Un sistema de inertización disminuye la probabilidad de combustión de materiales inflamables almacenados en un espacio confinado, especialmente un tanque de combustible, al mantener un gas químicamente no reactivo o " inerte ", como el nitrógeno , [1] en dicho espacio. Los tanques de combustible "inerte" pueden utilizarse en tierra, a bordo de barcos [2] o aeronaves .
Principio de funcionamiento
Se requieren tres elementos para iniciar y mantener la combustión: una fuente de ignición (calor), combustible y oxígeno. La combustión se puede prevenir reduciendo cualquiera de estos tres elementos. Si no se puede evitar la presencia de una fuente de ignición dentro de un tanque de combustible, entonces el tanque puede convertirse en no inflamable mediante:
- reducir la concentración de oxígeno del vacío —el espacio por encima de un combustible líquido— por debajo del que tiene capacidad de combustión (el umbral de combustión);
- reducir la concentración de combustible del vacío por debajo del " límite explosivo inferior " (LEL), la concentración mínima capaz de combustión; o
- aumentar la concentración de combustible por encima del " límite explosivo superior " (LSE), la concentración máxima capaz de combustión. [ cita requerida ]
En la actualidad, los vapores inflamables en los tanques de combustible se vuelven inertes reemplazando el aire en el tanque con un gas inerte , como nitrógeno, aire enriquecido con nitrógeno, vapor o dióxido de carbono . Esto reduce la concentración de oxígeno del vacío por debajo del umbral de combustión. También se han propuesto métodos alternativos basados en la reducción de la relación vacío combustible-aire por debajo del LFL o en el aumento de la relación combustible-aire por encima del UFL. [ cita requerida ]
Tanques de aceite
Los petroleros llenan el espacio vacío sobre la carga de petróleo con gas inerte para evitar incendios o explosiones de vapores de hidrocarburos. Los vapores de aceite no pueden arder en aire con menos del 11% de contenido de oxígeno. El gas inerte se puede suministrar enfriando y lavando el gas de combustión producido por las calderas del barco. Cuando se utilizan motores diesel, los gases de escape pueden contener demasiado oxígeno, por lo que se pueden instalar generadores de gas inerte que queman combustible. Las válvulas unidireccionales se instalan en las tuberías de proceso hacia los espacios del tanque para evitar que los vapores o neblina de hidrocarburos volátiles ingresen a otros equipos. [3] Se han requerido sistemas de gas inerte en los petroleros desde las regulaciones SOLAS de 1974. La Organización Marítima Internacional (OMI) publica la norma técnica IMO-860 que describe los requisitos para los sistemas de gas inerte. Otros tipos de carga, como productos químicos a granel, también pueden transportarse en tanques inertes, pero el gas de inertización debe ser compatible con los productos químicos utilizados.
Aeronave
Los tanques de combustible para aviones de combate han estado inertizados durante mucho tiempo, así como los autosellantes , pero los de los aviones de transporte , tanto militares como civiles, no lo han hecho, en gran parte debido a consideraciones de costo y peso. [ citación necesitada ] Los primeros usos con nitrógeno fueron en Handley Page Halifax III y VIII , Short Stirling y Avro Lincoln B.II , que incorporaron sistemas de inertización desde alrededor de 1944. [4] [5] [6]
Cleve Kimmel propuso por primera vez un sistema de inertización a las aerolíneas de pasajeros a principios de la década de 1960. [7] Su sistema propuesto para aviones de pasajeros habría utilizado nitrógeno. Sin embargo, la Administración Federal de Aviación de EE. UU . (FAA) se negó a considerar el sistema de Kimmel después de que las aerolíneas se quejaron de que no era práctico. De hecho, las primeras versiones del sistema de Kimmel pesaban 2,000 libras, lo que probablemente habría hecho que un avión fuera demasiado pesado para volar con pasajeros. Sin embargo, la FAA casi no hizo ninguna investigación para hacer que los tanques de combustible fueran inertes durante 40 años, incluso ante varias explosiones catastróficas de tanques de combustible. En cambio, la FAA se centró en mantener las fuentes de ignición fuera de los tanques de combustible.
La FAA no consideró sistemas de inertización livianos para aviones comerciales hasta el accidente de 1996 del vuelo 800 de TWA . El accidente se atribuyó a una explosión en el tanque de combustible del ala central del Boeing 747 utilizado en el vuelo. Este tanque se usa normalmente solo en vuelos muy largos y había poco combustible en el tanque en el momento de la explosión. Una pequeña cantidad de combustible en un tanque es más peligrosa que una gran cantidad, ya que el calor que ingresa al tanque de combustible con combustible residual hace que el combustible aumente de temperatura más rápido y se evapore. Esto hace que el espacio vacío relación de combustible a aire para aumentar rápidamente y supera el límite inferior de inflamabilidad. Una gran cantidad de combustible (carga de gran masa) en el tanque de combustible puede retener la energía térmica y ralentizar la tasa de evaporación del combustible. La explosión de un Boeing 737 de Thai Airways International en 2001 y un 737 de Philippine Airlines en 1990 también ocurrió en un tanque que tenía combustible residual. Las tres explosiones anteriores ocurrieron en un día cálido, en el tanque del ala central (CWT) que se encuentra dentro de los contornos del fuselaje. Estos tanques de combustible se encuentran cerca de equipos externos que, sin darse cuenta, los calientan. El informe final de la Junta Nacional de Seguridad en el Transporte (NTSB) sobre el accidente del TWA 747 concluyó que "el vapor de aire y combustible en el vacío del vuelo 800 CWT de TWA era inflamable en el momento del accidente". La NTSB identificó la "Eliminación de mezclas explosivas en tanques de combustible en aeronaves de categoría de transporte" como el artículo número 1 en su Lista de los más buscados en 1997.
Después del accidente del Vuelo 800, un informe de 2001 de un comité de la FAA declaró que las aerolíneas estadounidenses tendrían que gastar 35 mil millones de dólares para modernizar sus flotas de aviones existentes con sistemas de inertización que podrían prevenir tales explosiones futuras. Sin embargo, otro grupo de la FAA desarrolló un prototipo de sistema de inertización basado en aire enriquecido con nitrógeno (NEA) que funcionaba con aire comprimido suministrado por los motores propulsores de la aeronave. Además, la FAA determinó que el tanque de combustible podría volverse inerte reduciendo la concentración de oxígeno vacío al 12% en lugar del umbral previamente aceptado de 9 a 10%. Boeing comenzó a probar un sistema derivado propio, realizando vuelos de prueba exitosos en 2003 con varios aviones 747.
El nuevo sistema de inertización simplificado se sugirió originalmente a la FAA a través de comentarios públicos. Utiliza un material de membrana de fibra hueca que separa el aire suministrado en aire enriquecido con nitrógeno (NEA) y aire enriquecido con oxígeno (OEA). [8] Esta tecnología se utiliza ampliamente para generar aire enriquecido con oxígeno con fines médicos. Utiliza una membrana que preferentemente permite que la molécula de nitrógeno (peso molecular 28) la atraviese y no la molécula de oxígeno (peso molecular 32).
A diferencia de los sistemas de inertización en aviones militares, este sistema de inertización funcionaría continuamente para reducir la inflamabilidad del vapor de combustible siempre que los motores de la aeronave estén en funcionamiento; y su objetivo es reducir el contenido de oxígeno dentro del tanque de combustible al 12%, un contenido de oxígeno atmosférico más bajo que el 21% normal, pero más alto que el de los tanques de combustible de aviones militares inertizados, que es un objetivo del 9% de oxígeno. Esto se logra ventilando el gas vacío cargado de vapor de combustible fuera del tanque y hacia la atmósfera.
Reglas de la FAA
Después de lo que dijo fueron siete años de investigación, la FAA propuso una regla en noviembre de 2005, en respuesta a una recomendación de la NTSB, que requeriría que las aerolíneas "reduzcan los niveles de inflamabilidad de los vapores del tanque de combustible en el suelo y en el aire". Este fue un cambio con respecto a los 40 años anteriores de política en los que la FAA se centró solo en reducir las posibles fuentes de ignición de los vapores del tanque de combustible.
La FAA emitió la regla final el 21 de julio de 2008. La regla enmienda las regulaciones aplicables al diseño de aviones nuevos (14CFR§25.981) e introduce nuevas regulaciones para la seguridad continua (14CFR§26.31-39), Requisitos operativos para operaciones nacionales (14CFR §121.1117) y Requisitos operativos para transportistas aéreos extranjeros (14CFR§129.117). Las regulaciones se aplican a aviones certificados después del 1 de enero de 1958 con capacidad de pasajeros de 30 o más o capacidad de carga útil de más de 7500 libras. Las regulaciones se basan en el desempeño y no requieren la implementación de un método en particular.
La regla propuesta afectaría a todos los diseños futuros de aeronaves de ala fija (capacidad de pasajeros superior a 30) y requeriría una modernización de más de 3200 aviones Airbus y Boeing con tanques de combustible de ala central, durante nueve años. La FAA había planeado inicialmente ordenar también la instalación en aviones de carga, pero esto fue eliminado de la orden por la administración Bush. Además, los jets regionales y los aviones de pasajeros más pequeños no estarían sujetos a la regla, porque la FAA no los considera en alto riesgo de explosión en el tanque de combustible. La FAA estimó el costo del programa en 808 millones de dólares durante los próximos 49 años, incluidos 313 millones de dólares para modernizar la flota existente. Se comparó este costo con un "costo para la sociedad" estimado de 1.200 millones de dólares de los EE.UU. por la explosión de un gran avión de pasajeros en el aire. La regla propuesta se produjo en un momento en que casi la mitad de la capacidad de las aerolíneas estadounidenses estaba en compañías que estaban en quiebra. [9]
La orden afecta a aeronaves cuyas unidades de aire acondicionado tienen la posibilidad de calentar lo que puede considerarse un tanque de combustible del ala central normalmente vacío. Algunos aviones Airbus A320 y Boeing 747 están programados para "acción temprana". En cuanto a los nuevos diseños de aviones, el Airbus A380 no tiene depósito de combustible en el ala central y, por tanto, está exento, y el Boeing 787 cuenta con un sistema de seguridad del depósito de combustible que ya cumple con la norma propuesta. La FAA ha declarado que ha habido cuatro explosiones de tanques de combustible en los últimos 16 años, dos en tierra y dos en el aire, y que según esta estadística y la estimación de la FAA de que una de esas explosiones ocurriría cada 60 millones de horas. del tiempo de vuelo, es probable que ocurran alrededor de 9 explosiones de este tipo en los próximos 50 años. Los sistemas de inertización probablemente evitarán 8 de esas 9 probables explosiones, dijo la FAA. Antes de que se propusiera la regla del sistema de inertización, Boeing declaró que instalaría su propio sistema de inertización en los aviones que fabrica a partir de 2005. Airbus había argumentado que el cableado eléctrico de sus aviones hacía que el sistema de inertización fuera un gasto innecesario.
A partir de 2009[actualizar], la FAA tenía una regla pendiente para aumentar nuevamente los estándares de los sistemas de inertización a bordo. Otros están desarrollando nuevas tecnologías para proporcionar inertización del tanque de combustible:
(1) El sistema de generación de gas inerte a bordo (OBIGGS), probado en 2004 por la FAA y la NASA, con una opinión redactada por la FAA en 2005. [10] Este sistema lo utilizan actualmente muchos tipos de aeronaves militares, incluido el C-17. Este sistema proporciona el nivel de seguridad en torno al cual se ha escrito el aumento propuesto en los estándares por las reglas propuestas de la FAA. Los críticos de este sistema citan el alto costo de mantenimiento informado por los militares.
(2) Tres empresas independientes de investigación y desarrollo han propuesto nuevas tecnologías en respuesta a las subvenciones de Investigación y Desarrollo de la FAA y la SBA. El enfoque de estas subvenciones es desarrollar un sistema que sea superior a OBIGGS que pueda reemplazar los métodos clásicos de inertización. Ninguno de estos enfoques ha sido validado en la comunidad científica en general, ni estos esfuerzos han producido productos disponibles comercialmente. Todas las firmas han emitido comunicados de prensa o han dado charlas sin revisión por pares.
Otros metodos
Otros dos métodos de uso actual para los tanques de combustible inerte son un sistema supresor de espuma y un sistema de vacío . La FAA ha decidido que el peso adicional de un sistema de vacío hace que no sea práctico para su implementación en el campo de la aviación. [11] Algunos aviones militares estadounidenses todavía utilizan sistemas de inertización de espuma a base de nitrógeno, y algunas empresas enviarán contenedores de combustible con un sistema de vacío a través de las rutas de transporte ferroviario.
Ver también
- Dilución (ecuación)
- Vuelo 800 de TWA
- Sistema de reducción de oxígeno
- Cobertura de tanques
Referencias
- ^ IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida online: (2006–) " gas inerte ". doi : 10.1351 / goldbook.I03027
- ^ "Diseño de la planta IG en los barcos" , Lamar Stonecypher, editor. Bright Hub Engineering , 12 de julio de 2009.
- ^ Bruce, George J. Eyres, David J. (2012). Construcción de barcos (séptima edición) . Elsevier. 978-0-08-097239-8 página 234
- ^ "Notas del piloto y del ingeniero de vuelo - Halifax III y VIII - Cuatro motores Hércules VI o XVI" Ministerio del Aire, marzo de 1944, página 6.
- ^ "Notas del piloto y del ingeniero de vuelo - Stirling I, III y IV - Mark I - Cuatro motores Hércules XI. Mark III y IV - Cuatro motores Hércules VI o XVI" Ministerio del Aire, enero de 1944, página 6
- ^ "Notas del piloto de Lincoln B.2". Ministerio del Aire, septiembre de 1950, página 16.
- ^ Reid, Jeffery, "Advertencias del ingeniero desatendidas antes de la explosión de TWA 800" . Cnn.com , 18 de julio de 2006.
- ^ "El sistema de inertización del tanque de halón F-16" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 27 de septiembre de 2006 . Consultado el 17 de noviembre de 2005 .
- ^ "Estados Unidos propone una regla de seguridad del combustible para aviones comerciales" . Reuters . Consultado el 16 de noviembre de 2005 .
- ^ "La FAA no es completamente INERTE en OBIGGS" . Consultado el 2 de diciembre de 2009 .
- ^ "Fuel Tank Inerting, Aviation Rulemaking Advisory Committee, 28 de junio de 1998" (PDF) . Consultado el 2 de diciembre de 2009 .
Fuentes
- Isidore, Chris; Senior, / Money (14 de septiembre de 2005). "Las aerolíneas Delta y Northwest se declaran en quiebra" . CNN . Consultado el 17 de noviembre de 2005 .
- "La FAA ordenará arreglos prolongados para reducir el peligro del tanque de combustible de los aviones de pasajeros", Wall Street Journal , 15 de noviembre de 2005, página D5
- "FAA propone una regla para reducir el riesgo de explosión del tanque de combustible (comunicado de prensa de la FAA)" . Archivado desde el original el 6 de junio de 2011 . Consultado el 18 de enero de 2007 .
enlaces externos
- Separación de gases de fibra hueca