FORMACIÓN DE HIELO Y NANOTECNOLOGÍA EN AERONÁUTICA

A finales de 2013, la compañía Boeing hizo un comunicado para advertir sobre el riesgo de formación de hielo en los motores de sus aviones 747-8 y 787 Deamliner.

Este aviso nos demuestra el grave problema que puede provocar el agua si pasa a estado sólido. De hecho, la compañía instó a 15 operadores a evitar volar con esas aeronaves cerca de tormentas a elevada altitud.

La advertencia llevó a Japan Airlines a quitar varios 787 Dreamliner de dos rutas internacionales. Otras de las aerolíneas afectadas fueron Lufthansa, United Airlines, una rama de United Continental Holdings y a Cathay Pacific Airlines.

deB787La noticia se conoció después de seis incidentes entre abril y noviembre de 2013 que involucraron a cinco 747-8 y un 787 impulsados por motores GEnx de GE, que sufrieron una pérdida temporal de propulsión cuando estaban volando a elevada altitud. Este problema fue causado por la formación de cristales de hielo, en un principio justo detrás del ventilador delantero que atraviesa el motor.

Sin embargo éste no es el primer problema que ocurre de esta índole. Martín de Jesús Nieto Pérez, investigador del CICATA indicó que en el año 2010 se registraron 388 accidentes aéreos en todo el mundo relacionados con la formación de hielo en los aviones, y aunque existen algunos sistemas para retirarlo de la estructura metálica, el problema persiste y las consecuencias pueden ser fatales.

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Otro de los accidentes importantes en relación a la formación de hielo, ocurrió en febrero de 2009, cuando un Bombardier Dash 8-Q400 fletado por Continental Airlines se estrelló en Búffalo, E.E.U.U. Dicho accidente dejó 49 pasajeros muertos y otra víctima que se hallaba en tierra.

¿Cómo afecta el hielo a la aeronave?

La congelación no es muy frecuente debido a que los pilotos cuentan con datos meteorológicos, conocimientos y experiencia suficiente para saber actuar en consecuencia. Sin embargo, el problema se agrava cuando hay cambios meteorológicos repentinos que limitan el margen para evitar volar en zonas peligrosas. Se han llegado a presentar muchos casos de formación de 50 o 75 mm de hielo en la superficie de un avión en dos o tres minutos.

Dos condiciones fundamentales son suficientes para que se forme el hielo en aviones. Primero, que el avión vuele a través de agua visible en forma de lluvia o nube y segundo, que la temperatura de las gotas sea por lo menos de 32º F o 0º C al chocar contra el avión. Es importante mencionar que el agua se mantiene frecuentemente en estado de sobre fusión, es decir, en estado líquido a temperaturas inferiores al punto de congelación.

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Tipos de hielo que se pueden formar en los aviones.

Granulado o escarcha: Se suele depositar sobre los bordes delanteros de las alas y la superficie de la cola, conos de hélices, hélices y fuselaje, a veces en las cabezas de los remaches y otras partes salientes del avión en roce con la corriente del aire.

Compacto: Similar al que nos encontramos en los coches en invierno. Este tipo de hielo se adapta a la configuración de la superficie en la que se deposita, se forma rápidamente desde los bordes principales hacia atrás y resulta difícil de desprender.

¿Dónde está el peligro?

A diferencia de lo que muchos pueden pensar, el peso adicional no es muy importante sino que es la reducción de la capacidad aerodinámica del avión que puede ocurrir de tres formas:

1)      Disminución de la eficacia de las hélices.

2)      Disminución de la altura al reducirse la aerodinámica.

3)      Aumento de la resistencia durante el avance del avión.

También pueden aparecer problemas en el manejo y control de la aeronave por posibles fallos en los instrumentos, disminución de la capacidad  propulsora del avión o la congelación del carburador.

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Investigaciones más destacadas

Capa de Nanotubos de Carbono

Los científicos del Battelle Memorial Institute de Ohio, E.E.U.U., han desarrollado un nuevo método que consiste en aplicar una capa de Nanotubos de Carbono a las superficies más importantes de la aeronave y, a continuación, dar energía a esa capa usando el sistema eléctrico a bordo del avión haciendo que los nanotubos se calienten y así eviten la formación de hielo.

Uno de sus inmediatos usos es el recubrimiento en Vehículos Aéreos No Tripulados (UAV). Normalmente, los UAV no tienen mucha capacidad adicional para misiones críticas y la gran mayoría no cuenta con sistemas anti-hielo, lo que conduce a cancelar alrededor del 12% de las misiones. En los UAV también se producen accidentes después de que las alas se hayan convertido en hielo.

Este sistema es diferente de otros sistemas de prevención de hielo, como bleed air, mechanical boot o weeping wing; debido a que estos productos son demasiado complejos, demasiado pesados o consumen demasiada energía como para ser eficaces en un UAV. Este nuevo producto base Nanotubos de Carbono pesa el 1% de los actuales sistemas de protección contra el hielo.

Recubrimiento de partículas hidrófugas

Un equipo de científicos japoneses ha desarrollado una nueva superficie superhidrófuga (que repele el agua) que puede prevenir la formación de hielo. Los investigadores ven viable la aplicación de este nuevo método a un todo un avión como una capa de pintura.

El revestimiento superhidrófugo desarrollado impide que el agua se adhiera a la superficie del avión. Este revestimiento contiene nanopartículas de un material basado en teflón y llamado politetrafluoroetileno (PTFE) que reduce la energía necesaria para separar una gota de agua de una superficie.

Plasma contra el hielo

El Centro CICATA de Querétaro, México, trabaja en un sistema Anti-icing, que consiste en la aplicación de una película o plasma sobre las superficies metálicas de la aeronave. Dicho plasma contiene nanopartículas de un ingrediente activo conocido como Hexametil Disiloxano (HMDSO) que, al aplicarlo, se rompe y forma fragmentos que se encadenan y convierten en polímeros.

Dichos polímeros incrementan la tensión superficial del agua en contacto con el plasma y se produce una gota de mayor espesor, haciendo que ésta se escurra con mayor facilidad de las superficies de los aviones

Por último, este video de la NASA / FAA nos ofrece información y presenta una descripción física del problema de la formación de hielo en el plano de cola.

Fuentes:

Acerca de Víctor M García Barco

Víctor M García Barco
Víctor M. García Barco, nacido el 10 de Junio de 1985, cursó la carrera de Ingeniería Técnica Aeronáutica, especialidad de materiales, en la Universidad Politécnica de Madrid.

En 2011 continuó con su formación con la realización de tres máster en Nanotecnología, Biotecnología e Innovación Disruptiva.

Apasionado de la nanotecnología y la aeronáutica, creó un blog en el cual trata estos temas como otros de actualidad.