Fallo del motor de turbina

Se produce un fallo en un motor de turbina cuando este deja de generar energía inesperadamente debido a una avería distinta al agotamiento del combustible . Esto suele ocurrir en aeronaves , pero también pueden fallar otros motores de turbina, como las turbinas terrestres utilizadas en centrales eléctricas o los buques y vehículos que combinan diésel y gas .

Los motores de turbina que se utilizan en las aeronaves actuales son muy fiables . Funcionan de manera eficiente con inspecciones y mantenimiento programados regularmente. Estas unidades pueden tener una vida útil de decenas de miles de horas de funcionamiento. ^{[ 1 ]} Sin embargo, ocasionalmente se producen fallos o averías que requieren la parada de un motor en vuelo. Dado que los aviones multimotor están diseñados para volar con un motor inoperativo y las tripulaciones están entrenadas para esa situación, la parada de un motor en vuelo no suele constituir un problema grave para la seguridad del vuelo.

La Administración Federal de Aviación (FAA) declaró que los motores de turbina tienen una tasa de fallas de una por cada 375 000 horas de vuelo, en comparación con una cada 3200 horas de vuelo para los motores de pistón de aeronaves. ^{[ 2 ]} Debido a la "subnotificación grave" de las paradas en vuelo (IFSD) de los motores de pistón de aviación general, la FAA no tiene datos confiables y estimó la tasa "entre 1 por cada 1000 y 1 por cada 10 000 horas de vuelo". ^{[ 3 ]} Continental Motors informa que la FAA afirma que los motores de aviación general experimentan una falla o IFSD cada 10 000 horas de vuelo, y afirma que la falla de sus motores Centurion es de una por cada 20 704 horas de vuelo, reduciéndose a una por cada 163 934 horas de vuelo en 2013-2014. ^{[ 4 ]}

El General Electric GE90 tiene una tasa de parada en vuelo (IFSD) de una por millón de horas de vuelo del motor. ^{[ 5 ]} El Pratt & Whitney Canada PT6 es conocido por su fiabilidad con una tasa de parada en vuelo de una por cada 333.333 horas desde 1963 hasta 2016, ^{[ 6 ]} que se redujo a una por cada 651.126 horas durante 12 meses en 2016. ^{[ 7 ]}

La mayoría de las paradas de motor en vuelo son inofensivas y probablemente pasen desapercibidas para los pasajeros. Por ejemplo, puede ser prudente que la tripulación apague un motor y realice un aterrizaje de precaución en caso de una advertencia de baja presión o alta temperatura del aceite en la cabina. Sin embargo, los pasajeros de un avión a reacción pueden alarmarse bastante por otros eventos del motor, como una sobrepresión del compresor , una avería que se caracteriza por fuertes explosiones e incluso llamas que salen de la entrada y el tubo de escape del motor. Una sobrepresión del compresor es una interrupción del flujo de aire a través de un motor de turbina de gas que puede ser causada por el deterioro del motor, un viento cruzado sobre la entrada del motor, acumulación de hielo alrededor de la entrada del motor, ingestión de material extraño o una falla de un componente interno, como una pala rota . Si bien esta situación puede ser alarmante, el motor puede recuperarse sin daños. ^{[ 9 ]}

Otros sucesos que pueden ocurrir en los motores a reacción, como una falla en el sistema de control de combustible, pueden provocar un exceso de combustible en la cámara de combustión . Este exceso de combustible puede causar que salgan llamas del tubo de escape. Aunque esto pueda parecer alarmante, en ningún momento el motor se incendia.

Además, la falla de ciertos componentes del motor puede provocar la liberación de aceite al aire de purga , lo que puede causar olor o neblina aceitosa en la cabina. Esto se conoce como un incidente de humos . Los peligros de los incidentes de humos son objeto de debate tanto en la aviación como en la medicina . ^{[ 10 ]}

Las fallas del motor pueden deberse a problemas mecánicos en el propio motor, como daños en partes de la turbina o fugas de aceite, así como a daños externos, como problemas en la bomba de combustible o contaminación del combustible. Una falla en el motor de la turbina también puede deberse a factores completamente externos, como ceniza volcánica , impactos de aves o condiciones climáticas como precipitaciones o formación de hielo . En ocasiones, estos riesgos climáticos pueden contrarrestarse mediante el uso de sistemas de ignición suplementarios o sistemas antihielo. ^{[ 11 ]}

El procedimiento de despegue de una aeronave propulsada por turbina está diseñado para garantizar que una falla de motor no ponga en peligro el vuelo. Esto se logra planificando el despegue en torno a tres velocidades V críticas : V1, VR y V2. V1 es la velocidad crítica de reconocimiento de falla de motor, la velocidad a la que se puede continuar el despegue con una falla de motor y la velocidad a la que ya no se garantiza la distancia de frenado en caso de un despegue abortado . VR es la velocidad a la que el morro se levanta de la pista, un proceso conocido como rotación. V2 es la velocidad de seguridad de un solo motor, la velocidad de ascenso de un solo motor. ^{[ 12 ]} El uso de estas velocidades garantiza que siempre habrá suficiente empuje para continuar el despegue o suficiente distancia de frenado para abortarlo.

Para permitir que las aeronaves bimotores vuelen rutas más largas, de más de una hora de duración, desde un aeropuerto alternativo adecuado, se utiliza un conjunto de normas conocido como ETOPS (Estándares de rendimiento operativo extendido para aeronaves bimotores). Este conjunto garantiza que una aeronave con dos motores de turbina pueda llegar de forma segura a un aeropuerto alternativo tras un fallo o parada de motor, y minimiza el riesgo de un fallo. ETOPS incluye requisitos de mantenimiento, como inspecciones frecuentes y meticulosamente registradas, y requisitos operativos, como la formación de la tripulación de vuelo y los procedimientos específicos de ETOPS. ^{[ 13 ]}

Las fallas del motor pueden clasificarse como "contenidas" o "no contenidas".

• Una falla contenida del motor es aquella en la que todos los componentes internos giratorios permanecen dentro o incrustados en la carcasa del motor (incluido cualquier envoltura de contención que sea parte del motor), o salen del motor a través del tubo de escape ^{[ 14 ]} o la entrada de aire. ^{[ 15 ]}
• Una falla de motor no contenida es aquella en la que fragmentos de las piezas giratorias del motor escapan al penetrar la carcasa del motor.

La distinción técnica específica entre una falla de motor contenida y no contenida se deriva de los requisitos reglamentarios para el diseño, las pruebas y la certificación de motores de aeronaves según la Parte 33 de las Regulaciones Federales de Aviación de EE. UU ., que siempre ha exigido que los motores de turbina de aeronaves estén diseñados para contener los daños resultantes de la falla de las palas del rotor. ^{[ 15 ]} Según la Parte 33, los fabricantes de motores deben realizar pruebas de desprendimiento de palas para garantizar la contención de la metralla si se produce la separación de las palas. ^{[ 16 ]} Los fragmentos de pala que salen por la entrada o el escape aún pueden representar un peligro para la aeronave, y esto debe ser considerado por los diseñadores de aeronaves. ^{[ 15 ]} Una falla de motor nominalmente contenida aún puede resultar en que partes del motor salgan de la aeronave siempre que las partes del motor salgan por las aberturas existentes en la entrada o salida del motor, y no creen nuevas aberturas en la contención de la carcasa del motor. Los fragmentos de las palas del ventilador que salen por la entrada también pueden causar que partes de la estructura del avión, como el conducto de entrada y otras partes de la góndola del motor, se salgan de la aeronave debido a la deformación por la energía cinética residual del fragmento de la pala del ventilador.

La contención de piezas giratorias averiadas es un proceso complejo que implica interacciones de alta energía y alta velocidad entre numerosos componentes del motor ubicados local y remotamente (por ejemplo, álabe averiado, otros álabes, estructura de contención, carcasas adyacentes, cojinetes, soportes de cojinetes, ejes, paletas y componentes montados externamente). Una vez que comienza el evento de falla, pueden ocurrir eventos secundarios de naturaleza aleatoria cuyo curso y desenlace final no se pueden predecir con precisión. Algunas de las interacciones estructurales que se ha observado que afectan la contención son la deformación y/o deflexión de los álabes, carcasas, rotor, bastidor, entrada, tiras de fricción de la carcasa y la estructura de contención. ^{[ 15 ]}

Las fallas no contenidas de los discos de la turbina dentro de un motor de aeronave representan un peligro directo para el avión, su tripulación y pasajeros, ya que los fragmentos de disco de alta energía pueden penetrar la cabina o los tanques de combustible, dañar las superficies de control de vuelo o cortar fluidos inflamables o líneas hidráulicas. ^{[ 17 ]} Las carcasas de los motores no están diseñadas para contener discos de turbina averiados. En cambio, el riesgo de falla no contenida de los discos se mitiga al designarlos como partes críticas para la seguridad, definidas como las partes de un motor cuya falla probablemente represente un peligro directo para la aeronave. ^{[ 17 ]}

Este artículo contiene texto de una publicación de la Junta Nacional de Seguridad del Transporte de los Estados Unidos , que puede encontrarse aquí.Como obra del Gobierno Federal de los Estados Unidos, la fuente es de dominio público y puede adaptarse libremente según el Título 17 del Código de los Estados Unidos; Capítulo 1; §105 (véase Wikipedia: Dominio público ).