Las columnas de ceniza volcánica cerca de volcanes activos son un peligro para la seguridad de los vuelos , especialmente en vuelos nocturnos. La ceniza volcánica es dura y abrasiva y puede causar rápidamente un desgaste significativo de las hélices y las palas de los turbocompresores , y rayar las ventanas de la cabina, perjudicando la visibilidad. Las cenizas contaminan los sistemas de combustible y agua, pueden atascar los engranajes y provocar que los motores se apaguen . Sus partículas tienen puntos de fusión bajos , por lo que se derriten en la cámara de combustión de los motores y luego la masa cerámica se adhiere a las palas de las turbinas, las boquillas de combustible y las cámaras de combustión , lo que puede provocar una falla total del motor. Las cenizas también pueden contaminar la cabina y dañar la aviónica . [1] [2]
En 1991, la industria de la aviación decidió establecer Centros de Asesoramiento sobre Cenizas Volcánicas (VAAC) para servir de enlace entre meteorólogos , vulcanólogos y la industria de la aviación. [3] Antes de 2010, los fabricantes de motores de avión no habían definido niveles de partículas específicos por encima de los cuales consideraban que los motores estaban en riesgo. Los reguladores del espacio aéreo adoptaron el enfoque general de que si la concentración de cenizas superaba cero, consideraban que el espacio aéreo era inseguro y, en consecuencia, lo cerraban. [4]
Los costos de la interrupción de los viajes aéreos en Europa después de una erupción volcánica en 2010 obligaron a los fabricantes de aviones a especificar límites sobre la cantidad de ceniza que consideraban aceptable para que un motor a reacción ingiera sin sufrir daños. En abril, la CAA del Reino Unido , junto con los fabricantes de motores, fijó el límite superior seguro de densidad de cenizas en 2 mg por metro cúbico de espacio aéreo. [5] Desde mayo de 2010, la CAA revisó el límite de seguridad hasta 4 mg por metro cúbico de espacio aéreo. [6]
Para minimizar mayores perturbaciones que esta y otras erupciones volcánicas podrían causar, la CAA creó una nueva categoría de espacio aéreo restringido llamada Zona de Tiempo Limitado . [7] El espacio aéreo categorizado como TLZ es similar al espacio aéreo bajo condiciones climáticas severas, en el sentido de que las restricciones deben ser de corta duración. Sin embargo, una diferencia clave con el espacio aéreo TLZ es que las aerolíneas deben presentar certificados de cumplimiento para las aeronaves que desean ingresar a estas áreas. Cualquier espacio aéreo donde la densidad de cenizas supere los 4 mg por metro cúbico es espacio aéreo prohibido . [ cita necesaria ]
La ceniza volcánica en las inmediaciones de la columna de erupción es diferente en el rango de tamaño y densidad de las partículas que en las nubes de dispersión a favor del viento, que contienen sólo las partículas de ceniza más finas. Los expertos no han establecido la carga de cenizas que afecta el funcionamiento normal del motor (aparte de la vida útil del motor y los costos de mantenimiento). Actualmente no está claro si este riesgo de fusión de sílice persiste en las densidades de ceniza mucho más bajas características de las nubes de ceniza aguas abajo. [ cita necesaria ]
Los expertos reconocieron que hubo un problema después del vuelo 9 de British Airways en 1982 y, por lo tanto, la OACI estableció el Grupo de estudio de alerta de cenizas volcánicas. Debido a la dificultad para pronosticar información precisa hasta las 12 horas y más, la OACI creó posteriormente Centros de aviso de cenizas volcánicas (VAAC). [8] [9]
La ceniza volcánica está formada por pequeñas tefra , que son trozos de roca y vidrio pulverizados de menos de 2 milímetros (0,079 pulgadas) de diámetro creados por erupciones volcánicas . [10] La ceniza ingresa a la atmósfera debido a la fuerza de la erupción y las corrientes de convección del aire caliente, y luego es arrastrada fuera del volcán por los vientos. Las cenizas de menor tamaño pueden permanecer en la atmósfera durante un período de tiempo considerable y alejarse del punto de erupción. La nube de cenizas puede ser peligrosa para la aviación si alcanza las alturas de las rutas de vuelo de los aviones.
Los pilotos no pueden ver las nubes de ceniza por la noche. Además, las partículas de ceniza son demasiado pequeñas para devolver un eco a los radares meteorológicos a bordo de los aviones comerciales. Incluso cuando vuelan a la luz del día, los pilotos pueden interpretar una nube de ceniza visible como una nube normal de vapor de agua y no como un peligro, especialmente si la ceniza ha viajado lejos del lugar de la erupción. [8] [11] En la imagen del volcán Chaitén , la nube de cenizas se ha extendido a miles de kilómetros del lugar de la erupción, atravesando América del Sur desde la costa del Pacífico y extendiéndose por el Atlántico.
La ceniza volcánica tiene un punto de fusión de aproximadamente 1100 °C (2010 °F), que está por debajo de la temperatura de funcionamiento de los motores a reacción comerciales modernos, aproximadamente 1400 °C (2550 °F). La ceniza volcánica puede dañar las turbinas de gas de diversas formas. Estos se pueden clasificar en aquellos que suponen un peligro inmediato para los motores y aquellos que presentan un problema de mantenimiento.
La ceniza volcánica está compuesta de fragmentos de roca, material cristalino y vidrio volcánico. El componente de vidrio tiene la temperatura de fusión más baja, más baja que las temperaturas dentro de la cámara de combustión de un motor de turbina de gas . Las cenizas que llegan a la cámara de combustión pueden derretirse. Los componentes de la cámara de combustión y la turbina se enfrían, ya que los metales de los que están hechos tienen temperaturas de fusión más bajas que la temperatura del gas dentro del núcleo del motor. Es probable que las cenizas fundidas que tocan estas superficies se congelen y se acumulen en la superficie del metal.
La superficie más sensible son las paletas guía de las toberas (NGV) de la turbina de alta presión, situadas inmediatamente después de la cámara de combustión. El flujo de gas se obstruye a través de los vehículos a GNV, por lo que el área de flujo a través de los vehículos a GNV es un área de control para el motor. Si esta área se reduce debido a la acumulación de cenizas, un caudal másico de gas menor pasa a través del núcleo del motor. Un flujo másico reducido hace que la turbina realice menos trabajo. La turbina acciona el compresor , que en consecuencia también realiza menos trabajo al comprimir el aire. Si el compresor ya no puede contener el gas a alta presión en el núcleo del motor, el flujo de gas puede invertirse y salir por la parte delantera del motor. Esto se conoce como sobretensión del motor o sobretensión del compresor y, a menudo, va acompañado de una bola de llamas que estalla en la parte delantera del motor. Es probable que este aumento extinga la llama en la cámara de combustión del motor, lo que se conoce como "apagado de llama". Una vez que la alta presión en el núcleo se disipe, el motor debería poder reiniciarse. Arrancar un motor en altitud puede resultar difícil debido a las temperaturas y presiones más bajas del gas ambiental, pero normalmente no es un problema. El área de flujo reducida de los vehículos a GNV puede dificultar el arranque del motor.
La ceniza volcánica lleva una carga electrostática significativa. Las cenizas finas que ingresan a los componentes electrónicos dentro del motor o la estructura del avión pueden causar fallas eléctricas, lo que representa un peligro inmediato para la aeronave. [12]
El dióxido de azufre , otro producto de los volcanes que se transporta en las nubes de ceniza después de una erupción, es corrosivo para los aviones que lo atraviesan. [8]
Se ha intentado demostrar que el dióxido de azufre que suele acompañar a una erupción volcánica es en realidad un buen indicador de la presencia de nubes de ceniza, para facilitar la prevención de las nubes de ceniza en la aviación.
Sin embargo, se ha descubierto que las dos especies de nubes tienden a separarse debido a la cizalladura del viento. Además, los métodos de detección tienen limitaciones, ya que ambas especies tienen el potencial de quedar enmascaradas por otros tipos de aerosoles, como agua o hielo; esto contribuye a una gran variabilidad en los datos.
Por lo tanto, como no existe una superposición constante entre el SO 2 y las cenizas, el SO 2 no es un indicador confiable de las nubes de cenizas. [13]
En 1982, el vuelo 9 de British Airways era un vuelo de Londres a Auckland . Durante la sección de su viaje de Kuala Lumpur a Perth , el avión Boeing 747-200 voló a través de una nube de ceniza del Monte Galunggung , perdiendo potencia de los cuatro motores, y descendió de 37.000 pies (11.000 m) a sólo 13.500 pies (4.100 m). antes de que la tripulación del vuelo lograra reiniciar tres de los motores y aterrizar en Yakarta .
En 1989, el vuelo 867 de KLM era un vuelo de Ámsterdam a Tokio vía Anchorage . Al descender a Anchorage, el avión descendía a 24.000 pies (7.300 m) y el 747-400 encontró la nube de cenizas del Monte Redoubt y los cuatro motores fallaron. A 13.000 pies (4.000 m), los dos motores izquierdos se reiniciaron y a 11.000 pies (3.400 m), los dos motores restantes se reiniciaron. Minutos después, la aeronave realizó con éxito un aterrizaje de emergencia en el Aeropuerto Internacional Ted Stevens, de Anchorage .