Engelamiento

ENGELAMIENTO Se llama engelamiento a la formación de hielo que se produce sobre un avión en determinadas circunstancias. Para que se produzca engelamiento, es necesario que la temperatura del agua sea inferior a 0º C, o sea se encuentra en estado de subfusión o sobreenfriada

La acumulación de hielo en las distintas partes de una aeronave reduce su eficiencia y capacidad de vuelo, provoca vibraciones en sus componentes estructurales, dificultades en los frenos aerodinámicos y del tren de aterrizaje, disminución de visibilidad en la cabina, indicaciones erróneas del instrumental de a bordo, limitaciones en las comunicaciones debidas a la inutilización de de la antena, aumento del consumo de combustible y pérdida de sustentación.

Existen dos factores primordiales que rigen la formación de hielo: meteorológicos: temperaturas del aire menor de 0º C, gotas de agua sobreenfriadas a valores menores del punto de congelación y/o elevado contenido de humedad en el aire. no meteorológicos: la temperatura externa de la aeronave, pues con valores superiores a 0º C, no se forma hielo.

Factores que intervienen en la formación de engelamiento: Temperatura Diámetro de las gotas de agua Contenido en agua líquida Si las gotitas que constituyen las nubes son grandes, sólo pueden ser superenfriadas dentro de un corto intervalo de temperatura bajo cero (entre –2º y –10º)

Si las gotitas son pequeñas, pueden continuar en estado líquido hasta temperaturas muy bajas. De acuerdo a experimentos de laboratorios, se puede encontrar engelamiento entre 0º y –43º C, sin embargo en la atmósfera, la experiencia que se tiene es de engelamiento entre 0º C y –23º C.

Clases de engelamiento El hielo que se forma sobre los aviones puede ser de cuatro tipos: hielo granular, hielo claro, nieve húmeda y escarcha. Hielo granular- Es opaco, blanco, de textura granular porosa; no pesa y se adhiere poco, desprendiéndose con facilidad. En general, se sostiene y consolida sobre el avión a consecuencia de la presión del aire. El hielo granular se forma cuando el avión choca con pequeños gotas superenfriadas, las cuales se congelan inmediatamente.

Este tipo de engelamiento puede darse hasta temperaturas muy bajas (del orden de los -20 OC), y la razón del engelamiento, que es la cantidad de hielo depositada por unidad de tiempo, no suele ser muy alta. Poca protección antihielo tiene que tener un avión moderno para que este tipo de engelamiento pueda afectarle.

Hielo claro. -Éste es un tipo más importante Hielo claro.-Éste es un tipo más importante. Es denso, cristalino y transparente, y se desprende con dificultad. Se forma cuando el avión entra en contacto con grandes gotas sobreenfriadas, ya sea al penetrar en nubes de gran contenido de vapor o al volar bajo lluvia helada, es decir, formada por gotas de agua superenfriadas.

El hielo claro se forma con temperaturas, altas, entre 0º C y –12º C aproximadamente, grandes gotas dé más de 10 micrones de diámetro y alta concentración superior a 0,5 g/m3. El radiosondeo proporciona una buena ayuda para conocer cuáles son los niveles de vuelo más favorables. En una atmósfera húmeda una distribución de temperatura que puede dar hielo claro es la de la figura 3. La base de la nube tiene aproximadamente una temperatura de 0º C, y el tope, -10º C

Engelamiento dentro de nubes (en el gráfico, variación de la temperatura con la altura).

Es muy probable que haya engelamiento en toda la masa nubosa, más intenso en aquella parte de la nube donde mayor sea el contenido de agua. Quizás en el tope de la nube, el hielo claro esté mezclado con hielo granular, predominando éste para temperaturas más bajas.

La lluvia helada, en general, se produce cuando la lluvia procedente de una región relativamente caliente atraviesa otra relativamente más fría (Fig. 5), es decir, donde hay una inversión de temperatura. La lluvia que cae a temperaturas cerca de 0º C en las proximidades del nivel C atraviesa la capa CB, más fría, y se mantiene en estado líquido en toda la capa CBA.

Engelamiento por lluvia helada (en el gráfico, variación de la temperatura con la altura)

Al pasar el avión provoca el engelamiento de hielo claro. Dentro de la nube también hay engelamiento posible, pues la capa CD tiene una distribución de temperaturas comprendidas entre 0º C y –10º C aproximadamente. En algunas ocasiones, la distribución de temperatura es de tal naturaleza que la curva de estado del radiosondeo ofrece dos inversiones. En este caso los valores de temperatura son decisivos para conocer cómo va a ser el engelamiento.

Si la curva de estado es la de la Fig Si la curva de estado es la de la Fig.. 6, y hay una capa comprendida entre los dos niveles de 0º C, donde la temperatura es superior a 0º C, un avión que vuele dentro de ella no tendrá engelamiento.

Nieve húmeda La nieve seca no se adhiere a un avión seco, pero si la nieve está húmeda, es decir, está constituida por gotas de agua sobreenfriada y cristales de hielo, entonces se adhiere al avión, formándose el engelamiento. La nieve húmeda, o más bien aguanieve, da lugar al engelamiento a temperaturas próximas a 0º C.

Escarcha Es un fenómeno típico de invierno que se produce cuando al ser la capa de aire en contacto con el suelo muy rica en humedad, el enfriamiento nocturno hace descender la temperatura por debajo de 0 OC. Entonces el vapor de agua se sublima, transformándose directamente en hielo, depositándose sobre el suelo frío. Si el avión está estacionado a la intemperie, queda recubierto de una capa de hielo y algún elemento puede quedar bloqueado.

Este tipo de engelamiento, que se produce sin nubes, con cielo despejado, no es muy importante, pero son necesarias algunas precauciones. En ningún caso se usará agua caliente para quitar el hielo, pues al helarse de nuevo el agua, quedará hielo claro, mucho más adherente que la escarcha.

En vuelo puede formarse engelamiento en cielo despejado cuando un avión que vuele a gran altura con temperaturas muy bajas (digamos –30ºC) desciende rápidamente hasta un nivel caliente y húmedo, en el cual el vapor de agua se sublima directamente sobre él. Este engelamiento se forma en niveles bajos, donde el aire suele ser más húmedo

Tipo de nubes que conducen al engelamiento En los mapas de tiempo significativos y en los informes que rinde el piloto se clasifica el engelamiento según un índice definido por la razón de engelamiento, es decir, por la cantidad de hielo que se forma por unidad de tiempo. Según esto, el engelamiento puede ser: Ligero cuando la acumulación de hielo se produce lentamente, y solamente después de muchos minutos de vuelo dentro de nubes alcanza cierto espesor. Oscila desde indicios hasta cinco milímetros en cinco minutos.

Pueden producirse reducciones en la utilización de la radio y los motores no trepidan. El rendimento del avión queda afectado sólo ligeramente. El engelamiento es moderado cuando la acumulación se produce a tal ritmo que en corto tiempo enturbia los cristales de la cabina. Algún motor trepida. La radio pierde eficacia. Causa errores en las lecturas de los instrumentos de presión. Disminuye el rendimiento del avión y las pérdidas de velocidad pueden llegar al 15%. Oscila de cinco a cincuenta milímetros en cinco minutos.

El engelamiento fuerte se produce cuando la acumulación es casi instantánea y aumenta a un ritmo muy rápido, formando una gruesa capa de hielo. Hay fuertes vibraciones, que afectan a los motores e indirectamente a los mandos. La velocidad del avión puede reducirse en un 25%. Hay una fuerte pérdida en la potencia de los motores y la radio queda prácticamente inútil. Forma un espesor de más de cincuenta milímetros en cinco minutos.

Sabemos que la intensidad del engelamiento depende de la concentración de gotitas de agua líquida en el seno de la nube (gramos de agua por metro cúbico de nube), del tamaño de las gotitas y de la temperatura. Dentro de una misma nube, estos tres factores varían de abajo arriba y de izquierda a derecha. Nubes que no dan eco en la pantalla de radar, indican que la concentración de agua líquida es reducida, mientras que en aquéllas en que se produce un nítido y definido eco, la concentración y el tamaño es considerable.

Cúmulos y cumulonimbos Cúmulos y cumulonimbos.-El engelamiento más fuerte debe esperarse en los grandes cúmulos y cumulonimbos, donde, como consecuencia de las violentas ascendencias, la concentración y el tamaño de las gotas de agua líquida es grande. Especialmente en la mitad superior de los Cu «congestus», justamente antes de transformarse en Cb, puede ser particularmente intenso.

Si estas nubes son aisladas, como su extensión horizontal raramente alcanza los 30 kilómetros, la acumulación de hielo no puede ser muy grande. De todas formas, lo más aconsejables es rodearlas, y si se presentan como una barrera, atravesarlas por el sitio más conveniente Las condiciones en los Cb son mejores que en los Cu «congestus», pues en los primeros la precipitación es intensa y el contenido de agua líquida en la nube disminuye.

Nimbostratos. -A pesar de su gran tamaño, pues alcanzan espesores de 5 Nimbostratos.-A pesar de su gran tamaño, pues alcanzan espesores de 5.000 metros y pueden extenderse horizontalmente hasta distancias de 200 kilómetros, la concentración de agua líquida y el tamaño de las gotas es pequeño debido a las precipitaciones continuas que en ellas se producen. Por tanto, el engelamiento en los Ns es ligero excepto cuando las exigencias de control de tráfico obligan al avión a volar largo tiempo sin poder cambiar de altitud.

En este caso la permanencia dentro del Ns puede dar lugar a considerable acumulación de hielo. Por otra parte, en terreno montañoso, la turbulencia orográfica produce un aumento del contenido de agua líquida y el engelamiento puede ser moderado o fuerte.

Stratos y stratocúmulos Stratos y stratocúmulos.-Estas nubes no contienen altas concentraciones de agua líquida y además tienen poco espesor, ya que éste no suele sobrepasar los 1.500 metros. En especiales casos, en que son más densas y la temperatura está entre –10º C y -5ºC, el engelamiento puede ser moderado en el tope de la nube. Si cae nieve de los St, entonces no hay engelamiento, pues la concentración de agua líquida en la nube se hace cero.

Altocúmulos.- En este tipo de nubes, el engelamiento es ligero y éste se evita fácilmente con un pequeño cambio de altitud, pues los altocúmulos son delgados. De todas formas, el tamaño de las gotas en estas nubes es mayor que en los St, por lo que ocasionalmente producen engelamiento moderado. A veces los As están asociados con Ac, y en este caso los cristales de hielo están mezclados con las gotas de agua líquida superenfriada. Entonces puede haber engelamiento, pero éste es ligero.

Cirrus.-No hay engelamiento dentro de estas nubes, aunque excepcionalmente ha sido experimentado a la extraordinaria temperatura de –54º C. Hay que suponer que para que las gotas permanezcan sin congelarse a esa temperatura han de ser pequeñísimas, por lo que el engelamiento ha de ser ligero.

Cuadro resumen de engelamiento respecto al tipo de nube.

Influencia orográfica. Los sistemas orográficos intensifican las condiciones de engelamiento, pues al ser obligado el aire a subir por la ladera de barlovento produce un aumento en la cantidad de agua líquida dentro de la nube y el espesor o desarrollo de ésta aumenta, por lo que la razón de engelamiento se hace mayor. Lo mismo sucede en las costas, en que el aire húmedo procedente del mar, a poco que se eleve, produce la condensación y el consiguiente aumento en la cantidad de agua líquida en las nubes.

La experiencia demuestra que el engelamiento más fuerte se observa a barlovento de las montañas y sobre la costa. En cambio, sobre el llano y en el mar abierto el engelamiento raras veces pasa de ser moderado, con excepción de los casos de onda de montaña; pero entonces puede ser muy fuerte en las zonas de ascendencia de la onda.

Con engelamiento en los aeropuertos costeros y en aquéllos situados a barlovento de una montaña, el despegue debe hacerse volando hacia el mar o alejándose de la montaña de más altura, virar y cruzar la nubosidad lo más alto posible. El aterrizaje debe hacerse de tal manera que la nubosidad se atraviese en el menor tiempo posible. En la costa la perforación debe hacerse preferentemente hacia el mar, excepto en situaciones de invierno, en que el mar, más caliente y húmedo, puede reunir la óptima condición de engelamiento.

Características del avión El engelamiento depende de la forma del avión y de sus distintos elementos. Si éstos son agudos y delgados, como, por ejemplo, la antena y el tubo pitot, son susceptibles de recoger más hielo que si son anchos y sin borde, como es el «morro»,de la aeronave. La velocidad del avión es también otro factor de importancia, pues cuanto mayor es, más cantidad recoge por unidad de tiempo. Claro es que los aviones rápidos salen de las zonas de engelamiento antes.

Por otro lado la temperatura del avión depende de su velocidad; cuanto mayor es ésta, el avión se pone más caliente. Este calentamiento cinético se debe al rozamiento del avión en el aire, pues el trabajo realizado por las fuerzas de fricción se transforma en calor y la temperatura del avión aumenta. Como consecuencia, se deduce que el posible engelamiento depende en gran manera de la velocidad del avión.

El aumento de temperatura con respecto a la velocidad viene representado según el gráfico de la figura siguiente, a 730 Kms/hora en aire claro experimenta en su estructura, como consecuencia del rozamiento con el aire, un aumento de temperatura de 20º C. Esto quiere decir que para que se le forme engelamiento será necesario que la temperatura del aire sea como mínimo de –20º C, y a esta temperatura sabemos que la acumulación de hielo apenas es significativa.

Calentamiento cinético en aire claro.

Dentro de nubes el calentamiento cinético no es tan alto, pues el calor desprendido por rozamiento da lugar a la consabida evaporación de agua en la nube, y sabemos que este proceso debe estar asociado con enfriamiento. El gráfico de la figura siguiente, representa el aumento de temperatura para diferentes velocidades del avión a tres niveles: 3.000, 5.000 y 7.000 metros dentro de nubes.

Calentamiento cinético dentro de nubes.

A mayor altitud es válido el gráfico del aire seco A mayor altitud es válido el gráfico del aire seco. La altura normal de crucero en los reactores está comprendida entre los 30.000 y 40.000 pies. En estos niveles, y a la velocidad de unos 450 nudos, el calentamiento cinético es del orden de 30º. El engelamiento no existe.