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José María Rebés

Frenando un avión (1)

Topic started
1-30-2013 00:02:43
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"Denver, 21-1-2013, un Boeing 737-300 de Southwest aborta el despegue a velocidad por debajo de V1, pero elevada, al notar la tripulación técnica un impacto en la rueda de morro. Tras frenar el aeroplano, salen por la pista B7 donde detienen el avión. La posterior inspección de la pista no revela ningún cuerpo extraño en la misma, con la excepción de restos de neumático del propio avión en la pista B7. Los servicios de emergencia advirtieron que los fusibles termales de ambos trenes principales se habían activado. Tras esperar que los neumáticos se enfriaran lo suficiente, el pasaje fue trasladado por autobús a la terminal."

La mayoría de mis artículos versan acerca de aviones comerciales, preferentemente Boeing 737 y Airbus A320, por ser ambos los más utilizados en los vuelos cortos-medios, y por lo tanto los que más cerca podemos tener de nuestra experiencia. Esto es válido también para este artículo.

Ambos tipos de avión utilizan un "triciclo" con trenes principales bajo las alas y tren delantero o de morro. La ventaja del diseño en triciclo es la estabilidad durante las inercias del aterrizaje, cuando el eje longitudinal del avión no está todavía en paralelo con la pista de aterrizaje. Las ruedas de los trenes principales son capaces de seguir el movimiento paralelo a la pista a pesar de que el avión no esté alineado todavía con ella, creando además un momento negativo que ayuda a alinear el avión con la pista, es decir, al intentar los neumáticos alinearse con el movimiento del avión (paralelo a la pista aunque el avión esté inclinado con respecto a ella) enderezan el avión con respecto a la pista. La desventaja básica, como se indicó en otro artículo, es que el avión puede sentarse de cola cuando está en reposo en tierra si se estiba mal la carga.

En los aviones comerciales de los que hablamos los trenes de aterrizaje son retraíbles, los principales hacia su costado, escamoteándose en las alas y en la parte inferior del fuselaje, y los de morro en el fuselaje bajo la cabina de pilotaje. Tanto los trenes de aterrizaje (principales) como los de morro llevan doble rueda, como medida de seguridad. Los neumáticos no llevan cámara y se inflan con nitrógeno, un gas inerte (no combustiona) que asegura el mantenimiento de la presión por largos periodos de tiempo y minimiza los cambios de temperatura del neumático, impidiendo además la congelación en altitudes de crucero y la presencia de humedad en el interior de los neumáticos. Ayuda con ello a prevenir la oxidación de los materiales metálicos de la rueda, menos oxígeno quiere decir menor oxidación. Un inflado con aire normal puede también derivar, en condiciones de calor extremo, en una explosión del gas, y por lo tanto del neumático, algo que es imposible con el inflado a base de nitrógeno. Las explosiones responden a un aumento significativo y rápido de la presión interna, en la que los mecanismos de alivio de presión pueden llegar a no ser lo suficientemente rápidos como para evitar la explosión. [Nota: este tipo de inflado también puede utilizarse en automóviles, con las mismas ventajas.]

Los neumáticos pueden ser de tipo convencional o de tipo radial, con la cubierta de caucho natural. En los convencionales las capas de la carcasa están dispuestas en ángulos de entre 30 y 60 grados, mientras que en los radiales lo están en ángulos de 90º, en ambos casos respecto a la línea central del neumático, que es el eje de rodadura. Los neumáticos llevan anclajes metálicos laterales [nota: aconsejo, por lo fácil de leer y estar en castellano, la siguiente página si se quiere profundizar en los detalles de los neumáticos: http://www.comforp.net/index.php/recurso...x/electromecanica/CFSD/2006-140-01-A.pdf . También el PDF del 2004 de una de las marcas de neumáticos de aviacion (en inglés) http://www.goodyearaviation.com/resources/pdf/aircraftmanual.pdf ].

Los neumáticos de aviación son susceptibles al aquaplaning, lo mismo que los de los turismos, y al igual que en ellos la aparición del aquaplaning depende de la cantidad de agua en la pista, de la presión de los neumáticos, además de su estado de desgaste, y de la velocidad del avión.

Cuando un avión aterriza los neumáticos pasan del estado de reposo (o sin giro) al de la velocidad de giro requerida para la velocidad con respecto a tierra del avión, del orden de 200 km/h. Este cambio se produce en décimas de segundo y a partir del impacto y rozamiento con tierra. La banda de rodadura del neumático debe resistir todo tipo de torturas: desgaste, abrasión, cortado, roturas y calor.

Neumáticos y llantas son, en los aviones de los que hablamos, una única pieza: la rueda, para garantizar un sellado perfecto del interior. No es posible cambiar el neumático, hay que cambiar la rueda completa.

Una consideración física: ¿por qué se genera calor en la frenada? Es simplemente el resultado de la transformación de una energía en otra, la cinética (movimiento) en temperatura. El calor es una forma de energía dispersa, muy útil para convertir la cinética en otra forma de energía, una energía que se disperse en el aire, que no haya que transmitir ni que transformar a su vez, deteniendo con ello el avión. La conversión en electricidad, por ejemplo, no resultaría en la misma capacidad de frenado, al no transformar la misma cantidad de energía por fracción de tiempo. El calor se produce en el rozamiento de piezas, en los frenos, con una parte inmóvil y otra que se mueva con el movimiento que se desea detener. Los materiales deben ser resistentes al calor producido y uno de ellos desgastable, para posibilitar un traspaso de la energía sin roturas de materiales.

Durante la frenada la temperatura de los neumáticos se incrementa sustancialmente, lo que produce un aumento de la presión en el interior de los mismos (el aumento de la temperatura equivale a dotar a las moléculas de gas de una mayor energía, que las hace más rápidas y produce choques entre ellas más energéticos, así como choques energéticos contra el recinto en el que el gas está encerrado: eso es la presión). El aumento de la presión podría producir una explosión del neumático en determinadas circunstancias. Para evitarlo las ruedas incorporan válvulas de alivio de presión, con fusibles que se derriten a determinadas temperaturas (en el caso del Airbus A320 leo que a 300º para el primer juego y a 183º para el segundo). Son estos los fusibles a los que hace referencia la noticia inicial de este post.

[Nota: una pregunta habitual es si las ruedas de morro tienen o no frenos. La respuesta es que depende del modelo de avión, y en concreto los comerciales más usuales no llevan. Sí los llevaba el Boeing 727, pero no los llevan ni la serie Airbus 320 ni la Boeing 737.]

En la siguiente parte hablaremos de más detalles acerca de los frenos.

Saludos,

José María

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