domingo, 28 de febrero de 2016

Sistema de detección de fuego y extinción

El sistema de extinción de incendios en la industria de la aviación ha sido desde los años 60 el famoso Halon (halón). Hasta entonces no había ningún agente extintor tan potente y efectivo. Este agente químico era algo completamente nuevo y pronto se estableció en la ICAO/OACI como un estándar en aviación. 

El Halón es un compuesto químico que puede usarse para muchos tipos de fuego distintos. Líquidos inflamables, cables eléctricos, equipos de electrónica/aviónica, combustibles y un amplio etc. ahora podían ser suprimidos con este elemento. El uso del Halón es ideal en los aviones porque no es corrosivo para la estructura de estos, además posee una cualidad muy importante y es que no es conductor de la electricidad. 

Aparte de esto, el Halón no deja residuos y es tan efectivo incluso en cantidades tan pequeñas, que su uso es apto para ser utilizado en espacios ocupados por pasajeros, como en la cabina de pasajeros o en la de vuelo. 

El problema

En los años 80, la comunidad científica empezó a identificar al Halón como uno de los causantes de la reducción de la capa de ozono. El Halón es junto con el Freón y otras familias de cloroflurocarbonos o CFC's son los mayores responsables de la destrucción de la capa de ozono. Estos elementos tienen una vida muy larga y sus residuos migran a las capas altas de la atmósfera donde los rayos ultravioletas del sol desencadenan la reacción química que causa la destrucción de esta capa protectora. 

La solución alternativa

En el acuerdo de Montreal de 1987 se establece la retirada de estos productos o CFC's y en 1992 se añade a la lista el famoso Halón. Sin embargo, en el mismo documento se dice explicitamente que el Halón deberá de seguir siendo utilizado en aquellas aplicaciones donde las alternativas no estén disponibles, tal cual es el caso de la aviación. A día de hoy ya se conoce algún agente con propiedades similares, no en vano la industria de la aviación lleva trabajando en ello más de 20 años, pero la puesta en práctica y certificación siguen siendo procesos lentos y caros. Los agentes químicos alternativos deben de ser probados exhaustivamente en condiciones de altas y muy altas temperaturas, grandes vibraciones, diferentes altitudes, en un amplio rango de fuegos de diferente naturaleza, etc. todo ello para que las autoridades de aviación civil, como la FAA y la EASA puedan garantizar que estos nuevos productos reúnen las llamadas "minimum performance standards" o MPS.

Además de esto, existen muchos otros elementos que se deben de tomar en consideración. Por ejemplo, el almacenamiento, la distribución y la aplicación del nuevo agente. La compatibilidad con los materiales de aviación, que incluye equipos, incluyendo la electrónica, líquidos, materiales compuestos y metales; tener una toxicidad equivalente o menor que el halón; etc. etc. Finalmente, el sistema y sus componentes deben ser de un tamaño y peso que pueda ser fácilmente integrado en el avión. Esto es particularmente difícil debido a que la mayor parte de los agentes que cumplen los valores MPS de la FAA y EASA exigen un aumento significativo de masa y/o volumen para proporcionar un rendimiento equivalente al del Halón. Algunos aviones militares están empezando a usar el compuesto HCL-125 como sustituto del Halón 1301. La FAA Estadounidense todavía no se ha pronunciado sobre su uso en aviación comercial. Por este motivo y hoy por hoy todavía seguiremos usando el Halón 1301 algunos años en aviación. 

y como siempre decimos en este Blog, "pocas cosas en el mundo están más reguladas que la aviación comercial", así que para el que esté interesado en saber sobre cuales son los estándares mínimos  (MPS) de la FAA (en inglés):


En el avión

El sistema de protección contra el fuego se encarga de monitorizar señales de fuego/humo que son mostradas en la cabina de los pilotos y en algunos modelos también en la cabina del personal de vuelo. Las áreas que están monitorizadas por el sistema suelen ser las siguientes:

  • Los motores
  • El APU
  • Los 2 compartimentos de carga
  • Los lavabos/papeleras

El ejemplo del Embraer 190

El sistema de detección y extinción contra incendios de este modelo es muy parecido al de cualquier avión comercial moderno. El panel se encuentra en la parte superior.


El botón para comprobación del sistema (test) generara las siguientes indicaciones:

  • 6 luces rojas en el panel superior. (2 palancas, 3 botones y la parte superior del botón del APU)
  • 5 mensajes (WARNING) en el EICAS. (ENG 1, ENG2, APU, FWD CARGO, AFT CARGO)
  • 2 indicaciones FIRE dentro de los indicadores ITT del motor (EICAS)
  • 2 luces rojas (WARNING) en el MASTER WARNING.
  • El sonido de la campana (Fire bell).
  • En total 15 luces deben de ser comprobadas cada vez que se realice la inspección prevuelo.
Esta comprobación se hace cada vez que se va a volar el avión, incluso cuando se recibe este de manos de otra tripulación sin haber hecho un apagado de la energía eléctrica. Existen botellas extintoras en la cabina de vuelo y la cabina de pasajeros. 

Los lavabos

Si el avión está configurado con 20 o más asientos, entonces por ley, en los servicios del avión también existen elementos de detección y extinción. En caso de que se detecte humo/fuego en estos lugares, un sistema de detección genera señales a los pilotos en el cockpit o bien una alarma y señales luminosas a la tripulación de cabina. El detector esta siempre en el techo de los lavabos. La botella extintora se descarga automáticamente.


El principio de operación de estos detectores de humo en los lavabos es muy ingenioso. El sensor de humo instalado en el techo utiliza el principio de ionización. El sensor emite una pequeña cantidad de radiactividad (...si, es radiactivo. Americio 241). Esta radiación ioniza el aire dentro del campo eléctrico entre los dos electrodos. 

El Americio 241 emite partículas alfa y rayos gamma de baja energía. Las partículas alfa colisionan con los átomos del aire (oxígeno y nitrógeno) en el interior del sensor produciendo iones. Estos iones tienen la tendencia a combinarse con partículas de humo neutralizandolos. 

Cuando las pequeñas partículas de humo entran en el detector, las moléculas de aire ionizadas se unen a estas partículas, esto hace que aumente la masa de las partículas ionizadas. Debido a este aumento de masa disminuye la velocidad de las partículas ionizadas y por lo tanto la corriente de ionización. Como la corriente disminuye y el voltaje aplicado es constante, la resistencia eléctrica entre los dos polos aumenta. Esta pequeña variación de la resistencia eléctrica en la cámara de ionización del sensor se utiliza entonces para producir una señal de advertencia que se manda a los pilotos.




Los lugares donde se suelen producir los incendios son las papeleras de los lavabos. En estos lugares es donde automáticamente en caso de necesidad se descargara una botella extintora. Cuando la temperatura alcanza los 170° F, los sellos de descarga de la botella de Halón 1301 se funden y el agente se esparce. A veces la única forma de saber si se ha descargado la botella es sopesar la misma. 

Los compartimentos de carga


Los compartimentos de carga de los modernos aviones comerciales están clasificados como clase C. Esto quiere decir que no se puede acceder a ellos en vuelo para extinguir un incendio.



Estos compartimentos (clase C) en el Embraer 190 están equipados con detectores de humo y dos botellas extintoras, una es la llamada “Highg Rate” o extinción inmediata y la otra es conocida como “Low Rate” o de mantenimiento del agente extintor. La botella “Highg Rate” se descarga completamente en pocos segundos, mientras que la botella “Low Rate” se descarga poco a poco a lo largo de una hora. El uso de las dos botellas implica que solo uno de los compartimentos (delantero o trasero) puede ser atendido. 

Aspecto de las típicas botellas esféricas de extinción.



Existen varios detectores de humo dentro de los habitáculos de carga montados en la parte superior del compartimento. Se necesitan al menos dos de ellos en un lapso de tiempo de menos de 45 segundos para generar una alarma. En caso contrario el sistema trata la detección como falsa alarma y comienza una comprobación BIT (Built In Test) para asegurar que los detectores funcionan correctamente. En el esquema inferior se puede apreciar las conexiones con las botellas extintoras del sistema de detección y extinción en los compartimentos de carga.

En el motor

Los detectores de sobre temperatura del sistema de sangrado de los motores son del tipo FENWAL. Se trata de un cable de tipo coaxial similar al de la antena de los televisores en el sentido que uno de los cables corre en su interior (positivo) aislado del polo externo (negativo).


El aislamiento de los dos polos se consigue gracias al empleo de un material de naturaleza salina que en su estado normal es sólido, pero que en presencia de una elevada temperatura se convierte en un fluido capaz de crear un corto entre los dos polos. El proceso es reversible y cuando la temperatura se reduce el material se solidifica y se convierte otra vez en aislante. 

Los detectores de fuego de los motores son del tipo neumático. Se trata de un tubo muy fino (capilar) de acero inoxidable que contiene un elemento sensor que reacciona a los cambios de presión provocados a su vez por un incremento de temperatura. El principio de operación es bastante sencillo, el núcleo del elemento sensor que recorre el tubo es un material inerte de carácter metálico que contiene molibdeno. El tubo esta repleto de un gas que normalmente es helio y que es absorbido o expulsado por el núcleo metálico que actúa como una esponja dependiendo de los cambios de temperatura.



A través del elemento aislante el cambio de presión cierra un circuito en el grupo de respuesta que genera una señal eléctrica. Esta señal eléctrica se envía a la MAU (ordenador de abordo), que a su vez genera un mensaje en el EICAS para los pilotos. El sistema de detección para los motores consta de dos lazos (llamados Loops en inglés) con 8 sensores cada uno. Para el piloto normalmente no es posible saber si cuenta con uno o dos lazos, pues el mensaje ENG DET FAIL (CAUTION) solo se genera cuando los dos lazos han fallado. Un lazo solo es suficiente para una detección normal. Por ello el avión puede ser despachado para el vuelo con un solo lazo operativo. 

El primer paso para la extinción: al tirar de la palanca de fuego en el panel superior del cockpit, se corta el sistema hidráulico, el de combustible y la electricidad generada por ese motor.
El segundo paso: rotar la palanca significa disparar el agente químico. Si una botella no fuera suficiente se puede usar una segunda botella.
Cada botella tarda unos 30 segundos en vaciarse. Una vez utilizadas cualquier fuego posterior en otro motor no podrá apagarse por este medio.

La parte dedicada al FAN es un área sin peligro de fuego y no se monitoriza ni se usa agente extintor en ella. La parte más delicada del motor es donde se encuentra la cámara de combustión y las turbinas. Las palancas de fuego están conectadas en las barras electricas de emergencia (HOT BATT BUSES), con lo que siempre están energizadas incluso con el avión apagado. Entrar en una cabina de pilotaje y activarlas significa iniciar un proceso irreversible. Para aquellos a los que les guste explorar y experimentar... por regla general no se debe de tocar nada en una cabina de vuelo sobre todo si está pintado de color rojo (como en este caso) o tiene bandas amarillas y negras.

Los diseñadores de aviones se toman muy en serio la posibilidad de fuego en un motor, por ello los pilones que sostienen los motores están aislados y en muchos casos certificados (según una de las ISO 9000)  para soportar un fuego durante un gran número de minutos (15 minutos en el caso del Embraer) sin que se vea afectado el resto de la estructura del avión (alas y fuselaje). Para poder llegar estos estándares tan altos de seguridad, los diseñadores tienen en cuenta: 


  • Reducir al mínimo el potencial de ignición.
  • El uso de compartimentación y aislamiento.
  • Enrutamiento de las líneas de transporte de fluido inflamable (hidráulico, aceite, etc.) lejos de los cables eléctricos y los conductos neumáticos calientes.
  • El uso de materiales de construcción no inflamables.
  • La utilización de cortafuegos.
  • Proporcionar un medio eficaz de detección y extinción de incendios en las zonas de fuego.
  • Proporcionar un cierre estanco para fluidos inflamables dentro y fuera de la zona de fuego.
  • Reducción al mínimo de la acumulación de fluidos y vapores inflamables mediante el uso de drenaje y ventilación.
En vuelo y durante el arrancado de los motores estos se monitorizan por medio de las pantallas digitales en los aviones modernos. En el caso del Embraer 190 se puede monitorizar la temperatura de los motores por medio de la pantalla EICAS, donde también se puede ver la temperatura del APU. 


En el Embraer 190 el sistema de detección de fuego del APU es muy parecido al del motor. Se trata de dos lazos con cuatro sensores de presión con el mismo principio de funcionamiento. Si se detecta fuego en tierra en el APU el sistema descarga la botella extintora inmediatamente después de 10 segundos. En vuelo no hay descarga automática, debe de ser generada manualmente, de lo contrario el APU continuará ardiendo.

En los aviones de última generación toso el proceso está muy simplificado y los elementos que debn de memorizar los pilotos (los llamados "memory items") son mínimos. la tendencia es que esto sea completamente automático en el futuro.

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