallo prematuro del ASM.
Características y ventajas del PV300 de Pall Aerospace:
• Robusto proceso de prefiltración de 4 etapas
• Catalizador de ozono de alta eficacia
• Etapa avanzada de adsorción de COVs
• Supera las prestaciones básicas del prefiltro OEM
• Sustitución directa según el STC de la FAA – EASA para los prefíltroses existentes de sólo 2 etapas
• Elimina los contaminantes nocivos adicionales del aire de purga del motor entrante
• Reduce los niveles de ozono a menos de 1ppB (partes por billón)
• Elimina todos los COV que son perjudiciales para el rendimiento y la fiabilidad de la MAPE
• Fácil de aplicar y totalmente reversible

BASF: Convertidor de ozono y compuestos orgánicos vitales

BASF lleva más de 38 años liderando la industria en sus áreas especializadas en calidad del aire en cabina, respondiendo a retos en constante evolución gracias a sus convertidores catalíticos DeoxoTMozono y ozono+VOC.
Los convertidores de ozono y ozono+VOC DeoxoTM de BASF permiten a los operadores de aeronaves cumplir con las normativas norteamericanas e internacionales (por ejemplo, la FAR 25.832) sobre el ozono máximo permitido en cabina. Los convertidores de ozono+COV de BASF eliminan los compuestos orgánicos volátiles del aire de sangrado que pueden causar olores desagradables.
Los convertidores de ozono son obligatorios para los aviones de fuselaje ancho (los convertidores de ozono+COV son opcionales), mientras que los convertidores de ozono o los convertidores de ozono+COV son opcionales en los aviones de fuselaje estrecho.
BASF introdujo el convertidor de ozono en el Boeing 747 en 1983, y el convertidor de ozono+COV en el Airbus A320 en 2004.
Los convertidores de ozono+COV se diseñaron para eliminar los olores procedentes de los COV ingeridos durante las operaciones en tierra (olor a combustible de aviación). Sin embargo, recientes pruebas de laboratorio indican que los convertidores de ozono+COV pueden reducir significativamente los COV causantes de olores procedentes de fugas de aceite de motor y aceite hidráulico.
Pero tener un convertidor de ozono u ozono+COV instalado en un avión es sólo una parte de la ecuación para una buena calidad del aire de la cabina. Los convertidores de ozono y de ozono+COV requieren un mantenimiento periódico de acuerdo con el ACMM (Manual abreviado de mantenimiento de componentes) para garantizar que estos convertidores sigan funcionando de la misma forma en que fueron diseñados. Por eso, si no se realiza un mantenimiento adecuado de los convertidores de una manera aprobada por el OEM y el fabricante de aviones, no se garantiza un rendimiento continuado.

Aviation Clean Air (ACA)

La empresa Aviation Clean Air está desarrollando un sistema de purificación del aire y de la superficie de los aviones sin ozono, aunque aún faltan pruebas y mediciones en aviones.
Según ACA, “La tecnología de purificación del aire y de las superficies que ofrece Aviation Clean Air es un componente proactivo que puede añadirse a un sistema de control ambiental existente. El componente ACA no es un sistema de filtrado, ya que los sistemas de filtrado son pasivos y, en su mayoría, ineficaces ya que sólo recogen los alérgenos y patógenos que encuentran en el camino de vuelta situados en algún lugar de la zona mecánica de la aeronave. Cuando el aire fluye a través de los conductos del ECS y entra en la cabina y el habitáculo, el componente ACA elimina los olores existentes, las esporas de moho y los alérgenos, de forma proactiva y rápida. El componente ACA mata a los patógenos incluyendo, pero sin limitarse a ellos, el resfriado común, la gripe de todos los tipos y variaciones, el Covid 19, el MRSA, el C. Diff, el E. Coli, el M. Terrae, la neumonía y la polio.”
Hay una buena razón por la que los aviones militares y de negocios han instalado algunas de las soluciones mencionadas en sus aviones: para sobrevivir y tener el aire más seguro. Un escenario ideal para tener el aire de mayor calidad pasaría por una combinación de todas estas tecnologías. Airbus y Boeing, así como otros fabricantes, deben colaborar más estrechamente con estas empresas para probar sus tecnologías, que se encuentran en distintas fases de desarrollo. Estas tecnologías crearán un aire más sano y seguro cuando se apliquen.
Los autores de este artículo desean agradecer y reconocer las contribuciones de David Connett de PTI technologies, Mark Connett, Maya Dumitru y Pall Aerospace, Howard Hackney y Jonathan Salzman de Aircraft clean air, Victor Leung de BASF, y la Dra. Susan Michaelis y Tristan Loraine, de GCAQE, para este artículo.