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Sistema de protección antihielo de aeronaves

Uno de los peligros a los que está sometida una aeronave es a la formación de hielo (engelamiento). Aunque el hecho en sí no conlleva peligro, realizar maniobras en estas condiciones sí que puede provocar consecuencias graves. De forma general, el hielo puede aparecer cuando alguna parte de la estructura de la aeronave está a una temperatura por debajo del punto de congelación de las partículas de agua contenidas en la atmósfera. A la formación de hielo sobre la superficie de la aeronave se lo conoce como engelamiento. El engelamiento es un problema tanto en vuelo como en tierra, con el avión en el estacionamiento.

Hielo en un avión. El hielo ha causado numerosos accidentes de aviación.
Protuberancias de hielo en la pala del rotor.
Ala de un avión de pasajeros Bombardier Dash 8 Q400. La bota de deshielo de goma negra se infla con aire, lo que produce crestas para agrietar y desalojar el hielo acumulado.

El engelamiento tiende a producirse en los bordes de ataque de las alas y estabilizadores, tomas de aire del motor y dinámicas del avión, hélices, parabrisas, y en general, en todas las zonas de remanso de la corriente de aire como tubos pitot, antenas, etc. Esto provoca una distorsión de la geometría de las superficies sustentadoras y como consecuencia una disminución de la sustentación, además de generar otros problemas como pérdidas de datos.[1]

Prevención contra el hielo

Se pueden englobar los sistemas de protección contra el hielo en dos grandes campos: sistemas antihielo y sistemas de deshielo.

  • Sistemas de deshielo: Permiten el engelamiento hasta un cierto límite, después de este límite actúan para desprender el hielo formado.
  • Sistemas antihielo: impiden la formación de hielo sobre las superficies protegidas del avión.

Normalmente, estos sistemas se basan en el suministro de calor en las zonas afectadas por el engelamiento. Sin embargo también se usan medios mecánicos y químicos, además del térmico.

Sistemas de deshielo

 
Sección de una bota neumática en el ala de un avión.
 
 
Una hélice con sistema de electro-térmico.
 
Detalle del plano de cola de un avión con un sistema de deshielo TKS, que muestra algunos de los miles de pequeños orificios a través de los cuales se bombea el líquido de deshielo.
 
 
Una pala de hélice con un sistema de dispositivos de fluido TKS.
 
Operación de botas de deshielo.
 
Una capa delgada de hielo en el borde de entrada de un turboventilador CFM56.

En cada compañía aérea el procedimiento de deshielo puede ser diferente. Todos los procedimientos establecidos para realizar un deshielo de la aeronave tienen el propósito de asegurar que el fuselaje no tiene contaminación y no hay degradación de las condiciones aerodinámicas ni mecánicas.[2]

En general, las formas principales de sistemas de deshielo son las siguientes:

Deshielo por zapatas neumáticas[3]

Las zapatas neumáticas son un sistema de deshielo de los bordes de ataque de un perfil de las superficies aerodinámicas de la aeronave. Se trata de un sistema bastante económico para las compañías y necesita una potencia para funcionar pequeña.

El sistema se basa en unas bolsas de caucho natural o zapatas que se inflan y desinflan de forma sucesiva en las superficies protegidas. Esta acción sucesiva desprende el hielo formado sobre dichas zonas.

El sistema general está compuesto de los siguientes elementos:

  • Zapatas: Están pegadas o remachadas al borde de ataque del ala.
  • Reguladores de presión y válvulas antirretorno: Tienen la función de aislar los dos motores entre sí  para impedir que en caso de parada de un motor el aire suministrado escape hacia el motor parado.
  • Válvulas distribuidoras: Canalizan el aire hacia las zapatas de deshielo, inflándolas y producen el vacío en la conducción para desinflarlas.
  • Temporizador: Establece la secuencia de los ciclos de inflado y desinflado de las zapatas.
  • Controlador: El control se efectúa en un interruptor de tres posiciones, de conexión del sistema y de selección de los ciclos rápido o lento

Deshielo por sistema de impulso

Este sistema de deshielo produce impulsos por medios neumáticos o electromagnéticos, en el borde de ataque en fracción de segundos. Estos impulsos fracturan y arrojan la capa de hielo. Con este método se pueden eliminar láminas de hielo de hasta 0,75 mm de espesor, con lo que la degradación de las características aerodinámicas del avión es mínima.

Deshielo de la hélice

Las palas de las hélices también experimentan deformaciones por la acumulación de hielo en su superficie, además en estos casos se añade un efecto desestabilizador provocado por los efectos centrífugos que produce la acumulación aleatoria de hielo. Volar en estas condiciones puede provocar vibraciones y daños en los componentes, por este motivo se diseñaron sistemas de deshielo para estos componentes.

El método de deshielo más utilizado en este caso es el uso de resistencias eléctricas embebidas en las alas que generan una calefacción en la zona para deshacer el hielo. Para activar el caldeo de la hélice se añade un interruptor en la cabina. Al activar el interruptor, el tiempo de caldeo es de unos 30 segundos (dependiendo de la cantidad de hielo). El hielo depositado se rompe y, junto con el movimiento de la hélice y el viento relativo se eliminan el hielo acumulado en la zona.[3]

Deshielo en tierra

El engelamiento de la aeronave afecta a las condiciones aerodinámicas de la misma haciendo que las maniobras de despegue y aterrizaje se vuelvan especialmente peligrosas. Por este motivo, se necesita de unas técnicas de deshielo en tierra que preparen la aeronave para el caso del despegue.

Aunque se conoce como deshielo del avión en tierra, en la realidad se usa un proceso combinado de deshielo y antihielo del avión. Este proceso consiste en el rociado del fuselaje de la aeronave por fluidos depresores del punto de congelación del avión. En primer lugar se realiza un proceso de deshielo, seguido por el proceso antihielo que tiene por objetivo formar una capa protectora de fluido que retrasa la formación del hielo.

Sistemas antihielo

Los sistemas antihielo son muy importantes, ya que aunque mediante los sistemas de deshielo se puedan eliminar el hielo que aparezca en algunas zonas de la aeronave no se puede permitir la formación de hielo en zonas muy críticas de las alas y los estabilizadores debido a las graves consecuencias que tendría en la aerodinámica de la aeronave. Por ello, todos los aviones van equipados con sistemas antihielo que se pueden clasificar en las siguientes:[3]

Sistemas antihielo del ala

Se trata de un simple sistema basado en la circulación de aire caliente del compresor por conductos internos del borde de ataque. El sistema antihielo del ala consume más energía que el sistema de deshielo.

También existe una posibilidad de “protección cruzada” que se basa en utilizar el aire caliente procedente del motor de un lado a la zona opuesta del plano. Esto se utiliza en caso de que se dañe el motor, o el propio sistema de deshielo del ala.

Sistema antihielo del motor

El sistema motor también se puede ver afectado por la formación de hielo. Si se produce la engelación de algún sector de la entrada del motor, puede provocar una obstrucción del mismo lo que se traduce en una pérdida de empuje. Esto puede empeorar si la formación de hielo llega hasta los álabes del “fan” o del compresor.

En general, se puede diferenciar entre:

  • Antihielo de la carena del motor: realizado mediante un flujo de aire caliente del motor que es llevado hasta el borde de ataque de la toma de aire del motor.
  • Antihielo de los álabes guía de entrada: realizado mediante el purgado de aire caliente del motor y llevado hasta el interior (hueco) de los álabes, protegiéndolos contra el hielo.

Sistema antihielo de superficies hipersustentadoras

Este sistema formaría parte del sistema general de antihielo del ala, pero tiene la complicación añadida de la conducción del aire cuando la aleta está extendida. Por esto, en este caso, el conducto que aporta aire caliente al borde de ataque y la superficie del slat se extienden a la vez proporcionando continuidad a la tubería de distribución del aire. Por el resto, el procedimiento antihielo es igual que el del ala.

Sistemas de detección de hielo

Los sistemas de antihielo y de deshielo de la aeronave son muy importantes, sin embargo otro sistema igualmente importante es aquel capaz de avisar a la tripulación sobre la manifestación de condiciones que son propicias para la aparición del hielo.[3]​ Estos sistemas se conocen como sistemas de detección del hielo. Se pueden englobar en dos tipos distintos de sistemas:

  • Sistemas de alerta, o sistemas secundarios de detección de hielo Avisan a la tripulación de la existencia de condiciones de formación de hielo, para que estos actúen según sea necesario. El detector de hielo consta de una sonda situada físicamente en la parte lateral del fuselaje. Esta zona está protegida de cualquier perturbación importante del flujo y de la propia capa límite que aparece en el fuselaje. De esta forma, las condiciones de impacto del aire en el sensor son representativas de las condiciones de la corriente no perturbada.
  • Sistemas de alerta y control, o sistemas primarios Avisan y ejecutan automáticamente las acciones de protección contra el hielo. Este sistema cuenta con dos detectores de hielo situados a cada lado de la del fuselaje. El sistema pone en funcionamiento el equipo de antihielo del motor cuando detecta dos ciclos de fusión de hielo en cada detector. Para activar el equipo de deshielo de las alas se necesitan diez ciclos de fusión.

Protección del parabrisas

El parabrisas se encarga de proporcionar a la tripulación la interfaz visual para el pilotaje, siendo de vital importancia la protección contra el hielo de este elemento. Se puede realizar de diferentes formas:[3]

  • Sistema eléctrico: se trata de un sistema de calefacción, incluido en las ventanillas, alimentado por un circuito eléctrico. A la hora de usar este sistema es muy importante el ajuste de temperatura para no someter al cristal a efectos térmicos que la degraden.
  • Sistemas neumáticos: Siendo los dos principales: el panel con doble cristal, en el que el cristal tiene dos láminas de cristal, entre medio de las cuales circula el aire caliente procedente del compresor del motor, aunque este sistema está en desuso. Y el sistema de cortina de aire caliente que simple a la vez la función de antihielo y antilluvia.
  • Sistemas con productos químicos: Estos sistema emplean líquidos anticongelantes (rociándolos por el parabrisas) como medio de protección contra el hielo.

Principales accidentes de aviación provocados por el hielo

Véase también

Referencias

  1. «AESA». 
  2. «Hielo en un avión». Consultado el 11 de mayo de 2018. 
  3. Esteban Oñate, Antonio (1997). «39». Conocimientos del avión (6ª edición). Parainfo. ISBN 9788428329514. 

Enlaces externos

  • SAE paper on Electro-Thermal Ice Protection por Strehlow, R. y Moser, R (en inglés).
  •   Datos: Q3796906

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Este articulo o seccion necesita referencias que aparezcan en una publicacion acreditada Este aviso fue puesto el 10 de mayo de 2018 Las referencias de este articulo no tienen un formato correcto Puedes colaborar editandolas como se indica en esta pagina Tambien puedes avisar en su pagina de discusion a quien las anadio pegando lo siguiente subst Aviso formato de referencias Sistema de proteccion antihielo de aeronaves Este aviso fue puesto el 11 de mayo de 2018 Uno de los peligros a los que esta sometida una aeronave es a la formacion de hielo engelamiento Aunque el hecho en si no conlleva peligro realizar maniobras en estas condiciones si que puede provocar consecuencias graves De forma general el hielo puede aparecer cuando alguna parte de la estructura de la aeronave esta a una temperatura por debajo del punto de congelacion de las particulas de agua contenidas en la atmosfera A la formacion de hielo sobre la superficie de la aeronave se lo conoce como engelamiento El engelamiento es un problema tanto en vuelo como en tierra con el avion en el estacionamiento Hielo en un avion El hielo ha causado numerosos accidentes de aviacion Protuberancias de hielo en la pala del rotor Ala de un avion de pasajeros Bombardier Dash 8 Q400 La bota de deshielo de goma negra se infla con aire lo que produce crestas para agrietar y desalojar el hielo acumulado El engelamiento tiende a producirse en los bordes de ataque de las alas y estabilizadores tomas de aire del motor y dinamicas del avion helices parabrisas y en general en todas las zonas de remanso de la corriente de aire como tubos pitot antenas etc Esto provoca una distorsion de la geometria de las superficies sustentadoras y como consecuencia una disminucion de la sustentacion ademas de generar otros problemas como perdidas de datos 1 Indice 1 Prevencion contra el hielo 2 Sistemas de deshielo 2 1 Deshielo por zapatas neumaticas 3 2 2 Deshielo por sistema de impulso 2 3 Deshielo de la helice 2 4 Deshielo en tierra 3 Sistemas antihielo 3 1 Sistemas antihielo del ala 3 2 Sistema antihielo del motor 3 3 Sistema antihielo de superficies hipersustentadoras 4 Sistemas de deteccion de hielo 5 Proteccion del parabrisas 6 Principales accidentes de aviacion provocados por el hielo 7 Vease tambien 8 Referencias 9 Enlaces externosPrevencion contra el hielo EditarSe pueden englobar los sistemas de proteccion contra el hielo en dos grandes campos sistemas antihielo y sistemas de deshielo Sistemas de deshielo Permiten el engelamiento hasta un cierto limite despues de este limite actuan para desprender el hielo formado Sistemas antihielo impiden la formacion de hielo sobre las superficies protegidas del avion Normalmente estos sistemas se basan en el suministro de calor en las zonas afectadas por el engelamiento Sin embargo tambien se usan medios mecanicos y quimicos ademas del termico Sistemas de deshielo Editar Seccion de una bota neumatica en el ala de un avion Una helice con sistema de electro termico Detalle del plano de cola de un avion con un sistema de deshielo TKS que muestra algunos de los miles de pequenos orificios a traves de los cuales se bombea el liquido de deshielo Una pala de helice con un sistema de dispositivos de fluido TKS Operacion de botas de deshielo Una capa delgada de hielo en el borde de entrada de un turboventilador CFM56 En cada compania aerea el procedimiento de deshielo puede ser diferente Todos los procedimientos establecidos para realizar un deshielo de la aeronave tienen el proposito de asegurar que el fuselaje no tiene contaminacion y no hay degradacion de las condiciones aerodinamicas ni mecanicas 2 En general las formas principales de sistemas de deshielo son las siguientes Deshielo por zapatas neumaticas 3 Editar Las zapatas neumaticas son un sistema de deshielo de los bordes de ataque de un perfil de las superficies aerodinamicas de la aeronave Se trata de un sistema bastante economico para las companias y necesita una potencia para funcionar pequena El sistema se basa en unas bolsas de caucho natural o zapatas que se inflan y desinflan de forma sucesiva en las superficies protegidas Esta accion sucesiva desprende el hielo formado sobre dichas zonas El sistema general esta compuesto de los siguientes elementos Zapatas Estan pegadas o remachadas al borde de ataque del ala Reguladores de presion y valvulas antirretorno Tienen la funcion de aislar los dos motores entre si para impedir que en caso de parada de un motor el aire suministrado escape hacia el motor parado Valvulas distribuidoras Canalizan el aire hacia las zapatas de deshielo inflandolas y producen el vacio en la conduccion para desinflarlas Temporizador Establece la secuencia de los ciclos de inflado y desinflado de las zapatas Controlador El control se efectua en un interruptor de tres posiciones de conexion del sistema y de seleccion de los ciclos rapido o lentoDeshielo por sistema de impulso Editar Este sistema de deshielo produce impulsos por medios neumaticos o electromagneticos en el borde de ataque en fraccion de segundos Estos impulsos fracturan y arrojan la capa de hielo Con este metodo se pueden eliminar laminas de hielo de hasta 0 75 mm de espesor con lo que la degradacion de las caracteristicas aerodinamicas del avion es minima Deshielo de la helice Editar Las palas de las helices tambien experimentan deformaciones por la acumulacion de hielo en su superficie ademas en estos casos se anade un efecto desestabilizador provocado por los efectos centrifugos que produce la acumulacion aleatoria de hielo Volar en estas condiciones puede provocar vibraciones y danos en los componentes por este motivo se disenaron sistemas de deshielo para estos componentes El metodo de deshielo mas utilizado en este caso es el uso de resistencias electricas embebidas en las alas que generan una calefaccion en la zona para deshacer el hielo Para activar el caldeo de la helice se anade un interruptor en la cabina Al activar el interruptor el tiempo de caldeo es de unos 30 segundos dependiendo de la cantidad de hielo El hielo depositado se rompe y junto con el movimiento de la helice y el viento relativo se eliminan el hielo acumulado en la zona 3 Deshielo en tierra Editar El engelamiento de la aeronave afecta a las condiciones aerodinamicas de la misma haciendo que las maniobras de despegue y aterrizaje se vuelvan especialmente peligrosas Por este motivo se necesita de unas tecnicas de deshielo en tierra que preparen la aeronave para el caso del despegue Aunque se conoce como deshielo del avion en tierra en la realidad se usa un proceso combinado de deshielo y antihielo del avion Este proceso consiste en el rociado del fuselaje de la aeronave por fluidos depresores del punto de congelacion del avion En primer lugar se realiza un proceso de deshielo seguido por el proceso antihielo que tiene por objetivo formar una capa protectora de fluido que retrasa la formacion del hielo Sistemas antihielo EditarLos sistemas antihielo son muy importantes ya que aunque mediante los sistemas de deshielo se puedan eliminar el hielo que aparezca en algunas zonas de la aeronave no se puede permitir la formacion de hielo en zonas muy criticas de las alas y los estabilizadores debido a las graves consecuencias que tendria en la aerodinamica de la aeronave Por ello todos los aviones van equipados con sistemas antihielo que se pueden clasificar en las siguientes 3 Sistemas antihielo del ala Editar Se trata de un simple sistema basado en la circulacion de aire caliente del compresor por conductos internos del borde de ataque El sistema antihielo del ala consume mas energia que el sistema de deshielo Tambien existe una posibilidad de proteccion cruzada que se basa en utilizar el aire caliente procedente del motor de un lado a la zona opuesta del plano Esto se utiliza en caso de que se dane el motor o el propio sistema de deshielo del ala Sistema antihielo del motor Editar El sistema motor tambien se puede ver afectado por la formacion de hielo Si se produce la engelacion de algun sector de la entrada del motor puede provocar una obstruccion del mismo lo que se traduce en una perdida de empuje Esto puede empeorar si la formacion de hielo llega hasta los alabes del fan o del compresor En general se puede diferenciar entre Antihielo de la carena del motor realizado mediante un flujo de aire caliente del motor que es llevado hasta el borde de ataque de la toma de aire del motor Antihielo de los alabes guia de entrada realizado mediante el purgado de aire caliente del motor y llevado hasta el interior hueco de los alabes protegiendolos contra el hielo Sistema antihielo de superficies hipersustentadoras Editar Este sistema formaria parte del sistema general de antihielo del ala pero tiene la complicacion anadida de la conduccion del aire cuando la aleta esta extendida Por esto en este caso el conducto que aporta aire caliente al borde de ataque y la superficie del slat se extienden a la vez proporcionando continuidad a la tuberia de distribucion del aire Por el resto el procedimiento antihielo es igual que el del ala Sistemas de deteccion de hielo EditarLos sistemas de antihielo y de deshielo de la aeronave son muy importantes sin embargo otro sistema igualmente importante es aquel capaz de avisar a la tripulacion sobre la manifestacion de condiciones que son propicias para la aparicion del hielo 3 Estos sistemas se conocen como sistemas de deteccion del hielo Se pueden englobar en dos tipos distintos de sistemas Sistemas de alerta o sistemas secundarios de deteccion de hielo Avisan a la tripulacion de la existencia de condiciones de formacion de hielo para que estos actuen segun sea necesario El detector de hielo consta de una sonda situada fisicamente en la parte lateral del fuselaje Esta zona esta protegida de cualquier perturbacion importante del flujo y de la propia capa limite que aparece en el fuselaje De esta forma las condiciones de impacto del aire en el sensor son representativas de las condiciones de la corriente no perturbada Sistemas de alerta y control o sistemas primarios Avisan y ejecutan automaticamente las acciones de proteccion contra el hielo Este sistema cuenta con dos detectores de hielo situados a cada lado de la del fuselaje El sistema pone en funcionamiento el equipo de antihielo del motor cuando detecta dos ciclos de fusion de hielo en cada detector Para activar el equipo de deshielo de las alas se necesitan diez ciclos de fusion Proteccion del parabrisas EditarEl parabrisas se encarga de proporcionar a la tripulacion la interfaz visual para el pilotaje siendo de vital importancia la proteccion contra el hielo de este elemento Se puede realizar de diferentes formas 3 Sistema electrico se trata de un sistema de calefaccion incluido en las ventanillas alimentado por un circuito electrico A la hora de usar este sistema es muy importante el ajuste de temperatura para no someter al cristal a efectos termicos que la degraden Sistemas neumaticos Siendo los dos principales el panel con doble cristal en el que el cristal tiene dos laminas de cristal entre medio de las cuales circula el aire caliente procedente del compresor del motor aunque este sistema esta en desuso Y el sistema de cortina de aire caliente que simple a la vez la funcion de antihielo y antilluvia Sistemas con productos quimicos Estos sistema emplean liquidos anticongelantes rociandolos por el parabrisas como medio de proteccion contra el hielo Principales accidentes de aviacion provocados por el hielo EditarVuelo 90 de Air Florida 1982 Vuelo 1285 de Arrow Air 1985 Vuelo 2415 de United Express 1989 Vuelo 751 de Scandinavian Airlines 1991 Vuelo 3272 de Comair 1997 Vuelo 670 de Loganair 2001 Vuelo 708 de West Caribbean 2005 Vuelo 3407 de Colgan Air 2009 Vuelo 447 de Air France 2009 Vuelo 883 de Aero Caribbean 2010 Vuelo 5017 de Air Algerie 2014 Vease tambien Editar Portal Aviacion Contenido relacionado con Aviacion Accidente de aviacion Seguridad aerea Entrada en perdida Anexo Accidentes 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