lunes, 5 de diciembre de 2016

Cálculo del combustible (Instrumentos Vs FMS)

La comunidad aeronáutica sigue aún conmocionada por el terrible accidente sufrido por avión de Air Lamia. A falta de que la investigación nos diga sin lugar a dudas que es lo que ha ocurrido, todo parece indicar que la falta de combustible está relacionada con el accidente. Los centros de entrenamiento siempre enfatizan en sus clases la importancia que tiene efectuar correctamente los cálculos de combustible en la planificación del vuelo.

Aunque los cálculos deben de ser hechos normalmente por la oficina de operaciones de la línea aérea, es el comandante de la aeronave el último responsable para determinar si estos cálculos son correctos. Para ello, los pilotos cuentan con diferentes herramientas, la más conocida es el gestor de vuelo conocido como FMS. El Flight Management System (FMS), instalado en la mayoría de los aviones comerciales modernos, tiene una amplia variedad de funciones y proporciona una gran cantidad de información útil. Suponiendo que la base de datos del FMS se encuentra actualizada y se corresponde con el software que lleva instalado el avión y el motor.

Suponiendo que se han introducido los datos de rendimiento específicos de la aeronave y que la tripulación ha programado en el FMS unos datos realistas en cuanto a la ruta, la altitud y el viento, el sistema de gestión de vuelo (FMS) se puede utilizar de forma fiable para comparar o predecir el combustible a bordo frente al combustible del plan de vuelo en cualquier punto de la ruta de vuelo. Las predicciones de combustibles y tiempo de vuelo de estos ordenadores son muy exactas, pero según la legislación vigente no se deben de usar nunca en vez de las indicaciones reales de combustible. El piloto siempre debe de hacer caso a sus instrumentos. El instrumento principal del nivel de combustible viene indicado de la señal procedente de los tanques y comúnmente se presenta en el EFIS/ECAM en los aviones comerciales modernos.

Pantalla de la unidad MCDU de un E-Jet mostrando los parámetros de combustible y tiempo calculados a partir de los datos sobre altitud y ruta introducidos por la tripulación. Se puede leer que la altitud planeada son 28.000 pies (FL 280), Que se tardará 43 minutos en llegar al destino (ETE 12:43 Zulu). La distancia al destino son 248,2 millas náuticas. La cantidad de combustible requerida para este vuelo son 2.2 toneladas (+/- 200 kg FOM = 0.2). El combustible remanente en los tanques al aterrizar son 3 toneladas y el peso pronosticado al aterrizar será de unas 30,6 toneladas. La columna del alternativo muestra los valores que corresponden si voláramos hasta el destino y caso de no poder aterrizar en destino lo que nos llevaría llegar hasta el alternativo.

A pesar de que los cálculos procedentes del FMS deben de coincidir con los reales, si ocurriera alguna situación de fallo en la configuración del avión, las predicciones de combustible del FMS ya no serían exactas. El hecho de no darse cuenta de esta situación (o minimizar su efecto) ha llevado en algunas ocasiones a las tripulaciones a hacer suposiciones falsas sobre su alcance real (range) y su capacidad de poder seguir en vuelo (endurance). Esto ha sido un factor importante en varios accidentes e incidentes. La lógica de predicción de combustible del FMS se basa en que la aeronave se encuentra en lo que se considera una configuración "normal" para la fase de vuelo. Como ejemplo, la configuración "normal" para el tren de aterrizaje sería "UP" (tren arriba) desde poco después del despegue hasta aproximadamente cinco millas antes del aterrizaje. Como no existe un input o señal directa del tren de aterrizaje al FMS, entonces las predicciones de combustible del FMS se efectúan bajo la suposición de que se ha seguido el perfil de despegue y vuelo "normal".

Los sistemas FMS suelen tener una indicación donde se compara el combustible que realmente existe abordo y el combustible remanente que calcula el sistema. Ambos suelen coincidir. Si ocurriera que el combustible en el interior de los tanques (Gauge) es mucho menor que el calculado por el sistema, entonces sospecharíamos que tenemos una fuga o algo raro ocurre. 

Si el tren de aterrizaje no se hubiera replegado correctamente por culpa de un fallo (imaginemos que una pata se ha quedado abajo y está creando una gran cantidad de resistencia aerodinámica), es evidente que las predicciones de combustible ya no serán válidas durante un vuelo en estas condiciones. Lo mismo es válido para dispositivos de control de vuelo, como los elevadores, los flaps, slats, alerones, etc. Con estos problemas asociados al vuelo (resistencia aerodinámica incrementada) y con el fin de no inducir a error, en muchos tipos de aeronaves, el FMS se programa a propósito para que no muestre predicciones de combustible en caso de fallo del motor. Sin embargo, en el caso de que el fallo sea de configuración anormal de la aeronave, las predicciones del combustible continuarán disponibles y muy probablemente serán inexactas, esto pueden llevar a la tripulación a una decisión inapropiada.

Defensas

Las tripulaciones deben estar al tanto de la información contenida en los AFM / FCOM sobre las penalizaciones y limitaciones de combustible en caso de que el vuelo se efectúe en condiciones anormales. La cantidad apropiada de combustible debe ser cargada antes del vuelo. En cualquier caso es la autoridad aeronáutica la que nos dice la cantidad mínima de combustible que debe de llevar nuestro avión. Normalmente es el combustible suficiente para llegar a nuestro destino más un 3 o 5%, más unas reservas para poder desviarnos a un alternativo y poder efectuar una espera de 30 minutos a 1.500 pies de altura. En los cálculos pre-vuelo, las predicciones de combustible del FMS deben ser ignoradas y el alcance del vuelo y el tiempo máximo de vuelo deben ser calculados sobre la base de las indicaciones de flujo de combustible (instrumentos o manual certificado). En el caso de un fallo del sistema que conduzca a una configuración anormal de la aeronave, las tripulaciones deben ser conscientes del aumento del flujo de combustible durante la ejecución de los procedimientos ECAM / EICAS / QRH y tener en cuenta la reducción del alcance y la capacidad para poder mantenerse en vuelo (endurance) al tomar sus decisiones para el aterrizaje.

En este diagrama se muestra un resumen del combustible que se debe de llevar abordo en un vuelo comercial IFR. Todo esto está regulado por Ley: EU-OPS 1.255 Apéndice 1. Se debe de contar con la cantidad de combustible que nos lleva hasta la pista (Taxi fuel). Trip Fuel es el necesario para el despegue, ascenso, crucero, descenso, aproximación y aterrizaje. Se debe de añadir el combustible para imprevistos (contingencias - OPS 1.192) y el combustible en caso de no poder aterrizar en destino (Alternate Fuel). Se debe de añadir además las reservas finales (30 o 45 minutos haciendo espera sobre el aeropuerto alternativo), el combustible adicional dependiendo del tipo de operación que se lleve a cabo (ETOPS por ejemplo) y además de todo esto se debe de añadir el combustible "Extra" (a discreción del comandante de la aeronave).

Los fabricantes deben hacer todo lo posible para recordar a la tripulación de vuelo el aumento del consumo de combustible mediante notas y precauciones en los procedimientos ECAM / EICAS / QRH.

Caso típico de estudio:

El A310 de Hapag Lloyd en Viena Austria (12 de julio de 2000), en un vuelo comercial no regular de Chania a Hannover. Se declara emergencia debido a la escasez de combustible en vuelo diurno y condiciones VMC. Se efectúa un desvío a Viena. El Airbus se quedó sin combustible y aterrizó antes de alcanzar la pista 34. Ninguno de los 151 ocupantes resultaron heridos durante el impacto, pero 26 sufrieron heridas leves durante la evacuación posterior. El avión fue dañado más allá de la reparación económica por los efectos del impacto, pero no hubo fuego.

Análisis

Después de un mal funcionamiento del tren de aterrizaje en el despegue, la tripulación no puede retraer el tren. Los procedimientos del fabricante se siguen correctamente y se toma la decisión de desviar el vuelo. Al desviarse al aeropuerto elegido se hace en base a las predicciones de combustible calculadas por el FMS. Durante el tránsito, se analiza la situación y se comprueba que el combustible se está consumiendo a una tasa mayor de lo esperado. La tripulación también se da cuenta de que la predicción del combustible calculada por el FMS para el destino alternativo está disminuyendo. Se selecciona un desvío a un aeropuerto más cercano (Viena); Sin embargo, ambos motores sufren un apagado debido a que se quedan sin combustible antes de la llegada. El accidente causa la pérdida total del avión. 

Gráfico típico de la familia E-Jet en el que se puede hacer el cálculo del combustible necesario sin tener que utilizar la unidad MCDU. En el ejemplo (en rojo) se puede ver que para una distancia de 1000 millas náuticas, con 30 nudos de viento en contra, un peso aproximado de unas 42 toneladas y una altura de más de 35.000 pies, este avión necesita 5.500 kg de combustible. 

Factores contribuyentes 

En el citado escenario del vuelo de Hapag Lloyd, aunque la tripulación reconoció que el combustible estaba siendo consumido más rápido de lo previsto por el FMS y a pesar de haber optado por un desvío alternativo, no comprendieron completamente la extremada urgencia de su situación. La predicción de combustible del FMS para el destino estaba disminuyendo porque la señal de entrada "Fuel On Board" (combustible en tanques) al FMS estaba disminuyendo más rápidamente de lo que la programación del FMS habría predicho y no porque el FMS estuviera considerando la configuración de tren abajo por avería. En cualquier momento del vuelo la predicción del combustible se basa siempre en el consumo de combustible desde la posición actual del avión al destino (en configuración "normal") para la fase de vuelo. El FMS no calcula nunca el consumo de combustible adicional para una configuración anormal como en la que se encontraba la aeronave. Se tomó la decisión de desvío y por lo tanto el FMS indicó (en ese momento) que había suficiente combustible a bordo para llegar al aeródromo, pero de hecho, no lo había.

La imagen muestra el EICAS de la familia E-Jet con la cantidad interna de combustible y la tasa de consumo real.

Soluciones

La solución definitiva a este problema sería que los fabricantes incluyeran la configuración de la aeronave como entrada al FMS y programaran el FMS para reconocer la configuración anormal y de esta forma que el propio sistema ajustara las predicciones de combustible. Una solución más simplista podría ser permitir a la tripulación introducir de forma selectiva la penalización de rendimiento en el FMS basándose en un procedimiento ECAM / EICAS / QRH autorizado. Por ejemplo, el consumo de combustible en caso de fallo en los flaps (flaps que quedan atascados en la posición de despegue y no se pueden retraer) podría ser 1,8 veces el consumo de una velocidad normal. Proporcionar la capacidad para permitir que este factor sea insertado en el sistema permitiría al FMS hacer predicciones realistas. Hasta que se disponga de una solución mejor, las tripulaciones deben de ser conscientes de que bajo circunstancias especiales (configuración anormal) de la aeronave, las predicciones de combustible del FMS ya no son fiables y deben de utilizar las penalizaciones o incrementos que designe el fabricante.  Y lo más importante de todo: se debe de leer el flujo real de combustible en la instrumentación básica para determinar el alcance y el tiempo de vuelo del avión de forma precisa.

2 comentarios:

  1. Es un comentario de lego: no entiendo como la avionica de una areonave no predice en funcion de la resistencia areodinamica anterior (incrementada en caso se cualquier fallo o condiciones adversas)y conociendo la posicion de la areonave, el alcance maximo restante de la misma.

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    1. Hola Álvaro y muchas gracias por el comentario. Es una buena pregunta. En principio si se podría, pero es más un asunto de certificación. Los sistemas FMS según la legislación aeronáutica no pueden usarse en vez de los instrumentos principales del avión. Legalmente es tarea del piloto hacer los cálculos y luego se comparan con el sistema FMS. Hacer un sistema certificado llevaría mucho tiempo y mucho dinero. Las tripulaciones son las responsables en todo momento de observar y calcular el consumo de la aeronave. Cada avión es diferente y el número de problemas y penalizaciones a calcular es ingente. Se debería de certificar para todas ellas, tarea harto imposible, pues no habría dinero para los vuelos de prueba y certificación. Se podría introducir una penalización genérica, pero aún así es tarea del piloto volar con la cantidad real de consumo. Esto se hace mirando el EICAS y viendo el "Fuel flow" y la tasa de consumo real por hora. Cualquier piloto bien entrenado lo efectúa muy rápidamente y sabe perfectamente el alcance real en esas condiciones.

      Un cordial saludo
      Manolo

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