Un simulador ayuda a caracterizar la contaminación atmosférica en las cabinas de los aviones

Los ‘eventos de humos’ se producen cuando fluidos como el aceite de motor o el fluido hidráulico contaminan el aire del interior de la cabina de un avión a través del ‘aire de purga’ utilizado para el suministro y acondicionamiento del aire. Las mediciones realizadas en vuelo no permiten determinar si la calidad del aire a bordo se ve afectada negativamente como consecuencia de ello. Con el Simulador de Contaminación del Aire de Purga (BACS), los investigadores del Instituto Fraunhofer de Física de la Construcción (IBP) pueden simular artificialmente situaciones de humos en tierra, contaminando deliberadamente el aire del interior de la unidad de pruebas con aceites y líquidos descongelantes y estudiando a continuación el aire contaminado. Los resultados pueden utilizarse para inferir posibles riesgos para la salud.

La mayoría de las aeronaves toman el ‘aire de purga’ para el aire acondicionado y la presurización de la cabina de pasajeros directamente del motor. En condiciones raras y desfavorables, este aire puede contener trazas de aceite de motor, fluido hidráulico o agentes descongelantes, que pueden entrar en las cabinas de los aviones, afectar negativamente a la calidad del aire de la cabina y causar olores inusuales. Estos sucesos se denominan eventos de humos y olores. ¿Qué niveles de subproductos se acumulan en el aire de la cabina a medida que estas sustancias se descomponen? ¿Qué medidas pueden adoptarse para reducir los posibles riesgos para la salud? Hasta ahora, estas preguntas han quedado sin respuesta. Esto se debe a que los episodios de humos son poco frecuentes y no pueden predecirse con antelación, por lo que no es posible identificar y cuantificar los contaminantes relevantes en el aire de la cabina en los vuelos regulares.

Los investigadores del Fraunhofer IBP estudian si el aire de cabina contaminado con aceite de motor puede perjudicar la salud de la tripulación y los pasajeros, cómo prevenirlo y cómo detectar los riesgos a tiempo para tomar medidas. Su simulador de contaminación del aire (Bleed Air Contamination Simulator, BACS) les permite simular las condiciones de presión y temperatura en el suministro de aire y contaminarlo deliberadamente con aceite y líquidos descongelantes. Se añaden cantidades definidas de aceite de motor al aire comprimido caliente para reproducir los procesos de degradación que tienen lugar en el aire de purga. Esto permite un análisis detallado de los productos de estas reacciones, que pueden entrar en la cabina y en el puesto de pilotaje si las condiciones son desfavorables.

“Los eventos de humos son raros e inesperados, por lo que no pueden captarse mediante un número predefinido de vuelos de prueba. Nuestra unidad de pruebas nos permite realizar estos importantes estudios en tierra y repetirlos tantas veces como se desee. Esto ahorra combustible de aviación y elimina emisiones y costes innecesarios”, afirma Christian Scherer, responsable del departamento de Medio Ambiente, Higiene y Tecnología de Sensores del Fraunhofer IBP. El simulador mide 20 metros de largo, 2 metros de ancho y 2 metros de alto. Dispone de 40 puertos de conexión donde pueden tomarse muestras para análisis en línea y pruebas de laboratorio. El caudal de aire es de hasta 300 kg/h, una quinta parte del que se encuentra en un avión de largo recorrido.

Los investigadores del Fraunhofer IBP están estudiando si los productos de la degradación térmica del aceite de motor tienen efectos tóxicos, en colaboración con colegas del Instituto Fraunhofer de Toxicología y Medicina Experimental ITEM, en el proyecto CAQ III (siglas de cabin/cockpit air quality’, calidad del aire en cabina), iniciado por la EASA, la Agencia de Seguridad Aérea de la Unión Europea. El objetivo es recopilar datos científicamente sólidos sobre los eventos de humos para sentar las bases de una evaluación más amplia y detallada de los riesgos para la salud y apoyar el desarrollo de normas de aviación en este ámbito. “Hasta ahora, nuestras pruebas no han confirmado la sospecha de que las sustancias producidas durante la descomposición del aceite de motor, que incluyen ácidos orgánicos como el ácido valérico y trazas de organofosfatos como el fosfato de tricresilo, pudieran tener efectos neurotóxicos”, afirma Florian Mayer, colega de Scherer. Las cantidades de partículas PM10 y PM2,5 generadas también son insignificantes. Sin embargo, se observa un fuerte aumento de las partículas ultrafinas con diámetros inferiores a 0,1 µm. Los investigadores tampoco han detectado ningún aumento ni del CO ni del CO₂. No obstante, aún están pendientes los resultados detallados. Se esperan para 2025.

Para realizar los análisis, primero se aspira aire ambiente en un compresor. Un calentador de aire calienta el aire a una temperatura de hasta 590 °C, en función de las necesidades. A continuación, se introducen diferentes concentraciones de contaminantes líquidos en el aire caliente, que se ha comprimido hasta 8 bares. Una vez que la mezcla de aceite y aire ha pasado por un mezclador, se ha descomprimido a 3 bares y se ha enfriado en el primero de los dos intercambiadores de calor, los investigadores pueden tomar las primeras muestras. A continuación, el aire pasa al segundo intercambiador de calor, donde se enfría aún más y se descomprime a condiciones ambientales hasta que el aire está a temperatura ambiente. En esta fase pueden tomarse muestras, por ejemplo, de partículas PM. Un recipiente de 300 litros situado al final de la línea simula la cabina del avión.

“Nuestro sistema es único en su género y tiene una amplia gama de aplicaciones. No sólo simulamos la descomposición de los fluidos de funcionamiento de los aviones, sino que el simulador nos ofrece a nosotros y a los clientes potenciales una forma de probar la eficacia de las distintas tecnologías de tratamiento del aire utilizadas en los aviones”, afirma Scherer. El aire contaminado también puede utilizarse para estudiar la eficacia de sistemas de purificación del aire como filtros, catalizadores y convertidores. Además, se pueden estudiar los sensores para ver lo bien que responden a los contaminantes. “Nuestras mediciones son precisas y cercanas a la realidad, como hemos demostrado de diversas formas”, afirma Mayer.