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 EL ENGELAMIENTO

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MensajeTema: EL ENGELAMIENTO   Lun 23 Feb 2015 - 10:00

Dado el informe subido en la nota anterior de VUELO SOBRE MONTAÑAS inevitablemente tenemos que hablar sobre el engelamiento.
Esta es una situación que es mas común de lo que se cree y debido a esta cuestión los fabricantes aéreos no solo dotan a sus aeronaves de equipos anti-hielo si no que especifican reglas de operación rigurosas y celosas para evitar este tipo de situaciones que pueden fácilmente terminar en una tragedia.
En nuestro país hace poco tiempo tuvimos un caso trágico ocurrido en un vuelo de la compañía SOL Líneas Aéreas el cual no pudo evitar el engelamiento de sus bordes de ataque terminando inevitablemente en un accidente aéreo que se cobro la vida de muchas personas
.


EL ENGELAMIENTO

La formación de hielo sobre la superficie de las aeronaves recibe el nombre de engelamiento y es la principal causa de siniestralidad aérea en el mundo, por encima de la turbulencia en sus diferentes variantes. Los aviones de menor pórte son especialmente vulnerables a la acumulación de hielo en sus fuselajes, lo que exige a sus pilotos conocer las características del fenómeno, su tipología y cuáles son las condiciones favorables para su formación, con el fin de evitarlo o al menos de impedir que se convierta en algo peligroso para la seguridad del vuelo.



Para que pueda producirse engelamiento, la aeronave obligatoriamente ha de atravesar una zona de la atmósfera en que haya gotas o gotitas de agua subfundida. Dichas condiciones se dan en el interior de las nubes o en las cortinas de lluvia, siempre y cuando la temperatura sea inferior a 0 ºC. Las gotas y gotitas de agua presentes en el aire no se congelan a pesar de que la temperatura alcance valores negativos, pero en tales circunstancias dichos meteoros pasan a estar en estado de subfusión. Las moléculas de esa agua superenfriada se reorganizan de tal forma que un ligero aumento de presión provoca su transformación inmediata en hielo, al crearse la estructura cristalina hexagonal que caracteriza al estado sólido del agua.

Cuando una aeronave atraviesa una nube constituida por gotitas engelantes, cualquiera de las gotitas que impactan contra ella se convierte de inmediato en hielo, quedando éste adherido a la estructura del avión. Los bordes de ataque son las zonas donde se producen las mayores acumulaciones. En función del tamaño que tengan las gotitas que constituyen las nubes, el rango de temperaturas en que pueden mantenerse en estado de subfusión es mayor o menor. Las de menor tamaño son capaces de mantener su condición de líquido hasta temperaturas del orden de los -40 ºC, si bien el engelamiento más peligroso es aquel que tiene lugar entre 0 y -10 ºC. Aunque prácticamente a cualquier altitud de vuelo pueden darse condiciones de engelamiento, aproximadamente la mitad de los episodios tienen lugar en baja cota, entre los 5.000 y los 13.000 pies, viéndose mayoritariamente afectados los aviones de menor porte.



Entre los factores que influyen en la formación de hielo sobre una aeronave en vuelo, podemos distinguir entre los de tipo meteorológico y los de tipo aerodinámico. Entre los primeros tendríamos, por un lado, la cantidad de gotas y gotitas de agua subfundida presentes en el aire, pues lógicamente cuantas más tengamos, más hielo podrá acumularse en nuestro avión. Para concentraciones comprendidas entre 0,5 y 1 g/m3, el engelamiento será potencialmente peligroso. También influye la temperatura del aire, siendo el rango más crítico el que antes hemos apuntado, y, por último, la distribución por tamaños de las gotitas de nube. Con diámetros superiores a las 10 micras, la cantidad acumulada de hielo puede llegar a ser importante en poco tiempo.

En cuanto a los factores aerodinámicos, tendríamos, en primer lugar, la eficiencia con la que la aeronave va captando a su paso las gotas y gotitas de agua subfundida, lo que depende del tipo de perfil. También resulta determinante la velocidad de la aeronave, de manera que cuanto más rápido atraviesa una zona crítica, acumulará hielo a un mayor ritmo, pero durante menos tiempo. El último factor a tener en cuenta es la temperatura del fuselaje. Sobre él se produce un calentamiento cinemático, fruto de la fricción con el aire, siendo mayor en aire claro que en nube.

La progresiva acumulación de hielo generada por el engelamiento provoca una mayor resistencia aerodinámica, aparte del mayor peso que debe soportar la aeronave, lo que se traduce en una menor sustentación. Estos factores provocan a su vez una disminución del rendimiento del motor o motores, aparte de los errores instrumentales (como, por ejemplo, las lecturas falsas del altímetro como consecuencia de la obturación parcial por hielo del tubo pitot), las interferencias de radio (al verse afectada también la antena), las dificultades de control y, en los casos más críticos, las vibraciones, lo que causa un fatiga estructural muy peligrosa.



Podemos distinguir entre 5 tipos de hielo que, en un momento dado, puede acumularse sobre una aeronave en vuelo. Los enumeraremos a continuación, comentando las cosas más importantes para el piloto de cada uno de ellos:

1) Hielo granular (rime ice): Es opaco, blanco y presenta una textura granular. Es un hielo poroso y ligero, que debido a su baja adherencia es fácil de desprender. Al piloto le bastará con buscar una zona de vuelo donde la temperatura del aire sea ligeramente superior a los 0 ºC para deshacerse de él. El hielo granular está provocado por gotitas de nube de pequeños diámetros, asociadas principalmente a nubes estratiformes, y puede producirse hasta temperaturas muy bajas, de entre -15 y -25 ºC (rango principal). La exposición prolongada bajo esas condiciones es lo que puede convertirlo en un factor de riesgo.

2)  Hielo claro o vítreo (clear ice): Es transparente, cristalino y de mucha mayor densidad que el hielo granular. En este caso se desprende con dificultad, quedando firmemente adherido a los bordes de ataque de las aeronaves, lo que lo convierte en el tipo de engelamiento más peligroso. Este tipo de hielo es generado por gotas grandes superenfriadas, lo que habitualmente encuentra el piloto al penetrar en nubes de tipo convectivo, con gran contenido de agua y a unas temperaturas no excesivamente bajas (entre 0 y -10 ºC).

3) Lluvia helada: El hielo que es capaz de generar es similar al claro y tiene lugar al atravesar una cortina de lluvia en la que sus gotas son de agua subfundida, lo que ocurre cuando dicha cortina atraviesa en su caída una zona donde existe una inversión térmica y la temperatura desciende con respecto a la de un nivel superior de aire más caliente, quedando situada por debajo de los 0 ºC. La lluvia helada puede resultar también muy peligrosa en un aeropuerto, debido a la formación de una lámina de hielo muy endurecido y resbaladizo sobre las pistas, lo que puede llegar a obligar a la suspensión temporal de las operaciones.

4) Aguanieve: Mientras que la nieve no se adhiere al fuselaje de las aeronaves, siempre y cuando esté seco, cuando la nieve está húmeda (lo que se conoce como aguanieve), al estar constituida por una mezcla de cristales de hielo y agua subfundida, sí que es engelante. La formación de hielo procedente del aguanieve tiene lugar en el entorno de la isocero (isoterma de 0 ºC).

5) Escarcha: Aunque al principio del artículo se ha comentado que para que se produzca engelamiento el avión, necesariamente, ha de volar dentro de una nube o atravesar una cortina de lluvia, siempre y cuando se den las circunstancias favorables para ello, lo cierto es que también puede formarse hielo sobre el fuselaje volando en aire claro. Ello ocurre a veces en los aviones comerciales, cuando descienden rápidamente desde la parte alta de la troposfera (donde el aire está muy seco y la temperatura es muy baja) y atraviesan una capa de aire muy húmedo en un nivel atmosférico próximo al suelo, de manera que el vapor de agua contenido en él, al entrar en contacto con la superficie muy fría del avión, se congela de inmediato como consecuencia de una sublimación inversa (paso de vapor a sólido). La formación de escarcha ocurre también determinadas noches, principalmente del invierno, cuando el avión queda estacionado al raso, lo que puede llegar a bloquear algún elemento. Este tipo de engelamiento no es peligroso en vuelo.

En los mapas de tiempo significativo previsto, aparecen indicadas las zonas donde se espera engelamiento moderado o fuerte, lo que permite al piloto planificar adecuadamente su vuelo. En el caso del engelamiento moderado, la razón de engelamiento (cantidad de hielo depositada sobre la aeronave por unidad de tiempo) oscila entre los 5 y los 50 mm en 5 minutos, enturbiándose con rapidez los cristales de la cabina y siendo necesaria la activación de los dispositivos antihielo. Cuando el engelamiento es fuerte, la situación se torna peligrosa y hay que tratar de abandonar cuando antes ese nivel de vuelo. Bajo tales circunstancias, se acumula hielo a un ritmo superior a los 50 mm en 5 minutos, lo que en muy poco tiempo da lugar a una gruesa costra helada. El avión puede llegar a sufrir una importante pérdida de velocidad, como consecuencia de la disminución de la potencia de los motores, aparte de verse sometido a fuertes vibraciones y de fallar los sistemas de comunicaciones.

Aunque en el interior de las nubes de tipo convectivo, principalmente Cu congestus (cúmulos de gran desarrollo vertical, cuyo aspecto se asemeja bastante a las coliflores) y cumulonimbus (Cb) (nubes de tormenta), es donde puede esperarse un engelamiento más fuerte y peligroso, en ocasiones el vuelo prolongado en el interior de un nimbostratus (Nb) también puede provocar una acumulación importante de hielo, especialmente en las zonas donde esa nube gris que deja lluvia y nieve “choca” contra una montaña, en cuya ladera de barlovento el crecimiento de las gotitas y los procesos de precipitación se ven favorecidos. Por otro lado, para atravesar los frentes hay que tratar de evitar las zonas donde potencialmente puede producirse el engelamiento. En el caso del frente frío no conviene volar demasiado tiempo en el entorno del propio frente, mientras que en el cálido, para cruzarlo deberemos elegir el nivel adecuado, evitando volar en el rango de temperaturas peligroso.

Existen dos tipos de defensas antihielo, cuya aplicación ayuda a reducir el engelamiento, evitándolo por completo en algunos casos. Por un lado, tendríamos los medios anticongelantes, cuya misión es impedir que se llegue a formar el hielo aunque se den las circunstancias favorables para ello, y por otro los descongelantes, que actúan sobre el hielo que ya se ha formado. Entre estos últimos  podemos distinguir entre medios mecánicos y térmicos. Los mecánicos consisten en unas cámaras de aire elásticas situadas en los bordes de ataque de las alas que el piloto puede inflar y desinflar a voluntad, lo que resquebraja la costra de hielo que pueda ir produciéndose en vuelo. Los medios térmicos permiten calentar las zonas más sensibles a la formación de hielo. Dicho calentamiento puede conseguirse o bien mediante unas resistencias eléctricas que calientan unas fajas situadas en diferentes zonas del fuselaje, o bien mediante la inyección, a través de un circuito interno, de parte de los gases calientes que expulsan los motores, lo que conlleva una pérdida de potencia.

NOTA: Detallando los sistemas anti hielo de un avión podemos encontrarnos con material muy diverso porque como es obvio en esta cuestión, el clima es influyente!
No necesariamente la formación de hielo se da exclusivamente en zonas frías del planeta, si no mas bien influyen mas las condiciones atmosféricas del momento en niveles de vuelo superior por los que se encuentre volando una aeronave.

El caso del 4 de noviembre de 2010 otro ATR72 sufrió formación de hielo sobre Cuba!! este es un claro ejemplo de lo que digo.

Otro ejemplo notable pero esta vez sobre diferentes sistemas, es la formación de hielo en el carburador de los aviones que siguen utilizando ese tipo de sistemas.
Para evitar esto , los fabricantes establecen lineamientos de operación, por ej: El maual de operación de cualquier aeronave de la familia Cessna ya sea 150/52 172, 170 etc...
Establece que debajo de las 2000rpm bajo cualquier condición climática y época del año se debe utilizar el aire caliente al carburador. Los mismo pasa con aviones de este segmento de otro fabricantes.
De igual manera estos monomotores llevan su propio sistema de calentamiento principalmente de el sistema PITOT y de sus TOMAS ESTATICAS con el fin obviamente de evitar lecturas erróneas en los instrumentos por culpa del congelamiento


En estos videos podemos apreciar casos claros de engelamiento:



Borde de ataque del avión de pasajeros de 70 plazas ATR 72 (con su sistema antihielo), que la casa original subcontrata a Tecnam.


NOTA: Asi mismo como los ejemplos que di anteriormente, otro de los componentes vitales de un avión que se ven afectados por el engelamiento son las hélices las cuales llevan sus propios sistemas anti-hielo.

Fotografía detallada de las hélices de un avión donde puede apreciarse el sistema anti-hielo:


Los aviones que vienen equipados con sistemas anti-hielo tanto en sus alas como en sus hélices llevan estrictas normas de operación para evitar cualquier tipo de engelamiento sobre todo volando a niveles de vuelo superiores altos que pueden estar pre-establecidos ya sea por especificaciones de la ruta aérea empleada, como también por el propio control de vuelo.

NOTA: Como bien te dice un instructor desde el primer dia, la forma mas eficaz de evitar un accidente es prevenirlo. Bueno con el engelamiento pasa lo mismo, una vez que los componentes del avión están congelados , ya es demasiado tarde.
Es por eso que la mejor medida es tomar decisiones preventivas según las especificaciones del fabricante:

El método más eficaz y seguro es el de la prevención (Antihielo), ya que conseguimos que en ningún momento se forme el mismo, y por tanto, evitamos el deterioro de las “performances” (actuaciones) aerodinámicas. Para ello se calientan las zonas donde es más probable la acumulación de hielo (en las zonas convexas), o sea en el “borde de ataque” de las alas, timones de dirección y de profundidad y, por supuesto en las entradas de aire hacia las turbinas.
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