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Como combatir el hielo en la Aviación general ligera.

Hace poco escribía un artículo sobre la importancia de la indicación de la temperatura en varios aspectos del vuelo. Una de las razones era el hielo y su prevención. Descubramos en éste artículo cuales son las herramientas de las que dispone un piloto de aviación general ligera para defenderse contra este elemento.

El contexto.

Durante mi carrera profesional he tenido la oportunidad de descubrir la operación invernal en todo su esplendor. Operar en condiciones de engelamiento moderado, pistas y calles de rodaje con hielo y nieve, con el tiempo dan la experiencia suficiente para conocer dos cosas básicas: dónde se encuentran los límites razonables y el conocimiento para poder enfrentarse a estos elementos con seguridad.

Mi labor como instructor en la aviación general ha tenido lugar siempre en la zona centro de España. Lleva implícito el encontrarse con una gran variedad de fenómenos meteorológicos que, lejos de ser extremos, el piloto tipo de aviación general de la meseta no está muy expuesto a la operación invernal. Como lo está un piloto que aprende a volar en Alaska o en Noruega, por poner un par de ejemplos. En España se vuela principalmente con “sol y moscas”.

La baja exposición a éstos fenómenos durante el aprendizaje genera en el piloto recelo a encontrarse con el fenómeno del hielo, produce inseguridad y miedo. Lejos de pretender animar a la gente a volar en condiciones que puedan suponer un riesgo, sí deseo darles herramientas para poder combatirlo si se ven envueltos en los elementos del frío invierno. O verano en el hemisferio sur. Nuestros amigos del club de vuelo de Ushuaia bien familiarizados están.

¿Qué hace el hielo sobre el avión?

Cuando el avión encuentra hielo durante el vuelo, se forma sobre las superficies de sustentación, desde los bordes de ataque hacia atrás, en los parabrisas y en las antenas.

El hielo sobre la superficie del ala tiene dos efectos muy perjudiciales: Por un lado pérdida de sustentación que provoca un aumento en la velocidad de pérdida y, por otro, el gran peso que supone el hielo sobre la aeronave. Es decir el margen de seguridad del vuelo se vuelve muy estrecho.

imagen de www.weather.gov

Además, los motores de carburación tienen mayor exposición a la creación de hielo en la parte de la mariposa pudiendo provocar un fallo de motor. Es decir, unido a la disminución en la capacidad de sustentar tenemos una merma en la parte propulsiva.

El hielo provoca bloqueos en las tomas de Pitot-estática. Por su disposición, bloqueos del tubo Pitot son los más habituales. Esto requiere que el piloto vigile bien los instrumentos de vuelo y, si durante el vuelo, sufre una pérdida de velocidad repentina de 20 kt, puede ser debido a éste fenómeno. La calefacción al Pitot debe ser utilizada adecuadamente. Hablaremos de ello más adelante.

Los efectos sobre el parabrisas son menos perjudiciales salvo por la visibilidad. Sin embargo, son el lugar en los que primero se forma. Tomémoslo como una ventaja. Dado que es lo más expuesto a la vista del piloto es una manera de avisar al piloto que se está comenzando a formar hielo y debemos tomar acciones lo antes posible. En los vuelos nocturnos conviene llevar una pequeña linterna para poder ir vigilando de vez en cuando estas partes.

Las antenas de los aviones son por construcción muy pequeñas y estrechas y, cuando se forma hielo en ellas, quiere decir que la situación es preocupante puesto que la cantidad de hielo formado por minuto es elevada. Conviene tomar acciones inmediatamente.

Como vemos el hielo es algo a lo que debemos prestar atención. Pero, como siempre hay diferentes niveles.

La prevención.

El conocimiento en aviación previene al piloto de que pueda verse envuelto en una situación indeseada. En muchos manuales de vuelo vienen explicados procedimientos específicos de su avión para operar en determinadas condiciones climáticas.

La planificación de la ruta durante el vuelo es un factor fundamental. En algunos países la altitud máxima de vuelo está muy determinada por la altitud de la isocero. Como ya se mencionó en un artículo anterior, el hielo se puede formar a temperaturas próximas a los cero grados. Sin embargo también con temperaturas positivas si la humedad en el aire es mayor. Por lo tanto deberemos planificar nuestros vuelos por debajo de la altitud a la que se encuentre la isocero si hubiera nubes en nuestra ruta.

Las flechas rojas indican el recuadro con la altitud de la isocero en cientos de pies.

La mejor prevención es, sin duda alguna el hangar. Y en segundo lugar disponer de fundas para el avión. Además, una funda para el Pitot resulta casi imperativo siempre. Si el avión descansa a la intemperie en las frías plataformas de los aeropuertos no iba a ser menos.

En estos días fríos de invierno, incluso cuando no hay nubes, durante la mañana nos podemos encontrar el avión con escarcha. ¿Podemos salir con escarcha en el plano? La escarcha es un fenómeno típico del invierno. Si las capas bajas, en contacto con la superficie tiene cierta cantidad de humedad y las temperaturas bajan por debajo de 0ºC, subliman y se forman en las superficies del avión. Muchas veces, al salir el sol, si la escarcha es ligera, se derrite antes de poner en marcha el avión. Si es más dura y cuesta quitarla con la mano, hay que utilizar otros métodos para retirarla. Entre los métodos más apropiados para quitarlo es disponer de una botella de glicol con difusor para poder rociar las superficies. El método de rociado es desde los borde de ataque de los planos hacia atrás, y desde el encastre y hacia la punta del ala o del estabilizador horizontal. El fuselaje, al no tener apenas cargas aerodinámicas, no es necesario el rociado. Si no se dispone de glicol, un trapo o un rascador funcionará bien. Sin embargo, NUNCA hay que utilizar agua caliente, pues al contacto con la superficie y las bajas temperaturas puede agravar el problema aún más.

Habitualmente la escarcha permite distinguir bien las marcas de las superficies del avión y se desprende con facilidad. Quitarla es cuestión de cinco minutos y no requiere esfuerzo alguno.

Si el avión se hubiera cubierto de nieve y debajo de la nieve se hubiera quedado algo de hielo, o nieve congelada, es necesario realizar un procedimiento de limpieza más exhaustivo. No sólo sobre la superficie sino en los herrajes, alerones y superficies móviles, así como las antenas y las entradas de motor y de aire. Lo que nos lleva a las precauciones del motor…

Los motores de pistón de la aviación general disponen de una amplia variedad de aceites que trabajan en rangos de temperaturas muy amplio por lo que no debe ser problema alguno. Lo mismo ocurre con el combustible. Si el combustible es combustible de aviación 100LL, su temperatura de congelamiento se encuentra a -58º C; y si se trata de JET A o JET A1 para aquellos de motores Diesel, el punto de congelamiento se encuentra a -40º C y -47º C respectivamente… No obstante, en este punto cabe destacar la importancia del drenar los tanques de combustible. Los aviones no tienen sistemas de combustible con intercambiadores de calor por lo que si la temperatura es inferior a 0º C, el agua de los depósitos puede provocar cristales de hielo que pueden bloquear filtros.

Muchos fabricantes publican en sus manuales procedimientos específicos para operaciones a bajas temperaturas y limitaciones. Cirrus, por ejemplo hace varias recomendaciones en su manual a las que no debe soslayarse si se dan estas circunstancias. El SR20 no está recomendado su operación a menos de -23º C salvo que realices una modificación (Winterization Kit).

Durante las puestas en marcha es recomendable girar la hélice unas cuantas veces para permitir que el aceite fluya por las partes necesarias y no le cueste a la batería demasiado esfuerzo durante el arranque. Cirrus, también dice que si el avión ha estado a temperaturas inferiores a -7º C que se haga este procedimiento. Arrancar con una fuente auxiliar de tierra ayuda a preservar la batería durante el arranque. No es necesario que el avión se encuentre a tales temperaturas. Muchas veces le cuesta cuando la temperatura está próxima a 0º C.

Sistema de fabricación casera para calentar los motores mediante aire caliente.

No obstante, si el arranque no es satisfactorio en los primeros intentos, observad las bujías. Puede que estén congeladas y el motor necesite de un calentamiento externo. Aunque esto no es nada habitual en la península ibérica, he podido ver en otros países como Polonia o Suecia, que calientan el motor eléctricamente o le soplan aire caliente con un calentador de grandes dimensiones.

No hay que olvidar que las puestas en marcha con el motor a temperaturas muy bajas son dañinas a largo plazo para el motor. El motor contiene diferentes tipos de metales y el coeficiente de expansión térmica de los materiales hace que, por ejemplo el aluminio se expanda a mayor régimen que el acero, es decir, los cilindros de aluminio se encogen dentro de los cilindros hechos de acero aumentando la distancia de junta entre ellos aumenta, pudiendo dañar los cilindros a largo plazo.

Hay algo de hielo en…

El artículo está planteado desde el punto de vista de la aviación general ligera. Si bien es cierto que casi toda ella se desarrolla en condiciones de vuelo visual, el hielo es potencialmente peligroso en aquellos que vuelan en IFR y se puedan encontrar en condiciones IMC. No obstante, si la humedad es apreciable, incluso en VMC, la formación de hielo en ciertas partes es posible. Por ejemplo, en el carburador. Hablemos de la calefacción al carburador.

 El uso correcto del CARB HEAT ha suscitado dudas en muchos pilotos. Su uso viene bien determinado en los manuales de los aviones. Sin entrar demasiado en cómo está diseñado un carburador, podemos indicar que se trata del elemento encargado de preparar la mezcla de aire y combustible. Existe una válvula con forma de mariposa que regula la cantidad de aire que entra. Posteriormente un estrechamiento (garganta Venturi) que disminuye la presión del aire aumentando la velocidad del aire. Esta depresión atrae el combustible para la mezcla.

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Especialmente cuando la mariposa está abierta, el aire que entra, al expandirse se enfría, si la humedad es suficiente, la probabilidad de formarse hielo en el carburador aumenta. Se ha comprobado formación de hielo cuando la humedad relativa es mayor del 50% y la temperatura ambiente oscila entre -5º C y 30º C. Sí. Positivos.

Para poder utilizar el CARB HEAT correctamente hay que tener en cuenta lo siguiente. Cuando se enciende, la entrada de aire al carburador pasa junto al colector, donde se calienta. Al calentarse, el aire pierde densidad y puede hacer que el motor pierda hasta un 10% de potencia.

Si durante el vuelo, es necesario su uso, encender la calefacción completamente. Nunca en posiciones intermedias. Los cristales presentes en el aire pasan a estado gas directamente sin suponer peligro alguno para el motor. Si en algún momento no se selecciona completamente la calefacción al carburador (“HOT” en algunos modelos CESSNA), puede ser suficiente para derretir los cristales de hielo, pero el agua no se gasifica y penetra en el sistema en formas de gotas de agua, siendo susceptibles de formarse hielo en la mariposa.

Sin embargo, aunque el motor sea el mismo en las Cessna que en las Piper, su uso es diferente. En la Cessna, la entrada al carburador es frontal y entra al carburador situado debajo del motor. En las Piper el carburador está localizado arriba y ligeramente por encima del motor, permitiendo al aire pasar entre las cabezas de los cilindros, precalentando ligeramente el aire antes de entrar en el carburador. Es por ello que las Cessna suelen tener mayor propensión a formarse hielo en el carburador, sobre todo en descensos prolongados. Por ello, si observamos las checklist de cada avión, veremos como el fabricante Cessna incluye este item en su cheklist de descenso y antes de aterrizar, mientras en Piper sólo “as required”.

Como se ha comentado anteriormente, el parabrisas en uno de los primeros  lugares donde se puede formar hielo, pero no el más peligroso. Tan sólo reducirá algo la visibilidad frontal. Algunos aviones disponen de un pequeño visor montado sobre el cristal, en el lado del piloto que se caliente para evitar que se forme hielo en esa parte. Pero si comienza a formarse hielo en el parabrisas, puede que en el borde de ataque del ala comencemos a ver la superficie con algo de “brillantina” o ya algo de hielo formado sobre ella. Para combatir este tipo de hielo algunos fabricantes ofrecen distintos sistemas para prevenir la formación de hielo, o bien sistemas de deshielo.

Un sistema muy recurrido en los aviones de pistón y generalizadamente en los motores de turbina es el sistema de botas o zapatas neumáticas. Este tipo consiste en montar en los borde de ataque el ala, estabilizadores de la cola y, no siempre, en el borde de ataque de las hélices unas zapatas de caucho formando tubos en su interior. Por estos tubos se les  hace pasar aire a presión que hincha las zapatas en ciclos de entre 1 minuto y 3 minutos para romper el hielo que se hubiera podido formar sobre estas superficies. La presión del aire normalmente se obtiene de la bomba de vacío en motores de pistón y de aire sangrado de alguna etapa del compresor de alta en los aviones turbohélice.

Sistema de botas neumáticas de borde de hélices y borde de ataque. (foto: Iceshield)

Es un sistema relativamente sencillo y barato de instalar. Sin embargo, hay que ser consciente de su funcionamiento y no precipitar su activación. Cuando se forma hielo, la tendencia es ir a conectar el sistema. Si se ha formado cierta cantidad de hielo y lo activamos en el momento adecuado, romperá el hielo cada vez que se forme. Sin embargo, si activamos un ciclo en el que las zapatas se hinchen y deshinchen más rápidamente que la propia formación del hielo, o bien, nos precipitemos en su activación, el hielo se comenzará a formar rodeando la zapata en su máxima amplitud de hinchado, de manera que el movimiento de la zapata no será capaz de romper la capa de hielo. En este momento, el sistema dejará de ser útil y la cantidad de hielo acumulado necesitará de medidas inmediatas.

Pasemos a sistemas más modernos y de actualidad: El TKS. Este sistema, que lleva aplicándose en aviones de pistón de última generación en los últimos años. Las botas han sido sustituidas por este sistema.

En 1.942 el Ministerio de la guerra inglés formó una asociación TKS ltd. con la unión de tres empresas:  Tecalemit, Kilfrost y Sheepbridge Stokes. Kilfrost ya producía fluidos para de-icing en aquella época.

En la imagen se aprecian la disposición de los agujeros del borde de ataque de un ala. (Foto de TKS)

El sistema consiste en un panel de titanio con agujeros numerosos agujeros de tamaño milimétrico taladrados a láser a través de los cuales, mediante una bomba eléctrica, expulsa un líquido que evita que el hielo se adhiera a la superficie. Dicho líquido trabaja incluso a temperaturas muy por debajo de 0º C, habiéndose demostrado hasta los -60º C. Esto supone que un avión ligero pueda ser certificado FIKIS (Flight Into Known Icing Conditions). Sin duda un nivel de protección muy elevado. El sistema es muy sencillo y sin añadir peso a la estructura de la aeronave, de fácil mantenimiento y muy efectivo. Hacen de este sistema de los mejores diseñados para la aviación general.

Conclusiones

El hielo es un elemento que eleva el nivel de riesgo en el vuelo entre nubes a la aviación ligera por los peligros que implica y por la poca defensa con la que cuentan estas aeronaves.

Es evidente que los pilotos acostumbrados a volar un ambiente y cultura en la que conviven con hielo habitualmente, acaban por conocer mejor sus límites. Sin embargo, para un piloto que vuela en la península ibérica es un elemento con el que se trata poco por dos motivos: No se instruye adecuadamente a este elemento por un lado y, por otro no existe un gran número de vuelos bajo estas condiciones.

Bajo esta premisa, el piloto debe agarrarse al conocimiento, la prevención y el uso de los sistemas de que disponga de manera adecuada.