MANUAL DE VUELO
Instrumentos básicos

Instrumentación.

Instrumentos básicos de vuelo.

Los instrumentos básicos de vuelo son aquellos que nos informan de la altura y velocidad del avión, su actitud respecto al suelo sin necesidad de tomar referencias, si está en ascenso, descenso o nivelado, y en que dirección vuela.

Estos instrumentos básicos, salvo la brújula, se suelen dividir en dos grupos: aquellos que muestran información basándose en las propiedades del aire (anemómetro, altímetro, y variómetro) y los que se basan en propiedades giroscópicas (indicador de actitud, indicador de giro/viraje, e indicador de dirección). Cada uno de estos instrumentos tiene su capítulo correspondiente dentro de esta sección, pero antes es conveniente explicar que se entiende por propiedades del aire y propiedades giroscópicas.

2.2.1   Sistema de pitot y estática.

Los instrumentos basados en las propiedades del aire realmente miden presiones, absolutas o diferenciales que, convenientemente calibradas, nos ofrecen traducidas en forma de pies de altura, pies por minuto, o millas, kilómetros o nudos de velocidad. El sistema de pitot y estática es el que se encarga de proporcionar las presiones a medir por los instrumentos conectados a este sistema: altímetro, variómetro y anemómetro.

Para su correcto funcionamiento, estos instrumentos necesitan que se les proporcione la presión estática, la presión dinámica, o ambas. Estos dos tipos de presión definen los componentes principales de este sistema: un dispositivo que recoge la presión de impacto (pitot) y otro que recoge la presión estática, ambos con sus respectivas conducciones.

En algunos aeroplanos, por ejemplo Piper, la recogida de ambas presiones se realiza en un mismo dispositivo (pitot), aunque lo habitual es que ambas fuentes estén separadas.

El tubo de pitot. Consiste en un tubo sencillo u otro dispositivo similar, de tamaño no muy grande, que se monta enfrentado al viento relativo, en el borde de ataque o debajo del ala, aunque en ciertos aeroplanos está colocado en el morro del avión o en el estabilizador vertical, tratando siempre de localizarlo a salvo de perturbaciones o turbulencias causadas por el movimiento del avión en el aire. Este dispositivo recoge la presión de impacto (cuanto más rápido vuela el avión mayor presión de impacto sobre el pitot) mediante un orificio en su punta, que debe permanecer siempre libre de cualquier impureza (insectos, etc.) que lo pueda obstruir. Algunos tienen un pequeño agujero en la parte de abajo para facilitar su limpieza.

Tipos de pitot

Cuenta también con una resistencia interna, accionable por un interruptor desde la cabina (pitot heat), que al calentarse impide la creación de hielo cuando se vuela en condiciones atmosféricas que propician su formación. Siempre que se vaya a volar en condiciones de humedad visible, es conveniente conectar la calefacción del pitot para prevenir la formación de este hielo, y una vez desaparecidas estas condiciones, desconectarla para evitar desgastes y falsas indicaciones debido a la temperatura.

Mientras está el avión aparcado, suele ponerse una funda al pitot con el fin de que no entren insectos, gotas de líquido, impurezas, etc. funda que ha de retirarse durante la inspección prevuelo si no queremos quedarnos sin lectura en el indicador de velocidad (anemómetro). En cierta ocasión me encontré durante la carrera de despegue, con gases a tope, observando el indicador de velocidad y los segundos pasaban sin que este se moviera. Solución: abortar el despegue, tenía tiempo y pista suficiente, y volver al aparcamiento. Causa: no había retirado la funda del tubo de pitot. Aprendizaje: No me volvió a pasar nunca más.

Las tomas estáticas. Como su propio nombre indica, toman la presión del aire libre en que se mueve el avión. Son unos orificios, protegidos por alguna rejilla o similar, que normalmente están situados en el fuselaje porque es donde sufren menos perturbaciones. Lo usual es que estas tomas sean dobles, una a cada lado del fuselaje, y sus conducciones se conecten en forma de Y en una sola para compensar posibles desviaciones, sobre todo en los virajes ceñidos en que una toma recibe mayor presión estática que otra.

Estas tomas, salvo en aviones capaces de volar en zonas de muy baja temperatura, no necesitan de protección antihielo debido a su ubicación, pero igual que el tubo pitot deben mantenerse limpias de impurezas.

Algunos aviones tienen una toma alternativa de emergencia en el interior de la cabina, siempre y cuando no esté presurizada. Esta presión alternativa suele ser más baja que la proporcionada por las tomas estáticas por lo que en caso de ser utilizada, el altímetro indicará más altura, el anemómetro indicará mayor velocidad y el variómetro indicará ascenso cuando en realidad volamos recto y nivelado.

Mediante la presión de impacto, el anemómetro, que es el único instrumento que la recibe, nos indica la velocidad del avión respecto al aire en que vuela. Por otro lado, la presión estática se distribuye a los tres instrumentos: tanto el variómetro como el altímetro necesitan de la presión estática para compararla con la presión con que han sido calibrados y esta presión diferencial mostrarla en forma de altitud o tasas de ascenso/descenso. En el caso del anemómetro, el objetivo es regular la presión dada por el tubo pitot ofreciendo una medición de la presión dinámica proporcional a la velocidad del avión.

Sistema de pitot y estática

2.2.2   Fallos en el sistema de pitot y estática.

Si el tubo pitot está bloqueado, por suciedad, formación de hielo, insectos, olvido de retirar la funda protectora, etc., el aeroplano no dispondrá de presión dinámica (de impacto) dando lugar a que las indicaciones del anemómetro sean erróneas según que se produzca una de las siguientes situaciones (suponiendo las tomas estáticas libres):

Este bloqueo del tubo pitot, suponiendo de nuevo las tomas estáticas libres, no debería afectar ni al variómetro ni al altímetro dado que estos instrumentos solo dependen de la presión estática para su funcionamiento.

Si el bloqueo se produce en las tomas estáticas, esto producirá error en los tres instrumentos que necesitan de la presión estática: anemómetro, variómetro y altímetro:

Si el bloqueo se produce en el tubo pitot y en las tomas estáticas los tres instrumentos mostrarían velocidad horizontal, altitud y velocidad vertical constante o cero.

2.2.3   Propiedades giroscópicas.

Un giróscopo es un aparato en el cual una masa que gira velozmente alrededor de su eje de simetría permite mantener de forma constante su orientación respecto a un sistema de ejes de referencia. Cualquier cuerpo sometido a un movimiento de rotación acusa propiedades giroscópicas, por ejemplo una peonza. Las propiedades giroscópicas fundamentales son: rigidez en el espacio y precesión.

La rigidez en el espacio se puede explicar por la 1a Ley del Movimiento de Newton, que dice: "Un cuerpo en reposo tiende a estar en reposo, y un cuerpo en movimiento tiende a permanecer en movimiento rectilíneo, salvo que se le aplique una fuerza externa". Siempre y cuando tenga suficiente velocidad, la fuerza de inercia que genera la peonza la hace girar erguida incluso si inclinamos la superficie sobre la cual gira, ofreciendo una gran resistencia a los intentos de volcarla o forzar su inclinación.

Rigidez en el espacio

La segunda propiedad -precesión- es la respuesta del objeto cuando se le aplica una fuerza en algún borde. Volviendo a la peonza, es la reacción de esta cuando en su rápido giro la tocamos en uno de sus bordes. El resultado de esta reacción es como si el punto de aplicación de la fuerza estuviera desplazado 90º en el sentido de giro del objeto. La precesión es inversamente proporcional a la velocidad de giro (a mayor velocidad menor precesión) y directamente proporcional a la cantidad de fuerza de deflexión aplicada.

Precesión giroscópica

A la hora de fabricar un giróscopo, se procura que el rotor este construido con un material pesado o de muy alta densidad, con su masa repartida de forma uniforme y que además gire a gran velocidad con el mínimo posible de resistencia por fricción.

Este elemento giratorio se monta sobre un sistema de ejes que confieren al giróscopo distintos grados de libertad de movimientos, siendo el más comúnmente utilizado el denominado montaje universal, en el cual el giróscopo es libre de moverse en cualquier dirección sobre su centro de gravedad. Un giróscopo de este tipo se dice que tiene tres planos o tres grados de libertad.

Giróscopo

Debido a sus cualidades, los giróscopos proporcionan unos planos fijos de referencia, planos que no deben variar, aunque cambie la posición del avión. Gracias a esto, el piloto dispone de instrumentos que le proporcionan la posición espacial del avión con respecto a distintos ejes o planos de referencia. Estos instrumentos son: indicador de actitud también llamado "horizonte artificial", indicador de giro y virajes denominado también "bastón y bola", e indicador de dirección.

Precesión giroscópica

El giróscopo puede montarse horizontal o verticalmente, según que el rotor gire de una forma u otra y de acuerdo al uso que se quiera hacer del mismo. En el horizonte artificial el giróscopo tiene un montaje horizontal mientras que en el indicador de dirección y en bastón y bola el montaje es vertical.

El giróscopo del horizonte artificial se encarga de mantener fijo el plano horizontal (avioncito y fondo de tierra y cielo) mientras que lo que se mueve es la caja del instrumento conforme se mueve el avión. Dicho de otra manera, el avión se mueve alrededor del giróscopo que se mantiene fijo y paralelo al horizonte.

Sucede algo similar con los indicadores de dirección y de viraje, aunque en este caso sus giróscopos mantienen fija la vertical y es el avión (la caja del instrumento) el que se mueve sobre ese eje.

Sistema de vacio e instrumentos operados por giroscopos

El rápido movimiento giratorio del rotor de los giróscopos se puede obtener por vacío o por un sistema eléctrico. En algunos aviones todos los giróscopos se activan con el mismo sistema (vacío o eléctrico); en otros, el sistema de vacío opera sobre el indicador de actitud y el indicador de dirección mientras el indicador de viraje es operado por el sistema eléctrico.

El sistema de vacío o succión se logra por medio de una bomba movida por el motor, cuya capacidad y tamaño dependerá de la cantidad de giróscopos del avión. Mediante este vacío se insufla una corriente de aire sobre los alabes del rotor que hace que este gire velozmente como una turbina.

La presión de vacío o succión necesaria para el buen funcionamiento de los instrumentos suele variar entre 4" y 5". En el panel de instrumentos se dispone de un indicador que muestra la cantidad de succión de este sistema. Una baja succión durante un periodo extendido de tiempo puede indicar un fallo del regulador de vacío, suciedad en el sistema o un escape en el mismo. Si el sistema falla por cualquier razón el indicador tiende a caer a cero, y los instrumentos que se nutren de este sistema fallarán. El problema es que el efecto es gradual y puede no ser notado por el piloto durante algún tiempo.

Indicador de succión

El sistema de giro-succión solo es utilizable por debajo de 30.000 pies y con temperaturas por encima de -35ºF por lo cual los aviones comerciales que vuelan por encima de esa altitud suelen estar equipados con giróscopos eléctricos.

Notas:

En el mundo aeronáutico anglosajón se denomina a estos seis instrumentos básicos como “the basic six”.

En octubre de 1996 el vuelo 603 de Aeroperú cayó al mar, pereciendo todos sus ocupantes, debido a que la tripulación no tenía ninguna indicación fiable en la cabina; las tomas estáticas habían sido tapadas con cinta americana al repintar el avión, cintas que no fueron luego removidas. Se recomienda tener en cuenta lo siguiente:

Aunque en inglés, un buen vídeo explicativo: Pitot and Static Instrument

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Copyright Miguel Angel Muñoz Navarro