En el deshielo de aeronaves en tierra , el fluido antihielo para aeronaves ( ADF ), el fluido antihielo y descongelante para aeronaves ( ADAF ) o el fluido antihielo para aeronaves ( AAF ) se utilizan comúnmente tanto para la aviación comercial como para la general. [1] [2] Las preocupaciones ambientales incluyen el aumento de la salinidad de las aguas subterráneas cuando los fluidos antihielo se vierten en el suelo y la toxicidad para los humanos y otros mamíferos. [3] [4]
Los líquidos anticongelantes se presentan en una variedad de tipos y, por lo general, están compuestos de etilenglicol (EG) o propilenglicol (PG), junto con otros ingredientes como agentes espesantes, surfactantes (agentes humectantes), inhibidores de corrosión , colorantes y tintes sensibles a los rayos UV . El líquido a base de propilenglicol es más común porque es menos tóxico que el etilenglicol.
SAE International (antes conocida como la Sociedad de Ingenieros Automotrices) publica estándares (SAE AMS 1428 y AMS 1424) para cuatro tipos diferentes de fluidos antihielo para aviación:
La Organización Internacional de Normalización publica normas equivalentes (ISO 11075 e ISO 11078), que definen los mismos cuatro tipos.
Los líquidos antihielo que contienen espesantes (Tipos II, III y IV) también se conocen como líquidos antihielo, porque se utilizan principalmente para evitar que se vuelva a formar hielo después de un descongelamiento inicial con un líquido Tipo I.
El fluido TKS es similar al fluido Tipo I y se utiliza en los sistemas de protección contra el hielo TKS en vuelo . [5] También se puede utilizar para el deshielo en tierra. Cumple con diferentes estándares que el fluido Tipo I, a saber, DTD 406B, AL-5 y NATO S-745.
El componente principal del líquido anticongelante es un depresor del punto de congelación (FPD), normalmente propilenglicol o etilenglicol. Otros ingredientes varían según el fabricante, pero la composición exacta de una marca particular de líquido generalmente se considera información confidencial.
Los fluidos de etilenglicol (EG) todavía se utilizan para descongelar aeronaves en algunas partes del mundo porque tienen una temperatura de uso operativo (LOUT) más baja que el propilenglicol (PG). Sin embargo, el PG es más común porque es menos tóxico que el etilenglicol. [6] : 2–29 [2]
En contextos no relacionados con la aviación, los productos químicos para descongelar suelen contener sales de cloruro, como el cloruro de calcio (CaCl2 ) . Estos están prohibidos en los fluidos para descongelar aeronaves debido a sus propiedades corrosivas.
Basándose en el análisis químico, la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos ha identificado cinco clases principales de aditivos ampliamente utilizados entre los fabricantes:
El fluido TKS (utilizado por los sistemas de descongelación en vuelo TKS) contiene 85 % de etilenglicol , 5 % de alcohol isopropílico y 10 % de agua.
La cantidad de líquido necesario para descongelar un avión depende de una amplia variedad de factores. Descongelar un avión comercial de gran tamaño suele consumir entre 500 galones estadounidenses (1900 L) y 1000 galones estadounidenses (3800 L) de líquido diluido.
El costo del líquido varía ampliamente según las condiciones del mercado. El monto que las empresas de servicios de descongelación cobran a los usuarios finales generalmente oscila entre 8 y 12 dólares estadounidenses por galón diluido (2,10 y 3,20 dólares estadounidenses por litro).
Se estima que el uso anual total de líquidos antihielo en los EE. UU. es de aproximadamente 25 millones de galones estadounidenses (95 000 000 L), desglosados de la siguiente manera (cifras de 2008, ajustadas para mostrar los totales de líquido sin diluir): [8] : 43
Tenga en cuenta que los fluidos tipo II y tipo III rara vez se utilizan en los Estados Unidos.
El rendimiento del líquido antihielo se mide principalmente por el tiempo de retención (HOT) y la temperatura mínima de uso operativo (LOUT).
El tiempo de espera (HOT) es el tiempo que puede esperar una aeronave después de recibir el tratamiento antes del despegue. El tiempo de espera depende de la dilución del fluido, la temperatura ambiente, el viento, las precipitaciones, la humedad, el material del revestimiento de la aeronave, la temperatura del revestimiento de la aeronave y otros factores. Si se excede el tiempo de espera, la aeronave debe volver a recibir el tratamiento antes del despegue.
La temperatura mínima de uso operativo (LOUT) es la temperatura más baja a la cual un fluido antihielo/descongelante fluirá adecuadamente de las superficies críticas de la aeronave y mantendrá el punto de congelación antihielo requerido para fluidos de tipo II, III y IV, que es de 7 °C (13 °F), y 10 °C (18 °F) para fluidos de tipo I por debajo de la temperatura del aire exterior (OAT).
En los Estados Unidos, la Administración Federal de Aviación (FAA) publica tablas oficiales de tiempo de retención y temperatura mínima de uso operativo para todos los fluidos antihielo aprobados y las revisa anualmente. [9]
Para los fluidos de tipo I, el tiempo de retención indicado en las tablas de la FAA varía de 1 a 22 minutos, según los factores situacionales mencionados anteriormente. Para los fluidos de tipo IV, el tiempo de retención varía de 9 a 160 minutos.
Los líquidos descongelantes funcionan mejor cuando se diluyen con agua. Por ejemplo, el líquido descongelante Dow UCAR [10] sin diluir (etilenglicol tipo I) tiene un punto de congelación de -28 °C. El agua se congela a 0 °C. Sin embargo, una mezcla de 70 por ciento de líquido descongelante y 30 por ciento de agua se congela por debajo de los -55 °C. Esto se conoce como concentración eutéctica , donde el punto de congelación de la mezcla está en su punto más bajo y es más bajo que el de cualquiera de las sustancias componentes.
Según el fabricante, los líquidos antihielo pueden venderse en fórmulas concentradas o prediluidas. La dilución, cuando sea necesaria, debe realizarse de acuerdo con las condiciones climáticas ambientales y las instrucciones del fabricante para minimizar los costos y mantener la seguridad.
La dilución de una muestra particular de fluido (y, por lo tanto, su punto de congelación) se puede confirmar fácilmente midiendo su índice de refracción con un refractómetro y buscando el resultado en las tablas del fabricante del fluido antihielo.
Los fluidos espesados (tipos II, III y IV) están diseñados para permanecer en las superficies después de su aplicación con el fin de proporcionar protección antihielo. También están diseñados para desprenderse durante la carrera de despegue para no afectar negativamente el rendimiento del vuelo. Para lograr estos objetivos, deben aplicarse con el espesor correcto.
Para un fluido tipo IV típico, se requiere un espesor de capa de entre 1 mm y 3 mm, sin embargo cada fabricante documentará sus propios requisitos.
Los fabricantes de fluidos antihielo para aviación deben certificar que sus productos cumplen con las normas AMS 1424 y 1428 utilizando la prueba de rampa de alta velocidad, la prueba de rampa de baja velocidad y la prueba de resistencia al rociado de agua. [11]
El objetivo de estas normas es garantizar características aerodinámicas aceptables de los fluidos antihielo/descongelantes a medida que fluyen desde las superficies de sustentación y control de la aeronave durante la aceleración y el ascenso en tierra durante el despegue.
Con el desarrollo de fluidos antihielo sin glicol, estas normas están evolucionando para abordar factores adicionales como la corrosión, la formación de espuma, el espesamiento, la formación de residuos, el deslizamiento y la formación de moho. [12]
La aplicación repetida de fluido antihielo Tipo II, Tipo III o Tipo IV puede provocar la acumulación de residuos en zonas de silencio aerodinámico, cavidades y huecos. Estos residuos pueden rehidratarse y congelarse bajo ciertos cambios de temperatura, en condiciones de alta humedad y/o lluvia. Además, pueden bloquear o impedir el funcionamiento de sistemas críticos de control de vuelo.
Se debe establecer un programa de inspección y limpieza adecuado cuando se utilicen este tipo de fluidos. [13]
Muchos líquidos antihielo, incluidos los líquidos a base de glicol, son tóxicos para los seres humanos y otros mamíferos, y dañan los ecosistemas donde se descargan los líquidos, como las áreas alrededor de los aeropuertos. El uso de dichos líquidos puede provocar cambios en los hábitats acuáticos cercanos que dañan a los peces y a otros animales salvajes. [6] : 2–23 [14] [15]
El etilenglicol y el propilenglicol ejercen altos niveles de demanda bioquímica de oxígeno (DBO) durante la degradación en aguas superficiales. Se consumen grandes cantidades de oxígeno disuelto (OD) en la columna de agua cuando las poblaciones microbianas descomponen el propilenglicol. [6] : 2–23 Este proceso puede afectar negativamente a los peces y otras formas de vida acuática al consumir el oxígeno necesario para su supervivencia.
Los fluidos espesados suelen utilizar surfactantes de etoxilato de alquilfenol (APE), cuyos productos de biodegradación han demostrado ser disruptores endocrinos y, como tales, están prohibidos en Europa y están bajo el escrutinio de la EPA en los EE. UU. [16] Varios fluidos también utilizan inhibidores de corrosión de benzotriazol o toliltriazol, que son tóxicos y no biodegradables y, por lo tanto, persisten en el medio ambiente. [17] Se están realizando investigaciones para encontrar alternativas menos problemáticas. [18] Esto está demostrando ser un desafío debido a los numerosos factores de rendimiento y seguridad que deben considerarse. [12]
Un fluido antihielo aprobado por la FAA de EE. UU. (Kilfrost DF Sustain) es el 1,3-propanodiol , un producto de la fermentación del maíz, como depresor del punto de congelación en lugar de etilenglicol o propilenglicol. [19]
El benzotriazol (y los toliltriazoles), aunque no son altamente tóxicos, no se degradan fácilmente y tienen una tendencia limitada a la sorción. Por lo tanto, solo se eliminan parcialmente en las plantas de tratamiento de aguas residuales y una fracción sustancial llega a aguas superficiales como ríos y lagos. [7]