Neumáticos de avión: mucho más que caucho


La cantidad de neumáticos que lleva un avión depende del peso, el propósito y el diseño de este. Los aviones de grandes dimensiones pueden llevar una buena cantidad de neumáticos. Por ejemplo, el Airbus 380, lleva 22 ruedas. Y el Antonov 225, 32. Los aviones A340-600 llevan 12 ruedas en el tren principal con 12 sistemas de frenado. Debajo se puede ver un diagrama con las ruedas de varios aviones comerciales conocidos.

Existen cuatro fabricantes principales de neumáticos de aviación: Goodyear, Michelin, Bridgestone y Dunlop. Estos son los que producen el 85% del total (sobre un millón anual) de neumáticos en aviación. Pueden parecer muchos neumáticos, pero en realidad solo representa un 1% de los que se fabrican para automoción.

Los neumáticos de los aviones suelen pasar bastante desapercibidos, pero son una parte muy importante que debe ser mantenida en condiciones óptimas porque son sometidos a grandes esfuerzos. Los aviones comerciales no solo vuelan, también recorren sobre tierra nada menos que unos 8.000 km de media en una flota típica. A lo largo de su vida útil un neumático puede llegar a recorrer unos 700 km por término medio. Gracias al proceso de recauchutado se puede alargar la vida de los neumáticos. El recauchutado es el proceso de retirado de la banda de rodadura o rodamiento remanente o gastada y aplicación de una nueva.

Los neumáticos de las aeronaves están sujetos a esfuerzos y tensiones enormes durante su uso. Por poner un ejemplo, en un aterrizaje, un neumático puede pasar de 50 grados bajo cero al descender hasta los casi 300 grados al frenar. Por ello, son bastante más complicados de lo que pudiera parecer a simple vista. Suelen estar compuestos por unos 200 materiales distintos, entre telas, mallas, hilos, caucho (natural y sintético) y diversos componentes químicos. Para que nos hagamos una idea de lo que soporta un neumático de avión, el peso máximo al despegue de un Boeing B747-400 es de unos 395.000 kilogramos. Esto equivale a casi 400 coches de pequeño tamaño.

El tremendo peso que soportan las ruedas, junto con las altas velocidades durante el despegue y el aterrizaje, hace que los neumáticos se calienten mucho debido a la fricción y la flexión. Las ruedas principales de los aviones comerciales están montadas sobre ejes fijos sin dirección y deben ser capaces de soportar fuerzas tanto radiales como axiales cuando el avión da un giro o se desplaza lateralmente. Los neumáticos se deforman fuertemente durante esos giros y movimientos y el resultado puede dar lugar a la formación de grietas en la banda de rodadura.

Los patrones de la banda de rodadura de los neumáticos de los aviones están diseñados para facilitar la estabilidad en condiciones extremas de viento cruzado, canalizar el agua para evitar el aquaplaning y el efecto de frenado. Los neumáticos también deben resistir el estrés causado por factores externos como pistas contaminadas (daños por objetos extraños), la calidad, rugosidad y  de las superficies de la pista y las variaciones de temperatura, efectivamente un avión viene de volar a una altitud de crucero con temperaturas muy por debajo del cero y en el contacto con la pista la temperatura se eleva rápidamente.

Los neumáticos de los aviones están equipados con unos tapones fusibles (que se ensamblan en el interior de las ruedas). Estos dispositivos están diseñados para derretirse (fundirse literalmente) a una determinada temperatura. Los neumáticos a menudo se sobrecalientan si se aplica el frenado máximo durante un despegue abortado o un aterrizaje de emergencia. Los fusibles proporcionan un modo seguro de desinflado que previene las explosiones de los neumáticos. El desinflado por medio de los fusibles se hace de manera controlada y minimiza así el daño a la aeronave y a los objetos en el entorno cercano.

Cuando se consideran las condiciones generales bajo las que se utilizan, no es de extrañar que las ruedas (neumáticos y llantas) requieran un servicio de mantenimiento bastante elevado aunque su diseño parezca en un principio muy simple. En nuestra compañía este trabajo lo realiza el taller de ruedas de Lufthansa Technik AG en Frankfurt. Todo tipo de trabajo requerido para las ruedas de los aviones, desde el cambio de neumáticos hasta el trabajo de reparación o la revisión completa de una rueda, se puede realizar en esa base. Para tener una idea de lo que representa el mantenimiento de estas parte de los aviones se pueden ver los datos generales de las ruedas principales de dos aeronaves muy conocidas: 

Modelo de avión: B737-500
  • Peso llanta (kg): 39,6
  • Peso Neumático (kg): 72
  • Diámetro (mm): 1.016
Modelo de avión: B747-400
  • Peso llanta (kg): 74,4
  • Peso Neumático (kg): 110
  • Diámetro Neumático (mm): 1.244




Fuente: Good Year Aviation - 

Los neumáticos se cambian por ciclos despegue/aterrizaje, aunque es en el aterrizaje donde más sufren y en la práctica son estos los que cuentan. De media un neumático con tecnología radial puede hacer unos 350 aterrizajes. Un avión podría realizar esos 350 aterrizajes entre una y tres semanas. Esa es la vida media de un neumático de aviación civil. La vida de un neumático militar puede ser de unos 50 aterrizajes o menos. Un neumático nuevo de un Boeing 777 puede llegar a costar unos 4000 euros. Por ese motivo se suele hacer el recauchutado que puede costar la mitad de dinero. Existe un estudio de la universidad Embry-Riddle que afirma que el 99% del desgaste de las ruedas podría ser eliminado si se hiciera girar a estas antes de tocar con el suelo. Es precisamente ese humo en el contacto la señal de una abrasión en el neumático. 

Un promedio de 20,000 ruedas completamente montadas salen del taller de ruedas de nuestra compañía cada año. El volumen de trabajo en el taller fluctúa dependiendo de la temporada del año. Los neumáticos del avión están inflados a altas presiones, muchos de ellos con presiones superiores a los 200 psi. (14 bar; 1,400 kPa), e incluso presiones más altas en las ruedas de aviones de negocios. Las pruebas de resistencia de estos neumáticos han demostrado que son capaces de soportar presiones de hasta 800 psi, (55 bar; 5,500 kPa) antes de reventar. Durante estas pruebas, los neumáticos deben llenarse con agua, para evitar que la sala de prueba sea dañada por la energía que se liberaría si tuvieran gas en su interior.

Los neumáticos de los aviones deben de ser inflados con nitrógeno en vez de aire. El nitrógeno es un gas inerte, por lo que las altas temperaturas y los cambios de presión tienen menos efecto, el aire regular contiene elementos que reaccionan con el calor, los cambios de presión y el oxígeno y pueden expandirse explosivamente. Además, el nitrógeno es más compatible con el compuesto de caucho, y los átomos de nitrógeno son más grandes, por lo que la tasa de deflación es más larga. El nitrógeno al ser un gas inerte no corroe la rueda en comparación con el aire comprimido regular que contiene oxígeno, altamente corrosivo.

Algunas preguntas típicas:

Cuando a un avión le explota una rueda en el despegue, se suele regresar al aeropuerto inmediatamente. ¿No se podría volar al destino y cambiar la rueda allí en vez de tirar combustible y regresar? La respuesta es un rotundo no. La tripulación no puede saber si la explosión de la rueda ha causado algún daño adicional al avión. En algunos casos, el tren de aterrizaje se deja incluso extendido para evitar que la carcasa del neumático (si todavía está unida a la llanta) se aloje en el hueco de la rueda y pueda causar algún otro destrozo. La acción más conservadora es siempre regresar al aeropuerto de salida para un aterrizaje.

¿Cómo sabemos cuando revienta una rueda en el despegue? ¿Hay un ruido o solo indicadores en algún instrumento?

Depende, a menudo el avión que despega detrás de nosotros encuentra trozos de goma en la pista e informa al control de tráfico aéreo. Este a su vez nos contacta para informarnos. Hay algunos aviones de última generación que indican al piloto cuando un neumático se encuentra en mal estado o incluso si ha causado daños a los huecos donde se alojan las ruedas, pero la mayoría de los aviones no avisan al piloto cuando revienta una rueda.

En el siguiente vídeo se ven varias tomas a cámara super lenta para apreciar bien los esfuerzos del tren y las ruedas.


En este vídeo se puede ver como se cambia la rueda de un Jumbo.


En el vídeo que sigue se puede ver como se fabrica un neumático.





---------ilustración para uno de los comentarios------------

¿Cómo se mide la velocidad de las ruedas?

Cada avión tiene sus peculiaridades, pero en general cada rueda del tren principal está equipada con un transductor que se instala en el eje. El transductor consta de un rotor y un estator. Según la velocidad de rotación, se envía una señal eléctrica a un módulo de cálculo o computador.

Este módulo o computadora compara la velocidad de rotación de todas las ruedas y detecta cuando una rueda gira más lento que las otras ruedas del tren principal. La computadora enviará una señal para reducir la cantidad de frenado cuando la velocidad de rotación de una rueda se reduzca dentro de unos valores en comparación con otras ruedas. Este sistema se desactiva cuando la velocidad es lenta (en los A220 por debajo de los 30 nudos) para evitar que funcione cuando el avión rueda haciendo taxi y toma una trayectoria curva.

El principio de funcionamiento es que el eje de la rueda hace girar un imán permanente dentro de una bobina trifásica. La frecuencia de la señal generada es proporcional a la velocidad angular de la rueda. 




Comentarios

  1. Magnífico artículo. He aprendido un montón de cosas.

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    1. Hola Paco, muchas gracias por el mensaje. Espero que encuentres muchos más artículos que te gusten.
      Un cordial saludo
      Manolo

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  2. Hola
    Para reducir la velocidad relativa de las ruedas con el suelo, ¿con qué las aceleran? ¿Algún mecanismo aerodinámico? ¿Un motor?

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    1. Hola querido lector.

      Verás, las ruedas de los aviones giran libres. No van con motores. De hecho, si giraran se desgastarían menos de lo que lo hacen normalmente.

      Hubo un estudio sobre eso. Ponerles algún motor o algún mecanismo que las hiciera girar antes del contacto con el suelo sería interesante desde el punto de vista del desgaste, pero se llegó a la conclusión de que el dispositivo aumentaría mucho la complejidad del tren y ademkás del incremento del peso del avión.

      Por ese motivo las ruedas simplemente hacen contacto con el asfalto y empiezan a girar. Lo único que llevan las ruedas es frenos. La rueda delantera tiene dirección y se controla por medio de los pedales lo mismo que el timón de dirección. Los frenos se accionan en la parte de arriba en la punta de los pedales.

      Un cordial saludo
      Manolo

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    2. Muchas gracias por la respuesta. El uso de motor no me parecía eficiente (peso, volumen,consumo) pero no había valorado que un dispositivo aerodinámico tendría que poder desconectarse o actuar en reversa, para no penalizar la frenada (incremento de complejidad)
      Gran blog, felicidades por el trabajo y la amabilidad en las respuestas.
      Saludos

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  3. Buenas tardes,

    Quisiera saber si por medio de algún sistema de control como pudiera ser un tacómetro, se controla que las ruedas giren correctamente para dado el caso de que una se bloqueara y no girara se avisara a cabina. En caso de que sea así, ruego me indique algún modelo de sensor ya que tengo que hacer un trabajo respecto a este tema en la universidad.

    Muchas gracias de antemano.
    Saludos.

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    1. Estamos hablando de grandes aviones como puede ser un Airbus A380.

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    2. Hola querido lector, muchas gracias por tu comentario. Es un tema interesante. Cada avión tiene sus peculiaridades, pero en general cada rueda del tren principal está equipada con un transductor que se instala en el eje. El transductor consta de un rotor y un estator. Según la velocidad de rotación, se envía una señal eléctrica a un módulo de cálculo o computador.

      Este módulo o computadora compara la velocidad de rotación de todas las ruedas y detecta cuando una rueda gira más lento que las otras ruedas del tren principal. La computadora enviará una señal para reducir la cantidad de frenado cuando la velocidad de rotación de una rueda se reduzca dentro de unos valores en comparación con otras ruedas. Este sistema se desactiva cuando la velocidad es lenta (en los A220 por debajo de los 30 nudos) para evitar que funcione cuando el avión rueda haciendo taxi y toma una trayectoria curva.

      El principio de funcionamiento es que el eje de la rueda hace girar un imán permanente dentro de una bobina trifásica. La frecuencia de la señal generada es proporcional a la velocidad angular de la rueda. Mira al final del post donde te he puesto un diagrama de este sistema.

      Un cordial saludo
      Manolo

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  4. Hola buenas noches, quisiera saber si es posible poner un parche a un neumatico de aeronave? Y aproximadamente cada cuantos aterrizajes se debe reemplazar un neumatico en el caso de un ULM? Muchas gracias

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    1. Hola querido lector, los neumáticos de los aviones comerciales no están pensados para pode ser parcheados. Eso sí, se podrían recauchutar, pero no parchear, entre otres cosas porque no llevan cámara. En cuanto a los ultraligeros desconozco el tipo de mantenimiento que tienen. Puedes preguntarlo al especialista o mecánico de mantenimiento del sitio donde hagas las revisiones del aparato.

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  5. Excelente articulo, muy buena informacion, escrita y grafica.
    Me encanta este blog!! Felicitaciones

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  6. Muy interesante el artículo sobre neumáticos Goodyear.

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  7. ¿Cual es el rango de humedad permitido para el almacenaje de neumáticos de aviación?

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    1. Hola querido lector. Muchas gracias por la pregunta, es muy interesante, pero no tengo esa información. Intentaré mirar algo en Internet. Quizás algún técnico de mantenimiento pueda darnos una idea.
      Un cordial saludo
      Manolo

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    2. Esta es la info que he encontrado:
      Deben evitarse las condiciones extremadamente húmedas. La humedad en el aire del almacén no debe ser tan alta como para que se produzca condensación en los neumáticos. Los neumáticos no deben almacenarse en condiciones en las que estén expuestos a lluvia, salpicaduras, etc.

      Evite la humedad y el ozono:

      Las condiciones húmedas o mojadas tienen un efecto de deterioro en los neumáticos y cámaras, y pueden ser aún más dañinos cuando la humedad contiene elementos extraños que son dañinos para la goma y la tela del cordón. Deben evitarse las fuertes corrientes de aire, ya que aumentan el suministro de oxígeno y con frecuencia alternan el transporte de ozono recomendado, ambos métodos se utilizarían y provocan un envejecimiento rápido de la barra redondeada para levantar el caucho. Se debe tener especial cuidado de almacenar neumáticos y tubos lejos de luces fluorescentes, motores eléctricos, cargadores de baterías, equipos de soldadura eléctrica, generadores eléctricos y dispositivos eléctricos similares, ya que todos generan ozono.

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    3. Según Skybrary:

      Los neumáticos y los tubos deben almacenarse en un lugar fresco y seco fuera de la luz solar directa.
      Las temperaturas deben estar entre 0 ° C y 30 ° C.
      Se debe tener especial cuidado para almacenar los neumáticos lejos de luces fluorescentes, motores eléctricos, cargadores de baterías, equipos de soldadura eléctrica, generadores eléctricos y equipos similares. Estos elementos crean ozono, que tiene un efecto de deterioro sobre el caucho.
      Las regulaciones de las autoridades de aviación locales son las que pueden establecer los límites de los límites de humedad de almacenamiento de neumáticos y cámaras.
      Se debe tener cuidado de que los neumáticos no entren en contacto con aceite, gasolina, combustible para aviones, fluidos hidráulicos o hidrocarburos similares. El caucho es atacado por estos en diversos grados.
      Todos los neumáticos y cámaras deben inspeccionarse inmediatamente después de recibirlos para detectar daños de envío y manipulación.
      Siempre que sea posible, los neumáticos deben almacenarse verticalmente en soportes para neumáticos. La superficie de la rejilla del neumático contra la cual descansa el peso del neumático debe ser plana y ancha para minimizar la distorsión.
      Se permite apilar la mayoría de los neumáticos; sin embargo, se debe tener cuidado para evitar la deformación de los neumáticos en la parte inferior de la pila. Deben seguirse las orientaciones del fabricante sobre el tema.
      Los tubos deben almacenarse en sus cajas originales siempre que sea posible. Si se almacenan sin sus cajas, deben lubricarse ligeramente con talco en polvo y envolverse en papel grueso.
      Los tubos también se pueden almacenar en neumáticos a juego. Los neumáticos deben estar limpios y ligeramente lubricados con talco con los tubos inflados lo suficiente para redondearlos.
      Bajo ninguna circunstancia se deben colgar los tubos sobre clavos, clavijas o cualquier objeto que pueda formar un pliegue en el tubo. Tal pliegue eventualmente producirá una grieta en la goma.
      La edad generalmente no es un indicador de la capacidad de servicio de las llantas siempre que se cumplan todos los criterios de servicio, criterios visuales o restricciones individuales impuestas por el cliente.
      Se recomienda no reutilizar los tubos; pueden crecer hasta un 25% en servicio. Reutilizarlos puede resultar en tubos doblados y pinzados que pueden fallar o crear un desequilibrio.
      Los neumáticos se pueden inflar a presión operativa si las autoridades de aviación lo permiten. Los conjuntos se pueden almacenar así hasta por 12 meses. Después de ese tiempo, los conjuntos inflados que no se hayan utilizado deben volver a inspeccionarse según los criterios de apariencia de los neumáticos. Estas reinspecciones se pueden realizar varias veces siempre que la llanta cumpla con todos los criterios de inspección e inflado.
      Si la llanta no cumple con los criterios de inspección e inflado, la llanta debe ser desechada o devuelta para recauchutarla, dependiendo de la condición de la llanta. En el caso de conjuntos almacenados durante períodos prolongados, se deben realizar comprobaciones de retención de la presión de inflado para ayudar a volver a verificar la aeronavegabilidad del conjunto.

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