¿Por qué la ceniza es peor que la arena para los aviones?



En los últimos años, muchos aviones han sufrido daños severos al atravesar de forma involuntaria nubes de ceniza volcánica en sus rutas o en las cercanías de los aeropuertos. Varios incidentes de este tipo causaron incluso la pérdida de potencia en los motores durante el vuelo, lo que casi dio lugar a un verdadero accidente. Los altos costes de reparación y sustitución de piezas afectadas por ceniza volcánica en un motor a reacción son muy altos.

Se cuentan hasta la fecha en cientos de millones de dólares. El peligro se ve agravado por el hecho de que las nubes de ceniza volcánica no son detectables por los radares que normalmente llevan instaladas las aeronaves. El único procedimiento que garantiza la seguridad en vuelo es la evitación completa de las nubes de ceniza volcánica.

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La actividad volcánica no fue considerada una amenaza grave para las aeronaves hasta principios de los años ochenta. La primera erupción volcánica registrada que tuvo un impacto apreciable en la aviación ocurrió el 22 de marzo de 1944, cuando el Monte Vesubio en Italia hizo más daño en un campo de aviación aliado que lo que probablemente hubiera ocurrido en una incursión de bombardeo enemiga.

La flota completa del Grupo de Bombardeo 340 norteamericano, conocidos como “THE AVENGERS”, compuesta por 88 B-25 Mitchell sufrió graves desperfectos. Trozos de roca incandescente machacaron las carlingas y parte del fuselaje, las superficies de control enteladas ardieron de forma inmisericorde y el plexiglás de las carlingas y los puestos de observación y defensa se derritieron. El mismo peso de la ceniza que cayó sobre los aviones hizo que estos se desequilibraran quedando apoyados sobre sus colas. Los 88 bombarderos tuvieron que ser desechados.





Pasarían otros 36 años hasta que un volcán tuviera un impacto significativo en la aviación. ¿Por qué un período tan largo? Simplemente porque la madre Tierra entró en un período de aproximadamente tres décadas en el que hubo muy pocas erupciones volcánicas. En el mundo hay alrededor de 40 volcanes de subducción, el tipo más activo con una erupción cada año. Pero durante este período, los volcanes de toda la Tierra estuvieron inusualmente tranquilos. Si se consultan los manuales de operación de las aeronaves de aquellas décadas, es muy poco probable que se encuentren referencias a la ceniza volcánica.



¿Qué le sucede a un motor y que es lo que causa daños tan graves y costosos?

Los motores reactores tienen una larga historia de operación en áreas desérticas como el sudoeste estadounidense donde los altos niveles de polvo en la atmósfera son comunes. En Kuwait, un área de operaciones aéreas frecuentes, se dice que existen capas de polvo de grano fino suspendidas en la atmósfera que llegan hasta los 15.000 pies de altura. La experiencia habitual es que este polvo causa una lenta erosión de los álabes del compresor, pero no se sabe que se hayan producido casos de fallo del motor debido a estas condiciones. La ceniza volcánica por su parte es una composición de partículas de roca y mineral muy finas (de menos de 2 mm de diámetro) eyectadas por una apertura volcánica. ¿No deberían los motores de reacción comportarse con la ceniza de una forma parecida a como cuando operan en el desierto con la arena?

Los efectos son muy diferente. El polvo volcánico puede causar una rápida erosión y daños a los componentes internos de los motores, mucho más que la arena desértica. A medida que se va acumulando la ceniza en el motor, se produce una obturación de los álabes de guiado del aire en la entrada de la turbina de alta presión y una obstrucción de los orificios de refrigeración. Esto pueden causar una súbita pérdida de empuje y/o una alta temperatura de los gases de escape.


Debido a que el mayor componente de la ceniza volcánica es el silicio, se acaba formando un esmalte en los componentes calientes de la propia turbina. La ceniza puede bloquear el sistema estático de Pitot y dar como resultado indicaciones de velocidad erróneas. Es altamente abrasivo y puede causar graves daños no solo a los motores sino también a los bordes de las alas, los parabrisas y las luces de aterrizaje.


Las rocas piroclásticas (rotas por el fuego) generalmente se describen como vítreas o cristalinas. Los materiales vítreos se producen cuando el magma de un volcán sufre un enfriamiento repentino y los átomos se congelan en la posición en la que se encuentran en ese momento. El resultado es una estructura desordenada y amorfa. Los materiales piroclásticos cristalinos se crean cuando los átomos en el magma se enfrían lentamente, formando estructuras geométricas reticulares complejas.



Cuando se inspeccionaron los motores del 747 de la British Airways después de su encuentro con Galunggung, el resultado más obvio después de haber volado a través de la nube de ceniza volcánica fue la acumulación de depósitos de cerámica derretida en la superficie de la turbina, las partes más calientes del motor. El depósito era de tanto grosor en algunos lugares que finalmente esto hizo que el compresor no pudiera hacer su función y el motor se parara.

Los efectos inmediatos en el motor

El principal riesgo de un vuelo a través de altas concentraciones de ceniza volcánica, es la fusión de las partículas de ceniza dentro del motor, ya que están compuestas predominantemente de silicatos con un punto de fusión de 1.100ºC. Este punto de fusión es considerablemente menor que la temperatura de operación normal del núcleo de los motores de turbina de alto índice de derivación que suele ser de unos 1.400ºC en las configuraciones de empuje normales. Estas temperaturas son incluso más altas en las nuevas generaciones de motores, ya que existe una tendencia a que la temperatura interna del motor se vaya aumentando para conseguir propulsores con un mejor consumo específico de combustible. El ejemplo más claro lo tenemos en el CSeries, que tiene unas temperaturas de funcionamiento aún más altas.

Las cenizas de silicato ingeridas se derriten en la sección caliente del motor y luego se funden en las palas de la turbina de alta presión y las paletas de guía. Esto reduce drásticamente el área de la garganta y tanto las presiones de descarga del quemador estático como del compresor aumentan rápidamente y causan una pérdida (surge) del motor. La pérdida de empuje transitoria y posiblemente terminal puede ocurrir en los casos más severos. Siempre se podría intentar un re-encendido del motor, pero solo si se puede recuperar el aire limpio. Si están presentes en densidades suficientes, las partículas de ceniza también pueden contribuir al mal funcionamiento del motor por simple deposición. En cualquier caso, los residuos agregados obstruyen el flujo de aire del motor y es probable que inicialmente provoquen una pérdida del compresor y, en última instancia, un apagado (flame-out). Reducir la configuración de empuje rápidamente a ralentí puede disminuir la temperatura del núcleo lo suficiente como para evitar que los silicatos se derritan.

Daño del motor a largo plazo 

El efecto abrasivo del impacto de las partículas de ceniza volcánica puede causar una rugosidad de la superficie dentro de los motores de turbina que, si bien no afectará su funcionamiento normal continuo, dará como resultado un consumo de combustible mayor. Es imposible reparar dicho daño, por lo que la vida útil de un motor afectado podría reducirse considerablemente.




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