Las columnas de ceniza volcánica cerca de volcanes activos son un peligro para la seguridad del vuelo , especialmente para vuelos nocturnos. La ceniza volcánica es dura y abrasiva, y rápidamente puede causar un desgaste significativo de las hélices y las palas del turbocompresor , y rayar las ventanas de la cabina, lo que perjudica la visibilidad. La ceniza contamina los sistemas de combustible y agua, puede atascar los engranajes y hacer que los motores se apaguen . Sus partículas tienen un punto de fusión bajo , por lo que se derriten en la cámara de combustión de los motores y luego la masa cerámica se adhiere a las palas de la turbina, las boquillas de combustible y las cámaras de combustión.—Que puede provocar una falla total del motor. Las cenizas también pueden contaminar la cabina y dañar la aviónica . [1] [2]
En 1991, la industria de la aviación decidió establecer Centros de Asesoramiento de Cenizas Volcánicas (VAAC) para el enlace entre meteorólogos , vulcanólogos y la industria de la aviación. [3] Antes de 2010, los fabricantes de motores de aviones no habían definido niveles específicos de partículas por encima de los cuales consideraban que los motores estaban en riesgo. Los reguladores del espacio aéreo adoptaron el enfoque general de que si la concentración de cenizas aumentaba por encima de cero, consideraban el espacio aéreo inseguro y, en consecuencia, lo cerraban. [4]
Los costos de la interrupción de los viajes aéreos en Europa después de una erupción volcánica en 2010 obligaron a los fabricantes de aviones a especificar límites sobre la cantidad de cenizas que consideraban aceptable para que un motor a reacción ingiriera sin sufrir daños. En abril, la CAA del Reino Unido , junto con los fabricantes de motores, estableció el límite superior seguro de densidad de cenizas en 2 mg por metro cúbico de espacio aéreo. [5] Desde mayo de 2010, la CAA revisó el límite de seguridad al alza a 4 mg por metro cúbico de espacio aéreo. [6]
Para minimizar la interrupción adicional que esta y otras erupciones volcánicas podrían causar, la CAA creó una nueva categoría de espacio aéreo restringido llamada Zona de Tiempo Limitado . [7] El espacio aéreo categorizado como TLZ es similar al espacio aéreo bajo condiciones climáticas severas, en el sentido de que las restricciones deben ser de corta duración. Sin embargo, una diferencia clave con el espacio aéreo TLZ es que las aerolíneas deben producir certificados de cumplimiento para las aeronaves que desean ingresar a estas áreas. Cualquier espacio aéreo donde la densidad de cenizas exceda los 4 mg por metro cúbico está prohibido . [ cita requerida ]
La ceniza volcánica en las inmediaciones de la columna de erupción es diferente en el rango de tamaño de partícula y densidad que la de las nubes de dispersión a favor del viento, que contienen solo los tamaños de partícula más finos de ceniza. Los expertos no han establecido la carga de cenizas que afecta el funcionamiento normal del motor (aparte de la vida útil del motor y los costos de mantenimiento). No está claro si este riesgo de fusión de sílice se mantiene en las densidades de cenizas mucho más bajas características de las nubes de cenizas aguas abajo. [ cita requerida ]
Los expertos reconocieron que había un problema después del vuelo 9 de British Airways en 1982 y, por lo tanto, la OACI estableció el Grupo de estudio de advertencia de cenizas volcánicas. Debido a la dificultad de pronosticar información precisa a las 12 horas y más, la OACI estableció posteriormente Centros de aviso de cenizas volcánicas (VAAC). [8] [9]
Peligros volcánicos para la aviación
La ceniza volcánica consiste en pequeñas tefra , que son trozos de roca pulverizada y vidrio de menos de 2 milímetros (0.079 pulgadas) de diámetro creados por erupciones volcánicas . [10] La ceniza ingresa a la atmósfera por la fuerza de la erupción y las corrientes de convección del aire caliente, y luego es llevada fuera del volcán por los vientos. La ceniza con el tamaño más pequeño puede permanecer en la atmósfera durante un período de tiempo considerable y puede alejarse del punto de erupción. La nube de cenizas puede ser peligrosa para la aviación si alcanza las alturas de las rutas de vuelo de los aviones.
Los pilotos no pueden ver las nubes de ceniza por la noche. Además, las partículas de ceniza son demasiado pequeñas para devolver un eco a los radares meteorológicos a bordo de los aviones comerciales. Incluso cuando se vuela a la luz del día, los pilotos pueden interpretar una nube de ceniza visible como una nube normal de vapor de agua y no como un peligro, especialmente si la ceniza se ha alejado del lugar de la erupción. [8] [11] En la imagen del volcán Chaitén , la nube de cenizas se ha extendido a miles de kilómetros del lugar de la erupción, cruzando el ancho de América del Sur desde la costa del Pacífico y extendiéndose sobre el Atlántico.
La ceniza volcánica tiene un punto de fusión de aproximadamente 1.100 ° C (2.010 ° F), que está por debajo de la temperatura de funcionamiento de los motores a reacción comerciales modernos, aproximadamente 1.400 ° C (2.550 ° F). La ceniza volcánica puede dañar las turbinas de gas de varias formas. Estos se pueden clasificar en los que representan un peligro inmediato para los motores y los que presentan un problema de mantenimiento.
Peligros inmediatos para la aeronave
La ceniza volcánica está compuesta por fragmentos de roca, material cristalino y vidrio volcánico. El componente de vidrio tiene la temperatura de fusión más baja, más baja que las temperaturas dentro de la cámara de combustión de un motor de turbina de gas . La ceniza que llega a la cámara de combustión puede derretirse. Los componentes del combustible y la turbina se enfrían, ya que los metales de los que están hechos tienen temperaturas de fusión más bajas que la temperatura del gas dentro del núcleo del motor. Es probable que la ceniza fundida que toque estas superficies se congele y se acumule en la superficie del metal.
La superficie más sensible son las paletas de guía de la tobera de la turbina de alta presión (NGV), situadas inmediatamente aguas abajo de la cámara de combustión. El flujo de gas se ahoga a través de los NGV, por lo que el área de flujo a través de los NGV es un área de control para el motor. Si esta área se reduce debido a la acumulación de cenizas, un caudal másico de gas más pequeño pasa a través del núcleo del motor. Un flujo másico reducido hace que la turbina haga menos trabajo. La turbina acciona el compresor , que en consecuencia también hace menos trabajo comprimiendo el aire. Si el compresor ya no puede contener el gas a alta presión en el núcleo del motor, el flujo de gas puede revertirse y salir por la parte delantera del motor. Esto se conoce como sobrevoltaje del motor o sobrevoltaje del compresor, y a menudo va acompañado de una bola de fuego que explota por la parte delantera del motor. Es probable que este aumento extinga la llama en la cámara de combustión del motor, lo que se conoce como "apagado". Una vez que la alta presión en el núcleo se disipa, el motor debería poder reiniciarse libremente. Reiniciar un motor en altitud puede ser difícil debido a las temperaturas y presiones más bajas del gas ambiental, pero normalmente no es un problema. El área de flujo reducido de los NGV puede dificultar el reinicio del motor.
La ceniza volcánica tiene una carga electrostática significativa. La ceniza fina que ingresa a los componentes electrónicos dentro del motor o la estructura del avión puede causar fallas eléctricas, lo que representa un peligro inmediato para la aeronave.
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Problemas inducidos por cenizas que requieren un mayor mantenimiento
- La ceniza volcánica, como sustancia dura, daña los compresores de las turbinas de gas. Se erosiona al impactar las aspas y álabes del compresor y al eliminar material, y se desgasta por las interacciones de tres cuerpos entre la cuchilla giratoria, la partícula de ceniza y el anillo del compresor. Cambiar las formas de las palas y las paletas y aumentar los espacios entre las palas y los anillos ayudan a reducir la eficiencia de combustible y la operatividad del motor.
- La ceniza fundida que se adhiere a las superficies enfriadas puede bloquear los orificios de enfriamiento. Esto detiene el flujo de aire de enfriamiento y calienta el metal circundante, lo que lleva a una fatiga térmica acelerada . Este proceso afecta a los componentes de la cámara de combustión y la turbina.
- Las cenizas pueden acumularse y bloquear parcialmente las boquillas de pulverización de combustible , lo que afecta los campos de flujo de aire y combustible y las estequiometrías de la mezcla en la cámara de combustión. Estas condiciones adversas reducen el rendimiento del motor y pueden crear puntos calientes locales que aumenten la tasa de fatiga térmica del quemador . [12]
Otros peligros volcánicos para la aviación
El dióxido de azufre, otro producto de los volcanes que se transporta en las nubes de ceniza después de una erupción, es corrosivo para las aeronaves que lo atraviesan. [8]
Contramedidas
Se ha intentado demostrar que el dióxido de azufre que suele acompañar a una erupción volcánica es de hecho un buen indicio de la presencia de nubes de cenizas para facilitar la evitación de las nubes de cenizas en la aviación.
Sin embargo, se ha encontrado que las dos especies de nubes tienden a separarse debido a la cizalladura del viento. Además, los métodos de detección tienen limitaciones, ya que ambas especies tienen el potencial de ser enmascaradas por otros tipos de aerosoles, como agua o hielo; esto contribuye a una gran variabilidad en los datos.
Por lo tanto, dado que no existe una superposición constante entre el SO 2 y las cenizas, el SO 2 no es un indicador confiable de las nubes de cenizas. [13]
Accidentes e incidentes
En 1982, el vuelo 9 de British Airways voló a través de una nube de cenizas, perdió potencia de los cuatro motores y descendió de 37.000 pies (11.000 m) a sólo 13.500 pies (4.100 m) antes de que la tripulación de vuelo lograra reiniciar los motores. Un incidente similar ocurrió en 1989 con el vuelo 867 de KLM .
Referencias
- ^ "USGS: programa de peligros de volcán" . volcanoes.usgs.gov .
- ^ "Ceniza volcánica - seguridad de la aviación de SKYbrary" . www.skybrary.aero .
- ^ "Ceniza volcánica: peligro para las aeronaves en el Pacífico norte, hoja de datos del USGS 030-97" . pubs.usgs.gov .
- ^ "¿Podemos volar con seguridad a través de la ceniza volcánica?" .
- ^ Marks, Paul (21 de abril de 2010). "Los desmontajes del motor establecen niveles seguros de ceniza volcánica" . Nuevo científico . Consultado el 12 de noviembre de 2019 .
- ^ "Restricciones de nubes de cenizas del Reino Unido levantadas" . BBC News . 17 de mayo de 2010.
- ^ "Copia archivada" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 22 de mayo de 2010 . Consultado el 18 de mayo de 2010 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )
- ^ a b c "Resumen del taller VAAC SACS de octubre de 2006" .
- ^ "Programa de vigilancia de volcanes de International Airways" .
- ^ "USGS: Programa de peligros de volcán" . volcanoes.usgs.gov .
- ^ Video sobre los peligros de las cenizas volcánicas por la Federación Internacional de Asociaciones de Pilotos de Aerolíneas
- ^ a b Simposio del Instituto de Ingenieros Mecánicos: Seguridad de la aviación en nubes de ceniza volcánica: Progreso desde E15. Noviembre de 2013
- ^ Sears, TM; Thomas, GE; Carboni, E .; Smith, AJA; Grainger, RG (2013). "SO 2 como posible sustituto de la ceniza volcánica en la prevención del peligro de la aviación" . Revista de Investigación Geofísica: Atmósferas . 18 (11): 5698–5709. doi : 10.1002 / jgrd.50505 .
enlaces externos
- Foord, Colin (2010). "Aviones y cenizas volcánicas" . Sesenta símbolos . Brady Haran para la Universidad de Nottingham .