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El efecto de las cenizas volcánicas en los motores de aviación por Alberto García Pérez alberto.garcia@mundoaeronautico.es Madrid, a 13 de Julio de 2011

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La causa del problema


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La causa del problema

% partículas

• Cenizas volcánicas de menos de una milésima de milímetro (1 micra) • Con aristas que incrementan la erosión diámetro

• Formadas fundamentalmente por silicatos, con temperatura de fusión alrededor de los 1300 K (aprox 1030 ºC) • Difícilmente detectables por el radar meteorológico

un cabello humano tiene 100 micras de diámetro


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Probabilidad y Consecuencia


5

Probabilidad

• •

Históricamente, la base de datos de encuentros de aviones con cenizas volcánicas comienza en 1935. Hasta 1995, tan sólo 84 encuentros directos con ceniza se habían registrado en casi 100 años de aviación y en zonas con poco tráfico aéreo Muchos de los encuentros con cenizas, pasaron desapercibidos por las tripulaciones, resultando sólo en sobrecostes por mantenimiento a largo plazo.


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Consecuencia

NÚMERO DE ENCUENTROS

Índice de Severidad

Criterio

0

Olor extraño en cabina. Descargas electrostáticas

1

Polvo en cabina observable. Fluctuaciones en lectura TGT

2

Contaminación de cabina, uso de macarillas, deterioro ventanillas

3

Vibración en motores. Errores en sondas pitot. Daños en sistema eléctrico

4

Fallo de motor con posterior rearranque

5

Fallo de motor y accidente aeronave

ÍNDICE DE SEVERIDAD


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Consecuencia •

En 1982, un Boeing B747 de British Airways (BA09) sufrió el apagado simultáneo de sus cuatro motores cuando atravesó una nube de cenizas provenientes del volcán Galunggung (Indonesia). El piloto comenzó entonces el procedimiento de reencendido y acabó descendiendo hasta los 12500 pies antes de rearrancar los cuatro motores. •

Otro B747, esta vez de Singapore Airlines, sufrió la parada de 3 motores, realizando finalmente el aterrizaje con sólo 2 motores

Se estima que aquella erupción tuvo un coste total para la aviación comercial local de 250 millones de dólares.

Sin embargo, todo cambió el 14 de abril de 2010 cuando el volcán islandés Eyjafjallajökull colapsó Europa Central, una de las zonas de más tráfico aéreo del mundo. •

Se estima que, apenas una semana después de la erupción, el número de vuelos cancelados superaba los 95.000 y las pérdidas en el sector aéreo entre 1500 y 2500 millones de euros.


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¿Qué daños produce en la aeronave?


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¿Qué daños produce?


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¿Qué daños produce?

El fan centrifuga buena parte de las partículas

Las partículas de más masa impactan contra los álabes y los erosionan pudiendo dar lugar a surges en exposiciones larga

La ceniza llega a los rodamientos

La ceniza tapona los orificios de refrigeración

La combustión del Motor funde la ceniza

Aproximadamente un 10% de las cenizas que atraviesan el núcleo del motor se quedan pegadas al estátor de la HPT, cerrando su área y metiendo en surge al compresor, dando Lugar al apagado del motor


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¿Qué daños produce?

Estátor de HPT después de 1 hora de exposición a una concentración de > 200 mg/m3 (Calspan Tests).


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¿Qué daños produce? BA Flight 009 (1982)

Los esfuerzos térmicos durante el apagado del motor hace que la Frágil cáscara se desprenda, permitiendo volver a rearrancar el motor


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ÂżQuĂŠ cantidad es segura para el vuelo?


¿Qué cantidad es segura para el vuelo?

Gasto másico de cenizas a través del combustor (g/h)

1E+07

Legenda

1E+06

KLM 867

1E+05

BA9

Operación normal en 1E+04 entornos arenosos (Cairo, 1E+03 Riyadh etc)

BA Dornier DLR Germany

1E+02 Ensayos en vuelo (18 & 19 Abril 2010) 1E+01

GE Earth Mix Calspan Tests

1E+00

Vuelo no permitido por encima de este límite

1E-01 1E-02 Incertidumbre en

los modelos de predicción de nubes de cenizas 1E-04 (±1.5 órdenes) 1E-03

1E-05 1E-08

Cortesía Rolls-Royce

1E-07

1E-06

2x10-4

1E-05

1E-04

2x10-3

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

Concentración de cenizas (g/m3)

1E+01

1E+02

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多Se pudo hacer mejor?


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¿Se pudo hacer mejor? •

En 2010, la industria aeronáutica se encontró con un problema • Poco probable y con pocos datos experimentales / en servicio fiables • La ingestión de arena/ceniza no es parte de la certificación de los motores • Difícil de detectar y monitorizar con las herramientas actuales (e.g. radar meteorológico) • Con alta incertidumbre en las concentraciones de ceniza “medidas” • En base a los (pocos) datos disponibles, se optó por un límite conservador (2 mg/m3) que garantizara la seguridad en vuelo, independientemente del impacto económico

¿Se pudo hacer mejor?. Seguramente NO


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¿Se podrá hacer mejor? •

Desde entonces • Se están realizando ensayos en motores con distintas concentraciones de ceniza para establecer nuevos límites • Estos ensayos llevarán varios años antes de conocer con precisión el impacto en cada motor

• Pero no se están introduciendo opciones de diseño en el motor para hacerlo más tolerante a las cenizas ….. porque ello implicaría aumentar el consumo de combustible. • ¿Se podrá hacer mejor?. Seguramente SI


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¡¡¡¡ MUCHAS GRACIAS !!!!


"Volar entre cenizas, ¿pudo hacerse mejor?" por Alberto García Pérez