Líquido anticongelante para aeronaves

En el deshielo en tierra de aeronaves , el fluido deshielo para aeronaves ( ADF ), el fluido deshielo y antihielo para aeronaves ( ADAF ) o el fluido antihielo para aeronaves ( AAF ) se utilizan comúnmente tanto en la aviación comercial como en la general . ^{[ 1 ] [ 2 ]} Las preocupaciones ambientales incluyen el aumento de la salinidad del agua subterránea donde se descargan los fluidos de deshielo en el suelo y la toxicidad para los humanos y otros mamíferos. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

Los fluidos anticongelantes se presentan en diversos tipos y suelen estar compuestos de etilenglicol (EG) o propilenglicol (PG), junto con otros ingredientes como espesantes , tensioactivos (agentes humectantes), inhibidores de corrosión , colorantes y tintes sensibles a los rayos UV . El fluido a base de propilenglicol es más común porque es menos tóxico que el etilenglicol.

SAE International (anteriormente conocida como la Sociedad de Ingenieros Automotrices ) publica normas (SAE AMS 1428 y AMS 1424) para cuatro tipos diferentes de fluidos anticongelantes para aviación:

Tipo  I

Los fluidos de tipo  I tienen baja viscosidad y se consideran "no espesantes". Proporcionan protección solo a corto plazo, ya que se escurren rápidamente de las superficies después de su uso. Generalmente se rocían calientes ( 54-82 ° C ) a alta presión para eliminar la nieve, el hielo y la escarcha. Suelen teñirse de naranja para facilitar su identificación y garantizar la aplicación de una capa uniforme.  

Tipo  II

Los fluidos de tipo  II son pseudoplásticos , lo que significa que contienen un agente espesante polimérico para evitar que se escurran inmediatamente de las superficies de la aeronave. El tipo  II evita que la nieve, el hielo o la escarcha se adhieran a la aeronave desde la plataforma hasta el despegue. Normalmente, la película de fluido permanece en su lugar hasta que la aeronave alcanza los 100 nudos (120 mph; 190 km/h) aproximadamente, momento en el que la viscosidad se degrada debido al esfuerzo cortante . Las altas velocidades necesarias para la degradación de la viscosidad implican que este tipo de fluido solo es útil para aeronaves de mayor tamaño. El uso de fluidos de tipo II está disminuyendo en favor de los de tipo IV. Los fluidos de tipo II suelen ser transparentes.     

Tipo  III

Los fluidos de tipo  III pueden considerarse un punto intermedio entre los de tipo  I y tipo  II; están diseñados para usarse en aeronaves de baja velocidad, con una velocidad de rotación inferior a 100  nudos. Generalmente se tiñen de amarillo brillante para facilitar su identificación y garantizar la aplicación de una capa uniforme.

Tipo  IV

El fluido de tipo  IV tiene la misma finalidad y cumple con los mismos estándares AMS que  el fluido de tipo II, pero ofrece un tiempo de retención más prolongado. Generalmente se tiñe de verde para facilitar su identificación y garantizar la aplicación de una capa uniforme.

La Organización Internacional de Normalización publica normas equivalentes (ISO 11075 e ISO 11078), que definen los mismos cuatro tipos.

Los fluidos descongelantes que contienen espesantes (tipos  II, III y IV) también se conocen como fluidos antihielo, porque se utilizan principalmente para evitar que se vuelva a formar hielo después de un descongelamiento inicial con un  fluido de tipo I.

El fluido TKS es similar al fluido tipo I y se utiliza en los sistemas de protección contra el hielo  TKS en vuelo . ^{[ 5 ]} También puede utilizarse para el deshielo en tierra. Cumple con estándares diferentes a los del fluido tipo I: DTD 406B, AL-5 y NATO S-745.   

El componente principal del líquido descongelante es un depresor del punto de congelación (DPC), generalmente propilenglicol o etilenglicol. Los demás ingredientes varían según el fabricante, pero la composición exacta de una marca específica de líquido suele ser información confidencial y de propiedad exclusiva.

Los fluidos de etilenglicol (EG) todavía se utilizan para el deshielo de aeronaves en algunas partes del mundo porque tienen una temperatura operativa de uso (LOUT) más baja que el propilenglicol (PG). Sin embargo, el PG es más común porque es menos tóxico que el etilenglicol. ^{[ 6 ] : 2–29 [ 2 ]}

En contextos ajenos a la aviación, _los productos químicos anticongelantes suelen contener sales de cloruro, como el cloruro de calcio ( CaCl₂ ). Estas están prohibidas en los fluidos anticongelantes para aeronaves debido a sus propiedades corrosivas.

Basándose en análisis químicos, la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos ha identificado cinco clases principales de aditivos ampliamente utilizados por los fabricantes:

1. El benzotriazol y el benzotriazol metil-sustituido se utilizan como inhibidores de la corrosión. ^{[ 7 ]}
2. Los alquilfenoles y los etoxilatos de alquilfenol son tensioactivos no iónicos que se utilizan para reducir la tensión superficial .
3. Trietanolamina , utilizada como tampón de pH .
4. Polímeros no lineales de alto peso molecular, utilizados para aumentar la viscoelasticidad .
5. Tintes utilizados para facilitar la identificación. ^{[ 8 ] : 46}

El fluido TKS (utilizado por los sistemas antihielo en vuelo de TKS) contiene un 85 % de etilenglicol , un 5 % de alcohol isopropílico y un 10 %  de agua.

La cantidad de líquido necesaria para descongelar una aeronave depende de una amplia variedad de factores. El descongelamiento de un avión comercial grande suele consumir entre 500 y 1000 galones estadounidenses (1900 y 3800 litros) de líquido diluido. 

El costo del fluido varía considerablemente debido a las condiciones del mercado. El precio que las empresas de servicios de deshielo cobran a los usuarios finales generalmente oscila entre US$8 y US$12 por galón diluido (US$2.10 a US$3.20 por litro).

Se estima que el uso anual total de fluidos anticongelantes en los EE. UU. es de aproximadamente 25 millones de galones estadounidenses (95 000 000 L) , desglosado de la siguiente manera (cifras de 2008, ajustadas para mostrar los totales de fluido sin diluir): ^{[ 8 ] : 43}  

El rendimiento del fluido descongelante se mide principalmente por el tiempo de retención (HOT, por sus siglas en inglés) y la temperatura mínima de uso operativo (LOUT, por sus siglas en inglés).

Tiempo de retención

El tiempo de espera (HOT, por sus siglas en inglés) es el tiempo que una aeronave puede permanecer sin tratamiento antes del despegue. Este tiempo se ve afectado por la dilución del fluido, la temperatura ambiente, el viento, las precipitaciones, la humedad, el material y la temperatura del fuselaje de la aeronave, entre otros factores. Si se excede el tiempo de espera, la aeronave debe volver a recibir el tratamiento antes del despegue.

Temperatura mínima de funcionamiento

LOUT es la temperatura más baja a la que un fluido antihielo/descongelante fluye adecuadamente de las superficies críticas de la aeronave y mantiene el margen de punto de congelación antihielo requerido para  los fluidos de tipo II, III y IV, que es de 13 y 18 °F (7 y 10 °C) para el fluido de tipo I por debajo de la temperatura del aire exterior.   

En Estados Unidos, la FAA publica tablas oficiales de tiempo de retención y temperatura mínima de uso operativo para todos los fluidos anticongelantes aprobados, y las revisa anualmente. ^{[ 9 ]}

Para  los fluidos de tipo I, el tiempo de retención indicado en las tablas de la FAA oscila entre 1 y 22  minutos, dependiendo de los factores situacionales mencionados anteriormente. Para  los fluidos de tipo IV, el tiempo de retención oscila entre 9 y 160  minutos.

Los fluidos descongelantes funcionan mejor cuando se diluyen con agua. Por ejemplo,  el fluido descongelante Dow UCAR sin diluir ^{[ 10 ]} (tipo  I – etilenglicol) tiene un punto de congelación de -28 °C (-18 °F) . El agua se congela a 0 °C (32 °F) ; sin embargo, una mezcla de 70 % de fluido descongelante y 30 % de agua se congela por debajo de -55 °C (-67 °F) . Esto se conoce como concentración eutéctica : la proporción de la mezcla en la que el punto de congelación de la mezcla es el más bajo y menor que el de cualquiera de las sustancias componentes.        

Según el fabricante, los fluidos anticongelantes pueden venderse en formulaciones concentradas o prediluidas. La dilución, cuando sea necesaria, debe realizarse de acuerdo con las condiciones climáticas ambientales y las instrucciones del fabricante para minimizar los costos sin comprometer la seguridad.

La dilución de una muestra concreta de fluido (y, por lo tanto, su punto de congelación) se puede confirmar fácilmente midiendo su índice de refracción con un refractómetro y consultando el resultado en las tablas del fabricante del fluido descongelante.

Los fluidos espesados ​​(tipos  II, III y IV) están diseñados para permanecer en las superficies después de su aplicación, proporcionando así protección antihielo. También están diseñados para desprenderse durante la carrera de despegue, evitando así que afecten negativamente el rendimiento del vuelo. Para lograr estos objetivos, deben aplicarse con el espesor adecuado.

Para un  fluido intravenoso típico de tipo IV, se requiere un espesor de capa de entre 0,04 y 0,12 pulgadas (1 y 3 mm) ; sin embargo, cada fabricante documentará sus propios requisitos.  

Los fabricantes de fluidos antihielo para aviación deben certificar que sus productos cumplen con las normas AMS  1424 y 1428  utilizando la prueba de rampa de alta velocidad definida, la prueba de rampa de baja velocidad y la prueba de resistencia a la pulverización de agua. ^{[ 11 ]}

El objetivo de estas normas es garantizar unas características aerodinámicas aceptables de los fluidos antihielo/deshielo a medida que fluyen desde las superficies de sustentación y control de la aeronave durante la aceleración en tierra y el ascenso en el despegue.

Con el desarrollo de fluidos descongelantes sin glicol, estas normas están evolucionando para abordar factores adicionales como la corrosión, la formación de espuma, el espesamiento, la formación de residuos, el deslizamiento y la formación de moho. ^{[ 12 ]}

La aplicación repetida de fluido antihielo tipo  II, tipo  III o tipo  IV puede provocar la acumulación de residuos en zonas aerodinámicamente tranquilas, cavidades y huecos. Estos residuos pueden rehidratarse y congelarse bajo ciertos cambios de temperatura, en condiciones de alta humedad y lluvia. Además, pueden bloquear o dificultar el funcionamiento de sistemas críticos de control de vuelo .

Se debe establecer un programa de inspección y limpieza adecuado cuando se utilicen este tipo de fluidos. ^{[ 13 ]}

Muchos fluidos anticongelantes, incluidos los fluidos a base de glicol, son tóxicos para los humanos y otros mamíferos, y dañan los ecosistemas donde se descargan, como las áreas alrededor de los aeropuertos. El uso de dichos fluidos puede provocar cambios en los hábitats acuáticos cercanos que perjudican a los peces y otros animales silvestres. ^{[ 6 ] : 2–23 [ 14 ] [ 15 ]}

El etilenglicol y el propilenglicol ejercen altos niveles de demanda bioquímica de oxígeno (DBO) durante su degradación en aguas superficiales. Grandes cantidades de oxígeno disuelto (OD) en la columna de agua se consumen cuando las poblaciones microbianas descomponen el propilenglicol. ^{[ 6 ] : 2–23} Este proceso puede afectar negativamente a los peces y otros organismos acuáticos al consumir el oxígeno necesario para su supervivencia.

Los fluidos espesados ​​suelen utilizar tensioactivos de alquilfenol etoxilado (APE), cuyos productos de biodegradación han demostrado ser disruptores endocrinos, por lo que están prohibidos en Europa y bajo la supervisión de la EPA en EE. UU. ^{[ 16 ]} Varios fluidos también utilizan inhibidores de corrosión de benzotriazol o toliltriazol, que son tóxicos y no biodegradables y, por lo tanto, persisten en el medio ambiente. ^{[ 17 ]} Se están realizando investigaciones para encontrar alternativas menos problemáticas. ^{[ 18 ]} Esto está resultando un desafío debido a los numerosos factores de rendimiento y seguridad que deben considerarse. ^{[ 12 ]}

Un fluido descongelante aprobado por la FAA de EE. UU. (Kilfrost DF Sustain) es 1,3-propanodiol , un producto de fermentación del maíz, como depresor del punto de congelación en lugar de etilenglicol o propilenglicol. ^{[ 19 ]}

El benzotriazol (y los toliltriazoles), aunque no son altamente tóxicos, no se degradan fácilmente y tienen una limitada capacidad de adsorción. Por lo tanto, solo se eliminan parcialmente en las plantas de tratamiento de aguas residuales y una fracción sustancial llega a las aguas superficiales, como ríos y lagos. ^{[ 7 ]}

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