Una falla en un motor de turbina ocurre cuando un motor de turbina deja inesperadamente de producir energía debido a un mal funcionamiento distinto al agotamiento del combustible . A menudo se aplica a los aviones , pero otros motores de turbina pueden fallar, como las turbinas terrestres utilizadas en centrales eléctricas o en embarcaciones y vehículos combinados de diésel y gas .
Fiabilidad
Los motores de turbina que se utilizan en los aviones propulsados por turbinas actuales son muy fiables . Los motores funcionan de manera eficiente con inspecciones y mantenimiento programados periódicamente. Estas unidades pueden tener una vida útil de decenas de miles de horas de funcionamiento. [1] Sin embargo, ocasionalmente ocurren fallas o mal funcionamiento del motor que requieren que el motor se apague en vuelo. Dado que los aviones multimotor están diseñados para volar con un motor inoperativo y las tripulaciones de vuelo están entrenadas para volar con un motor inoperativo, la parada de un motor en vuelo normalmente no constituye un problema grave de seguridad del vuelo.
Se citó a la Administración Federal de Aviación (FAA) afirmando que los motores de turbina tienen una tasa de falla de uno cada 375.000 horas de vuelo, en comparación con uno cada 3.200 horas de vuelo para los motores de pistón de avión. [2]
Debido a la "gran subnotificación" de paradas en vuelo de motores de pistón de aviación general (IFSD), la FAA no tiene datos fiables y evaluó la tasa "entre 1 por 1.000 y 1 por 10.000 horas de vuelo". [3] Continental Motors informa que la FAA afirma que los motores de aviación general experimentan una falla o IFSD cada 10 000 horas de vuelo, y afirma que sus motores Centurion son uno cada 20 704 horas de vuelo, reduciéndose a uno cada 163 934 horas de vuelo en 2013-2014. [4]
El General Electric GE90 tiene una tasa de parada en vuelo (IFSD) de uno por millón de horas de vuelo del motor. [5]
El Pratt & Whitney Canada PT6 es conocido por su confiabilidad con una tasa de parada en vuelo de una cada 333,333 horas entre 1963 y 2016, [6] que se redujo a una cada 651,126 horas durante 12 meses en 2016. [7]
Aterrizaje de emergencia
Después de una parada de motor, generalmente se realiza un aterrizaje de precaución con el equipo de rescate y contra incendios del aeropuerto ubicado cerca de la pista. El aterrizaje rápido es una precaución contra el riesgo de que otro motor falle más adelante en el vuelo o que la falla del motor que ya ocurrió pueda haber causado o haber sido causada por otros daños o mal funcionamiento de los sistemas de la aeronave aún desconocidos (como incendio o daños a los controles de vuelo de la aeronave) que puedan suponer un riesgo continuo para el vuelo. Una vez que el avión aterriza, el personal del departamento de bomberos ayuda a inspeccionar el avión para garantizar que sea seguro antes de rodar hasta su posición de estacionamiento.
helicóptero
Los aviones propulsados por turbohélice y los helicópteros propulsados por turboeje también funcionan con motores de turbina y están sujetos a fallos de motor por muchas razones similares a las de los aviones propulsados por reactores. En el caso de una falla del motor en un helicóptero, a menudo es posible que el piloto entre en autorrotación , utilizando el rotor sin potencia para frenar el descenso de la aeronave y proporcionar una medida de control, lo que generalmente permite un aterrizaje de emergencia seguro incluso sin potencia del motor. [8]
Paradas que no son fallos del motor
La mayoría de las paradas durante los vuelos son inofensivas y probablemente pasen desapercibidas para los pasajeros. Por ejemplo, puede ser prudente que la tripulación de vuelo apague un motor y realice un aterrizaje de precaución en caso de una advertencia de baja presión de aceite o alta temperatura del aceite en la cabina. Sin embargo, los pasajeros de un avión a reacción pueden alarmarse bastante por otros eventos del motor, como una sobrecarga del compresor , un mal funcionamiento que se caracteriza por fuertes golpes e incluso llamas en la entrada y el tubo de escape del motor. Una sobrecarga del compresor es una interrupción del flujo de aire a través de un motor a reacción de turbina de gas que puede ser causada por el deterioro del motor, un viento cruzado sobre la entrada del motor, acumulación de hielo alrededor de la entrada del motor, ingestión de material extraño o una falla de un componente interno como un hoja rota . Si bien esta situación puede ser alarmante, el motor puede recuperarse sin sufrir daños. [9]
Otros eventos que pueden ocurrir con los motores a reacción, como una falla en el control de combustible, pueden provocar un exceso de combustible en la cámara de combustión del motor . Este combustible adicional puede provocar que se extiendan llamas desde el tubo de escape del motor. Por muy alarmante que parezca, en ningún momento el motor se incendia. [ cita necesaria ]
Además, la falla de ciertos componentes del motor puede provocar una liberación de aceite al aire purgado que puede provocar un olor o niebla aceitosa en la cabina. Esto se conoce como evento de humo . Los peligros de los humos son objeto de debate tanto en la aviación como en la medicina . [10]
Posibles Causas
Las fallas del motor pueden ser causadas por problemas mecánicos en el propio motor, como daños en partes de la turbina o fugas de aceite, así como daños fuera del motor, como problemas con la bomba de combustible o contaminación del combustible. El fallo de un motor de turbina también puede deberse a factores totalmente externos, como cenizas volcánicas , choques de aves o condiciones climáticas como precipitaciones o formación de hielo . Los riesgos climáticos como estos a veces pueden contrarrestarse mediante el uso de sistemas suplementarios de encendido o antihielo. [11]
Fallos durante el despegue
El procedimiento de despegue de un avión propulsado por turbina está diseñado para garantizar que una falla del motor no ponga en peligro el vuelo. Esto se hace planificando el despegue en torno a tres velocidades V críticas , V1, VR y V2. V1 es la velocidad crítica de reconocimiento de fallo del motor, la velocidad a la que se puede continuar un despegue en caso de fallo del motor y la velocidad a la que la distancia de parada ya no está garantizada en caso de un despegue interrumpido . VR es la velocidad a la que se levanta el morro de la pista, un proceso conocido como rotación. V2 es la velocidad de seguridad del monomotor, la velocidad de ascenso del monomotor. [12] El uso de estas velocidades garantiza que haya suficiente empuje para continuar el despegue o suficiente distancia de frenado para rechazarlo en todo momento. [ cita necesaria ]
Fallo durante operaciones prolongadas
Para permitir que los aviones bimotores vuelen rutas más largas que estén a más de una hora desde un aeropuerto de desvío adecuado, se utiliza un conjunto de reglas conocidas como ETOPS (Estándares de rendimiento operativo extendido para bimotores) para garantizar que un avión propulsado por un motor de doble turbina sea capaz de llegar con seguridad a un aeropuerto de desvío después de una falla o parada del motor, así como minimizar el riesgo de una falla. ETOPS incluye requisitos de mantenimiento, como inspecciones frecuentes y meticulosamente registradas, y requisitos de operación, como capacitación de la tripulación de vuelo y procedimientos específicos de ETOPS. [13]
Fallos contenidos y no contenidos
El motor del vuelo 1288 de Delta Air Lines después de que sufriera una falla catastrófica en el rotor del compresor en 1996.
Las fallas del motor pueden clasificarse como "contenidas" o "no contenidas".
Una falla contenida del motor es aquella en la que todos los componentes giratorios internos permanecen dentro o incrustados en la caja del motor (incluida cualquier envoltura de contención que sea parte del motor), o salen del motor a través del tubo de escape [14] o la entrada de aire. [15]
Un evento de motor no contenido ocurre cuando una falla del motor provoca que fragmentos de piezas giratorias del motor penetren y escapen a través de la caja del motor.
La distinción técnica muy específica entre una falla de motor contenida y no contenida se deriva de los requisitos regulatorios para el diseño, prueba y certificación de motores de aeronaves bajo la Parte 33 de las Regulaciones Federales de Aviación de EE. UU. , que siempre ha exigido que los motores de turbina de las aeronaves se diseñen para contener los daños resultantes. por fallo de las palas del rotor. [15] Según la Parte 33, los fabricantes de motores deben realizar pruebas de separación de las palas para garantizar la contención de la metralla si se produce la separación de las palas. [16] Los fragmentos de pala que salen por la entrada o el escape aún pueden representar un peligro para la aeronave, y esto debe ser considerado por los diseñadores de la aeronave. [15] Una falla nominal del motor contenida aún puede resultar en que las piezas del motor salgan de la aeronave siempre y cuando las piezas del motor salgan a través de las aberturas existentes en la entrada o salida del motor, y no creen nuevas aberturas en la contención de la caja del motor. Los fragmentos de aspas del ventilador que salen a través de la entrada también pueden provocar que partes del fuselaje, como el conducto de entrada y otras partes de la góndola del motor, se salgan de la aeronave debido a la deformación provocada por la energía cinética residual del fragmento de aspas del ventilador.
La contención de piezas giratorias averiadas es un proceso complejo que implica interacciones de alta energía y alta velocidad de numerosos componentes del motor ubicados local y remotamente (p. ej., pala averiada, otras palas, estructura de contención, cajas adyacentes, cojinetes, soportes de cojinetes, ejes, paletas, y componentes montados externamente). Una vez que comienza el evento de falla, pueden ocurrir eventos secundarios de naturaleza aleatoria cuyo curso y conclusión final no pueden predecirse con precisión. Algunas de las interacciones estructurales que se ha observado que afectan la contención son la deformación y/o desviación de las palas, las cajas, el rotor, el marco, la entrada, las tiras de fricción de la carcasa y la estructura de contención. [15]
Las fallas no contenidas del disco del motor de turbina dentro del motor de un avión presentan un peligro directo para un avión, su tripulación y pasajeros porque fragmentos de disco de alta energía pueden penetrar la cabina o los tanques de combustible, dañar las superficies de control de vuelo o cortar fluidos inflamables o líneas hidráulicas. [17] Las cajas del motor no están diseñadas para contener discos de turbina averiados. En cambio, el riesgo de falla incontrolada del disco se mitiga designando los discos como partes críticas para la seguridad, definidas como las partes de un motor cuya falla probablemente presente un peligro directo para la aeronave. [17]
Accidentes notables por fallas de motor no contenidas
Dos vuelos de LOT Polish Airlines , ambos Ilyushin Il-62 , sufrieron fallas de motor catastróficas e incontenidas en la década de 1980. El primero fue en 1980 en el vuelo 7 de LOT Polish Airlines, donde los controles de vuelo fueron destruidos, matando a las 87 personas a bordo. En 1987, en el vuelo 5055 de LOT Polish Airlines , la falla del motor interior izquierdo (n.º 2) de la aeronave dañó el motor exterior izquierdo (n.º 1), incendiando ambos y provocando la pérdida de los controles de vuelo, lo que provocó un accidente que mató a todos. 183 personas a bordo. En ambos casos, el eje de la turbina del motor n.° 2 se desintegró debido a defectos de producción en los cojinetes de los motores, a los que les faltaban rodillos. [19]
El accidente del Tu-154 cerca de Krasnoyarsk fue un accidente aéreo importante que ocurrió el domingo 23 de diciembre de 1984 en las cercanías de Krasnoyarsk. El avión de pasajeros Tu-154B-2 de la 1.ª unidad de aviación unida de Krasnoyarsk (Aeroflot) realizó el vuelo de pasajeros SU-3519 en la ruta Krasnoyarsk-Irkutsk, pero durante el ascenso falló el motor número 3. La tripulación decidió regresar al aeropuerto de salida, pero durante la aproximación al aterrizaje se produjo un incendio que destruyó los sistemas de control y como resultado, el avión se estrelló contra el suelo a 3200 metros del umbral de la pista del aeropuerto de Yemelyanovo y colapsó. De las 111 personas a bordo (104 pasajeros y 7 tripulantes), una sobrevivió. La causa de la catástrofe fue la destrucción del disco de la primera etapa del circuito de baja presión del motor N° 3, ocurrida por la presencia de grietas por fatiga. Las grietas fueron causadas por un defecto de fabricación: la inclusión de un compuesto de titanio y nitrógeno que tiene una microdureza mayor que el material original. Los métodos utilizados en aquel momento para la fabricación y reparación de discos, así como los medios de control, resultaron parcialmente obsoletos, por lo que no garantizaban la eficacia del control y detección de tal defecto. El defecto en sí se debió probablemente a la ingestión accidental de una esponja de titanio o de la carga para fundir un lingote de una pieza enriquecida con nitrógeno.
Vuelo 28M de British Airtours : un Boeing 737 que volaba de Manchester a Corfú en 1985 sufrió un fallo de motor incontrolado y un incendio en el despegue. El despegue fue abortado y el avión giró hacia una calle de rodaje y comenzó a evacuar. Cincuenta y cinco pasajeros y la tripulación no pudieron escapar y murieron por inhalación de humo. El accidente provocó cambios importantes para mejorar la capacidad de supervivencia de las evacuaciones de aviones. [21]
Vuelo 232 de United Airlines : un McDonnell Douglas DC-10 que volaba de Denver a Chicago en 1989. La falla del motor trasero General Electric CF6-6 provocó la pérdida de todo el sistema hidráulico, lo que obligó a los pilotos a intentar un aterrizaje utilizando empuje diferencial . Hubo 111 muertes. Antes de este accidente, la probabilidad de un fallo simultáneo de los tres sistemas hidráulicos se consideraba tan baja como una entre mil millones. Sin embargo, los modelos estadísticos no tuvieron en cuenta la posición del motor número dos, montado en la cola cerca de las líneas hidráulicas, ni los resultados de los fragmentos liberados en muchas direcciones. Desde entonces, los diseños de motores de aviones se han centrado en evitar que la metralla perfore el capó o los conductos, utilizando cada vez más materiales compuestos de alta resistencia para lograr resistencia a la penetración y al mismo tiempo mantener el peso bajo. [ cita necesaria ]
Vuelo 130 de Baikal Airlines : un motor de arranque del motor nº 2 de un Tu-154 que se dirigía de Irkutsk a Domodedovo , Moscú en 1994, no se detuvo tras el arranque del motor y continuó funcionando a más de 40.000 rpm con las válvulas de purga de los motores abiertas, lo que provocó un fallo incontrolado del motor de arranque. Un disco de turbina desprendido dañó las líneas de suministro de combustible y aceite (lo que provocó un incendio) y las líneas hidráulicas. El sistema de extinción de incendios no logró detener el incendio y el avión se desvió de regreso a Irkutsk. Sin embargo, debido a la pérdida de presión hidráulica, la tripulación perdió el control del avión, que posteriormente se estrelló contra una granja lechera, matando a las 124 personas a bordo y a una en tierra. [22] [23]
ValuJet 597: Un DC-9-32 que despegaba del Aeropuerto Internacional Hartsfield Jackson de Atlanta el 8 de junio de 1995 sufrió una falla incontenible del motor del disco compresor de alta presión de la séptima etapa debido a una inspección inadecuada del disco corroído. La ruptura resultante provocó que el combustible para aviones fluyera hacia la cabina y se encendiera, y el incendio provocó que el avión fuera cancelado.
Vuelo 32 de Qantas : un Airbus A380 que volaba de Londres Heathrow a Sydney (vía Singapur) en 2010 sufrió un fallo incontrolado en un motor Rolls-Royce Trent 900 . Se descubrió que la falla fue causada por un avellanado desalineado dentro de un trozo de tubería de aceite que provocó una fractura por fatiga. Esto, a su vez, provocó una fuga de aceite seguida de un incendio de aceite en el motor. El incendio provocó la liberación del disco de la Turbina de Presión Intermedia (IPT). Sin embargo, el avión aterrizó sin problemas. Esto llevó a la inmovilización de toda la flota de Qantas A380. [25]
Vuelo 2276 de British Airways : un Boeing 777-200ER que volaba de Las Vegas a Londres en 2015 sufrió una falla incontrolada en su motor GE90 número 1 durante el despegue, lo que provocó un gran incendio en su banda de babor. El avión abortó con éxito el despegue y fue evacuado sin víctimas mortales. [26]
Vuelo 383 de American Airlines : un Boeing 767-300ER que volaba de Chicago a Miami en 2016 sufrió una falla incontenible en su motor número 2 (General Electric CF6) durante el despegue, lo que provocó un gran incendio que destruyó el ala exterior derecha. El avión abortó el despegue y fue evacuado con 21 heridos leves, pero ninguna víctima mortal. [27]
Vuelo 66 de Air France : un Airbus A380 , matrícula F-HPJE que realizaba un vuelo desde París, Francia, a Los Ángeles, Estados Unidos, estaba en ruta a unas 200 millas náuticas (230 millas; 370 km) al sureste de Nuuk, Groenlandia, cuando sufrió una falla catastrófica del motor en 2017 (General Electric / Pratt & Whitney Engine Alliance GP7000). La tripulación descendió del avión y se desvió a Goose Bay , Canadá, para un aterrizaje seguro unas dos horas después. [28]
Referencias
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