21 agosto 2008

Algunas notas sobre motores

Aunque el origen de esta entrada ha estado motivado por un hecho trágico que no tiene nada que ver con el contenido de este blog (el accidente de un avión MD-82 en el aeropuerto de Madrid-Barajas, ayer), su contenido sí puede tener cierta relación, al hablar sobre algunas características técnicas de los motores de turbina, aplicables también a los motores cohete de propulsante líquido.

Arriesgándome a dar mi opinión desde un punto de vista absolutamente personal, y por supuesto con grandes posibilidades de equivocarme, dada la falta de datos, creo que el accidente de ayer podría haber sido originado por lo que se denomina como “rotor burst”, o rotura del rotor de uno de los motores del avión. Por supuesto, ya digo que no es más que una hipótesis sin datos, basada en las pocas descripciones disponibles del accidente y en la secuencia de hechos. Me explico: un fallo de motor sin más no tendría por qué haber provocado el accidente, el avión puede continuar el despegue con uno solo. Sin embargo, si ha habido rotura de rotor, fragmentos del mismo podrían haber salido despedidos a una enorme velocidad, impactando probablemente contra el fuselaje y la cola, probablemente dañando los sistemas de control de las superficies de cola y haciendo, por tanto, perder el control del avión. La “explosión del motor” relatada por testigos también encajaría con esta hipótesis. Ya digo, es una hipótesis personal mía sin datos sólidos, y lo prudente es esperar al informe del comité de investigación, pero aprovecharé esta hipótesis personal para hablar aquí un poco sobre motores.

Como sabéis, un motor a reacción (turborreactor o turbofan) está formado de forma esquemática por un compresor, una cámara de combustión, y una turbina. El compresor comprime el aire entrante, actuando de forma equivalente en cierto modo a la compresión que realiza el pistón en un motor de combustión interna, como el de los coches; a continuación, en la cámara de combustión se quema el combustible mezclado con ese aire comprimido, generando unos gases que, expulsados a gran velocidad por la tobera de salida, generan el empuje necesario para el avión. Antes de expulsarlos al exterior se les hace pasar por una turbina, para extraer la energía necesaria para mover el compresor.

En cuanto a los motores cohete de propulsante líquido, su funcionamiento en el fondo es similar, con la diferencia de no se toma aire del exterior; el oxígeno necesario para la combustión (o el oxidante, en sentido amplio, pues a veces se usan otros compuestos) se lleva a bordo del vehículo. Pero también en este tipo de motores los gases de la combustión se hacen pasar por una turbina que mueve las bombas encargadas de meter el propulsante a presión en la cámara de combustión. La principal diferencia es que aquí, en lugar de un compresor de gases, lo que tenemos son bombas para líquidos. Otra diferencia es que la turbina no suele ser de flujo axial como en el caso de un turbofan (con el eje de la turbina paralelo a la dirección de movimiento del gas, como un ventilador), sino centrífuga (como las de los motores turbodiesel, por ejemplo).

Tanto el compresor como, sobre todo, la turbina, son elementos sometidos a enormes esfuerzos: giran a altísimas velocidades, sufriendo por ello grandes esfuerzos centrífugos, sufren además el esfuerzo provocado por la presión de los gases, y, en el caso de las turbinas, esto se combina con altísimas temperaturas, que no son precisamente buenas para el comportamiento mecánico de los metales. En algunos casos (especialmente en motores cohete) a esto le tenemos que añadir el efecto químico de los líquidos o gases en cuestión, que puede atacar de diferentes formas al material de la bomba/compresor o turbina.

Como vemos, se trata de piezas muy solicitadas mecánicamente, y por ello expuestas a la posibilidad de rotura. No sólo rotura por excederse el límite de esfuerzo mecánico que son capaces de soportar, sino, más frecuentemente, rotura por fatiga: ciclo tras ciclo de funcionamiento, puede originarse una pequeña grieta en algún punto que irá creciendo poco a poco hasta alcanzar el denominado “tamaño crítico”. Una vez llegado a ese momento, la rotura puede calificarse prácticamente de instantánea o “explosiva”.

Una rotura de compresor o turbina puede resultar fatal, en cualquier contexto. Quiero decir que es peligrosa tanto si sucede en un avión como si lo hace en un barco o en una central térmica, por ejemplo (recordemos que los motores de turbina no sólo se utilizan en aviación, sino también en barcos, vehículos terrestres como tanques, o en diferentes industrias). En cualquier caso, la rotura de un rotor (compresor o turbina), o incluso solamente de alguno de sus álabes, puede ser desastrosa, ya que, debido a la alta velocidad de giro, los fragmentos saldrán despedidos como auténticos proyectiles a enorme velocidad, destruyendo todo lo que encuentren a su paso. Evidentemente, aunque es peligroso en cualquier caso, si hablamos de un avión en vuelo las consecuencias suelen ser catastróficas.

Afortunadamente, todo este proceso ha sido muy estudiado y es muy conocido. Por otra parte, hoy somos realmente expertos en cuanto a análisis de fatiga y tolerancia al daño, pudiendo calcular perfectamente la velocidad de progreso de cualquier grieta, por ejemplo. Ello nos permite programar los intervalos de mantenimiento de un motor de forma que sea imposible que entre uno y otro haya podido aparecer una grieta que haya llegado a alcanzar el tamaño crítico. De esta forma, cualquier grieta será detectada antes de haber supuesto un peligro para la integridad de la pieza, pudiendo sustituirse ésta por otra nueva con completa seguridad.

A pesar de ello, en 1989 hubo un accidente aéreo de un DC-10 por rotura de rotor, el vuelo 232 de United Airlines, en Iowa. Ignoro si ha habido más, no he hecho una búsqueda exhaustiva, ni mucho menos. Un breve informe de las causas del accidente, elaborado por la NASA, podéis verlo aquí. En aquella ocasión, la conclusión fue que tenía que haber habido un fallo humano en la anterior inspección de mantenimiento del motor, de modo que se habría pasado por alto una grieta ya existente en el rotor.

Como decía al principio, tendremos que esperar a que el comité de investigación exponga sus conclusiones para saber qué ha pasado esta vez con el vuelo JK5022 de Spanair. Pero, a nivel completamente personal y con los poquísimos datos que se han publicado, mi opinión es que podría haber sido una rotura de rotor, aunque no es más que una hipótesis. En cualquier caso, mis más sinceras condolencias a todos los familiares de las víctimas, creo que este accidente nos ha conmovido a todos.

12 comentarios:

omalaled dijo...

Ya me conoces, Javier, como escéptico y desconfiado empedernido.

Esta es una de las razones por las que tengo miedo a volar: la dejadez. Yo esty seguro que si ese avión hubiera pasado todos los controles concienzudamente no hubiera habido ese accidente. No hablamos de mal tiempo, huracanes, que le cae un rayo ni otra situación extraordinaria. Se trata del momento de un despegue, normal y corriente.

Por muchos informes que me dé la compañía, nunca sabré si ha sido por dejadez y esa será mi mayor sospecha.

Todos estos accidentes ponen los pelos de punta.

salud!

Javier Casado Pérez dijo...

Bueno, como digo es pronto para decirlo, por mi parte no son más que especulaciones, aunque pocas horas después de escribir esto he empezado a oir que el comité investigador considera ésta como una de sus principales hipótesis. Lo cierto es que si ha habido rotura de rotor (y repito que todo son conjeturas por ahora), puede que se deba a un error de mantenimiento. Al parecer, este avión había pasado las revisiones, luego podría acusarse de negligencia al técnico encargado de realizar dicho mantenimiento (repito, si se llegase a demostrar que es esta la causa, por ahora es muy arriesgado decirlo). De ser así, te aseguro que las autoridades aeronáuticas son las principales interesadas en sacarlo a la luz.
Por otra parte, no olvidemos que, sea en aeronáutica, en astronáutica, o en cualquier otro campo, la principal causa de accidentes es el fallo humano, lamentablemente.
En fin, habrá que esperar a las conclusiones.

Anónimo dijo...

Hola, como estudiante de ing.aeronáutica y por lo que vemos en clase puedo decir que este tipo de motores son diseñados estructuralmente para que en el caso de que revienten por dentro, no pueda salir ninguna pieza del interior al exterior y pueda dañar el fuselaje. Hemos visto vídeos en el que probando el motor un álabe del fan de entrada se suelta y arrastra a unos cuantos con él, entonces por mucho que destroce por dentro del motor, siempre acaba saliendo todo por la parte trasera y no llega a romper las paredes exteriores.

Alomejor en este caso en que el motor va al 100% prácticamente en despegue y dependiendo de que pieza puede llegar a afectar a la cabina, pero vamos que yo veo un fallo en la revisión anterior por parte del operario.

De todos modos, según se muestra en las imágenes el avión acaba estrellándose hacia la derecha de la pista, lo más normal sería que si el motor izquierdo no funciona, el derecho es el que crea todo el empuje y el avión debería tender a ir hacia la izquierda. Creo que el hecho de que no haya ido en esa dirección puede dejar claro que los mandos de vuelo se vieron afectados en la explosión.

Saludos.

Javier Casado Pérez dijo...

Sí, es cierto que los motores y sus carenas se diseñan intentando minimizar los peligros de una rotura de rotor, pero no siempre se consigue contener internamente, depende de la extensión de los daños. Lo que comentas está regulado por las normas FAR (y JAR, pero ya sabes que siempre hablamos de las FAR, por tradición), en la sección FAR33.94. Viene a decir que el motor debe ser capaz de contener una rotura de álabe de fan, compresor o turbina mientras gira a máximas rpm, siendo capaz de operar durante 15 segundos sin empezar a arder y sin que fallen sus anclajes al avión. Es un buen requisito, que garantiza la seguridad en un buen número de casos, pero no en todos: ¿qué pasa si no sólo falla un álabe, sino un conjunto de ellos, debido, por ejemplo, a una grieta no en el álabe sino en el disco al que van amarrados? Dado que la norma no lo exige, lo más probable es que el motor no lo aguante.
En cualquier caso, ya digo que esto sólo es una hipótesis mía, puede que al final se descubra que el origen del accidente es otro muy distinto.

Javier Casado Pérez dijo...

Ah, en cuanto a tu último comentario, estoy de acuerdo, y lo comento en el texto: mi impresión es que el accidente se debió finalmente a una falta de control sobre el avión, por pérdida de mando. Según mi teoría, podría deberse a los efectos del "rotor burst".

Javier Casado Pérez dijo...

Mira, un ejemplo reciente de fallo de rotor de turbina "no-contenido" (es decir, que ha "roto" el motor y ha escapado fuera): un B767 de American Airlines en junio de 2006, en el aeropuerto de Los Angeles, afortunadamente durante unas pruebas en tierra, sin víctimas. No es el único caso similar que ha ocurrido recientemente, según leo. El informe, con espectaculares fotos del motor, aquí: http://ntsb.gov/Recs/letters/2006/A06_60_64.pdf
Lo dicho: las normas intentan garantizar la seguridad incluso frente a fallos humanos, pero la seguridad completa es imposible.

Rogan dijo...

Buenos días;

Acabo de ver el periódico (El Mundo) y cita a Javier Aguado. Lo que dice la verdad es que es muy fuerte. He realizado unas búsquedas pero me siguen asaltando las dudas.

¿Que opinión te merece la trayectoria de Javier Aguado? En un foro de pilotos le ponen verde (extracrew) pero las noticias antiguas sobre las sentencias judiciales que le restituyen en el cargo dan que pensar. Parece un poco tema conspiranoico, por ello quisiera saber que fundamento puede haber en todo esto.

Gracias y enhorabuena por tu labor.

Javier Casado Pérez dijo...

Bueno, la verdad es que esta entrada del blog era una excusa para hablar sobre temas técnicos de motores. Lo relacionaba de paso con una hipótesis personal sobre una posible causa de este accidente, pero recalcando que son meras especulaciones, y creo que es muy arriesgado y delicado especular en estos casos.
Ahora tú me pides seguir especulando, y no lo voy a hacer porque no le veo sentido. La verdad es que no conocía al tal Javier Aguado del Moral, pero en breve Google me ha puesto al día. Así que, sin tener más datos que los que cualquiera pueda sacar leyendo la prensa (y qué peligrosa es la prensa a veces, y cuántas tonterías dicen, como estamos viendo con este accidente), pues poco puedo decir, excepto cuestiones de sentido común: primero, este señor al parecer es ex-piloto, lo que quiere decir que tiene una formación técnica que le permite opinar sobre ciertos aspectos de la aeronáutica, pero no todos; en concreto, no puede valorar la validez de una reparación, como parece que hace hablando de "fisuras arregladas con papel plastificado y cola de contacto". Sinceramente, no me lo creo, y me predispone mucho en su contra, por una razón: porque seguramente habla de una reparación típica en materiales compuestos y perfectamente válida, que consiste en pegar telas adicionales; él en cambio lo presenta de forma falseada y absurda, y personalmente ya me predispone muy en contra de su credibilidad, aunque ya digo que es opinión personal. También el sentido común dice muy poco de alguien que declara que el gobierno quiere ocultar supuestas malas prácticas de las líneas aéreas; al parecer, todos los gobiernos, pues este señor lleva décadas de demandas por decir cosas de ese estilo... En fin, ya digo, es opinión personal, pero me parece que con cosas como estas se desacredita él solo.
En cualquier caso, ya digo: mejor dejar de especular. Y la verdad es que la prensa no está ayudando mucho a tranquilizar al público, más bien todo lo contrario.

Rogan dijo...

Gracias.

Ante todo fundamento. Saludos.

Anónimo dijo...

Hola Javier.

Me ha llamado la atención una de las imágenes de los restos del accidente. No se si la has podido ver, también está en la web; ahora no recuerdo donde la he visto, creo que ha sido en "aeropuertos.ar".

En la imagen, al fondo se observa un camión de bomberos y en primer plano la nacela de un motor con el ¡reversor armado!. Quizás ha podido quedar así tras el accidente, pero la verdad es que cuanto menos, sorprende.

Sin dejar de especular por la falta de datos. ¿Crees que ha podido haber una avería tal que permita que el reversor se arme en el despegue.?

Un saludo

Javier Casado Pérez dijo...

No he visto la fotografía, pero sí lo vi en unas imágenes de televisión, en una toma general en la que se veía el motor durante apenas uno o dos segundos, y me llamó muchísimo la atención. Por poder, claro que podría ser... Sólo que habría que ver si esto pudo ser la causa, o sólo una de las consecuencias de algún otro fallo previo. Ni idea.

Javier Casado Pérez dijo...

Bueno, finalmente parece que el informe preliminar dice que el problema fue un fallo humano combinado con un fallo técnico: los pilotos se olvidaron de activar los flaps para el despegue, y el sistema encargado de avisarles del olvido no funcionó por un fallo "tonto" de un relé. Sin flaps, el avión hubiera necesitado mucha más pista para despegar, y al "forzar" los pilotos el despegue, terminó entrando en pérdida.
Supongo que el reversor lo actuaron en un intento desesperado de frenar el avión tras la caída. El informe definitivo supongo que explicará todos estos detalles.