La solución a este tipo de problemas en aeronaves de Boeing implica formar especialistas de alto nivel, pero lamentablemente, la situación en México se ve empañada por la falta de apoyo y el acoso institucional desde el mismo IPN.

Por Julio César Gómez Mancilla*                                            

Antecedentes

La tragedia del vuelo 243 de Aloha Airlines que viajaba al Aeropuerto Internacional de Honolulu, Hawaii, Estados Unidos ocurrió el 28 de abril de 1988; el avión era un Boeing modelo 737-200 con 19 años de ser construido, 35,500 horas de vuelo, cerca de 90,000 ciclos de despegues más aterrizajes. El alto ciclado fue por la cantidad de vuelos de corta duración entre Islas del archipiélago, muy cercanas en distancia; en cada vuelo la cabina se presuriza y luego la presión se libera, con esfuerzos mecánicos de fatiga en ambos ciclos. A la tragedia contribuyeron la vida útil ya consumida del fuselaje al sobrepasar los ciclos de fatiga del diseño que, aunado a la alta vibración, fueron los principales responsables. De las 95 personas a bordo, hubo más de 60 heridos varios de gravedad, únicamente una sola persona fallecida, la azafata, quien fue succionada afuera de la aeronave por el boquete que se abrió en la cabina del avión.

Al día siguiente en la Washington University St. Louis, Estados Unidos, en la clase de Mecánica de la Fractura, impartida por el profesor Paul C. Paris, fue convocado al panel de expertos a analizar las causas, y en clase discutimos el suceso. La descompresión explosiva de la cabina fue causada por una pequeña fractura, fatigada arriba del Kic, valor crítico de intensificación del esfuerzo que la aleación de aluminio podía soportar. La aeronave siniestrada acusaba amplitud de vibración relativamente alta, lo que contribuyó a fatigar la estructura. Según la Ley de Paris, una fisura creció súbitamente de manera inestable y se propagó a una velocidad supersónica, de allí la descripción, explosiva. Una propagación inestable viaja a cerca de la mitad de la velocidad del sonido en el material fracturado, esta última entre 5,000 y 7,000 Km/hr en metales. La Ley postulada por nuestro profesor son teoría y ecuaciones sobre el crecimiento estable de fisuras; también su libro del año 2006 con Claude Bathias, Fatiga por GIGA ciclos en la Práctica Mecánica es otra contribución.

Inicios de la tecnología

A finales de la década de los años cincuenta, una serie de catástrofes ocurrió a los nuevos aviones ingleses “Comet”, primeros con propulsión por jet, llegaron a desintegrarse en el aire. Por ello, la compañía Boeing contrató a los profesores, Ewins, Sih, Paris y otros pocos, para investigar los sucesos y sus causas, creando así la tecnología de la Mecánica de la Fractura.  Es decir, los Comet, vuelo de Aloha Airlines, y lo que actualmente ocurre con los Boeing 737 no son casos aislados; sin embargo, gracias a los avances tecnológicos, no ocurren frecuentemente, sino muy rara vez. Por otro lado, algunas catástrofes de explosiones de rotores de turbinas y generadores en plantas de energía eléctrica. Especialmente ocurrieron en las décadas de los años setenta y ochenta al explotar rotores en operación, pesando decenas de toneladas, acarrearon pérdidas de vidas humanas y económicas; por lo que sugiero ver el artículo del profesor Y. Ishida, compilando casos e investigaciones del autor.

Directiva FAA en el caso actual

Tras el incidente, sin víctimas, del vuelo de la Alaska Airlaines, el 6 de enero de 2024, la Administración Federal de Aviación (FAA, por sus siglas en inglés, que regula la aviación de Estados Unidos) por la directiva AD #: 2024-02-51, ordenó una inspección inmediata de los aviones Boeing 737 Max 9. En México, la compañía Aeromexico opera 19 naves Boeing 737 de sus 160 aeroplanos, porcentaje significativo, 11.88% de su flota, produciendo enorme sangría económica al país y a la empresa aérea. En el mundo operan 215 aeronaves de este modelo todos ellos no podrán volar hasta no haberse diagnosticado y solucionado el problema de la puerta-tapón de la cabina de pasajeros.

Fatiga por ciclos a muy alta frecuencia, VHCF

Esfuerzos de muy baja intensidad, pero acumulando cientos, miles y decenas de miles de millones de repeticiones, alrededor de 109 ciclos son responsables de colapso estructural súbito. Investigaciones en la frontera del conocimiento echan por tierra el concepto que diversos libros de texto llaman el Límite de Fatiga; éste en la realidad no existe. Toda máquina, turbina, estructuras –sean de avión, de autos o plataformas– más tarde que temprano fallan, entre otros factores, por la omnipresente vibración. Dichas fallas en aeronaves, satélites y estructuras voladoras pueden resultar catastróficas. Por ello, proyectos europeos multinacionales, entre ellos los desarrollados en Ecole Arts et Metiers, ENSAM, Francia, lidera desarrollos de 8 países europeos participantes.

El autor de estas líneas fue invitado un año sabático a colaborar en VHCF en Paris, Francia,  de septiembre 2021 a agosto de 2022. Por lo que contribuí con una mejora al diseño de procedimientos para estandarizar pruebas internacionales de VHCF que permite detectar el inicio del daño por fisura.

Temperatura de Transición de la Apariencia de la Fractura, FATT por sus siglas en Inglés, caracteriza el comportamiento del material ante la temperatura a la que opera dicho material, desde fractura con superficies fracturadas en modo frágil, hasta con propagación dúctil que absorbe mucha energía de deformación plástica. Las temperaturas bajas reducen enormemente la propiedad de la tenacidad del metal como genéricamente ilustran las siguientes figuras, para aceros dulce.

Hipótesis sobre posible causa del incidente

Respeto al Boeing de Alaska Airlines, sin tener información del interior, se señalan como sospechosas deficiencias los pernos que contribuyen a fijar la puerta-tapón. A priori, tratando de aportar conocimiento, formulo la hipótesis.

Posiblemente:

• a) La vibración afloja y fatiga dichos pernos, pero también parte del fuselaje externo a la puerta-tapón;
• b) Creo que influyen, la fatiga mecánica vibratoria, conjuntada con reducción de propiedades del material por bajas temperaturas (FATT) y ciclado térmico;
• c) Se requerirá re-analizar y modificar el diseño por posible mala ubicación del tapón-puerta.

La exploración de soluciones al problema de la puerta-tapón involucra caracterización por Fatiga de Alta Frecuencia, VHCF, especialmente pruebas a los pernos, similares a las que, el ingeniero Julio Andrei Gómez realiza en el Instituto Politécnico Nacional (IPN), y que considera propiedades FATT.

Solución al problema nulificada por acoso en el IPN

La solución a este tipo de problemas implica formar especialistas de alto nivel, pero lamentablemente, la situación en México se ve empañada por la falta de apoyo y el acoso institucional desde el mismo IPN. La falta de expertos en el país y la necesidad de formación en instituciones extranjeras, como el Arts et Métiers ParisTech (ENSAM) en Francia, se ven obstaculizadas por decisiones que perjudican no solo al autor de este texto, sino al avance tecnológico del país.

Me explico. En México falta equipo de especialistas de alto nivel expertos en estos problemas. Para una eficiencia real, se requiere formarlos en instituciones extranjeras como el ENSAM, para abonar a la suma de experiencia; que laboren e investiguen para resolver estos temas y evitar estas tragedias, ahora y en el futuro. Así, se pueden sentar las bases para reducir la dependencia tecnológica y disminuir pérdidas económicas y, claro, humanas.

Pero, de forma lamentable, funcionarios de la Secretaría de Investigación y Posgrado (SIP) y diversos jefes de Sección SEPI de la Escuela Superior de Ingenieria Mecánica y Eléctrica, ESIME-Zacatenco del Instituto Politécnico Nacional (IPN), acosen durante años a este autor y se empeñen en acabar con su trayectoria. Aunque lo anterior, cause perjuicio al avance tecnológico del país para resolver estos problemas de carácter científico-internacional.

Como resultado de mi buen desempeño en ENSAM, el laboratorio PIMM de Paris, los directivos del laboratorio ofrecieron, a través de cartas institucionales firmadas por directivos de PIMM ENSAM, realizar con ellos co-tutelas doctorales con mexicanos; la mitad de los años, ellos estarían en ENSAM-París, y sufragaría tales periodos con dinero francés.

Resulta inconcebible que, con tal de perjudicar el avance de la ciencia en México y, de paso, mi desarrollo personal, al quitarme a estudiantes-doctorantes que con alto esfuerzo se consiguen, colegas y autoridades del IPN, ya mencionadas acaban con estos planes. De esta forma, se nulifica la formación de especialistas profesionales y especializados y, además, quedamos mal parados ante esta institución francesa. El acoso con sevicia, lamentablemente continúa. Sin duda alguna, en ocasiones, los mexicanos somos nuestros peores enemigos.

Columna anterior: Acoso, educación y las fatídicas 5P’s: P-PISA, P-SNTE, Pizza-P, PIB, País

• Profesor, fundador de laboratorio de Vibraciones y Rotodinámica del IPN | Integrante del Sistema Nacional de Investigadores CONACyT 28 años.

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