Meteorología · tema 9

Engelamiento

23 conceptos9 preguntas23 % de fallo medioLectura: 12 min
En 30 segundos
  • Hace falta agua líquida por debajo de 0 °C: gotas subfundidas que se hielan al chocar.
  • Entre 0 y −10 °C está la mayor parte del hielo. Gota grande, hielo claro; gota pequeña, granulado.
  • La escarcha nace en tierra, con el ala en el punto de rocío y este bajo 0 °C: no se despega con ella.
1

Agua líquida bajo cero: dónde está el hielo

Dónde está el hielo en 3DEscala vertical exagerada · aeródromo de ejemplo a 1.000 ft · gradiente estándar de 2 °C cada 1.000 ft
Azul: gotas subfundidas · gris: gotas sobre 0 °C · blanco: cristales
A tu altitud
−4 °C
Isocero
5.000 ft
Agua subfundida
Mucha
Hielo probable
Claro
+8 °C
Más calor abajo: el isocero sube. De noche y en invierno, baja.
7.000 ft
La base de las dos nubes está a 3.500 ft.
Nube

Dentro de la nube a −4 °C: estás en la banda de 0 a −10 °C, la que más gotas subfundidas tiene. Hielo claro en pocos minutos: media vuelta y fuera de la nube, hacia aire por encima de 0 °C.

Engelamiento
Formación de hielo sobre el avión o sus piezas: ala, cola, hélice, tomas de aire e instrumentos.
Agua subfundidasuperenfriada
Agua que sigue líquida por debajo de 0 °C. Se hiela de golpe en cuanto algo la toca.
Núcleo de congelación
Partícula sobre la que el agua empieza a helarse. Las gotas de nube, pequeñas y limpias, casi no tienen.
Isoceronivel de congelación
Altitud a la que el aire está a 0 °C. Por encima puede haber hielo. Cómo se calcula, en Temperatura del aire.
Engelamiento en nube
El que se forma al volar dentro de una nube con gotas subfundidas, por encima del isocero.
Por qué pasa

El agua no se hiela a 0 °C solo porque haga frío: necesita un núcleo donde empezar. Las gotitas de una nube son tan pequeñas y limpias que pueden seguir líquidas hasta −40 °C. Son las gotas subfundidas, y cualquier golpe las hiela: el del avión, por ejemplo.

Cuanto más frío, más gotas se han convertido ya en cristales, y los cristales rebotan sin pegarse. Por eso casi toda el agua subfundida está justo encima del isocero, entre 0 y −10 °C; en los cúmulos y cumulonimbos, las corrientes ascendentes la suben mucho más arriba. El isocero baja de noche y en invierno, y con una inversión puede haber dos.

Quédate con
  • Hielo en vuelo: agua visible y 0 °C o menos.
  • 0 a −10 °C: la banda con más agua subfundida.
  • Por debajo de −40 °C ya no queda agua líquida.
Ejemplo resuelto · dónde hay hielo
Datos
Aeródromo a 1.000 ft con 8 °C · cúmulos de 3.500 a 8.000 ft (ejemplo)
Isocero
1.000 + 8 ÷ 2 × 1.000 = 5.000 ft
−10 °C
5.000 + 10 ÷ 2 × 1.000 = 10.000 ft
Resultado
Hielo dentro de la nube de 5.000 a 8.000 ft
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Al chocar: hielo claro, granulado y mixto

Gotas contra el borde de ataque en 3DCorte del ala de ejemplo (cuerda 1,5 m) · gotas y hielo a escala exagerada · modelo orientativo
Destello: lo que se hiela al instante · bolitas: el agua que escurre
Se hiela al chocar
6 %
Tipo
Hielo claro
Forma
Cuernos y escurrido
Agarre
Muy fuerte · denso
−5 °C
Por debajo de −40 °C no quedan gotas líquidas.
Tamaño de gota

Gotas grandes (unos 40 µm) a −5 °C: cada una se hiela un 6 % al chocar. El resto escurre hacia atrás antes de helarse: hielo transparente, duro y pesado, que forma cuernos. El hielo claro es el más peligroso: se agarra fuerte, pesa y deforma el perfil.

TipoCuándo
Hielo claro0 a −10 °C, gotas grandes y mucha aguaNube típicaCúmulos y cumulonimbos; lluvia engelanteAspecto y formaTransparente y liso; cuernos y escurrido hacia atrásAgarre y peligroMuy fuerte y pesado; cuesta quitarlo. El más peligroso
Hielo mixto−10 a −15 °C, gotas de tamaños distintosNube típicaCúmulos; gotas mezcladas con nieveAspecto y formaRugoso y blanquecino; cuernos cortosAgarre y peligroFuerte; deforma el perfil
Hielo granulado−15 a −20 °C, o gotas pequeñasNube típicaNubes en capa: estratos y estratocúmulosAspecto y formaBlanco, opaco y poroso; en punta hacia la corrienteAgarre y peligroAgarra y pesa menos, es frágil, pero ensucia el perfil
EscarchaSuperficie en el punto de rocío o por debajo, con rocío bajo 0 °CNube típicaSin nube: noche despejada y en calmaAspecto y formaCristales finos, como sal o plumasAgarre y peligroFina, pero rugosa: con ella no se despega

Bandas orientativas: FAA AC 91-74B y FAA-H-8083-28. Lo que el examen llama «hielo blanco» u «opaco» es el granulado.

Cima de una montaña con los árboles cubiertos de una capa blanca y opaca de hielo, bajo un cielo azul con nubes bajas.
Cencellada en los árboles de una montaña: gotas de niebla subfundidas que se hielan al instante. Es el mismo hielo granulado que crece en el borde de ataque.Grant W. Goodge · NOAA Photo Library · dominio público
Hielo estructural
Hielo que se forma sobre las superficies exteriores del avión: alas, cola, montantes, hélice y antenas.
Hielo clarocristalino
Hielo transparente, duro y pesado. Lo forman gotas grandes cerca de 0 °C que escurren antes de helarse.
Hielo granuladoopaco · blanco · cencellada
Hielo blanco, poroso y frágil: gotas pequeñas que se hielan al instante y atrapan aire. Es el que el examen llama «hielo blanco» u «opaco».
Hielo mixto
Mezcla de los dos: rugoso y blanquecino. Sale con gotas de tamaños distintos o con nieve dentro de la nube.
Escurrimiento
Agua que no se hiela al chocar y corre hacia atrás por el ala hasta congelarse más lejos.
Gotas grandes subfundidasSLD
Gotas de llovizna o de lluvia engelante. Chocan más atrás del borde de ataque y forman crestas donde no se esperan.
Por qué pasa

Al congelarse, el agua suelta calor. Una gota a −10 °C solo puede helar de golpe una octava parte de sí misma, porque el calor que suelta la deja a 0 °C. El resto tiene que ceder ese calor al aire que pasa, y eso lleva tiempo.

Si llega poca agua y en gotas pequeñas, el aire se lleva el calor enseguida: la gota se congela casi en el sitio, atrapa aire y el hielo crece en punta, blanco y opaco. Si llega mucha agua en gotas grandes, cerca de 0 °C, no da tiempo: escurre hacia atrás y forma hielo claro con cuernos. Lo intermedio es el mixto.

Quédate con
  • Hielo claro: gota grande, 0 a −10 °C, escurre. El más peligroso.
  • Hielo granulado: gota pequeña y más frío. Opaco, frágil y en punta.
  • Todo hielo es peligroso, también a alta velocidad.
Ejemplo resuelto · cuánto se hiela al chocar
Calor
Helar 1 g de agua suelta 334 J; calentarlo 1 °C pide 4,2 J
Por grado
4,2 ÷ 334 ≈ 1/80 de la gota por cada grado bajo cero
A −10 °C
10 ÷ 80 ≈ 12 % se hiela al instante
Resultado
El 88 % queda líquido a 0 °C: cede su calor al aire o escurre
3

Lluvia engelante y nieve húmeda

Lluvia engelante en 3DCorte de un frente cálido · escala vertical muy exagerada · pendiente 1:150 y temperaturas de ejemplo
Rojo: gotas subfundidas · puntos: temperatura con la altura, naranja sobre 0 °C
En superficie
Lluvia engelante · FZRA
A tu altitud
−3,8 °C · lluvia engelante
Isoceros
2.200 ft y 4.500 ft
Capa cálida
máx. +4,6 °C
100 km
Por delante del frente cálido, en el lado del aire frío.
1.500 ft
Altitud sobre el terreno de ejemplo, que está al nivel del mar.

A 100 km del frente, la cuña fría llega a 2.200 ft. Encima hay una capa cálida de hasta +4,6 °C: la nieve que cae se funde en ella. Abajo, las gotas caen en aire bajo cero y llegan subfundidas: se hielan al tocar. A 1.500 ft te cae lluvia engelante: hielo claro en el parabrisas y en el ala en pocos minutos. Arriba hace más calor, pero un ULM no sube a buscarlo: vuelve o aterriza.

Ramas finas envueltas en una funda de hielo transparente y liso, con bultos y goterones helados, sobre un cielo azul.
Ramas envueltas en hielo claro después de una lluvia engelante: cada gota se heló al tocarlas.Velatrix · Wikimedia Commons · CC0
Lluvia engelanteFZRA
Lluvia de gotas subfundidas que se hielan al tocar el suelo o el avión. Con gotas finas, llovizna engelante (FZDZ). En el METAR va con FZ: códigos de tiempo presente.
Capa cálida en altura
Capa de aire por encima de 0 °C sobre aire bajo cero. Funde la nieve que cae de las nubes.
Dos isoceros
Con una capa cálida encima del aire frío, el 0 °C aparece dos veces: en la superficie frontal y en lo alto de la capa cálida.
Nieve húmeda
Copos a medio fundir, con agua líquida. Se pegan al avión, tapan tomas y parabrisas y se hielan si después pasas a aire bajo cero.
Bolitas de hieloPL
Gotas que se vuelven a helar al caer por una capa fría gruesa. En el METAR se llaman «hielo granulado», pero no son el hielo granulado del avión.
Por qué pasa

Delante de un frente cálido, el aire cálido sube por encima de una cuña de aire frío. La nieve que cae de las nubes atraviesa la capa cálida y se funde. Luego entra en la cuña, bajo cero, y las gotas no tienen tiempo de helarse: llegan subfundidas y se congelan al tocar lo que sea.

Es el peor hielo: gotas muy grandes, mucha agua y temperatura cerca de 0 °C. Forma hielo claro en minutos, también detrás del borde de ataque. Si la cuña es gruesa, las gotas se vuelven a helar y caen bolitas de hielo, que avisan de lluvia engelante más arriba. Los demás tipos de precipitación, en Precipitación.

Quédate con
  • Lluvia engelante: capa cálida arriba y aire bajo cero abajo.
  • Bolitas de hielo en el suelo: lluvia engelante más arriba.
  • Un ULM no sube a buscar la capa cálida: vuelve o aterriza.
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Escarcha: el hielo que se forma en tierra

Escarcha en el ala en 3DAvión de ejemplo aparcado · de las 18:00 a las 09:00 · temperaturas de ejemplo
Flechas: calor que el ala pierde hacia el cielo
Aire a 2 m
+0,6 °C
Ala
−2,4 °C
Punto de rocío
−2 °C
En el ala
Escarcha
06:30
Desde la puesta de sol. Amanece hacia las 07:30.
−2 °C
Lo marca la humedad del aire. Bajo 0 °C: escarcha; sobre 0 °C: rocío.

A las 06:30 el aire está a +0,6 °C y el ala, a −2,4 °C. El ala está en el punto de rocío o por debajo, y ese punto está bajo 0 °C: el vapor pasa directo a hielo desde las 04:00. No hacen falta gotas ni aire bajo cero. Quítala entera antes de volar: puede impedir que el avión se eleve a la velocidad normal de despegue.

Escarcha
Hielo fino en cristales que el vapor deposita directamente sobre una superficie que está en el punto de rocío o por debajo, con el rocío bajo 0 °C.
Enfriamiento radiativo
Pérdida de calor de una superficie hacia el cielo despejado. De noche deja el ala más fría que el aire.
Rocío helado
Rocío que se forma con el punto de rocío sobre 0 °C y luego se hiela al seguir enfriándose el ala. Más duro y transparente.
Escarcha en vuelo
La que aparece al bajar con el avión muy frío a una capa de aire húmedo y más templado.
Por qué pasa

En una noche despejada y en calma, el ala pierde calor hacia el cielo y se queda varios grados más fría que el aire. Cuando su superficie llega al punto de rocío, el aire pegado a ella se satura. Si ese punto está bajo 0 °C, el vapor pasa directo a hielo: es la escarcha, y no hacen falta gotas ni que el aire esté bajo cero.

Parece poca cosa, pero el ala necesita una superficie lisa. La rugosidad despega el flujo antes: menos sustentación máxima y más resistencia justo al despegar, y el avión puede no elevarse a su velocidad normal. Las cifras, en Aspectos generales.

Quédate con
  • Escarcha: superficie en el punto de rocío y este bajo 0 °C.
  • Para la escarcha, el aire puede estar sobre 0 °C: lo que cuenta es la temperatura del ala.
  • Escarcha en el ala: no despegas hasta quitarla toda.
Ejemplo resuelto · ¿habrá escarcha mañana?
Datos
18:00 · 9 °C · punto de rocío −2 °C · noche despejada y en calma (ejemplo)
Aire
Mínima ≈ +0,5 °C al amanecer: no baja de 0 °C
Ala
Unos 3 °C más fría que el aire → ≈ −2,5 °C
Comparación
−2,5 °C ≤ −2 °C, y el rocío está bajo 0 °C
Resultado
Escarcha en el ala desde las 4:00, más o menos
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Qué le hace el hielo a un ULM

Dónde se pega primeroEsquema propio · en azul, dónde crece el hielo · según FAA AC 91-74B
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  1. 1
    Antena y sonda de temperaturaPiezas finas: se blanquean las primeras y son tu primer aviso.
  2. 2
    Tubo pitotEl hielo tapa la toma y el anemómetro deja de marcar bien.
  3. 3
    Montantes y trenFinos y a la vista desde la cabina: el hielo se ve enseguida.
  4. 4
    ColaSu perfil es más fino que el del ala: se hiela antes y pierde eficacia.
  5. 5
    Borde de ataque del alaMenos sustentación, más resistencia y pérdida a más velocidad.
  6. 6
    HéliceMenos tracción, vibraciones y trozos de hielo que salen despedidos.
  7. 7
    ParabrisasSe cubre y te quedas sin ver hacia delante en la aproximación.
Borde de ataque de una cola en un túnel de hielo, cubierto por una capa gruesa y blanca de hielo con crestas que sobresalen hacia delante.
Hielo en el borde de ataque de una cola, en el túnel de hielo de la NASA: crece hacia delante, contra la corriente, y cambia la forma del perfil.NASA Glenn Research Center · dominio público
ParteQué le hace el hielo
AlaDeforma el perfil y lo vuelve rugoso: menos CL máximo y ángulo crítico, más resistenciaQué notasPierdes velocidad con la misma potencia; la pérdida llega antes y a más velocidadMás enLa pérdida
Cola y mandosLa cola, más fina, se hiela antes. El hielo en bisagras y holguras frena los mandosQué notasMandos duros o que no llegan al tope; menos eficaciaMás en—
HéliceLe cambia la forma a las palas y las desequilibraQué notasVibraciones, menos tracción y trozos de hielo contra el aviónMás enHélices
Pitot y estáticaTapa las tomas de presiónQué notasAnemómetro a cero o erróneo; altímetro y variómetro paradosMás enInstrumentos y equipos
ParabrisasSe cubre de hieloQué notasSin visión hacia delante en la aproximaciónMás en—
AntenasEngordan y vibran; pueden romperseQué notasRadio con ruido o sin radioMás en—
PesoMás masaQué notasPeor ascenso; pesa menos que el cambio de forma del perfilMás en—
Toma de aire y carburadorFiltro tapado; hielo en el venturiQué notasPérdida de potenciaMás enMotor y sistemas

Orden de magnitud y comportamiento: FAA AC 91-74B.

Eficiencia de captación
Parte de las gotas que encuentra una pieza y que acaban chocando con ella. Es mayor cuanto más fina es la pieza y más grandes son las gotas.
Hielo en la hélice
Hielo en las palas y el cono. Les cambia el perfil y el equilibrio: menos tracción y vibraciones.
Hielo en las superficies de control
Hielo en timones, alerones y sus bisagras. Puede endurecer o bloquear el mando y le quita eficacia.
Por qué pasa

Las piezas gruesas desvían el aire con tiempo y muchas gotas pasan de largo. En una pieza fina el aire se aparta en el último momento y las gotas, más pesadas, no pueden seguirlo: chocan. Por eso la antena, el pitot, los montantes y la cola se hielan antes que el ala, y son el primer aviso.

El peso del hielo importa menos que la forma. Un borde de ataque deformado o rugoso despega el flujo antes: baja la sustentación máxima, sube la resistencia y llega antes la pérdida, a más velocidad y con menos aviso. Un ULM tiene poco margen de potencia: con la resistencia extra puede no mantener la altitud.

Quédate con
  • Primero se hielan las piezas finas: antena, pitot, montantes y cola.
  • Hielo en el ala: menos sustentación, más resistencia, pérdida antes.
  • Pesa más la forma del hielo que su peso.
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Carburador y pitot: el hielo de los sistemas

SistemaCuándo
CarburadorHumedad alta y de −7 a 21 °C: riesgo grave. Posible hasta unos 30 °C, incluso con cielo despejadoPrimer indicioPaso fijo: bajan las rpm. Paso variable: baja la presión de admisión con las rpm constantesQué hacesCalefacción a fondo: las rpm bajan un poco y, si había hielo, suben al fundirseMás enMotor y sistemas
PitotNube o lluvia con 0 °C o menosPrimer indicioEl anemómetro baja hacia cero o se queda fijoQué hacesCalefacción del pitot si la tienes; sal de la zona y vuela con actitud y potenciaMás enInstrumentos y equipos

Rangos del hielo de carburador como en Motor y sistemas.

Hielo de carburador
Hielo en el venturi y la mariposa: el aire se enfría al pasar y al evaporarse la gasolina, y su humedad se congela. En 3D, en Motor y sistemas.
Evaporación
Paso de líquido a vapor. Toma calor de lo que tiene alrededor: la gasolina que se evapora enfría el aire del carburador.
Calefacción del carburador
Aire caliente tomado junto al escape que evita o funde el hielo del carburador. Resta algo de potencia.
Calefacción del pitot
Resistencia que calienta el tubo pitot para evitar o quitar el hielo. No lo detecta: hay que encenderla.
Obstrucción del pitot
Hielo que tapa la toma de presión total: el anemómetro deja de marcar bien. Qué marca cada instrumento, en Instrumentos y equipos.
Por qué pasa

El hielo de carburador no necesita nube ni temperatura bajo cero. En el venturi la presión baja y el aire se enfría, y la gasolina, al evaporarse, le quita más calor: dentro puede hacer más de 20 °C menos que fuera. Con aire húmedo, esa humedad se congela en las paredes y en la mariposa.

Con hélice de paso fijo lo notas en las rpm, que bajan. Con paso variable, el regulador mantiene las rpm y lo que baja es la presión de admisión. Al dar calefacción, el aire caliente enriquece la mezcla: las rpm bajan un poco y, si había hielo, suben después al fundirse.

Quédate con
  • Hielo de carburador: con humedad alta, de −7 a 21 °C, aunque fuera no hiele.
  • Hielo de carburador: con paso fijo bajan las rpm; con paso variable baja la presión de admisión.
  • La calefacción del pitot evita el hielo; no lo detecta.
7

Intensidad, avisos y cómo salir

IntensidadQué significa
TrazaEl hielo empieza a verseRitmo de referenciaMenos de 6 mm/hQué haces en un ULMSal antes de que vaya a másDónde la verás—
LigeroCrece despacio; un avión con deshielo lo usa de vez en cuandoRitmo de referencia6 a 25 mm/hQué haces en un ULMSal ya: no tienes deshieloDónde la verás—
ModeradoConviene cambiar de rumbo o de altitudRitmo de referencia25 a 75 mm/hQué haces en un ULMSal de inmediato y notifícaloDónde la verásAIRMET (MOD ICE) y mapa SWL
FuerteHay que cambiar de rumbo o de altitud de inmediatoRitmo de referenciaMás de 75 mm/hQué haces en un ULMEmergencia: sal y notifícaloDónde la verásSIGMET (SEV ICE, SEV ICE (FZRA)) y mapa SWL

Moderado y fuerte: SERA, apéndice 5. Traza y ligero, y los ritmos en el borde del ala sin protección: FAA AIM 7-1, orientativos.

Evitar, reconocer y salirUn ULM no lleva antihielo ni deshielo: su defensa es no entrar
  1. 1Evitaren tierra
    • Mira el isocero y las nubes previstas en el GAMET y el mapa SWL.
    • FZRA, FZDZ o FZFG en el METAR o el TAF: no sales.
    • AIRMET o SIGMET con hielo en tu ruta: cambia el plan.
    • Avión limpio: ni escarcha ni nieve en alas, cola y hélice.
  2. 2Reconoceren vuelo
    • Agua visible, nube o lluvia, con 0 °C o menos.
    • Primer hielo en la antena, el pitot, los montantes y el parabrisas.
    • La hélice vibra y necesitas más potencia para la misma velocidad.
    • Los mandos se notan más duros.
  3. 3Salirya
    • Media vuelta hacia donde no había hielo.
    • Fuera de la nube y hacia aire sobre 0 °C: abajo, si el terreno lo permite.
    • Con lluvia engelante, aterriza: no subas a buscar la capa cálida.
    • Notifica el hielo moderado o fuerte. Con hielo encima, más velocidad y virajes suaves.
Engelamiento moderadoMOD ICE
El que hace aconsejable cambiar de rumbo o de altitud. Se notifica al ATS.
Engelamiento fuerteSEV ICE
El que obliga a cambiar de rumbo o de altitud de inmediato. Se notifica al ATS.
Aeronotificación especialSERA.12005
Aviso que el piloto da al ATS en cuanto puede al encontrar un fenómeno peligroso, como hielo moderado o fuerte.
Por qué pasa

Un ULM vuela VFR, fuera de nubes, y no lleva sistemas antihielo. Su defensa es no entrar donde hay agua visible bajo cero: una nube por encima del isocero, una lluvia engelante, nieve húmeda. Se prepara en tierra con el isocero, las nubes previstas y los AIRMET, SIGMET y mapas.

Si aun así aparece hielo, cada minuto cuenta: sal por el camino más corto hacia donde no lo había. Casi siempre es hacia abajo y fuera de la nube, a aire por encima de 0 °C, si el terreno lo permite. Con hielo encima, vuela con más velocidad, sin virajes bruscos, y aterriza en cuanto puedas.

Quédate con
  • La defensa de un ULM es no entrar: no lleva antihielo.
  • Con hielo: media vuelta, fuera de la nube y a aire sobre 0 °C.
  • Hielo moderado o fuerte: se notifica al ATS.
#

Números que caen

0 a −10 °CBanda en la que es más probable el hielo en el avión.
−40 °CPor debajo ya no quedan gotas líquidas: solo cristales.
T ÷ 2Altura del isocero sobre el campo, en miles de ft, con el gradiente estándar. Más baja de noche y en invierno.
−7 a 21 °CCon humedad alta, riesgo grave de hielo de carburador. Posible hasta unos 30 °C.
−30 % / +40 %Sustentación y resistencia con escarcha fina como lija (orden de magnitud, FAA).
!

Trampas del examen

Opción incorrecta más elegida en las preguntas del tema · % de fallo real

Error típicoEl hielo en el avión es más probable entre −20 y −35 °C.
CorrectoEntre 0 y −10 °C: ahí hay más gotas subfundidas. Más frío, casi todo es cristal.
59 %17 resp.
Error típicoLa escarcha se forma cuando caen gotitas sobre una superficie bajo 0 °C.
CorrectoCon la superficie en el punto de rocío o por debajo, y el rocío bajo 0 °C: el vapor pasa directo a hielo.
57 %14 resp.
Error típicoLa escarcha cambia el ángulo de ataque y el avión despega antes de tiempo.
CorrectoPuede impedir que el avión se eleve a la velocidad normal de despegue.
36 %11 resp.
Error típicoPara que se forme hielo hace falta una nube de mediano o gran desarrollo vertical.
CorrectoBasta agua líquida, de nube o de precipitación, a 0 °C o menos. También en nubes en capa.
17 %12 resp.
Error típicoCon 4 °C no se puede formar hielo en el carburador.
CorrectoFalso: dentro del carburador el aire se enfría más de 20 °C.
8 %12 resp.

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