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.