Las columnas de ceniza volcánica cerca de volcanes activos son un peligro para la seguridad del vuelo , especialmente para vuelos nocturnos. La ceniza volcánica es dura y abrasiva, y puede causar rápidamente un desgaste significativo en las hélices y las palas del turbocompresor , y rayar las ventanas de la cabina, lo que perjudica la visibilidad. La ceniza contamina los sistemas de combustible y agua, puede atascar los engranajes y hacer que los motores se quemen . 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 la turbina, las boquillas de combustible y las cámaras de combustión , lo que puede provocar una falla total del motor. La ceniza también puede 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, por sus siglas en inglés) para establecer vínculos entre meteorólogos , vulcanólogos y la industria de la aviación. [3] Antes de 2010, los fabricantes de motores de aeronaves no habían definido niveles específicos de partículas por encima de los cuales consideraban que los motores corrían riesgo. Los reguladores del espacio aéreo adoptaron el enfoque general de que si la concentración de cenizas superaba el cero, consideraban que el espacio aéreo era inseguro y, en consecuencia, lo cerraban. [4]
Los costos de la interrupción del transporte aéreo en Europa después de una erupción volcánica en 2010 obligaron a los fabricantes de aeronaves a especificar límites sobre la cantidad de ceniza que consideraban aceptable que un motor a reacción pudiera ingerir sin sufrir daños. En abril, la CAA del Reino Unido , en colaboración con los fabricantes de motores, estableció el límite superior seguro de densidad de ceniza en 2 mg por metro cúbico de espacio aéreo. [5] A partir de mayo de 2010, la CAA revisó el límite seguro al alza hasta los 4 mg por metro cúbico de espacio aéreo. [6]
Para minimizar las 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 exceda los 4 mg por metro cúbico es espacio aéreo prohibido . [ cita requerida ]
Las cenizas volcánicas que se encuentran en las inmediaciones de la columna de la erupción tienen un tamaño de partícula y una densidad diferentes a las de las nubes de dispersión a sotavento, que contienen solo las partículas de ceniza más finas. Los expertos no han establecido la carga de ceniza que afecta al 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 se mantiene en las densidades de ceniza mucho más bajas características de las nubes de ceniza a sotavento. [ cita requerida ]
Los expertos reconocieron que había un problema después del vuelo 9 de British Airways en 1982, y por lo tanto la OACI creó el Grupo de estudio de alerta de cenizas volcánicas. Debido a la dificultad de pronosticar información precisa con una antelación de 12 horas o más, la OACI estableció posteriormente los Centros de aviso de cenizas volcánicas (VAAC). [8] [9]
Las cenizas volcánicas están formadas por pequeñas partículas de tefra , que son trozos de roca pulverizada y vidrio de menos de 2 milímetros (0,079 pulgadas) de diámetro creados por erupciones volcánicas . [10] La ceniza entra en la atmósfera por la fuerza de la erupción y las corrientes de convección del aire caliente, y luego es arrastrada fuera del volcán por los vientos. La ceniza de menor tamaño puede permanecer en la atmósfera durante un período considerable de tiempo y puede alejarse del punto de erupción. La nube de ceniza puede ser peligrosa para la aviación si alcanza las alturas de las trayectorias de vuelo de las aeronaves.
Los pilotos no pueden ver las nubes de cenizas por la noche. Además, las partículas de ceniza son demasiado pequeñas para enviar un eco a los radares meteorológicos de a bordo de los aviones comerciales. Incluso cuando vuelan a la luz del día, los pilotos pueden interpretar una nube de cenizas visible como una nube normal de vapor de agua y no como un peligro, especialmente si la ceniza se ha alejado mucho del lugar de la erupción. [8] [11] En la imagen del volcán Chaitén , la nube de cenizas se ha extendido miles de kilómetros desde el lugar de la erupción, cruzando el ancho de Sudamérica desde la costa del Pacífico y extendiéndose sobre el Atlántico.
Las cenizas volcánicas tienen un punto de fusión de aproximadamente 1100 °C (2010 °F), que está por debajo de la temperatura de funcionamiento de los motores de aviones comerciales modernos, unos 1400 °C (2550 °F). Las cenizas volcánicas pueden dañar las turbinas de gas de diversas maneras. Estas pueden clasificarse en aquellas que representan un peligro inmediato para los motores y aquellas que presentan un problema de mantenimiento.
Las cenizas volcánicas están compuestas 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 de 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. Las cenizas fundidas que tocan estas superficies probablemente se congelen y se adhieran a la superficie del metal.
La superficie más sensible son los álabes guía de la tobera de la turbina de alta presión (NGV), situados inmediatamente aguas abajo de la cámara de combustión. El flujo de gas se obstruye a través de los NGV, por lo que el área de flujo a través de los NGV es un área de control para el motor. Si esta área se reduce debido a una acumulación de ceniza, un caudal másico de gas menor pasa a través del núcleo del motor. El flujo másico reducido hace que la turbina haga menos trabajo. La turbina impulsa el compresor , que en consecuencia también hace menos trabajo comprimiendo 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 llama que estalla por la parte delantera del motor. Es probable que esta sobretensión extinga la llama en la cámara de combustión del motor, lo que se conoce como "apagado de la llama". Una vez que se disipa la alta presión en el núcleo, el motor debería poder volver a arrancar. El reinicio de un motor en altura puede resultar difícil debido a las bajas temperaturas y presiones del gas ambiental, pero normalmente no es un problema. La reducida área de flujo de los vehículos a gas natural puede dificultar el reinicio del motor.
Las cenizas volcánicas tienen una carga electrostática importante. Las cenizas finas que entran en los componentes electrónicos del motor o del fuselaje pueden provocar fallos eléctricos, lo que supone 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 vuelan a través de él. [8]
Se ha intentado demostrar que el dióxido de azufre que suele acompañar a una erupción volcánica es de hecho un buen indicio de la presencia de nubes de cenizas, para facilitar así su evitación 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 ser enmascaradas por otros tipos de aerosoles, como el agua o el hielo; esto contribuye a una gran variabilidad en los datos.
Por lo tanto, como no existe una superposición consistente 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 fue un vuelo de Londres a Auckland . Durante el tramo de Kuala Lumpur a Perth de su viaje, el avión Boeing 747-200 atravesó una nube de cenizas del monte Galunggung , perdiendo potencia de los cuatro motores y descendiendo desde 37.000 pies (11.000 m) a solo 13.500 pies (4.100 m) antes de que la tripulación de 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 se topó con 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, el avión realizó un aterrizaje de emergencia exitoso en el Aeropuerto Internacional Ted Stevens, Anchorage .