El nuevo motor Catalyst de GE Aviation enfrentó un duro desafío en su campaña de pruebas de hielo los dos últimos inviernos, funcionando a temperaturas bajo cero para demostrar sus capacidades operativas y rendimiento.
“Durante mi primera entrevista de trabajo al comienzo de mi carrera en la aviación, me preguntaron sobre meteorología y respondí de acuerdo con mis habilidades como marinero. Así que me asignaron a las inclemencias del tiempo”, dijo Paolo Vanacore, ingeniero sénior para las inclemencias del tiempo en GE Aviation en Múnich, Alemania.
“La formación de hielo y otras amenazas atmosféricas pueden causar efectos perjudiciales en el rendimiento del motor aeronáutico y, en última instancia, en la seguridad, lo que resulta en una reducción del empuje o una falta de control del motor”, explicó Vanacore.
El equipo de ingenieros de GE comenzó a prepararse dos años antes de la primera prueba, definiendo el extenso protocolo llamado CPA, o Icing Critical Point Analysis. También incluyeron trabajos en otras pruebas y análisis de inclemencias del tiempo, como lluvia, granizo, nieve, cristales de hielo y condiciones mixtas, como lluvia helada, llovizna helada e ingestión de bloques de hielo.
“Fueron, en cierto modo, pruebas sin precedentes para un turbohélice. El CPA no se ha utilizado en un motor de aviación general durante varias décadas”, señaló Vanacore.
Después del primer viaje a Canadá en 2017, Vanacore se encontró de regreso en el Consejo Nacional de Investigación (NRC) en Ottawa en enero de 2020 después de que el Catalyst se hubiera instalado en el banco de pruebas de vuelo.
La sala de pruebas de Ottawa en el NRC está conectada al entorno exterior a través de un pequeño túnel de viento de unos 10 metros de largo. Desde aquí, el aire helado del invierno canadiense se aspira y se mezcla con gotas de líquido superenfriadas que se rocían por todo el túnel. Así, las condiciones atmosféricas y las temperaturas en vuelo se generan y se transmiten al motor en forma de nubes que consisten en pequeñas gotas a temperaturas bajo cero.
“Las gotas en estas nubes uniformes varían en tamaño desde aproximadamente 15 micrones hasta unos pocos milímetros, y las temperaturas oscilan entre -20 y 0 grados Celsius, simulando la variabilidad de la altitud, desde el nivel del suelo hasta aproximadamente 30 mil pies (9 Km)”, explica Vanacore. “Cuando caen por debajo de los -20 ° C, alcanzando los -40 ° C, por ejemplo, los cristales de hielo comienzan a formarse en las nubes. Especialmente a grandes altitudes, a ciertas velocidades, se vuelven como piedras. Realizamos pruebas que llevaron a estas nubes a fluir contra el motor en trayectorias verticales u horizontales extendidas. Este simulaba maniobras de vuelo con densidad y consistencia variable, dependiendo de las temperaturas pero también de la velocidad o el ángulo de impacto”.
Ese entorno puede parecer abrumador, pero es la realidad de lo que sucede en el aire. Los pasajeros a menudo no notan estos elementos duros gracias a pruebas tan sólidas del motor y la estructura del avión.
“Las gotitas en el aire pueden permanecer líquidas por naturaleza. Pero, tan pronto como un avión vuela a través de las nubes, inmediatamente se congelan por el impacto con superficies metálicas frías, como el fuselaje, las palas de las hélices y los componentes de entrada del compresor del motor, a menos que esas partes sean suficientemente resistentes al hielo”, continuó Vanacore.
Pero como muchas actividades, el brote de Covid-19 provocó algunos desafíos imprevistos. Se requirió que el equipo regresara a Europa a principios de marzo de 2020, y los ingenieros tuvieron que reorganizar su trabajo en medio de una crisis global sin precedentes.
A pesar de la distancia, los equipos pudieron seguir las actividades de prueba en tiempo real, gracias a las cámaras tanto en el exterior como en el interior del motor. Ocho microcámaras no intrusivas monitorearon los componentes del motor para lograr el objetivo principal de las pruebas, que era verificar que la acumulación o incluso el desprendimiento de hielo no dañaran la mecánica ni amenazaran el funcionamiento y el rendimiento.
Durante cientos de horas simulando todas estas condiciones de vuelo, se analizaron y almacenaron datos, lo que ayudó a probar y optimizar la capacidad y confiabilidad de los materiales, así como el diseño. En última instancia, todas las pruebas contribuyen a mejorar la seguridad.
“Los resultados fueron excelentes”, dice Vanacore. “Incluso simulamos el reinicio después de una larga inactividad a temperaturas polares. Las respuestas del motor han superado las expectativas. Y su sistema antihielo demostró un alto nivel de confiabilidad incluso en condiciones climáticas tan extremas donde rara vez se encuentra una aeronave en servicio”.
Según Vanacore, esta experiencia es una buena práctica debido al carácter multidisciplinario de los análisis y pruebas realizadas. Para tener éxito, fue necesario planificar y adaptar de acuerdo con las condiciones climáticas locales, permitiendo que la cantidad y la temperatura de aire adecuadas se transportaran al túnel para cada prueba específica.
“Fue un poco como buscar el viento mientras navegas en el mar con tu tripulación. Bueno, aquí un equipo de 20 profesionales de la aviación buscaba el frío y el hielo. Pero el nivel de trabajo en equipo, y sobre todo la cohesión, durante esta larga y fría carrera nos ha recompensado con un gran éxito”, finalizó Vanacore.
