Falla del motor de turbina

Una falla en un motor de turbina ocurre cuando un motor de turbina de gas deja de producir energía inesperadamente debido a un mal funcionamiento que no sea el agotamiento del combustible . Suele ocurrir en aeronaves , pero otros motores de turbina también pueden fallar, como las turbinas terrestres que se utilizan en plantas de energía o en buques y vehículos combinados de gas y diésel .

Los motores de turbina que se utilizan en los aviones propulsados ​​por turbina de la actualidad son muy fiables . Los motores funcionan de manera eficiente con inspecciones y mantenimiento programados regularmente. Estas unidades pueden tener una vida útil que oscila entre las decenas de miles de horas de funcionamiento. ^[1] Sin embargo, ocasionalmente ocurren fallas o mal funcionamiento del motor que requieren que se apague un motor en vuelo. Dado que los aviones multimotor están diseñados para volar con un motor inoperativo y las tripulaciones de vuelo están capacitadas para volar con un motor inoperativo, el apagado de un motor en vuelo generalmente no constituye un problema grave de seguridad del vuelo.

La Administración Federal de Aviación (FAA) fue citada al afirmar que los motores de turbina tienen una tasa de falla de uno cada 375.000 horas de vuelo, en comparación con uno cada 3.200 horas de vuelo para los motores de pistón de las aeronaves. ^{[2] [ fuente no confiable ]} Debido a la "gran falta de información" de las paradas en vuelo de los motores de pistón de la aviación general (IFSD), la FAA no tiene datos confiables y evaluó la tasa "entre 1 por 1.000 y 1 por 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 sus motores Centurion es uno cada 20.704 horas de vuelo, bajando a uno cada 163.934 horas de vuelo en 2013-2014. ^[4]

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

Después de que se apaga un motor, se suele realizar un aterrizaje de precaución con equipos de bomberos y rescate del aeropuerto ubicados cerca de la pista. El aterrizaje rápido es una precaución contra el riesgo de que otro motor falle más tarde en el vuelo o que la falla del motor que ya se ha producido pueda haber causado o haber sido causada por otros daños o fallas aún desconocidas de los sistemas de la aeronave (como incendios o daños en los controles de vuelo de la aeronave) que puedan representar un riesgo continuo para el vuelo. Una vez que la aeronave aterriza, el personal del departamento de bomberos ayuda a inspeccionar la aeronave para asegurarse de que esté segura antes de que se desplace a su posición de estacionamiento.

Los aviones con turbohélice y los helicópteros con turboeje también están propulsados ​​por motores de turbina y están sujetos a fallas de motor por muchas razones similares a las de los aviones con propulsión a reacción. En el caso de una falla de motor en un helicóptero, a menudo es posible que el piloto entre en autorrotación , utilizando el rotor sin potencia para frenar el descenso de la aeronave y proporcionar una medida de control, lo que generalmente permite un aterrizaje de emergencia seguro incluso sin potencia del motor. ^[8]

La mayoría de los apagados durante el vuelo son inofensivos y es probable que pasen desapercibidos para los pasajeros. Por ejemplo, puede ser prudente que la tripulación de vuelo apague un motor y realice un aterrizaje de precaución en caso de una advertencia de baja presión de aceite o alta temperatura del aceite en la cabina. Sin embargo, los pasajeros de una aeronave a reacción pueden alarmarse bastante por otros eventos del motor, como una sobrecarga del compresor , un mal funcionamiento que se caracteriza por fuertes estallidos e incluso llamas en la entrada y el tubo de escape del motor. Una sobrecarga del compresor es una interrupción del flujo de aire a través de un motor a reacción 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 eventos que pueden ocurrir con los motores a reacción, como una falla en el control de combustible, pueden resultar en un exceso de combustible en la cámara de combustión del motor. Este combustible adicional puede provocar llamas que se extiendan desde el tubo de escape del motor. Por alarmante que parezca, en ningún momento el motor en sí está en llamas. ^{[ cita requerida ]}

Además, la falla de ciertos componentes del motor puede provocar una liberación de aceite en el aire de purga que puede causar un olor o una neblina aceitosa en la cabina. Esto se conoce como un evento de humo . Los peligros de los eventos de humo son tema de debate tanto en la aviación como en la medicina . ^[10]

Las fallas del motor pueden ser causadas por problemas mecánicos en el propio motor, como daños en partes de la turbina o fugas de aceite, así como por daños externos al motor, como problemas con la bomba de combustible o contaminación del combustible. Una falla del motor de turbina también puede ser causada por factores completamente externos, como cenizas volcánicas , impactos de aves o condiciones climáticas como precipitaciones o formación de hielo . Los riesgos climáticos como estos a veces se pueden contrarrestar mediante el uso de sistemas de encendido complementario o antihielo. ^[11]

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

Para permitir que los aviones bimotores vuelen rutas más largas que se encuentren a más de una hora de un aeropuerto de desvío adecuado, se utiliza un conjunto de normas conocidas como ETOPS (Extended Twin-engine Operational Performance Standards) para garantizar que un avión propulsado por dos motores de turbina pueda llegar de forma segura a un aeropuerto de desvío después de una falla o apagado del motor, así como para minimizar el riesgo de una falla. ETOPS incluye requisitos de mantenimiento, como inspecciones frecuentes y meticulosamente registradas y requisitos de operación, como capacitación de la tripulación de vuelo y 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 rotatorios internos permanecen dentro o incrustados en la carcasa del motor (incluyendo 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]
• Un evento de motor no contenido ocurre cuando una falla del motor da como resultado que fragmentos de partes giratorias del motor penetren y escapen a través de la carcasa del motor.

La distinción técnica muy 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 los EE. UU ., que siempre ha requerido 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 palas que salen de la entrada o el escape aún pueden representar un peligro para la aeronave, y los diseñadores de aeronaves deben considerarlo. ^[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 a través de las aberturas existentes en la entrada o salida del motor, y no creen nuevas aberturas en la contención de la caja del motor. Los fragmentos de palas del ventilador que salen a través de la entrada también pueden hacer que partes de la estructura, como el conducto de entrada y otras partes de la góndola del motor, salgan de la aeronave debido a la deformación de la energía cinética residual del fragmento de pala del ventilador.

La contención de piezas rotativas defectuosas es un proceso complejo que implica interacciones de alta energía y alta velocidad de numerosos componentes del motor ubicados localmente y de forma remota (por ejemplo, álabes defectuosos, otros álabes, estructura de contención, carcasas adyacentes, cojinetes, soportes de cojinetes, ejes, álabes y componentes montados externamente). Una vez que comienza el evento de falla, pueden ocurrir eventos secundarios de naturaleza aleatoria cuyo curso y conclusión 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 álabes, carcasas, rotor, bastidor, entrada, bandas de fricción de la carcasa y la estructura de contención. ^[15]

Las fallas no contenidas de los discos de turbina de un motor de avión representan un peligro directo para el avión, su tripulación y sus 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 los fluidos inflamables o las líneas hidráulicas. ^[17] Las carcasas de los motores no están diseñadas para contener discos de turbina defectuosos. En cambio, el riesgo de falla no contenida de los discos se mitiga al designar los discos como partes críticas para la seguridad, definidas como las partes de un motor cuya falla es probable que represente un peligro directo para la aeronave. ^[17]

• Vuelo 27 de National Airlines : un McDonnell Douglas DC-10 que volaba de Miami a San Francisco en 1973 tuvo una falla por exceso de velocidad de un General Electric CF6 -6, lo que resultó en una víctima mortal. ^[18]
• Dos vuelos de LOT Polish Airlines , ambos Ilyushin Il-62 , sufrieron catastróficos fallos de motor no controlados en la década de 1980. El primero fue en 1980 en el vuelo 7 de LOT Polish Airlines, donde los controles de vuelo fueron destruidos, matando a las 87 personas a bordo. En 1987, en el vuelo 5055 de LOT Polish Airlines , la falla del motor interior izquierdo (#2) del avión dañó el motor exterior izquierdo (#1), provocando un incendio en ambos y la pérdida de los controles de vuelo, lo que llevó a un accidente que mató a las 183 personas a bordo. En ambos casos, el eje de la turbina en el motor #2 se desintegró debido a defectos de producción en los cojinetes de los motores, a los que les faltaban rodillos. ^[19]
• El accidente del Tu-154 cerca de Krasnoyarsk fue un accidente aéreo importante que ocurrió el domingo 23 de diciembre de 1984, en las cercanías de Krasnoyarsk. El avión de pasajeros Tu-154B-2 de la 1.ª unidad de aviación unificada de Krasnoyarsk (Aeroflot) realizó el vuelo de pasajeros SU-3519 en la ruta Krasnoyarsk-Irkutsk, pero durante el ascenso, el motor nº 3 falló. La tripulación decidió regresar al aeropuerto de salida, pero durante la aproximación para el aterrizaje se produjo un incendio, que destruyó los sistemas de control y como resultado, el avión se estrelló contra el suelo a 3200 metros del umbral de la pista del aeropuerto de Yemelyanovo y se desplomó. De las 111 personas a bordo (104 pasajeros y 7 tripulantes), una sobrevivió. La causa de la catástrofe fue la destrucción del disco de la primera etapa del circuito de baja presión del motor nº 3, que se produjo debido a la presencia de grietas por fatiga. Las grietas se produjeron por un defecto de fabricación: la inclusión de un compuesto de titanio y nitrógeno que tiene una microdureza superior a la del material original. Los métodos utilizados en aquella época para la fabricación y reparación de los discos, así como los medios de control, resultaron parcialmente obsoletos, por lo que no garantizaron la eficacia del control y la detección de dicho defecto. El defecto en sí se produjo probablemente debido a la ingestión accidental de una esponja de titanio o de una carga para fundir un lingote de una pieza enriquecida con nitrógeno.
• Vuelo 786 de Cameroon Airlines : un Boeing 737 que volaba entre Douala y Garoua, Camerún, en 1984 sufrió una avería en un motor Pratt & Whitney JT8D -15. Dos personas murieron. ^[20]
• Vuelo 28M de British Airtours : un Boeing 737 que volaba de Manchester a Corfú en 1985 sufrió una falla de motor no contenida y un incendio durante el despegue. El despegue fue abortado y el avión giró hacia una calle de rodaje y comenzó la evacuación. Cincuenta y cinco pasajeros y tripulantes no pudieron escapar y murieron por inhalación de humo. El accidente dio lugar a importantes cambios para mejorar la supervivencia de las evacuaciones de aeronaves. ^[21]
• Vuelo 232 de United Airlines : un McDonnell Douglas DC-10 que volaba de Denver a Chicago en 1989. La falla del motor trasero General Electric CF6-6 provocó la pérdida de todos los sistemas hidráulicos, lo que obligó a los pilotos a intentar un aterrizaje utilizando empuje diferencial . Hubo 111 muertes. Antes de este accidente, la probabilidad de una falla simultánea de los tres sistemas hidráulicos se consideraba tan baja como una en mil millones. Sin embargo, los modelos estadísticos no tenían en cuenta la posición del motor número dos, montado en la cola cerca de las líneas hidráulicas, ni los resultados de los fragmentos liberados en muchas direcciones. Desde entonces, los diseños de motores de aeronaves se han centrado en evitar que la metralla perfore la cubierta o los conductos, utilizando cada vez más materiales compuestos de alta resistencia para lograr resistencia a la penetración manteniendo el peso bajo. ^{[ cita requerida ]}
• Vuelo 130 de Baikal Airlines : un arrancador del motor n.º 2 de un Tu-154 que se dirigía de Irkutsk a Domodedovo , Moscú, en 1994, no se detuvo después del arranque del motor y continuó funcionando a más de 40.000 rpm con las válvulas de purga abiertas de los motores, lo que provocó una falla incontrolada del arrancador. Un disco de turbina desprendido dañó las líneas de suministro de combustible y aceite (lo que provocó un incendio) y las líneas hidráulicas. El sistema de extinción de incendios no logró detener el fuego y el avión se desvió de regreso a Irkutsk. Sin embargo, debido a la pérdida de presión hidráulica, la tripulación perdió el control del avión, que posteriormente se estrelló contra una granja lechera matando a las 124 personas a bordo y una en tierra. ^{[22] [23]}
• ValuJet 597: Un DC-9-32 que despegaba del Aeropuerto Internacional Hartsfield Jackson de Atlanta el 8 de junio de 1995 sufrió una falla no contenida en el disco del compresor de alta presión de la séptima etapa debido a una inspección inadecuada del disco corroído. La ruptura resultante provocó que el combustible para aviones fluyera hacia la cabina y se incendiara, y el incendio provocó que el avión quedara inutilizable.
• Vuelo 1288 de Delta Air Lines : un McDonnell Douglas MD-88 que volaba de Pensacola, Florida a Atlanta en 1996 sufrió una falla en el rotor del compresor de uno de sus motores Pratt & Whitney JT8D -219. Dos de ellos murieron. ^[24]
• Vuelo 9755 de TAM : un Fokker 100 que partió del Aeropuerto Internacional de Recife/Guararapes–Gilberto Freyre con destino al Aeropuerto Internacional de São Paulo/Guarulhos el 15 de septiembre de 2001 sufrió una falla no contenida en el motor (Rolls-Royce RB.183 Tay) en la que fragmentos del motor destrozaron tres ventanas de la cabina, lo que provocó la descompresión y sacó parcialmente a un pasajero del avión. Otro pasajero sujetó al pasajero hasta que el avión aterrizó, pero el pasajero que salió volando por la ventana murió.
• Vuelo 32 de Qantas : un Airbus A380 que volaba de Londres Heathrow a Sídney (vía Singapur) en 2010 sufrió una falla no controlada en un motor Rolls-Royce Trent 900. Se descubrió que la falla había sido causada por un orificio desalineado dentro de un tubo de aceite que provocó una fractura por fatiga. Esto a su vez provocó una fuga de aceite seguida de un incendio de aceite en el motor. El incendio provocó la liberación del disco de la turbina de presión intermedia (IPT). Sin embargo, el avión aterrizó de manera segura. Esto llevó a la inmovilización de toda la flota de A380 de Qantas. ^[25]
• Vuelo 2276 de British Airways : un Boeing 777-200ER que volaba de Las Vegas a Londres en 2015 sufrió una falla no contenida en su motor GE90 número 1 durante el despegue, lo que provocó un gran incendio en su costado de babor. El avión abortó con éxito el despegue y fue evacuado sin víctimas mortales. ^[26]
• Vuelo 383 de American Airlines : un Boeing 767-300ER que volaba de Chicago a Miami en 2016 sufrió una falla no contenida en su motor n.° 2 (General Electric CF6) durante el despegue, lo que provocó un gran incendio que destruyó el ala exterior derecha. El avión abortó el despegue y fue evacuado con 21 heridos menores, pero ninguna víctima mortal. ^[27]
• Vuelo 66 de Air France : un Airbus A380 , matrícula F-HPJE, que realizaba un vuelo desde París, Francia, a Los Ángeles, Estados Unidos, se encontraba en ruta a unas 200 millas náuticas (230 mi; 370 km) al sureste de Nuuk, Groenlandia, cuando sufrió una falla catastrófica del motor en 2017 (General Electric / Pratt & Whitney Engine Alliance GP7000). La tripulación descendió la aeronave y se desvió a Goose Bay , Canadá, para un aterrizaje seguro aproximadamente dos horas después. ^[28]

Este artículo contiene texto de una publicación de la Junta Nacional de Seguridad del Transporte de los Estados Unidos , que se puede encontrar aquí [1] 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 ).