Sistema de inertización

Un sistema de inertización disminuye la probabilidad de combustión de materiales inflamables almacenados en un espacio confinado. El sistema más común de este tipo es un tanque de combustible que contiene un líquido combustible, como gasolina, combustible diesel, combustible de aviación, combustible para aviones o propulsor de cohetes. Después de estar completamente lleno, y durante su uso, existe un espacio encima del combustible, llamado espacio vacío, que contiene el combustible evaporado mezclado con aire, que contiene el oxígeno necesario para la combustión. En las condiciones adecuadas, esta mezcla puede encenderse. Un sistema de inertización sustituye el aire por un gas que no puede soportar la combustión, como el nitrógeno.

Principio de funcionamiento

Se requieren tres elementos para iniciar y mantener la combustión en el espacio vacío: una fuente de ignición (calor), combustible y oxígeno. La combustión se puede prevenir reduciendo cualquiera de estos tres elementos. En muchos casos no existe ninguna fuente de ignición, p. tanques de almacenaje. Si no se puede evitar la presencia de una fuente de ignición, como es el caso de la mayoría de los tanques que alimentan combustible a los motores de combustión interna, entonces el tanque puede hacerse no inflamable llenando el espacio libre con un gas inerte a medida que se consume el combustible. En la actualidad se utiliza casi exclusivamente dióxido de carbono o nitrógeno, aunque algunos sistemas utilizan aire enriquecido con nitrógeno o vapor. El uso de estos gases inertes reduce la concentración de oxígeno del espacio libre por debajo del umbral de combustión.

Petroleras

Los petroleros llenan el espacio vacío sobre la carga de petróleo con gas inerte para evitar incendios o explosiones de vapores de hidrocarburos. Los vapores de aceite no pueden arder en aire con menos del 11% de contenido de oxígeno. El gas inerte puede suministrarse enfriando y depurando los gases de combustión producidos por las calderas del barco. Cuando se utilizan motores diésel, los gases de escape pueden contener demasiado oxígeno, por lo que se pueden instalar generadores de gas inerte que queman combustible. Se instalan válvulas unidireccionales en las tuberías de proceso hacia los espacios del tanque para evitar que los vapores o nieblas de hidrocarburos volátiles entren a otros equipos. Los sistemas de gas inerte han sido requeridos en los petroleros desde las regulaciones SOLAS de 1974. La Organización Marítima Internacional (OMI) publica la norma técnica IMO-860 que describe los requisitos para los sistemas de gas inerte. Otros tipos de carga, como los productos químicos a granel, también pueden transportarse en tanques inertizados, pero el gas inerte debe ser compatible con los productos químicos utilizados.

Aeronave

Los tanques de combustible para aviones de combate han estado inertizados durante mucho tiempo, además de ser autosellantes, pero los de aviones de carga militares y aviones de categoría de transporte civil no, en gran parte debido a consideraciones de costo y peso. Las primeras aplicaciones con nitrógeno se realizaron en Handley Page Halifax III y VIII, Short Stirling y Avro Lincoln B.II, que incorporaron sistemas de inertización alrededor de 1944.

Cleve Kimmel propuso por primera vez un sistema de inertización para las aerolíneas de pasajeros a principios de los años 1960. Su sistema propuesto para aviones de pasajeros habría utilizado nitrógeno. Sin embargo, la Administración Federal de Aviación de Estados Unidos (FAA) se negó a considerar el sistema de Kimmel después de que las aerolíneas se quejaran de que no era práctico. De hecho, las primeras versiones del sistema de Kimmel pesaban 2.000 libras, lo que habría reducido sustancialmente su capacidad de pasajeros. Sin embargo, la FAA casi no realizó ninguna investigación para inerte los tanques de combustible durante 40 años, incluso ante varias explosiones catastróficas de los tanques de combustible. En cambio, la FAA se centró en mantener las fuentes de ignición fuera de los tanques de combustible.

La FAA no consideró sistemas de inertización livianos para aviones comerciales hasta el accidente del vuelo 800 de TWA en 1996. El accidente se atribuyó a una explosión en el tanque de combustible del ala central del Boeing 747 utilizado en el vuelo. Este tanque normalmente se usa sólo en vuelos muy largos y había poco combustible en el tanque en el momento de la explosión. Una pequeña cantidad de combustible en un tanque es más peligrosa que una gran cantidad, ya que se necesita menos calor para evaporar el combustible restante. Esto hace que la relación combustible-aire disponible aumente y exceda el límite inferior de inflamabilidad. La explosión de un Boeing 737 de Thai Airways International en 2001 y de un 737 de Philippine Airlines en 1990 también se produjo en tanques que tenían combustible residual. Estas tres explosiones ocurrieron en días cálidos, en el tanque del ala central (CWT) que se encuentra dentro de los contornos del fuselaje. Estos tanques de combustible están ubicados cerca de equipos externos que inadvertidamente calientan los tanques de combustible. El informe final de la Junta Nacional de Seguridad en el Transporte (NTSB) sobre el accidente del TWA 747 concluyó que "el vapor de combustible en el espacio libre del vuelo 800 CWT de TWA era inflamable en el momento del accidente".. La NTSB identificó la "Eliminación de mezclas explosivas en tanques de combustible en aeronaves de categoría de transporte" como artículo número 1 en su lista de los más buscados en 1997.

Después del accidente del vuelo 800, un informe de 2001 de un comité de la FAA afirmó que las aerolíneas estadounidenses tendrían que gastar 35 mil millones de dólares para modernizar sus flotas de aviones existentes con sistemas de inertización que podrían evitar futuras explosiones. Sin embargo, otro grupo de la FAA desarrolló un prototipo de sistema de inertización basado en aire enriquecido con nitrógeno (NEA) que funcionaba con aire comprimido suministrado por los motores propulsores del avión. Además, la FAA determinó que el tanque de combustible podría volverse inerte reduciendo la concentración de oxígeno disponible al 12% en lugar del umbral previamente aceptado del 9 al 10%. Boeing comenzó a probar un sistema derivado propio y realizó vuelos de prueba exitosos en 2003 con varios aviones 747.

El nuevo sistema de inertización simplificado se sugirió originalmente a la FAA a través de comentarios públicos. Utiliza un material de membrana de fibra hueca que separa el aire suministrado en aire enriquecido con nitrógeno (NEA) y aire enriquecido con oxígeno (OEA). Esta tecnología se utiliza ampliamente para generar aire enriquecido con oxígeno con fines médicos. Utiliza una membrana que deja pasar preferentemente la molécula de nitrógeno (peso molecular 28) y no la molécula de oxígeno (peso molecular 32).

A diferencia de los sistemas de inertización de los aviones militares, este sistema de inertización funciona continuamente para reducir la inflamabilidad del vapor de combustible cuando los motores del avión están en marcha. El objetivo es reducir el contenido de oxígeno dentro del tanque de combustible al 12%, menor que el contenido normal de oxígeno atmosférico del 21%, pero mayor que el de los tanques de combustible inertizados de aviones militares, que tienen un objetivo de 9% de oxígeno. Esto se logra ventilando el gas residual cargado de vapor de combustible fuera del tanque y hacia la atmósfera.

Reglas de la FAA

Después de lo que dijo fueron siete años de investigación, la FAA propuso una norma en noviembre de 2005, en respuesta a una recomendación de la NTSB, que exigiría a las aerolíneas "reducir los niveles de inflamabilidad de los vapores de los tanques de combustible en tierra y en el aire". Este fue un cambio con respecto a los 40 años anteriores de política en los que la FAA se centraba únicamente en reducir las posibles fuentes de ignición de los vapores de los tanques de combustible.

La FAA emitió la regla final el 21 de julio de 2008. La regla modifica las regulaciones aplicables al diseño de nuevos aviones (14CFR§25.981) e introduce nuevas regulaciones para la seguridad continua (14CFR§26.31–39), Requisitos operativos para aeronaves nacionales. Operaciones (14CFR§121.1117) y Requisitos operativos para transportistas aéreos extranjeros (14CFR§129.117). Las regulaciones se aplican a aviones certificados después del 1 de enero de 1958 con una capacidad de pasajeros de 30 o más o una capacidad de carga útil superior a 7500 libras. Las regulaciones se basan en el desempeño y no requieren la implementación de un método en particular.

La norma propuesta afectaría a todos los diseños futuros de aviones de ala fija (capacidad de pasajeros superior a 30) y requeriría una modernización de más de 3.200 aviones Airbus y Boeing con tanques de combustible de ala central, durante nueve años. Inicialmente, la FAA había planeado ordenar también la instalación en aviones de carga, pero la administración Bush eliminó esta medida de la orden. Además, los aviones regionales y los aviones de pasajeros más pequeños no estarían sujetos a la regla, porque la FAA no los considera con alto riesgo de explosión del tanque de combustible. La FAA estimó el costo del programa en 808 millones de dólares durante los próximos 49 años, incluidos 313 millones de dólares para modernizar la flota existente. Comparó este costo con un “costo para la sociedad” estimado en 1.200 millones de dólares. de un gran avión de pasajeros que explota en el aire. La regla propuesta llegó en un momento en que casi la mitad de las aerolíneas estadounidenses estaban operando. la capacidad estaba en los transportistas que estaban en quiebra.

La orden afecta a las aeronaves cuyas unidades de aire acondicionado tienen la posibilidad de calentar lo que puede considerarse un tanque de combustible del ala central normalmente vacío. Algunos aviones Airbus A320 y Boeing 747 están programados para una "acción temprana". En cuanto a los nuevos diseños de aviones, el Airbus A380 no tiene tanque de combustible en el ala central y, por lo tanto, está exento, y el Boeing 787 tiene un sistema de seguridad del tanque de combustible que ya cumple con la norma propuesta. La FAA ha declarado que ha habido cuatro explosiones de tanques de combustible en los 16 años anteriores (dos en tierra y dos en el aire) y que, según esta estadística y la estimación de la FAA, se produciría una de esas explosiones. Cada 60 millones de horas de vuelo, probablemente se producirán unas 9 explosiones de este tipo en los próximos 50 años. Los sistemas de inertización probablemente evitarán 8 de esas 9 explosiones probables, dijo la FAA. Antes de que se propusiera la norma sobre el sistema de inertización, Boeing declaró que instalaría su propio sistema de inertización en los aviones que fabrica a partir de 2005. Airbus había argumentado que sus aviones no eran compatibles. El cableado eléctrico hizo que el sistema de inertización fuera un gasto innecesario.

A partir de 2009, la FAA tenía una norma pendiente para aumentar nuevamente los estándares de los sistemas de inertización a bordo. Otros están desarrollando nuevas tecnologías para proporcionar inertización de tanques de combustible:

1. El sistema On-Board Inert Gas Generation System (OBIGGS), probado en 2004 por la FAA y la NASA, con una opinión escrita por la FAA en 2005. Este sistema está actualmente en uso por muchos tipos de aviones militares, incluido el C-17. Este sistema proporciona el nivel de seguridad que el aumento propuesto de las normas de FAA ha sido escrito alrededor. Los críticos de este sistema citan el elevado costo de mantenimiento reportado por los militares.
2. Tres empresas independientes de investigación y desarrollo han propuesto nuevas tecnologías en respuesta a los subsidios de investigación y desarrollo de la FAA y la SBA. El objetivo de estas subvenciones es desarrollar un sistema superior al OBIGGS que pueda sustituir los métodos clásicos de inerte. Ninguno de estos enfoques ha sido validado en la comunidad científica general, ni han producido estos esfuerzos productos disponibles comercialmente. Todas las empresas han emitido comunicados de prensa o dado charlas no revisadas.

Otros métodos

Otro método que se utiliza actualmente para inertar tanques de combustible es un sistema de vacío. La FAA ha decidido que el peso añadido de un sistema de espacio libre hace que su implementación en el campo de la aviación no sea práctica. Algunos aviones militares estadounidenses todavía utilizan sistemas de inertización de espuma a base de nitrógeno, y algunas empresas envían contenedores de combustible con un sistema de vacío a través de rutas de transporte ferroviario.