EL ENGELAMIENTO

[pic 1]

EL ENGELAMIENTO

Alumnas:

• Ortiz de Orué Huallpacuna, Andrea
• Porles Caballero, Danna

Profesor:

•  Evaristo Rodríguez Vera

Área de Investigación:

• Meteorología

                               Lima – Perú

                                   2020

INTRODUCCIÓN

Desde los inicios de la aviación y a lo largo de sus años se ha podido apreciar varios inconvenientes con respecto al desarrollo normal de sus actividades; desde problemas relacionados a la misma performance o aerodinámica de la aeronave, hasta problemas externos y ajenos a nuestro control, tal es el caso de los fenómenos meteorológicos, precisamente en este ensayo nos referiremos al engelamiento.

Los efectos negativos y peligrosos del engelamiento siempre han estado presente en las condiciones de baja temperatura en la cual la aeronave opera; sin embargo, no fue hasta mediados de los años 70 con la llegada de la computadora que los estudios se fueron intensificando teóricamente.
Inicialmente fue un trabajo en conjunto de las principales agencias dedicadas a la aviación en Estados Unidos, Francia y Reino Unido. El trabajo dio como resultado la primera generación del análisis del engelamiento, el cual es usado actualmente por los principales fabricadores de aeronaves en el mundo.

Actualmente todas las aeronaves modernas deben contar con sistemas de protección contra el hielo y tolerancia al engelamiento en su diseño; intensificando esa tolerancia en las partes mas propensas. Dichas características tienen 2 funciones primordiales; primeramente, debe demostrar que la tolerancia no afecte la performance de la aeronave, y segundo debe asegurar el vuelo continuo y seguro por un tiempo determinado en caso falle los sistemas de protección o la tolerancia.

En el desarrollo del presente trabajo nos enfocaremos en los tipos de engelamiento, efectos del engelamiento y los sistemas de protección del hielo; así como nuestras conclusiones y recomendaciones que creamos pertinentes

ENGELAMIENTO, TIPOS Y PARÁMETROS

Se define como engelamiento cuando un vuelo se encuentra donde la temperatura de las nubes está por debajo del punto del congelamiento del agua (0 grados centígrados) y las gotas al incidir con la aeronave se congelan en ciertas partes.

Según el autor Willy Eichenberger “se conoce como engelamiento a la formación de un depósito de hielo sobre un avión o sobre ciertas partes del él, el cual puede generarse en vuelo o en tierra”^[1]. Para Joaquin Adsuar, “es uno de los principales peligros provenientes de los fenómenos meteorológicos los cuales producen efectos acumulativos que afectan la potencia del motor y la performance de la aeronave.”^[2]

La cantidad y rango del engelamiento en las superficies no calientes dependen de:

• Forma y superficie
• Velocidad de la aeronave
• Temperatura

• Concentración de agua líquida o LWC (Liquid Water Concentration)

• Tamaño de las gotas en las nubes

El engelamiento en el vuelo se puede distinguir en 2 partes:

La primera es la velocidad la cual las gotas son interceptadas por el cuerpo (aeronave), esta a su vez es producto de la:

• Eficiencia del cuerpo para recoger las gotas; que es determinado por el tamaño y forma del cuerpo
• LWC
• Velocidad del cuerpo a través de las nubes

La temperatura y altitud tienen un efecto limitado al recoger las gotas.

La segunda parte es la velocidad a la cual las gotas que impactan el cuerpo se congelaran formando la acumulación de hielo, esto es caracterizado principalmente por la transferencia de calor de la superficie del cuerpo.
Las gotas que impactan deben disipar su calor latente de fusión para poder congelarse y este es disipado a través de la convección cuyo proceso es determinado por la:

• Geometría y velocidad del cuerpo en el flujo de aire
• Aspereza de la superficie del hielo
• Diferencia entre la temperatura de la superficie y el aire local

TIPOS

Los componentes de la aeronave con salida delantera, como el borde de ataque de un ala, son los mas expuestos a impactar con las gotas sobre enfriadas, estas gotas trataran de reducir su latente de calor para congelarse como lo vimos en la página anterior.

Se pueden clasificar en:

• Rime o escarcha:

Esto sucede cuando las gotas se congelan por completo al impacto formando una capa de hielo relativamente aerodinámica, pero con una aspereza mayor que impide el correcto flujo laminar del aire.
Se tienden a formar en condiciones de baja temperatura, velocidad y LWC.

Según José Miguel Viñas “es opaco, blanco y presenta una textura granular. Es un hielo poroso y ligero, que debido a su baja adherencia es fácil de desprender. El hielo granular está provocado por gotitas de nube de pequeños diámetros, asociadas principalmente a nubes estratiformes.”^[3] 
(imagen 1a)

• Glaze o hielo claro:

Cuando no todas las gotas que impactan se congelan, estas a medida que se trasladan a lo largo de la superficie se congelan, su apariencia tiende a ser translucida y es bastante difícil de remover.
Se forman en combinaciones de altas temperaturas (cálidas), velocidades y nieles de LWC. (imagen 1b)

“Es transparente, cristalino y de mucha mayor densidad que el hielo granular. En este caso se desprende con dificultad, quedando firmemente adherido a los bordes de ataque de las aeronaves, lo que lo convierte en el tipo de engelamiento más peligroso. Este tipo de hielo es generado por gotas grandes superenfriadas, lo que habitualmente encuentra el piloto al penetrar en nube s de tipo convectivo.”^[4]

• Hielo mixto:

Las gotas que impactan son de diferentes tamaños y se forma una mezcla de hielo seco y escarcha. (imagen 2)[pic 2]

[pic 3]

[pic 4]

[pic 5]

[pic 6]

Con respecto al Coeficiente de sustentación (CL), el ala con escarcha presenta un coeficiente de sustentación menor que el de un ala limpia para un ángulo de ataque determinado, también observamos que el ángulo de ataque crítico ocurre en un ángulo menor para el caso de un ala con escarcha, en un ala con una acumulación de hielo la situación empeora.

PARÁMETROS

Varios factores influyen en la severidad de las condiciones de engelamiento, estos factores se pueden clasificar en los de condiciones de engelamiento (temperatura exterior, diámetro medio del volumen de la gota y LWC) y las condiciones atmosféricas (velocidad del aire y altitud).

Temperatura del aire exterior u OAT (Outside Air Temperature)

Es uno de los parámetros más críticos para la formación de hielo; la temperatura estática del aire es importante y a su vez de fácil acceso a los pilotos, sin embargo solo representa una parte del proceso, la que tiene más relevancia aparte de poder tener el control, es la temperatura de la superficie del cuerpo; es por ello que existen sistemas de protección térmicas que tienen como objetivo elevar la temperatura de la superficie sobre 0 grados centígrados por un tiempo determinado (de-icing) o por tiempo permanente (anti-icing)        

Cuando la OAT disminuye, el nivel de engelamiento se incrementa al igual que la reducción de la performance de la aeronáutica, es decir, la OAT controla la disipación del latente de calor de las gotas que impactan, dicha latente es la encargada de la congelación de las gotas.
OAT y la capacidad de disipar el latente de calor tienen una proporción inversa.

En los jets militares de altas velocidades no se requiere los sistemas de protección térmico pues tienen la opción de acelerar a una velocidad de “hielo libre”; sin embargo, esto no sucede con los aviones comerciales es por ello que estos vuelos evitan el riesgo significante de engelamiento, aparte de sus sistemas de protección de hielo, navegando por zonas con temperatura no muy bajas.

Concentración de agua líquida o LWC

Expresado normalmente por el número de gramos de agua por metro cubico de aire; durante el proceso de engelamiento el LWC afecto tanto al tipo de engelamiento (rime o glaze) y la velocidad a la cual se producirá el engelamiento.

Para valores altos de LWC la latente de calor (la cual debe ser disipada para que se congelen las gotas) también es alta; por lo tanto, la tendencia de engelamiento será de glaze. Con respecto al OAT si esta se reduce junto con la LWC se tenderá a formar hielo rime.

...