4 instrumentos del avion (pallet) by FRANCISCO SOLIS

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Tr ad ucido por : LU IS FER NA NDE Z MA RTIN EZ

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Tít ulo original inglés : AIR eRAF INST RUM ENTS. publicado por LO NG MA N G ROU P UK LTD . Rese rvados los derecho s para todos los países de lengua española. Ninguna parte de esta publ icación , incluido el diseño de la cubiert a, pued e se r reproducida , almacenada o transmitid a de ninguna forma, ni por ningún medi o, sea éste electrónico , químico , mecáni co , electr o-óptico, grabación. fotocopia cualquier ot ro, sin la previa autori zació n escrita por pa rte de la Edit o rial .

Inlpreso en Espa ña Print ed in Spain ISB N: 027 3015397 (edició n ingle sa) ISBN : 84-28 3- 1320 -2 (edición española) Dep ósito lega l: M . 42 .352.- 1991

editorial Parani1fo

Magallan es, 25 - 280 15 MADRI D

Arte s Gráfica s BENZAL, S.A ., Virtudes , 7 - 280 10 MADR ID

(10109 /45170)

Ind ice d e materias

Prólogo

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Prólogo a la segunda edició n. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

Pró logo a la pri me ra edició n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

Fondo hi s t órico

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l . Req nisitos y normas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Req uisito s No rmas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19 19 22

2. Eleme ntos y mecanismo s de lo s instr ume ntos

Elem entos Mecanismos Engranaj es Muelles en es piral. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Co mpensació n d e te mpe rat ura de lo s mecan ismos de los instrum entos . Her meti cidad d e los instrumentos co n tra lo s efectos atmosféricos . . . ,

24 24 30

Pregunt as . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Presen taciones, paneles y d isposiciones d e los instrumentos . . . . . . . . .

Prese nta ciones cuantita tivas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Presen tacion es cualitat ivas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Present aciones dir ecto ras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Present acion es al mismo nivel qu e la lín ea de visión del pilo to. Presen tacion es emisoras d e luz .. _ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pane les de instrumen to s y su di sposición :..... Agru pamiento de lo s instrumentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Métod o s d e mon taje d e los inst rument os . . . . . . . . . . . . . . . . . Indicadores magnéti co s y "líneas de tlujo " Ilum inación d e instru mento s y paneles d e instrument os . . . . . . Pregu ntas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . .. ......

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32 35

36 46 46 49 51 54 55 60 61 63 66

4 . In stru men tos y sistema s pitot-estát ica 67 67 Siste mas pitot-estática Disp osición de los circuit os ca lefac to res. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .72 Error de pres ió n ( po sició n) .. . '. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 Situació n de lo s tub os pit ot con tom a está tica y ven tilacio nes está ticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Fue nt es de presión alt ernativa 77

I NDl C E D E M AT E RI A S

Dr enaj es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tu berías . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Med ición d e la a ltitud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A n e mó metro s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mcd ido res d e n úm ero de m a ch In di cad o r d e núm ero d e ma ch / ve Jocidad co n respecto a l a ire Ind ic ad o r d e ve loci d ad indicad a/ calcu lada Unidad es d e co n m u tac ió n d e vel o cidad con respect o al a ire Indi c ad ores de velocid ad ver t ica l o va rió me tro s '. . . . . . . . . . Ca lcu lad o res central es d e da to s d e a ire . . . . . . . . . . . . . . . . . Pregu ntas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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. . 78 .. 79 .. 81 .. 10 3 10 7 1 11 11 2 113 . . . . . . . . 116 . . . . . . .. 12 3 . . . . . . . . 130

5 . In strume ntos prin cipales d e vu elo (ind icadore s d e p osición d e vuel o) . 132 El girósco po y sus pro pieda des . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 13 7 Re fere ncias es t ab lec ida s po r los giróscopo s 13 8 Limit a c iones d e un girós copo libre 140 Ca m b io d e d ire cció n d el eje del girósco po po r tra nspo rte 141 Lim ita cio nes d e lo s giróscopos d e d espla zam iento Mé tod o s p ara a ccion ar in stru m ento s d e vu e lo giro scópicos 14 2 14 3 El horizo n te giro scópico Siste mas de erecció n para hori zo ntes giro scóp icos 149 In di cad ores d e in clin a ción lat e ra l y viraj e ' 16 5 Coord inad o res d e viraj es ' 17 1 Pregu ntas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2

6. Instru men tos de ind icació n de rumbo Br újula s magn ética s de le ct ura d irecta Magnet ismo terrestre T ip o s d e brúju las de le ctura di recta Co ns tr n cció n d e la brúju la Errores de ace leración y viraje El giró scopo dire c cion al Pregu nt as . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17 4 174 17 9 182 18 5 186 19 1 197

7 . ll rúj u las d e ind iea d ó n remo ta 199 Elemento s d et ect ores d e flu jo 200 Verifi cación d e girósco po e ind icad or 208 El em ent o s d el girósco po direccio na I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 10 Indi cad o r d e rum h o 2 12 2 14 N ivelació n d e l gir ó scopo 2 15 Mo d o s d e o pera ció n d e jo s siste mas de b rúj u las In d ica ció n d e rumb o magn é ti co e n las regio nes pol ares 2 17 Co mp e nsació n de las desviacion es 2 19 Errores e n lo s sist ema s d e brúju las 2 I9 22 0 Pregunt as 8 . Mag ne tismo d e l a vió n y s us e fecto s sobre la s brúju las Efe ctos de la s compone ntes ma gnét icas so b re las b rújula s Coe ficie nt es d e d esv iació n Aju st e y com pe nsació n d e d esvia ción de las brújulas \

22 1 222 23 1 234

I NDlC E DE t>I A T E R IAS

Dispo sit ivos de co mpe nsació n d e desviaci ón, _ Pregunt as 9 . Siste mas s íncro nos de transmisió n de datos

Siste mas s ín cro nos de co rr ien te co nt inua . . _ Sistemas s íncro nos de co rr ien te alt ern a Pregu ntas

10 . Med ició n de la velocidad de l mo tor Tac ómetr os me cánicos

240

240 244 '. 25 5 25 7 25 7 25 7

Siste mas de ta c óme t ro s e léctricos

Síncrosco píos Indi cad o res de ro ta ción Preguntas

234 238

11. Medició n de la temp eratu ra Métodos y usos Ca lor y tem perat ura Sistemas eléctrico s d e ind icació n de temperatura Puente d e Wheatst one _ _ Elem ent os detecto res de temp erat ura Ind icad o res eléct ricos de tem perat ura Termómet ros termo eléctricos Sistema d e pirómetro de rad ia ción Preguntas

267 270 270 272 272 273 275 281 283 287 294

308 309

12. Med ición de la presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 12 Méto do s para medi r la presión 3 12 Man ómet ro de t ub o en " U" _ 3 13 Indicad o res d e presió n de le ct ura d irecta 3 18 Sistem as de ind icado res d e presión de indi cación a d istancia 3 18 Preso st at os _ 32 5Preguntas 32 6 13. Medició n de la cant ida d y tluj o de co mbustib le : Sistemas d e ind icación de canti dad de co mb ust ib le tipo flo ta do r _ Siste ma de med ició n de co mb ust ible t ipo capacit ancia Siste ma de medi ció n bá sico Med ició n d e la ca ntida d de comb ustible po r peso Siste mas de medi ción co mpe nsados Sit uació n y co nex ió n de las un idad es de tanqu e o d epósit o Ind icado res to ta lizador es de cant idad dé co mb ust ib le Siste ma d é llen ad o po r cort e volu métrico Pan eles d e co n tro l d e repostad o _ Med ició n d el fluj o d e co mb ust ib le Siste ma a fo rad or int egrado _ Preguntas

327 32 7 : . 328 33 1 335 336 337 341 34 2 343 344 346 350 7

Pró logo por Air Cdre Sir Vernon Brow n CIl, O IlE , !V1A, CE ng, FRAeS, 1I0n FSLA ET

El avió n en el q ue ob tu ve mi t ít ulo de pílot o de Aero Club ten ía como instrumen to s un cuen tarre volucio nes del motor y un indi cador d e presión de aceite, u n altí me tro qu e regist raba hasta 16.000 pi es (y muy lent o por ciert o) y un an emó metro cuya escala mo st raba hasta 7 5 m.p.h . (la velo cid ad máxima d e un Maurice Farman Longhor n era má s o men os 60 m.p. h. y Sil mejo r velocida d de ascensió n 28 m.p.h .). Este an emó metro co nsistía en un recipien te peq ueño en fo rma de taza en el ex tre mo de un a varilla en cu ya pu nta había una pa lan ca acod ada qu e accionaba una aguja. Co mo esta ba montada en el mo nta nt e ext erior, cu ando se qu ería ver la veloc idad d esde el asiento delantero ¡había que . gírar la cabeza más de 90° a la izquierda! Mucho ha Ilo vido desde p rin cipio s de 191 5, y con la llegada de l avión tipo cabina y el mo tor de turbin a, el avión ha llegado a ser u na nave en verda d mu y co mplicada, cuyos fin es principales son transport ar eno rm es cantidades d e com bustib le su ma mente infl amab le a gran velocid ad y alt ura co n una carga út il lo más grande po sible , o simpleme nte para destruir a un enemigo ant es de que éste lo destru ya a él. Nat ur almente, la instalació n y el ma nt enimiento de sus instrument o s se ha hech o más difícil. Este libro de MI. Pallet se ha esc rito co n la int ención de ay udar a aqué llos cu yo trabajo es mant en er el avión e n e l aire a qu e entiendan sus instrument o s

y, desde luego, los prin cipios fu ndamentales de su diseñ o y.su aplicació n en el vuelo. Siempre que me invitan a la cabina del pílo to , doy gracias a mi est rella po r no volar ya excepto como pasajero y ad miro a lo s técni co s respon sables de qu e todo se d esarrolle de acuerdo con el plan. Su t rabajo es muy d ifícíl, y si el libro de Mr. Pallet les sirve de ayuda , como ten go la segur idad de que lo será, hab ré hecho un a buena labo r y recibiré mu chísim as felicitacio nes.

La co nt inua dema nda de un libro de esta naturaleza ha sido sumamente alen tador a. lI a result ad o muy grato sa tisfacer los deseos d el edito r para la produ cció n de u na segu nda ed ición. Durant e lo s sie te a ños de ex iste nc ia de l libro , es in evitab le qu e hayan aparec ido tipo s nuevo s d e instrumen to s y siste mas aso ciado s. No o bsta nte, co mo su ele sucede r gene ralmen te , lo q ue ha evo luc ionado han sido lo s métodos pa ra aplicar los p rincipios est ablec ido s. Se t iene la esperanza de q ue el es tudio de estos princip ios en la primer a ed ició n y sus po ste r iores tirad as haya ayuda do a los lecto res q ue, habien do enco nt rado ejemplos práct icos de la mo derna " tec no log ía ap licada" en el curso de su tr ab ajo . hayan teni do q ue profu nd izar en los fund am ent os d e o peració n. Co n e l fin de incl uir deta lles de ejemp los represent ati vos de nuevos ins trume ntos e n est a segunda edició n , se ha efect uado algu na "ciru gía" en los detalles relativos a los instrum ent o s q ue ha n qu edado an ticu ad os o han ca ído en desuso. Tam bién ha sido necesario , e n varios casos, hace r u n llu evo arreglo de l o rde n y la deno minación de lo s cap ítu los amp liando co nside rable me nte su co nte nid o . Co mo co nsecue ncia de las sugere ncias de varios lect ores. co n los cu ales es to y en d euda, se trata más a fondo qu e e n la primera ed ició n ciertos principio s de fun -

cio na miento, especialmente los principios de los giróscopos y d e los sistemas de tra nsmisió n sí ncro nos . Asimismo, se h a in cluido un a secc ión so bre facto res de co nversión y tab las ap rop iad as a los parám et ro s medido s por los inst ru men to s. T am bién se ha co n tado co n la valiosa ayud a de S rniths Ind ustries, Co llins Radio Co mpan y o f Euglaud LId .. No n nalair-Barre t LId ., Brit ish Airways y Laker Airways ( Services) LId . par a ilustrar los nu evos tem as de este libro , ay uda qu e les agradezco su mame n te, así co mo el permiso co ncedido para rep ro du cir varias 'fot o gra fí as y diagra mas.

El' Copt ho rme

Sussex

Pró logo a la pr im era edició n

El aume nto co nstante de l núm ero y 'Jito d e los inst rum en tos de lo s aviones ha seg u ido el mi smo ritmo qu e la con .p lejid ad d e éstos ; en el d esarroll o d e los méto dos para detectar, procesar y presentar la in forma ción d e con trol, también ha au mentado la co m plicac ió n d el di se ño y las formas d e co ns t rucció n d e lo s instrumento s. En co nsecuencia. ¡lo s inst ru men to s se aso c ian frecuen re m ente con u na cienc ia ro deada d e u na co nside ra ble "elect ro sup ercher ía" co n tenida dentro d e nu mero sas cajas negras prod uc idas po r person as descon o cid as q ue se cree n d iscíp ulo s d e Pand o ra!

No se p ued e nega r, desde luego, la abu nd an cia d e cajas n egr as ( ¡de cu alqu ier

forma actualmente suelen ser invariablemente gri ses !) y las numerosas variaciones d e fu ncio nam ien to y co nstruc ció n, pero igual que e n los pro ceso s evo lu tivos d e la mayo ría d e lo s cam po s tecno lógico s, la m it ad d e las veces las co m plejid ad es en el d esa rro llo d e nuevo s m ét od o s se ba sa n en la a plicació n d e viejo s pero bie n establec ido s princi pio s. T en e mo s) por eje mplo) q ue en la med ic ió n de la a lt ur a. la velocid ad co n respect o al aire y el em p uje de l mo tor d e turb in a , las p resion es a prop iad as se d etect an y mi den por las fl exi on es de element o s d et ectores t ipo cá psula y t ip o di a fragma ex ac t ame n te igu al qu e se hizo en lo s prim ero s in strumento s creados para medir la presión e n lo s avion es. A nálogam e nte , el fun cionam iento de lo s in st ru ment o s em pleados pa ra med ir y co n t ro la r las tem p eraturas d e lo s mo t ores d ep en de todavía d e los cambios d e la resist en cia eléct ric a y de las c aracte rísticas termo el éct ricas de ciertos me ta les bajo co nd icio nes varia b les d e te m peratura. Po r lo t anto , al pre parar el ma te rial para este libro , se ha n recalcad o lo s principios fu nda mentales y sus ap licacio n es a lo s instrume ntos de vuelo , navegació n y su pervisió n d e actuació n d e los mo tores. No ha sido po sib le in clu ir t od os lo s tip o s de in stru men tos, pero se co nsidera q ue los qu e se tratan abarcan una amplia gama d e las in st alacio ues actuales d e inst rum ent o s en lo s avio nes, y p roporcio nan Li no s c imientos firmes en lo s qu e basar es t udios po ste rio res. El materia l es tá di spuesto e n u n o rde n q ue el au tor ha enc o n t rad o úti l para la rea liza ción de lo s di versos programa s d e exá me nes es t ab lec idos para lo s técn ico s d e m an te nimien to d e avio nes y los di verso s n iveles d e tít ulo s d e pilo to. En est e se n tido se es pe ra ba , po r co ns iguien te , que el lib ro de mo st rar a ser u na fue nt e út il d e referen cia tant n para el inst ru ct or co n expe rienc ia co mo par a el est ud ian te. A l final de cada ca p ít ulo figu ra u na selecció n d e pr egu nt as ; el au tor qu ed a e n deud a con la So ciet y o f Li censed A ircra tt Enginee rs and T echno lo gist s por el perm iso para rep ro d ncir pregu nt as selecc io nad as d e los tex t o s de exa me n. 11

PROL O GO A LA r RI ME HA EIlI CION

Se ha co ntado con la valios a ayuda de varias organiza cio ne s qu e han fac ilitado dat os técn icos y el per miso para rep ro d ucir mu chas de las ilust racio ues. As í, exp resamo s nuestro recon o cimi e nt o 3 las sigu ien tes o rganizacio ne s: Sm íth's Indu st ries Lt d., Avia lion Division ; Spcrr y Ran d Ud .. Sp crry G yro scope Division ; San gamo-Weston Ltd .: Thorn Bcndi x, (O perati ng) U d : R. W. Munro U d. ; Do wt y Electri es Ltd. ; Negret t i and Za mb ra (aviat io n) LId .: Hawker Sidd eley Aviatio n LId .

El'

Fo ndo 1: .t órico

En lo s d ías d é lo s primeros aviones que a lca nzaro n e l é x ito , lo s p roblemas que Sé prese n ta ron p ara ha cerl o s fu ncionar a d io s y a sus mo tores segú n procedi mient o s e st rictos y complica dos, para navegar d ista ncias d e día y de noche e n todas las condici o nes met eo rológ icas, 'eran, desd e lu ego , pro blem as de l fut uro . No h a y duda que lo s e n t usiast as pi onero s d e e nto n ces p en saban e n e llos, pero estaban quizás algo osc urecidos por las emo cio nes d e elevarse , manio brar y aterri zar.

Los avion es q ue estos pioneros volaban eran más bien cuestió n de "pa lanca de ma nd o y c ue rda" con mot ores algo temper am en ta les, y t oda la co m binació n era m aniobra da por un pi lot o q u e ya cía, sen t ado o aga za pa do p reca riam en te al des cubi er to , y a qu e tod av ía no e x istía el luj o d e una cab ina. T a mpo co e xist ía n ins t ru me n tos id ea do s específi cam en te pa ra uti liza rlo s e n u n avió n ; d espu és d e to d o ¿q ué fab ri ca n te de in strumen tos de la é poc a h ab ía tenido la ne cesida d d e diseñ ar, po r eje mp lo, un instru me nt o q ue mo st rase la rapid ez co n q u e un ho mb re y un a máq u ina pod ía n despl azar se a través d e l aire '! Es u n po co difíci l d ecir en qué o rde n se int ro du jer o n lo s inst r um ent o s e n lo s avio nes. Una de las primeras adqu isicio nes en cuanto lo s pilotos inte nt aron vo la r d e A a B fu e cier t ame n te la brújula ma gn éti ca ; los vu e los a ma y ores d ist an cias n ecesit ab a n in for m ación sob re el co mb us tib le q u e h a bía en e l d ep ósit o , así qu e se insta ló un ind icado r d e co nte n ido , e l c u al so lía ten er la fo rm a d e u n ind ica d or d e mirilla. En a lgú n o tro momento apa re ció e l reloj y fue ú til co mo medio para ca lcu lar la ve lo cidad por el mét od o d e t iemp o/dist a ncia y co mo a yu da para la navega ción . Con ta les ay u das su p leme nt arias un pil o to po día p en et rar e n la t erce ra d ime n sió n vo lan do prin cipalm ente po r sus sentido s y pre su mien do de sp ué s qu e ¡qu izás lo s inst rume nto s no eran necesario s! A med ida qu e se inco rporaron o tros entu siastas apare ciero n much o s y di ve rso s d iseñ os de aviones, algu nos de lo s cuales di sponía de un lugar c ubierto para el pi lo to y u n ta blero d e ma de ra e n e l que se pod ía n mo nt ar lo s instrume nt os d e qu e se d ispo n ía en ton ces . De és te modo nac iero n la ca bin a d e m a ndo y e l pane l de in strument o s.

Po co a n tes de l est allido d e la pri mer a G u err a Mund ia l, se prest ó alguna ar e nción al d esarroll o de instru men to s para em plearlos en los avio nes milita re s y navales ; fueron apareciendo los prirneros principios de la navegació n aérea co n disenos para instrume nto s adap tad o s es pe cialme nte para es te fin. En co nsec ue nda ) surgiero n algunos inst ruru en t os más e n lo s salpicade ros d e cie rtos ti pos de av ión , e ntre lo s qu e se e ncontraban el alt ím et ro ) el ane mómetro y lo s prime ro s instru me nto s de! motor - 1In indi cad o¡:-cre-r:-~m . y un indicad or d e presión.de aceite.

FONU O lIIS TORI CO

Durante lo s añ o s qu e d uró la gu erra se in t rodu j ero n m u y po co s inst ru me nt o s nu evos e n lo s mu chos ti po s de avio nes fabricad o s. Surgió la necesidad d e d ispon e r d e la ind ica ción d e po sic ión d e cabe ceo y alabeo d el avión, lo cu al co nd uj o a la introdu cción d el ni vel lo ngitu dina l y t ran sver sal. El primer o de estos inst rumento s co ns ist ía e n un tubo d e c rist al co nstruido especialme n te q u e co nt en ía un líquid o que su b ía y baja ba co nt ra u na es cala grad ua d a y el último era u na ve rsió n es pecialme n t e ad ap ta da de l sim p le n ivel d e burbuja d e aire. El pro ceso pri ncipal de lo s año s d e gu erra en lo que a instrum en t os se refier e fu e la evo lu ció n d e lo s tip o s e x iste n tes h acia un a m ayo r ex actit u d , la investigació n d e nu evo s pri ncipi o s y el reco n o cim ien to d e q u e lo s in strumen to s tenían qu e se di señados esp ecíficam en te para so port ar la vibració n, la ace leració n, la variació n d e temper atura, et c. En es te per íodo fu e cua nd o los in strum ent o s llegaron a ser una ram a ind ep endi ent e y definid a de la aviaci ó n. Despu és d e la guerra, la aviación en tró en lo que se p u ed e d enominar su segu nda et apa d e promo ción , en la q ue lo s p iloto s vetera nos d e guerra vo la ron rulas ja más inten t ad as an te s. En 19 l 9 , po r ejem p lo , Alco ck y Brow n cr uza ro n por primera vez el Atl ánti co sin escalas; en e l mi sm o afio los herm anos aust ralian o s Keith y Ro ss Sm it h reali zar on el primer vu elo d esde Ingla te rr a a Au stralia . Est o s vu elo s y o tro s .rea lizados e n la d écada d e lo s 2 0 fu ero n hec ho s e n avio n es militar es y co n la a yud a d e lo s mi smo s tipo s d e in strum ento s qu e se h ab ían ut i. lizado du rante la gue rra . A u nque es to s vu elos esta b leci ero n los cim ie n tos pa ra la e x p lo t ac ió n co me rc ia l d el avió n, pro n to se descu bri ó qu c no po d r ía ser e xpl o tado co mp let ame n te hast a q u e los vuelos p udi er an reali zar se co n seg u rida d lo mi smo d e dla qu e de n och e y e n co nd icio nes me teoro lógicas adversas. Ya se había desc u bi er to q ue los pil ot o s perdía n p ro n to su sen t ido d el eq u ilib rio y t en ian difi cult ad es p ara co n t ro la r un avión c uando las refer en cias ex terio res no eran visib les. Po r co nsigu ien te, se necesit ab an instrume nt o s q ue ayud aran al pilot o e n c ircunstanc ias que llegaro n a co nocerse como " condi cion es de vue lo sin visibilidad". El primero y má s im po rt ante paso e n este se n t ido fue la creació n d el indicad or d e viraje basado e n los prin cipi os d el girósco po . Est e inst ru me nto . j u n to co n la brúju la magn ética. se t ransfo rmó en un a ayu da sumame nte útil en e l vu elo sin visibilidad y, cu an do má s ad ela n te se añad ió u n indi cad or d e in clin ació n al d e viraje, Jo s pi lot o s p ud iero n, co n mu ch a paci en cia y hab ilidad , vo lar " a ciegas" gracias a un pequ eño gru po de instrum ent os. No o bsta n te, el p rog reso e n el d ise ño d e avio nes y mo tores avanzó hasta un p unto q u e era fund ame n ta l propo rciona r más ay ud as pa ra perfeccionar el arte d e vo lar sin visibilid ad . Se precisaba u n instrument o q u e pu d iese sus t it u ir a la refe re n cia d el hori zo nt e natural y se pu di ese in t egrar la in fo rmació n ob tenida hasta aho ra d el n ivel longit udin a l y t ran sversal. Ta m bién era necesa rio te ne r algu na indi cació n es tab le del TU mbo que no se viese a fec tad a po r la acel eració n y lo s virajes - m a nio bras q u e du rant e m u ch o ti em po h abían sitio un a fuc nte de se rios err o res e n la brújul a magn ót ica. . El result ad o d e las invest igacio nes fu e la in tro du cción d e d o s instru me nt os más q ue u ti liza n p rin ci pio s giroscópicos, llamad os ho ri zo nt e giroscó p ico y giró sco po d ireccio nal, los cua les se probar on co n éx ito e n el prime r vue lo co n in strument o s en 19 29 . En es te mo m ent o t am bién hab ían aparecido el. alt íme tro se nsib le y e l var ióm et ro en e l pa nel d e ins t ru me ntos. A lo s mot ores se les est aba so brealimentando y/por eso se pus o de moda e l in d icad o r de presión "aux iliar"; 14

FONDO IIIST ü HICO

se nec esitaba conocer las temperaturas de los siste mas de refrigera ción de aceit e y líquid o así como las presio nes de combustib le, y con ello se pre sent ó o t ro. proble ma - los paneles de instrumentos se estaban sobrec argando un po co . Ad emás, estos instrumentos, aunque eran fundam en tales, estaban siendo agrupado s en el panel u n poco al azar, y esto hacía q ue los pilot os tu vieran algu na dificu lt ad en asimilar las indi caciones, inter pr et arl as y basa r en ellas un cur so claro de acción. Por ta nto, hacia la mitad d e la décad a d e Jos 30 apro ximadame n te, el agrupamiento de los instrume nto s llegó a ser más racion al, de fo rm a q ue la "dist an cia de ex ploració n" e ntre los instrum ento s qu ed ó redu cida a un m ín im o . El resul t ad o más notab le de la raciona lización fu e la in troducción del "pan el de vue lo sin visibilidad" ind ep endiente qu e co nte nía el anemó me t ro, el altímetro , el ho rizo n te giro scópi co, el girósco po direccio na l, el vari óm et ro (indicador J e velo cidad vertical) y el indicador de inclina ción la teral y viraje. Este métod o de agru pa miento de los in strumentos d e vuelo se ha ma nt eni do hast a nuestros días. La ex pansió n co n tinua de la aviac ió n milit ar y co me rcial trajo co nsigo aviones m ás ráp idos y más gra ndes, aviones po limot ores, siste ma s de tr en es de a tenizaje re plegab les, sistema s eléctricos, etc., to do lo cual ex igía más y más inst ru mento s. Los diseñad ores de instru mentos segu ían el m ismo rit mo qu e est as evoluc io nes int rodu ciend o instrument o s accionados eléc tricame nte y sistemas de indicació n a distancia, pero la insta lación de bo to nes, interrupto res y palancas para la o perac ió n de o tros siste mas imp on ía limita cion es de es pacio . Po r co nsiguien te , los pilotos se volvían a e nfre ntar co n problemas para asimi lar las indi caciones de lo s inst ru men tos co loca dos al azar. En lo s avion es polimot o res los prob lemas se agravaron aú n má s.

Lo s rad ios de acció n mayores de los avio nes po limo t o res implicab an períodos má s largos d e perm an en cia en el aire y presentab an el prob lema de la fa tiga d el pilo to : uu prob lema no desconocido a los p ion ero s de los vu elos d e larga dista ncia. Esto se redujo eq uipando a lo s bo mbarderos y a los avio nes co merciales de gran rad io d e acci ón de los últ imos 30 co n un piloto automático, un d ispo sitiv o cu yo empleo co n éxito se remonta a 191 7. Con el piloto automáti co en fu nc io nes, los pil o tos podían dedi car má s at en ción a la observación de los instru me ntos y a las técni cas de navegació n y radiocom un icación relacion ad as qu e se habían introducid o. Cuando se crearo n los pues tos de navegante , o pe rado r de rad io y m ec áni co de vuelo, q ue llegaron a ser caract erís t icas está nda r durant e la Segunda Gu erra Mundial, se di o un pa so más hacia ad elant e en la reducció n de la carga de tr abaj o de l pi lo to . De es te mod o, se pudi er on montar los instrum en tos ap ropiad os a los deberes de los miembros de la tri pulación en pan eles separados, deja ndo para el pi loto los inst ru mentos ese nc iales pa ra el manejo d el avión en vuel o . Una de las evo luc io nes más so bresa lientes resu ltan tes d e los años d e la gu erra tuvo lugar en el campo de la navegación , elevando notab lem en te el uso sin restricciones del sistema de brúj ula de t ran smi sión a di stancia o remot a en co nj unció n co n in strumentos tales co mo los indicado res d e po sición en ti erra y en el aire y las u nidades de di stanc ia recorrida en el aire. Los instrumen t os de vuelo se ha bía n p erfecc io na do ; la m ayor part e de los instrument os par a operación de los mot ores se diseñ ab an ahora par a fun cion ami ent o eléc t rico , y co mo ayu-

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r O N DO IIIS TORI CO

da p ara co nservar espacio de panel, se hab ía n int rod ucido más instru mentos do bles. Otro aco nt ecim ient o qu e tuvo lugar y qu e ca mbió la fisonomía d e la aviación , fue la apa rició n del mot or de turb ina de gas. Co mo mo to r, ab r ía muchas pos ibilidad es : se pod ía di spo ner d e más poten cia. se podía n alca nzar mayores veloc idades y a ltu ras, el avió n pod ía ser "más limp io " aerod in ámica ment e ; y al ser su fun cionami ento más senc illo, los siste mas necesarios para e l mismo podían ser ta mb ién más senc illos. Desde el p unto de vista de los instru me ntos, el cambio fue gradual e in icial men te no creó u na sú bita demanda de tipos de instrument os co mpletamen te nu evo s. Las velocidad es de rota ción de los .moto res de turbina era n mu cho ma yores qu e las de los de émbo lo y, por consigu iente, se tuviero n qu e ca mbiar los ind icadores de r.p .m ., y ap areció u n nu evo parám et ro, la tempera tura de los gases, qu e necesit aba un term óm et ro adicion al; pero apa rte de estos dos, podía n seguir uti lizá ndose todavía los instru mento s de mot o r y vuelo ex iste ntes. Sin embargo, este estado de cosas duró só lo tillOS cu ant os años d espu és de la guerra . Cuando la indu stria aero náutica se mult iplicó en tiempo de pa z, em pezaro n a fabri carse var ios avio nes pro pulsad os por turb inas de gas q ue volaro n junto a los tip os más convencio nales. Las peti cion es d e mayores velocid ades y alturas signific aban mot o res más grand es, y co mo se o btuviero n nu evo s materia-

les de alta temp eratu ra y se desarr oll aron sistemas má s mod ernos, se pro duj o la potencia necesaria, [pero el reactor estaba perd ien do mu cha de su senc illez 'en e l pro ceso! De nu evo se tu vieron qu e mod ificar los instrument os e in trodu cir nuevos d iseños. El mot or de turbina , por ejem plo, produ cía bas ta nte menos vibració n en el pa nel de instrumento s y, co mo co nsecue n cia, había una tend en cia a que la li-

Figura 0 .- Monop lano Black bur n (J 9 1O).

FONDO IIIST üHI CO

se neces itaba conoce r las te mpera t uras de los sistemas de refriger ación de acei te y líquido así co mo las presiones de comb ust ible, y con d io se pre sentó o t ro. pro ble ma -T o s paneles de inst rumen tos se estaban sobrecarga ndo un po co . Ad emás, e stos instrumentos , aunque eran fundamentales ) estaban siend o agrupad o s en el panel un poco al azar, y esto hacía qu e los pilotos t uvieran alguna dificultad en asimi lar las indicacion es, in terpretarlas y basa r en ellas un curso claro de acció n. Por ta nto , hacia la mit ad de la década de los 30 aprox ima da me nte, el agrupamien to d e los in strumento s llegó a ser más raciona l, de forma qu e la " dis ta ncia de exploración" entre los in strum ent o s qu edó redu cid a a un m ínim o . El resultado más not a ble de la ra cion alización fue la in trod ucción del " pa ne l d e vnclo sin visibi lidad " in dep en diente qu e co nte n ía el an em óm e tro , el altím e tro , el ho rizo n te giros có pico, el girósco po direcciona l, el varióme tro (indicad or de velo cidad vert ica l) y el ind icad or de inclin ación la tera l y viraje. Est e métod o de agrupamie nto de lo s ins tru me nto s de vuelo se ha mant enid o hasta nuestro s d ías. La e x pansió n co n tinua de la aviación mi litar y co me rcial trajo c o nsigo aviones m ás rápidos y más grandes, aviones polimot ores, sist em as de tren es de a terri zaje replegab les, sistemas eléctri co s, etc., lodo lo cual ex igía más y má s instru ment os. Lo s diseñadores de instrum ent os segu ían el mi smo rit mo q ue estas evo lucio nes introduciend o ins trumento s accionados eléctricame nte y siste mas de in dicació n a dist an cia, pero la insta lación de bo ton es, int errupto res y pa lancas para la o peració n de o tros siste mas impo ní a limi taciones d e e spacio . Po r co nsigu iente, los pilotos se vo lvía n a en fre ntar con proble mas para asim ilar las indicaciones de los instru me nto s co locados al azar. En los avio nes po lim ot ores lo s prob lemas se agravaron aú n má s.

Los rad ios de acc ión ma yores de los avion es po limo tores implicab an período s más largos d e perma ne ncia en el aire y presentaban el prob lema de la fatiga del piloto: un pro b lema no desconocid o a los pion ero s de los vue los de larga dist an cia. Esto se redujo eq uipando a los bo mbarde ros y a lo s aviones co me rciales de gran rad io de acci ón de los últ imos 30 co n un pilo to au to má tico, un d ispositivo cuyo em pleo co n éx ito se remonta a 19 17. Con el piloto auto mát ico en fu nciones, los pilo to s pod ían dedi car más ate nción a la o bse rvac ión de los instrurnentos y a las técnicas de navegació n y rad io co mu ni cación relacio nadas q ue se habían introducid o . Cuando se crearo n los pu estos de nav egante , operador de rad io y mecáni co de vuelo , q ue llegaro n a ser características est ándar durant e la Segunda Gu erra Mu nd ial, se d io un paso más hacia adelante en la reducción de la carga de t rabaj o del p iloto . De este mod o , se pudi eron mont ar los instrum entos apropiad os a los deberes de los miembros de la tripulació n en pan eles separados, deja ndo para el pi loto los in strumen to s esenciales para el manejo de l avión en vu elo . Una de las evo lucion es más so bresalientes re su ltan tes de lo s años de la guerra t uvo lugar en el campo de la navegació n, elevando no tabl ement e el uso sin restri cciones del siste ma de br új ula de t ransmisió n a distancia O remot a en co nj unció n co n inst ru me n tos tales co mo los indi cador es d e po sición en ti erra y en el air e y las unidad es de distancia recorrid a en el aire. Los instrum entos de vuelo se ha bía n per feccio nado ; la mayor parte de los inst ru mentos para operació n de lo s mo to res se diseñab an aho ra para funcionamien to e léct rico , y co mo ay u-

FONDO Hl STDlt lCO

gera fricció n está tica in herent e del mecani smo d " un instrum ent o " de t uviese". las agujas. Po r co nsiguiente, Se diseñaron los mecanismos d e form a q ue funcionasen co rrecta y co nti nuame nte en ausencia d e vibración . Lo s au mentos de velocidad trajeron co nsigo un efe cto co nocido co mo compresibilida d, y se in troduj o el indicado r de velo cidad de nominado medido r de número de Mach , para avisar a los pilo tos de su pro ximid ad a un a pel igro sa sit uación en vuelo . Las alt uras mayores q u e se podían alcanz ar gracias al mot o r de tu rbina y los pro cedimi entos d e descenso rá pid o co ntro lado adoptad os post eri orment e , necesitaba n el empleo de alt ím etros q ue tuviesen más alcance y esc alas que se pudiesen leer fácilme nte y sin amb igüedad . Para cumplir estos req uisit os y ayudar a los pilo tos a evit ar los co nsigu ientes " incid en tes de le ctura erró neas" , el a lt ímetro ha pasado , y sigue pasand o , po r varias et apas de mod ificació n. En los aviones tam bién se hicieron avan ces en el campo eléc t rico y elec t ró nico, de modo q ue se pudiesen emplear nuevas t écni cas de medi ción para los instru mento s; ten emos, co mo eje mplo, la medi ción de la ca ntidad de co mb ustible mediante tipo s especiales de co nde nsado res sit uados en los depósitos d e co mbustib le, hori zo n tes giro scópico s acc ionados eléct ricame nte e indicadores de inclina ción lat era l y viraje q ue propo rcio nan un a mayor estabilid ad y mejo r actua ción a grandes alt ura s q ue sus co ntra par tidas accionados por aire . Co mo co nsecuencia del rápido crecimiento de las rad ioa yu das a la navegació n, se in tro dujeron instru mento s específic os de "radioa yu da " para fac ilita r in-

Figura 1.- Lo ckheed . 10 1 1 (Tristar ) (p or co rtest a de Briu sh A irw ay s).

FO NDO I II S T O RI CO

for mació n adi cional; és tos se em p lea ro n e n conju nció n co n la informaci ón pro p o rcio nada p or lo s in stru mento s está nda r d e vu elo y navega ción . Au nqu e ésto s e ra n fu nda me n tales par a la o pe raci ó n segu ra d e lo s avio ne s, parti cularm en t e du ran te las fases d e a prox imació n y ate rr izaj e, se a u m en tó la carga d e trab ajo de l p iloto y se prev ió q ue co n el tie mp o vo lvería a ser un prob le ma la co locación de instrume nt o s ind ep end ie ntes en lo s pa neles. Po r co ns igu iente , e ra na tural q u e se d esarroll ase una técn ica d e in tegració n m ed ia nte la cu al se pu diesen prese nt ar lo s da to s d e va rias fue nt es d e lo s in strum ento s en un a so la p rese n tació n. De es ta fo r ma, apa rec iero n lo s sistem as d e in st nn ne n to s d e vuelo int egrad os y d ir ect ores d e vu elo , q u e so n a hora u n a caract er íst ica d e in st ru men t ació n est án da r d e mu ch o s t ip os d e avio n es ac t u a lm en te en servicio , n o só lo po rqu e facili t a n lo s dat os prin cipales d e vuelo, sino tam bién porqu e regulan lo s siste mas avanzado s d e co n t ro l d e vu elo automático.

Al crecer la com p lej id ad de lo s mot o res, t amb i én se necesitaba co ntar co n d ato s más variados qu e abarcasen el co mpo rtamie nto de lo s mot ore s y Jo s sistemas, po r lo que se au me ntó e l nú me ro de indicadores ind epe ndie ntes. Sin e m bargo . la ap licac ión d e co mponen te s eléc t ricos y el ect rón icos min ia turi zado s y las técni cas d e micr ocir cu it os han permitido reali zar grand es red u cc io n es e n las dimen sion es de las c aj as de Jo s instr um ento s, ay udando así a mant en er las necesid ad es d e espacio d e p an el d e n tro d e uno s lím ites razona b les. "d e má s, esto ha co nd ucido a la actualizaci ón d e u n método a n tigu o d e present ación de d at o s, e sto es, la e scala vertica l, para los instrument os de lo s mo tores de varios avio nes ac tua les. O tra téc nica aplicada ahora co mo u na caract e rístic a es tándar de la inst rumen tació n d e lo s mo to res d e turbina se ba sa en la d esa rro llada co n éx ito a final es d e lo s 4 0 : e l co nt ro l d e la velo cida d y la temp era tura d e lo s gases d e escap e ele lo s mo tores medi an te la reg ulació n au tomá ti ca del fl ujo de co m b ust ib le. En esta técn ica, las señales pro du cid as po r lo s ge ne radores es tánda r y por lo s t erm o pare s se procesan tamb ié n e lectró n icame nte y se usan para situar el siste ma d e válvu la d e co n tro l d e co mb u stib le ap ro piado . De esta brevísi m a rese ña de la evo lución d e lo s inst ru me ntos se o bservará part icu larm en t e q ue e n su ma yor parte el desarro llo se h a ba sado e n una filosof ía d e "hacer lo im po sible" y se ha o ri entad o continu amente a perfe ccio nar lo s mét od os p ara present ar lo s datos perti nentes. Este h a sido un pro greso na t u ral , y la evo luc ió n en es tas áreas segu irá teniendo su ma imp o rta n cia, co rrie ndo pa rej a. co mo lo hace. Co n la co mp lej idad c re cie n te d e lo s avio nes y su s siste mas. Al hom bre, co mo controlado r de un a "u nió n hom bre-m áq uina" al desarr ollar y o perar la máquina. se le ha recordado cont inuame nte las lim itacio nes de su s me d io s na tura les para d el ect ar y t ra tar la in fo rm ación d e co n trol. Sin em bargo. e n lo s proceso s evo lu t ivo s cien t íficos y técn ico s, lo s mét o do s d e di se ño d e col o ca ció n d e lo s in st ru me n to s y de presen t aci ón d e da to s se han tr an sform ad o e n una par te es pe cializa d a d e la e rgo ma n ía, O e l est ud io del hom bre en su am bi e nte d e t rabajo ; esto , ju n to co n los rá pido s avan ces d e la e lec t ró n ica d e la aviació n, culmina e n la fac ilitació n d e inst rumen to s electró nico s de presentación, e leme nto s med id o res co mpu terizad o s, siste mas d e co n t ro l d e VIte lo e in str umen to s integ rados para co n t ro l to talme nte au to m ático , qu e ca paci tan al homb re pa ra e n fre nt arse co n una ta rea d e exp an sión dent ro d el alca nce n or m al de l rendimiento hum ano.

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1 . Requisito s y n ormas

La co mp lejidad de lo s av io n es mod erno s y to do s lo s eq u ipo s re lac io nad o s, así co mo la n a turaleza d e las co n dicio n es a mb ien t ales en las q u e d eb en opera r, p rec isa q u e el di señ o , e l d esarro llo y la su bsigu ien te o pe ració n se aju st en a lo s req uisito s y n orma s es tab leci dos. Esto está de acu erd o , d esd e lu ego, co n otras rumas de la tecn o logía me cánica y d el tran sport e , p ero en la avia ció n los requisito s y las no rmas so n ún icos y, co n mu cho , lo s más estricto s. La fo rm u lació n y co ntro l de lo s r eq uisit o s d e aero naveg a b ilid ad, co m o se les lla ma, y las n orm as recomend ad as d e ac u erdo co n las cuales se d eb en dise ñar y fab rica r la ma te ria prim a, lo s instrume nto s y o tros eq uipos, se es tab lec en e n lo s pa ises de origen , fabricación y ma tr ícu la d e l di señ o , por lo s d e pa rta m en to s gubernam enta les y/ u o t ros o rgan ismos legal men t e co nst it u idos. La opera ció n internaci on al de avion es civiles nece sita un recon ocimie nto int ernacional de que lo s avio nes cumplen, en la prácti ca, lo s requisito s de aerona vegab ilidad nacion ales respect ivos . En co n sec uenci a, es la O rgani zació n In tern acio n al de Av iaci ón Civil (OACI) la qu e esta b lece también n orma s in te rn ac io na les d e aeronavegab ilidad. Estas n ormas n o su stit u yen a las d ispo sic iones nacional es, p ero sirve n para d efinir las bases mínimas int ernacio na les para e l recono c im iento po r lo s países d e la cert ificac ió n d e aeronavegab ilida d . No se int enta pro fun diz ar en tod as las no rma s ~ se necesítartan varios vo lúmenes- sino extraer m ás bien las relaci o nadas ese ncialme nte co n lo s inst ru mento s; al h acerlo así pu ede es ta blece rse un fu nda m en to úti l so b re e l cu al est u dia r lo s princip io s de fun cion ami en to y su aplicació n para e l cum plim ie nto de lo s req u isit o s e xigido s.

R EQ UI SIT O S Situ ación, Visi bilid ad y Ag ru pam ie n to d e Instrumentos l . T od o s lo s inst ru ment os se sit uar án d e forma q ue el mi embro corres po nd ie nt e d e la t ripulació n pu eda leerlos fá cilmente. 2. Cua ndo se propo rcio ne iluminación de t e pa ra q ue se p ued a n leer y di st ingu ir lo s in stru me n to s es t a rá n inst alad as d e esté n pro tegido s de sus rayo s direct o s lest as.

lo s in strument o s ésta será sufic ie nfácilme n t e d e 'no che. Las luces de t a l forma q u e lo s ojos del p ilot o para q ue no sufra re flex io nes mo -

3. Los in st rume nto s d e vu elo , navegación y grupo m ot opropu lso r d e u so por pa rte del p iloto será n claram en te vi sib les d esde su pu est o co n la m íni m a desv iació n po sib le de su pos ició n no rm al y línea de visió n cuando mi re fu era y d ela nt e a lo largo d e la tra yec to ria d e vu elo d el av ió n. . 19

REQlll S ITOS y NORMAS

4 . Todos lo s in st rumen tos d e vu e lo estará n ag rupados en e l pane l d e instrume n tos y, en ta n to sea posible, co lo cad o s sim étri camente alrededo r d el pl an o ver tic al de la visió n h acia ad elante de l p iloto . S. T odo s lo s in strumen t o s necesarios de l grupo mo topro pulsor est arán con ven ien temente agrup ados en pa ne les d e in st rum entos y de ta l forma qu e e l m ie mb ro co rrespo nd ie nte de la tri pul ación lo s p ued a ver fá cil m ent e. 6. En lo s av io nes po liuio torcs, lo s instrumen to s idént ic o s de lo s grup o s mo topropu lsores co rrespo ndien tes a lo s di verso s mo to res est arán situ ado s de fo r ma q u e n o h ay a ni nguna impresió n eq u ivocad a en cu a nt o a q ué mo tores corresponde n.

Pa neles de Instrumentns Las c aracterís ti cas d e v ibraci ó n de lo s pan eles de ins trum entos será n ta les qu e no al teren seriamen te la precisió n de lo s instru me ntos o lo s de terio re. Las caracte rísticas m í nimas aceptab les de aislamie nto de vibraci ó n se es tablecen m ed ian te no rmas formul ad as po r la organ izació n nacional apro p iada.

Inst rume n tos qUe se han de in st alar

Ins tru mentos de vuelo y navegocion

1. Altí metro aj us tab le para camb ios ele p resión b aro mé trica. 2 . An e mó m etro. 3 . Indi cad or de ve lo cidad vertica l (varióme tro). 4. Indicad or gir oscó pi co ele posició n en vu elo d e alabeo y cab e ceo . 5. In di cad o r giro scóp ico d e velocidad de viraje (co n in d ic ad o r d e alab eo). 6. In di cad o r giro scóp ico de dirección . 7. Br újul a magn é ti ca. 8. In d icador de t em p er at ura d el aire ex terior. 9 . Reloj .

Sistema pitot-esuuica Los instrume ntos 1, 2 Y 3 citados an ter iorm ent e [a rm an pa rte de un sistem a p ito t-est áti co del av ión, qu e de be aj ustarse t a m bié n a ciertos req u isitos. Estos se resu men de la fo rma sigu iente :

a) El sistema será he r mét ico , e xce pto por las ve nti lac io n es a la atmósfera y estará co lo cado de' modo qu e la p recisión d el in strumento no sea afec tada se riam e n te po r I() velo cidad. la pos ic ió n o la configu ració n de l avió n, o po r la humedad 11 otras mat e rias ex trañ as. b ) El siste ma est ara provisto de u na sonda p ilot-está ti ca cale nt ada para impe-

dir su mal fu ncion am ie nt o de bido a la forma ción d e hi elo .

REQU IS ITUS

e) Hab rá el n úmer o su ficien te d e co lec to res 'tíe humed ad para asegurar u n

dren aj e eficaz e n todo e l co nj u nto de l siste m a. d ) En lo s aviones en lo s que se vaya a in stalar u n siste m a alt ernativo o d e e merge nc ia, tal sist em a ha de ser t an fiabl e co mo e l prin cipal y c ua lq u ier válvu la se lectora d ebe estar claram ente m arcada para indicar" qu é siste m a se es tá utili zando. e) El di ám etro interi o r d e las tu b erías se rá ta l que e l re tard o d e presión y la posibili da d de obturació n por hu med ad se mant en ga n a u n m ín im o aceptable. f) Donde se u tili cen ven tilac iones d e p resió n está tica paro e limin ar los e rro res de gu iña da, se situará n en lad o s o p u estos d e l avió n y se co nec tará n e nt re sí co mo u n so lo siste ma . Cu ando se prescriban sist em as d ob les, se insta la rá un segu ndo siste ma sim ilar.

Instrum entos Giroscópico s Lo s in strumentos giroscóp icos p ueden se r d el ti po acc io nad o po r vacío o d e l t ip o acc io nado e léc tr icame n te, pero en todo s lo s casos lo s inst rume n to s es ta rá n p rov istos d e dos fue nte s d e energía in d ep en d ien tes, un m edio d e sel eccionar u na u o t ra fue n te d e a lim e n tac ió n y un medio p ara indicar que la aliment ación funci o na sa tisfac to ria me nte. La in sta lación y el sistema d e alime n tació n deben ser tal es q ue e l fa llo de u n in st rumen to , o d e la alim en ta ció n de un a fu en te , o un rallo e n cu alq u ier part e d el siste ma d e alime ntación, no perj u d iq u e a la alimen ta ció n co rrec ta proced ente d e la o t ra fu en te.

Instrumen tos Duplicados En lo s avion es e n lo s qu e se nec esite n do s p ilot o s, es necesari o que cad a 1II1O d e e llo s te nga S lIS propio s in stru me nt o s giros có picos y d e pi tot-está tica . Por co n sigu ien te , de ben Iaci liturse do s siste m as d e operación ind epe nd ie n tes q u e d eb en d isponer se d e tal forma q u e cualq ui er fa llo qu e p ud iera p erju dicar la o pe ra ción d e uno no afec te la o pe ra ció n de amb o s. Br újula Magnét ica

La brúj u la ma gn ética se inst alará d e forma que su precisión n o se vea excesivamen te afec tad a por la vibración del avión o lo s campo s m agn ét ico s d e na tu raleza permanente o moment ánea .

l nstrumentos del Grupo Motopropulsor l . Ta có me tro para med ir la velo cid ad ro ta cio nal d e un cigüe ña l o d e u n co mp reso r seg ún e l t ipo d e gru po mor opropu lso r. 2. In di cad o r d e te mp eratura d e la cu la ta d e los cilind ros e n un m ot or refrige ra do po r ai re para ind ic ar la te mperat ura d e l cilind ro ma s calie n te . 3. Indicador de temper at ura d e l a ire d e e n trad a de l ca rb u rad o r.

RE Q U ISIT OS Y NO R MAS

4 . In d icad o r d e tem perat ura d el a ceit e qu e mu est re la temperatura d e c nt rada y/o sa lid a d e l mi sm o.

5. r a ra motores turb orreactores y tu rbo hé lices, u n in dicad o r d e temperatura para se ñalar si la te mp eratura de la tu ru in a o lo s gases de escape se m anu en en o no de ntro de sus límites. 6. In di c ad or el e presión d e co mb ust ib le para in d icar la p resión a la qu e se es-tá su m in ist ra ndo és te y co mo me elio d e aviso d e b aj a presión. 7 . lndicmlor d e presió n de ace ite para se ñalar la presió n a la qu e se está sum ini stran d o a u n siste m a d e lu bricac ió n y co mo m edi o d e aviso d e baja presión .

8. In d icado r de presión d e admisió n en el colecto r para un moto r sobrea lim ent ado.

9. In di cad o r d e c an t ida d ele co m b ust ib le para in d ic ar e n ga lo nes o un iel ael es equ iva le n t es la ca n tida d d e co m b us tib le uti lizable en cada tanq u e du ra nte e l vu e lo . Lo s indi ca do res se calib ra rá n a le c t ura cero d u ran te vue lo horizon t al d e cr u ce ro , c uando la can tid ad d e co m b u st ib le q u e qued e se a igua l al co mbustib le no u til iza ble , e sto es, la can tid ad d e com bust ib le qu e ha ya cu a ndo , e n las co nd icio n es má s adv er sa s, se prod uz ca la pr im er a evide ncia de mal fun ciona miento de u n mo to r. 10 . Ind ic ad or de flujo d e com b us tib le p ar a mo tores turborrea ct ores y turbohé lices. r a ra lo s mo tores a lt ernat ivos no prov istos d e co ntro l automáti co d e m ezcla, un a fo rado r o in di ca dor de re lación co m bus t ible/a ire . 1 l . In di cad or d e e mp uj e para un m o tor turb o rrea c tor, 12. In d icad o r d e to rsión pa ra un m o to r t urbo hé lice.

NO RMAS En e l d iseño y fabricac ión d e c ua lq u ier p rodu ct o , lo norma l e s at ener se a a lgu na fo rm a d e e spec ificac ió n, cuya fin al idad es aseg ura r la confo rm ida d co n los procesos de produ cci ón re querido s y establece r una no rma gen eral para la calid ad d el p rod uc to y su fiab ilida el cua ndo reali ce la funció n para la que fu e di señad o . Las e spec ificacio nes, o normas, C0 l110 se las conoce co mú nmente , las fO I"rnu lan a nivel nacion al e int ern acio n al o rgan izacio nes es pecializadas. Por eje mp lo, e n e l Reino Unid o , la Br iti sh Sta nda rds In sti tu ti o n es e l o rgan ismo re co nocido para la preparació n y pro mulgac ión de no rmas naciona les y có digos de méto dos, y re presen ta a l R e ino Un ido e n la O rga ni zac ión In tern a c io nal para No rma lización ( ISQ ) , e n la Co m isió n Elec t ro técn ica In te rn a cio nal ( lEC) y en las o rgan izacio nes d e Europ a Occide ntal q ue realizan fun cion es comparab les. Las norma s co nci e rne n a tod o s lo s aspec tos d e la teco no log ía; co m o co nsecue ncia se produce y edita un gran número de e llas en fo rmularios en serie . En lo qu e se refi er e a in strumento s d e lo s avio nes y equipos asociados, las normas b ritá nicas (Ilritish Sta nda n ls ) qu ed an e n cu ad rad as e n la se r ie A er o s pace G 100 Y G 20 0 ; da n d efi nic ion es, requi sitos de co nst rucci ón, d im e nsiones, d atos d e ca libració n, prec isión requ erida en co nd icio nes amhi en tnl es var ia b les y método s de p ru eba . Asimismo, c nco llex ión co n lo s instrum en to s y equipos ele ct ró nicos aso c iado s, se hace refere nc ia co n bastante frec uencia a lo que se deno mina espe22

N O R MAS

cificac iones ARI NC. So n las siglas de Aero nauti cal Rad io In corporat ed, una o r-

ganizació n en lo s Est ad os Un idos qu e op era bajo el pa tronato de los operador es d e lín eas aéreas, yen estrecha co laboració n con lo s fabri can tes. Una n ot a ble especificac ión de las mu chas qu e ARINC formula es la qu e establece un conjunto de norma s para los el em.ento s den om inados fam iliarment e

"cajas negras" . Estos factores ab arcan pri ncipalmen te las dimension es de las caja s, lo s bastid o res de mo nt aje, la sit ua ció n de los enc hufes ma cho s y hembr as, y un sistema de pasa do res de referen cia para asegurar qu e só lo pu ed e instalarse el eq uipo co rre cto en su posición apro piada en el bast idor. El tamañ o de la caja se basa en u na dim en sión de an cho están dar llamad a " un AT R" (ab reviat ura de Air Transpo rt Ra ck) ; las variaciones en mú ltiples sim ples de esta dim en sión pr oporcio nan una gama de anchos de cajas. Existe n do s lon gitu des de caja , den omi-

nadas larga y co rta, mientra s que la altura es estánda r. En la Ta bla 9, página 4 14, se d etallan las diversas co n figura cio nes.

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2. Elementos y mecanism os de los instrumentos E LEM ENT O S Desd e el pun to d e vista o perac io na l, po de mo s cons ide r ar qu e u n in strume nt o se co m po ne d e lo s cua tro e leme n tos principa les sig u ie nt es: (O e l elemen to d etect or, q ue d ete ct a lo s c am bios d e va lo r d e la c an t id ad fí sica o la co nd ició n pr esen t ada a é l; ( ii) el eletn ento med id or, qu e mi d e real m e nte e l va lo r d e la ca nt id ad fí sica o la co nd ició n m ed ia n te pequ eño s de sp lazam ient o s t rasla ciona les o a ng u la re s; ( iii) e l elem en to acop lador. m ed ia nte e l cua l se a u me n ta n y t r an sm it en lo s d esplazam ien to s; y (i v) el elemen to indica do r, q ue mu est ra e l va lo r de la can t id ad m edid a tr an smit id o por el e le m e n to aco plado r. po r las posici o nes re lati vas d e U IlCl aguj a, o Índic e, y u na esca la. En la F ig. 2. 1 se mu est ra la re la ci ón e n t re lo s cu atro e le me ntos.

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--F tgu t a 2. 1.- Elem en to s de u n instru men to .

~ I EC A NI S~ I OS

En e l se n t ido m ás es tric to . el t érmino mecanismo ; en lo qu e se refi ere a lo s c ua t ro e le me n tos, es un a u n ida d co m pu es ta y co n te n ida d en tro d e la caja d e u n in st ru men t o . Sin em ba rgo . puest o q ue la fo r ma en la q u e se e fec tú a n e in t eg ran las fun cion es de lo s e leme n tos se reg u la po r lo s p rinci p io s d e o peració n d el inst n u nento pert in en te. esto só lo se a plica a TllU Y po co s inst ru m en to s. En la m a yor ía d e las a p licacion es él los avio nes, se requier e un a se pa ració n de a lgu nos d e los e le me n to s d e mo d o q ue t res, o qu izá s so la m en te dos e le me n to s, form en e l m e- . can isrno de ntro d e la caja de l ins t r ume n to . E l m a nó met ro d e lectu ra d irect avm o str ad o e n a ) e n la r ¡g:- 2. 2 es u n b u en eje m plo d e un a u n idad co m p ue st a d e e le me n to s m ecá n ico s. mi ent ras q u e e n b) se ex po ne u n eje mp lo d e e le me n tos 24

r"l E CAN ISMOS

Figura 2.2. - Mecanismos del instrumento. a ) Indicador de presión de lectura directa; b) anem óm etro con tenien do e lem entos de medición, acoplamiento e indicación .

Element o de detección y medi ción

Eleme nto de acop lam iento

lal

Elemento de detección

I I I

I ,I

L Ibl

mecá nicos ind ep en dien tes apli cad os a u n ane mó me tro. En este eje mp lo e l e lemento de tecto r est á sep ar ad o de los o t ros t res eleme n to s, los cuales, por tant o, fo rman el m ecanísmo den tro de la caja . Hay otros eje mplos qu e se acla rarán cuando es tudie mo s los cap ít ulos siguie ntes, pe ro en esta fase no estará de más co nside rar e l fun cionamien to de un a serie de m ecanism os ba sad os en los principios d e palan cas y vari llas. Est os se ut ilizan co mo eleme n tos acoplad ores que siguen leyes d efinidas y qu e pu ed en int ro du cir cua lq uier relación en trad a/salida requ er ida . En la uti liz.a ción d e in strum ento s d e aviación , t ales m ecani sm o s de pa lan cas y varillas se lim it an prin cipalmen te a manómetro s d e lectura directa e in strum ent o s d e vu elo pit ot-est át ica.

E L EME NTOS Y ME CA NISM O S D E L OS I N ST H U M E N T OS

Mecan ismo de Palanca Cons ide re mos en primer lugar el ma nómet ro de tu bo Bourdon simple mostr ad o en a ) en la Fi g. 2.3. El tubo Bourdo n fo rma el eleme nto de tecto r y el medidor ; una articulació n simple, una palanca, un cuadrante y un piñón forman el elemento aco plado r; el eleme nto indi cado r est á compues to po r aguja y escala.

d Ra nu ra pa ra p re a ju s te de la longitu d d

M ov tm íen t o de salida aume nt ado para lo ngitud d e palanca reduc ida

Lon gi tud d i .

~ Pal a nca

~ redu cirla

M ovim iento de salida igual a la ent rada

Longitud d 2

Dist a ncia s AS, BC,

iguales

la l

Ibl

Figura 2.3 .- Mecanismo de palanca simple. a ) Efecto de la longitud de palanca; b) e fec to del ángulo de palanca en e l aume nto .

MECAN IS MOS

Este mecanism o co rrespo nde al ti po bá sico d e- palanca , siendo en este caso la palanc a el elem ento acoplador completo . Cuando se ap lica pr esión al tubo , éste se desplaza y ta l despla zami ento da lugar a movimi entos de ent rada y salida de los eleme ntos acoplador e indicador, respe ctivam ent e, en las direcci ones mostrada s. En relación con los m ecan ismo s de este tipo , se u san do s t érm ino s qu e es tán rela cio nados con el mo vimient o y calibració n d el eleme nt o indi cad or ; so n, la longitud de p alan ca , qu e es la distan cia d ent re el punto de op er ación del elemen to me dido r y el punto de giro de la palan ca, y el ángulo de palan ca , qu e es el ángulo en tre la pa lan ca y la varilla que la co nect a al eleme nt o m edidor. Co n el fin de co m pre nde r qué efect os tienen éstos so bre la relación ent ra da/ salid a, co nsulte mos o tra vez la F ig, 2.3 al . El movimiento del eleme n to indi cador es proporcional a la longit ud de pa lan ca ; por tanto, si la pa lan ca pivot a en su cent ro, este mo vim iento será igua l al movimiento de en trada . Supongamo s ahora q ue el punto de giro se desp laza a una dist ancia d ¡ del punt o de oper ación. La longitud de pal an ca se redu ce aho ra d e modo qu e para el mi smo movi mie nto de en trada anterior , el movimi ento de salida del elemento indi cad or aumen ta r á. Seg ún esto, se ve rá claram ente qu e un aum en to de la lon gitud de palanca a un a dis tan cia d 2 producirá un movimiento de salida redu cid o para el mismo movimient o de en t rada. El e fec to del ángu lo de palan ca sobre la relació n ent rada/salida es cam b iar el grado de aumento, puest o qu e el mismo án gu lo de palan ca varía en respuest a al desplazami ento del eleme nto medidor. Est e efec t o se ve claram ente en la Figura 2.3 b l. Suponiendo qu e la línea A B represen ta el eje de la pa lan ca en su po sición d e arranqu e, el ángulo de palan ca de arra nq ue será e. Suponiendo aho ra q ue el eleme nto medidor está siendo desp lazad o por aume ntos igual es de presi ón aplicad os a él, el pu nt o C de fijación de la articu lación se desp laz ar á a C¡ y aume n tará el ángu lo de pa lanc a en do s fases; primerament e cuando la articu lación pivota alre de do r d el punto B, y segundo , cuando la ar ti cu laci ón tira del br azo de palanc a del eleme nto aco plado r ha cia arriba desde la po sició n d e arr anque, llevand o el punto B al punto B¡ . Po r tanto , el eje del brazo de palanca se ha mo vido a A¡ B¡ y el án gulo de palan ca ha aum entad o a un án gulo tot al Or - Cuando se ap lica el siguiente aument o de pr esión, el punto C alcanza el e" el punto R alcanz a elB " y el eje AB se mu eve a A 2 13 2 , de mod o qu e no só lo se ha aume ntado m ás el ángulo de palan ca, sino tam bi én e l aum ento , la dist ancia de A ¡ a A 2 , es mu cho mayor qu e la de A a A l. Basándonos en lo ant eriormente di ch o, p arecer ía que los do s efec t os se neut ralizan y que se produ cirían ind icacio nes err át icas. Sin em bargo , en todo s los instrumentos qu e em plea n mecanismo s d e pa lan ca, se faci lita n med ios para el aju st e de las lo ngitudes y án gulo s de pa lan ca, de forma que el eleme nto ind icador siga la ley de ca lib ració n requer ida dentro de lo s límit es permisib les.

Mecanismos de varillas A diferen cia d e lo s mecanismos puros de pa lan ca, los meca nismo s de vari llas pr escind en de varillajes unidos por pa sad ores o t ornillo s para la in ter conexi ón de co mpone ntes y dep end en de varillas en co nt ac to en tre sí, qu e se deslizan con rc lació n un as a otras para la gen era ción de la relación entrada/salida . El 27

E LE M EN TOS Y ME C A N ISMOS fl E LO S I N ST H U M ENT OS

co ntacto ent re las varillas se mant ien e en tod as las co ndicio nes media nt e el emp leo d e u n mu elle capilar qu e tensa todo el mecani smo . Estos mecan ismo s, mostrado s en la Fig. 2.4 , encu ent ra n su mayo r ap lica ció n en los instru me n to s de vue lo y pu eden dividi rse en tres cla ses prin cip alesd enomin ad as en fu nció n de las relacion es tri gonométricas que regu lan su opera ció n. So n : (i) el mecani smo sinuso idal, (ji ) el m ecani smo tange nte y (iii) el mecanismo ta ngen te dob le.

Eje oscilante

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V aril la B

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Eje oscila n te

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Eje

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Figura 2.4. - Mec anismos de varillas. a) Mecanismo sinuso idal : b ) me canismo tangente ; e) mecanismo tange nte do ble.

MECAN ISMOS

El mecanismo sinusoidal, Fig. 2 .4 a ), se em p lea en ci erto s ti po s de ane mó met ro s co mo la primer a etapa d el eleme n to aco plado r y comp re nde dos varillas A y II en contacto d eslizant e y un eje de ba la nc ín C al cua l va fij ada la varilla B. En respuest a al d esp lazamiento de l ele me n to med idor, el m o vim ien to d e ent rada d e la vari lla A está en un plan o vert ical, haciendo qu e la varilla Il se d eslice a lo lar go d e él y q ue al mism o ti empo haga gira r al eje d e balanc ín. El pu n to d e co ntacto entre las dos varillas per m anece en un rad io r co nst ante desd e el ce ntro de! ej e d e ba lancí n. La ro tació n d el eje de balancín vie ne d ada por la relació n trigono métrica

h 2 - h ¡ = r(sen 02 - sen O, ) donde h es el movimi en to verti ca l d e ent rad a d e A y O e l ángu lo d e la var illa !l . La magnitud d e mo vimi ent o ut ilizable (O en el di agram a) d e la varilla B es ±60° y el ángu lo en e l qu e em pieza d en t ro d e esta ma gnitud d epende d el au mento req uer id o para la calibració n. Por eje mp lo, si la varilla A se mueve hacia arriba d esde u n ángu lo d e arra nq ue en _ 60 0 , la amp lificación es al princi pio alta y lu ego d ism in uye co n el m ov im ient o co nt in uo de la va rilla A. Cua ndo e! ángulo d e ar ra nq ue está e n o ce rca d e la p osición de cero grad os , el grad o d e aumento es cada vez mayor. Un mecanismo tal/gel/te es parecido al sin usoi dal , pero co m o ob serva rán en la Fig . 2.4 b) , el pu n t o de co ntacto en t re las d os vari llas perma nece en una di st ancia d perp end icular co ns t an te del ce n t ro del eje d e ba lancín. La ro ta ción d e este eje viene d ada por la relación

El gra do d e au mento d e este m ecanismo es o p ues to al d e un o sinuso idal exce pto en u n á ngu lo d e arranq ue cero o cerc a de cero , d o nd e sen O y tg O so n ap ro ximadame nte igu ale s. En la Fig, 2.4 c ) pu ed e vers e u n mecanismo tal/gen te doble , e! cual se em plea c uando e l mo vim ien to girato rio de u n eje ha de transferirse a través de un ángulo rect o . Un a uti lización típica es pare cid a a la seg unda e tapa de un e le me nto aco plado r d el anemó m etro y par a el m ecan ism o d el elemen to indi cad o r. Co mo puede verse claramen te po r el diagrama, est á fo rmado básicamente por do s mecanismo s tangentes e n serie, de fo rma qu e el mo vim iento girato rio de u no de Jo s eje s se co nv ierte e n movimiento girato rio del o tro . La re lación en t ra da / salida es una relació n co m binada q ue su po ne d o s co nvers io nes tri gono m étricas ; la prim era está re laciona da co n el movi miento de l pn nt o d e con tac to ent re las vari llas A y B y vien e dada po r

d o nde d es la di st an cia perpend icular ent re el eje del eje e y el plan o de co n t acto en t re A y ll ; O)) es la ro tació n de D. La segu nd a conve rsión viene d ada por

d onde f es la d ista ncia perpendi cula r en tre el ej e del ej e C y el plano de co n tact o en t re A y R, y Oc la ro tació n d el ej e C. Cua ndo los plan o s d e movimien t o d e

ELEME N TOS Y ME CA N IS r.-I OS D E LO S IN S T R U MEN TOS

las va rillas A y B se in t ersect an e n á ngulo recto y las va ri llas so n rec t as. la co mb in ación d e la s d o s co nversio nes da la rela ción: d ( t g OD¡ - tgOD ,) = !(tgOc , - tgO c, )·

El m ecanismo tal/gel/t e ob licuo e s una varia nte d el d e tangent e d ob le. En éste, lo s ejes d e b a lan cín so n o rtogo na les, per o los pla no s d e la s va rillas A y B no se intersect an en ángulo rect o . ENG RA NAJ ES Lo s e leme n tos d e acoplamiento e indi caci ón d e m u chos in strumen to s d e avión emplean e ngranajes de una fo rma u o tra, para la co nversió n directa de mo vimi ent o en lín ea rect a o e n form a de arco en girato rio total , y para aum ent a r o d isminuir e l mo vimient o. En la F ig. 2.5 p ued e ve rse d e fo rma esq ue m ática có mo se e m p lea n lo s e ng ra naj es e n un in strum ento qu e utili za un t ipo d e e lem ento ind icado r d e varias agujas. El se cto r dentado y su pi ñ ón d e engra ne p ro porc io nan e l au me nt o in icial de l d esp laza mi ent o d el e leme n to m ed id or. El engra naje e s una p eque ña part e d e un a ru ed a de n tad a gr an de, y puest o que t ien e ta nt o s di ent es e n uno s cu a nt os gra do s de ar co co mo e l p iñó n en tod o él, el secto r só lo necesita girnr uno s cuanto s grados para que el piñó n dé una vuelta COIll p let a. Los o tro s engra najes que ap arece n e n la Fig. 2.5 est á n d ise ñad o s p a ra pr opor cion ar una rel ación co ncreta de aumento entre sus agujas resp ecti vas y la aguj a accionada po r e l sec to r d ent ad o y e l p iñón .

Se c tor dentado acc io nado por los elemento s de medición V acoplamiento

Figur a l .S.-Co njunto de engranajes para un cleme nte de indicación de varias agujas.

"A l e m p lea r e ngra najes e n los instrumento s y en lo s sistem as d e co n t ro l, se ha ten ido qu e h acer fren te al prob lem a de qu e un eng ra naje puede girar siem pre u n p oco ant es d e arrastrar a l q u e en gra na co n él. Est a p ér d id a d e movi mi en to , o luego entre dientes co mo se la d en omina, es inevitable, p u es to qn e las di me nsiones de los dien tes de lo s e ng ra naj es deb en dej ar sie m p re a lgo d e " j ue go " para evita r qu e és tos se agarr o ti n . Por co nsigu ie n te, h ay que b us car o tros m ét o d o s q u e red u zc an al mín imo los e fect os in estables qu e pu ed a crea r e sl e ju ego en tre di ent es.

MUE LLES EN ES PI RAL

El méto do más co múnme nte adoptado en lo s mecanismo s dent ados co nsiste en el uso de un mu elle en espir al. El mu elle en es piral sue le fo rmar pa rte de un eleme nto indicado r y está sit ua do de fo rm a qu e uno de lo s ex t remos está fijad o al eje de la aguja y el otro al arm azón del mecanismo. En fu nc io na m iento, el mu elle, debid o a la ten sión, tien e siemp re una tend en cia a desarrollarse ; de es ta forma se elimina el ju ego entre dien tes y éstos se mantien en en co ntact o. Otro métod o, que se ado pta en ciertos sistemas de in st rumen to s que implican la tr an smisión 'de da to s, es el engra naje an tijuego en tre dien tes. Consta éste de dos engranajes idé nticos mont ados libr em ente fre n te a frent e en un cu bo común e interconectados po r medi o de dos muelles, d e modo qu e, en realid ad , es una so la m eda d entada dividid a. Antes de qu e el engra naje engrane co n su compañ ero , una de las mitades se gir a uno o do s di ent es, estira ndo, de este mod o, lo s mue lles. Des pués del engranaje, los mu elles ti enden siem pre a sit uar de nu evo a las do s mit ades del engranaje en la posición estática sin carga; de esta fo rma , la su perficie de tod os los dient es se mantien e en co ntacto. La to rsió n ejercida por lo s mu elles es siem pre mayor qu e los pa res de torsión de funcion amiento d el siste ma d e transmisión, pa ra qu e la resilien cia n ecesari a p ara la actu ació n de los engra najes no sea afec tad a.

MUELLES EN ESPIRAL Los mu elles en esp iral son di spositi vos fabri cad os co n pr ecisión qu e, ade más de la funció n ant ij uego en tre dient es qu e ya hem os cit ad o , sirve n también co mo dispositi vos co ntro ladores co nt ra los cu ales se equilibran las fu er zas defl ectoras para establecer las leyes de calibrac ión requerid as (corno en los in strument os eléctricos de bo bina móvil) y para devolver a los eleme nt os de acopl ami ento e indicación a sus posiciones origina les según y cuando se retire n las fu erzas de-

flectoras. En la mayoría de los casos, los mu elles en esp iral son del t ipo de bo bin a plana con el extremo int erior fijo a un engas te, lo qu e ha ce qu e se le pu eda inst alar a presión en su eje correspo ndien te, qu ed ando el ex tremo ex terio r sujeto a un pu nto adyace nte al armaz ón del mecani smo . En la F ig. 2. 6 a) pu ed e verse un conj u nto típico, en el qu e se observará qu e el m étodo de suj eción permite cierto grado de ajust e de torsión del mu elle y aju st e ini cial del eleme nto indicado r. En ciertos tipos de instrumentos eléct ricos de m edid a, deb e facilit arse nn m edio pa ra aj uste ex terior de la aguja en la po sición cero de la esca la. En la F igura 2.6 b) se mu est ra un método co múnme n te adoptado . El ex t remo int erior del m uelle está sujeto al eje de la aguja, pero el ex terior está suje to a una placa circular cargada por fricción alrede do r del tornillo-eje anterior. Una horquilla, qu e forma parte int egral de la pl aca, engrana co n un pa sad or mont ad o excéntricamen te e n un tornillo en la parte fro n ta l del inst rument o . El tornillo , a l girar, desvía la pl aca, gira ndo de este modo el muelle, el eje y la aguja a un a nu eva po sición sin alte rar la carga de torsióu del mu elle. Los mu elles en espira l sue len ser de bronce fos foroso y co bre b erílico, y su fabricación ex ige un .control y grad uac ió n precisos del gros o r, diám et ro y carga de to rsión , de forma q ue se ajuste n a las carac te rís tic as de o perac ión de las disti ntas cla ses d e in stru ment os. 31

EL EM EN T OS Y f.,1EC AN ISMOS H E L OS I N ST R U M ENTOS

rt ecoclda en el eje de e ngr a naje o la aguja Pasa d o r cón ico Pu n to de su jeción e n e l arm az ón de l mecanis m o \

1'( Agu ja

Torn illo

de p ivo te con rub¡

Mue lle e n

es p i r ~ 1

C<,! rga d e fricci ón

_ _

Ibl

_ T ornill o de ajus te ce ro situado e n el bisel o la tap a delan tera

Figur a 2. 6. - Muelles en esp ira l. a) Mét od o de sujeción ; b ) méto do de ajuste cero.

COMI'E NSACION DE T EMPERATURA DE LOS MECANISMOS DE LOS INST RUME NTOS En la co nst rucció n d e lo s meca nism o s d e lo s inst rum en to s se utili zan va rios m et ales y a leacio n es, e in e vit ab lem e nt e , pu ed en p ro du cirse ca m b ios en SlIS caracte rí sti ca s f ísicas co n las variaci o nes d e la t em per a tura en su s pr oxim id ade s. En algu no s c aso s se pu ed en ap rov echar deli ber ad a men te es t os cam bio s como bas e d e ope ra ció n : en c ier tos t erm ó me t ro s e léct r icos, po r ej e m p lo, lo s camb io s e n u na resist enc ia e léct ric a de meta l fo r ma n la ba se d e la m ed ición d e temper atu ra. Sin e mb argo, éste y o tro s camb ios de las carac te ríst icas no SOI1 siem p re d eseables y , por co nsigu ien te, se hac e nec esa rio to mar m ed ida s pa ra neut ralizar lo s qu e, si no se c o m prue b a n, in trodu cirían erro res de ind icació n debido so lam e n te a lo s ca m b ios d e te mp er atura de l m ed io amb ien te . Lo s m ét o d o s ad o ptad os para compe nsacion d e temperatura , como se d enom ina, va rí a n segú n el tipo d e in st ru me nto a l qu e se a p lican, El m étod o m ás ant iguo d e co m pe nsac ió n es e l q u e u til i za el p rin ci p io de t ira b imet álica y se apli ca a di verso s in st ru me nt os, co mo a nem ómet ro s, alt íme tro s, ind ica do r es de velo cid ad verti ca l e ind icado res de te mperat ura d e lo s gase s d e esc ap e,

32 .

COMPENSAC ION DE TEMPER ATURA DE LOS MECA N ISMOS D E LOS IN STRUME NTO S

Método de tira bimetálica Una tira bimetálica, co mo su propio nombre ind ica, consta de do s m etales unidos en su super ficie de co nt ac to para formar una sola tira. Uno de los m et ales es invar, una forma de acero co u un 3 6% de co nte nido de níquel y un coe ficiente despr eciable d e dil ata ción lineal , mien tras qu e el otro m etal puede ser lató n o acero, los cuales ti en en alto s coe ficie n tes d e dilata ción lineal. De este modo, cua ndo la tira es so me tida a un aum en to de temperat ura , el lató n o el acero se di latarán y c ua ndo la tira sea so metida a una disminució n de tem p era tura se contraer án. La tira de in var, por otra pa li e, al tener un coe ficien te despreciab le de dilatació n, mant endrá siem pre la mi sma lo ngit ud y, al est ar firm em ent e unida al otro meta l, hará q u e toda la t ira se dob le. En la F ig. 2.7 a) se muestra la ut ilizació n del pri ncipio de tir a bim etáli ca en un mecani smo típ ico tipo varillas. En este caso , la barra de referencia ver ti cal conect ada al eje de balancín es bimetálica y se apo ya co ntra el brazo aco p lado al sec to r dentad o del ele me nto indicador. El princi pa l e fec to qu e lo s cam bios de temp eratu ra ti en en so bre es te m ecanism o es la dilataci ón y co ntracció n de la cápsula, te nd iendo , po r tan to , a hacer que el e le me nto indi cado r lea de m ás de m en os. Su po ngam os, por ejem plo ,

qu e las posicio n es adoptada s por los eleme ntos del m ecanismo so n las qu e se obtien en cua ndo se mid e una canti da d co no cida a la temperatura no rma l de calib ració n de 15 oC, y qu e la temper atura se aum enta grad ualmen te. El efecto de la elevació n de la t em peratura en el materia l de la cá ps ula es hacerlo más flexib le, d e forma q u e se di latará má s para llevar la barra de refer encia en la direcCo mo la barra está en co nción indicada por las flechas co nt inuas (Fig. 2.7 t act o con el brazo del sec t or dentad o, el eleme nto ind icad or ti ene la tenden cia a leer de má s. Sin em bargo, el aumento de temp eratura ti en e un e fec to sim ultán eo so bre la barra, la cual, al ser un bim etal y a causa de la posición de la parte de invar, se curvará o f1 exará en la dirección indicada por la fle cha de p un to s, contrarre st ando así la dil atació n de la cápsu la y manteniendo una lect ur a co ns-

b» .

T i ra de i n var

lal

lb )

Figura 2.7 .-- Utili zación de la tira bimetálica.

EL EME NT O S Y M E C A NIS M O S D E L O S I N ST R U M E N T O S

t ant e e n el ele me n to indicad or. Cua ndo se di smin u ye la temper atura , e l mat erial d e la cá ps u la " se pone rígid o" y se co nt rae, d e fo rma que el eleme n to ind icado r tiend e a leer d e m en os ; co mo se verá clara mente e n el diagram a , la ba rra d e referencia bim et áli ca mant cndrá una lectura co nst a n te al cu rvarse o flexar en la dire cción cont rar ia. En algu nos in strumentos, los indi cadores d e tem per atura d e -lo s gases d e escape, por eje mp lo, pued e n dar erro res de indicació n d ebido a lo s efectos d e la te mperatura a mbie n t al sobre lus valores de la fu erza elec t ro mo t ri z pro d ucid a por un sist e ma d e t er mopar. Aunque t ales err ores so n en el fundo el result ado d e lu s cam bios d e una ca ntid ad eléctr ica, tam bién pu ed en co mp ensarse m ecánica men t e o m edian te la ap li cac ió n d el p rinci pio d e tira bim et álica . No obst ante, co mo es te m éto do cstá est rec h a me nte relacionado co n lo s principios d e o per aci ón d e lo s in strument u s termo e lé ct rico s, lo es tudiaremos detalladament e e n e l momento apropiad o .

Método de ter morr esi stencia

Mu ch o s de lo s in strum ento s e m plead o s pa ra m ed ir la t e mperatura en lo s avio nes so n d el ti po d e bo bi na móvil eléc t ric a, y co mo el m a t er ial d e la bobina sue le ser co bre o a lu m inio , las variaci o nes d e t emper atura d el indi cad or puede n ocas io na r cam bios d e la resist e ncia e léc tri ca de l ma teri al. En un cap ít ulo posterior es tud ia re mos lus principio s d e los in strume nt o s d e bo bina m ó vil, pero cn es te mom ent o pod emos cit a r que, pu esto q ue d epend en d e la co rr ie nte eléc t rica par a su fu nciona mie nto, la cua l es regulad a por resiste n cia, los efect o s d e la tem p era tu ra pu ed e n dar lugar a erro res de in d icació n que necesit en co mpensa ció n. Uno de lo s m étod o s de compen saci ó n ad op t ado ut iliza una tetmorres lst encla o termistor co nec t ad o en el cir cui to d el in d icad o r. Una t erm o-resisten cia, qu e se co mpo ne d e u na mezcla de óx ido s metáli co s, tien e un coefic iente Ill U Y grande de resisten cia a 13 temperatura , qu e sue le ser negati vo: es to es, su resisten cia di smin u ye cua ndo la te m pe ra t u ra au me n ta . Su po ni endo qu e la t em per at u ra del indicad or a u mente, la co rr ien te que flu ye a través d el indicad or se ver á red ucid a, porq ue la resist en cia d el co bre o el alu min io aumen t ará ; por lo ta nt o , el ind icador tenderá a leer d e m e no s. Por o tra part e, la resist e nci a de la term o rresisten cia disminuirá, de fo rma qu e para ¿r hÜsmo c ambio de tem peratura se compensará n lo s ca mb io s d e resist en cia pa ra m anten er una co rrie n te co nsta nt e y, por co nsigu ie nte, una indicación co nstante d e la cantid ad qu e se mi de .

Método de deri vación termomagnética Co rno m étod o alternativo al mé to do de termo-resist encia para co m pe nsar los cam bios de resist en cia de las bobinas móv iles, algu no s instrumento s d e m ed ición de tem peratura ut ilizan un d ispo sitivo co no cido co mo derivación termomagnética. Se trat a d e una t ira d e alea ció n n íquel-h ie rro sensible a las var iacion es d e temperatura, que está suje ta a tra vés d e lus po lo s d el im án perm a nen te d e form a qu e d esvía part e del fluj o m agn ético en el e nt reh ierro a través de e lla m ism a.

PRE G U N T A S

Como ante rio rme nte, supongamos q u e la tempera tura del indi cad o r aum enta. La resist en cia de la bo bina móvil aumentará, o ponién dose de este modo al fluj o d e corrien te a través de la bo bina , pero, al mismo tiempo , aume ntará también la re luctanc ia ("resistencia m agnéti ca") de la tira de alea ció n, de fo rma q ue se d esví a menos fluj o del ent rehierro . Pues to qu e la to rsió n deflect ora ejercida so bre u na bobina móvil es proporcional al producto de la corrien te y el flujo, el flujo aum entado del entrehierro co mpe nsa la red ucción de co rriente para man ten er u na torsión co nsta nte y por ta n to una lectu ra indi cad a tam bién constante. Para efec t uar la co m pensació n 'req u erid a pu ed en instalarse varias t iras termo magnét icas d e acuerdo co n el tamaño del imán perma nent e. HERMETICIDAD DE LOS INST RUM ENTOS CONTRA LOS EFECTOS ATMOSFE RICOS En los avio nes presurizados, las co n dicio nes de pr esio n at mo sféri ca intern a está n aume nt adas a un valor mayo r qu e el pr edo m inan te a la alt it ud a la q ue está vo lando el avión. En co nsecuen cia, los inst ru men to s q u e usan pr esión at mo sféri ca exterio r co mo pu nt o de refer encia, los alt íme tros, los indic ad o res de velocidad vertical (varió metro s) y los anem óm etros, po r ejem plo, pu ed en ser impre cisos en sus lecturas si en sus caj as entrase aire a la p resió n de cab ina. Po r co nsiguiente, las caj as están cerradas her méti cament e para so po rt ar presion es mayores ele las no rmales en co ndicio nes pr esurizadas. La pr esión exter ior a la cual es eficaz la herm eticida d es no rmalment e 15 libras/ pul gad a cu adrada. Los in strume nto s de me dida de presió n d e lectura directa del tu bo Bo urdon , o ti po cáp sula, co nec ta dos a una fu ent e de presión fuera de la cabina de pr esión, también pueden dar erro res. T ales erro res se co rr igen ut ilizan do caj as hermét icas y ve ntilá ndolas a la presión at mosférica exterio r. Muc hos de los instru men tos qu e se ut ilizan act ualmen te dependen, para su fun cionam iento, de circ uitos eléc t ricos sens ib les y meca nismo s qu e d eb en protegerse con tr a lo s e fectos adverso s de la tem peratura, la presión y la hum edad at mosféri cas. Est a pro tección se realiza llenando las caj as co n un gas iner te, como n itr ógeno o h elio, y cerrándo las luego herm éti camen te.' PREGUNTAS 2.1.

¿Cuá les son lo s cuatro eleme ntos pri ncipa les que com ponen un instrumento?

2.2.

Defin ir la longit ud y el ángulo de palanca y cit ar los efectos q ue tienen sob re un instr ume nto que ut ilice u n meca nismo de palanca.

2.3. a) ¿Cuál es so n las diferencias esenciales entre un mecanismo de palanca y ot ro de varilla? b) Cita r alguna ut ilización típica en instru mentos de aviones. 2.4 .

¿Qué se entiende por el términ o " mo vimiento perdid o»? Describir los mét odo s ado ptad os para red ucir al m fnimc sus efec tos.

2.5.

Describir un mé todo med iante el cual pu eda n correg irse au tom áticam ent e las indicaciones de los in stru mentos según las variaciones de t emperatu ra.

3 . Presentaciones, paneles y d isposiciones de los instrumentos En vu elo , un avión y su tr ipul ación form an un conjunto " ho m bre-m áq u ina" qu e, segú n el tamañ o y e l tipo de av ión, pu ed e ser bastante senci llo o mu y co mpl ejo . La fun ci ón d e la tripu lació n dentro d el co nju nt o es la de co nt ro lar, y la im po rt ancia d e la fu nción de co n tro l d ep ende d e la sim p licid ad o no de la m á._quj¡~ a cºn"o. lln _to do j¡Jteg~a_d .0 Por eje mp lo, al vol ar manualm ent e un avió n, e in iciar manualincnt e lo s aj us tes de los siste m as fu ndam ent ales, se di cc q u e la función d el contro lad or es mu y activa. Si, po r el co n tra rio , el vue lo d e un avió n y lo s ajus tes d e lo s siste m as fundam enta les so n au tomático s, en to nces la fu nción de l co n tro lado r es mera me n te d e ver ifica ció n, co n la posibilid ad d e p asar a . la fun ción activa en caso d e fa llo de los sist em as. ( Desd e lu ego, lo s in strumento s juegan u n p ap e l sum ame n te vital en e l aspecit a d e co n trol, ya qu e so n el med io de co m u nicar d at o s en t re Jo s sist em as yel ( cOl'.t ro.la do r.~ Po r co nsigu ien te , con el fin de qu e un con t ro lad or pu ed a o btener una ex cele nte ca lidad d e con t ro l y t ambi én para redu ciral m ínimo el esfue rzo m enta l al int erpreta" dat os, es n ecesario prest ar la m áx ima co nsideració n al co ntenid Cl ~a la forma d e la present ación d e d at os. 1; Las formas má s co mu nes de prese n tació n de cia to s ap licada s a Jo s ínst rum en lo s de aviones so n a) cuan titativa , en la q ue la ca n t ida d va ria b le que se mi d e se presen ta en términos d e un valor num érico y m edi ante la po sición relati va el e _. '¡·c una aguj a o indi ce, y b ) cualitativa , en la 'lil e la in forma ción se present a e n '.'1 fo rma simb ó lica o grá fica. ,

PR ESENTA CIO NES CUANTITATI VAS Ex ist en tres mét odos p rin cipales mediant e los cu ales pu ed e present ar se la inform ación : O) la escala circular, o más fami liarm ent e, la escala ti po "re loj", (j i) la escaia recta y (iii) el digital, o co n t ado r. Vea mos d etallad am ent e es tos t res m ét üdOS:---- - . ) , '~ ,. 1 " .( . ( r, , '" -~

Escala ci rcular Pu ede co ns ide ra rse co mo el m ét odo clá sico de prc sent al' informa ción en forma cuan tit a tiva, y se mu estra en la F ig. 3. 1.

»:

La' base.de est;aia J, o círc u lo de gr aduació n, es la lí ne a, q ue pued e ser rea l o pre sunta, que va de u n extrem o a ot ro de la esca la y por la cu al se determi na n las marca s d e la esca la y la lín ea de reco rr ido de la aguja . ~ 'I L",s mar cas de la escala, o marcas de gradu aci ón, so n las m arcas q u e co nst itula esc ala del instrum en to. En las pr esent acio nes cu antit ativas es de suma

/yen 36

PRESE NT A CIONE S CUAN T IT AT1VAS

Me rcas de escal a o gradu ació n

1-1-_ _

Esp aci ado de la escala en uni d ade s de 1

Base de la escete A guja o fndice

Figura 3. l .- Presentación cuanti tativa en es cala circu lar.

importancia que e l nú mero de gradua cion es se escoja cuidado samente co n e l fin de o btene r inter¡;retaciones rá pidas y ex actas de las lecturas{ Si la escala está dividida en d em asiado pocas gradua cio nes, puede perde rse mfo rmació n vital y pro d ucirse errores de lectura . Si, po r o tra parte, hay dem a siad as graduaciones, se malgasta rá tiempo, puesto qu e la veloc idad de lect ura disminu ye cuando aumen ta n las grad uacio nes. Ademá s, un o bservado r pued e lograr un sen tido falso de exac tit ud si el nú mero de gradu aciQ..ll!:S-hace q ue se pu eda leer la esca la co n precisió n a, diga mo s, u na unid a,n fal inid ad má s peq ueñ a marcad a), cuando en realidad el instrum ent o tiene u n error inherente qu e le hace qu e sea ex ac to a, d igamos, dos u nid ad es. En cuanto a lo q ue se refi ere a inst ru ment os de avión de presentación cuantitativa, lo s fab ricant es sigu en u na regla sencilla qu e co nsiste en d ividir las escalas de mod o q u e las grad uacio nes representen u nidades de 1, 2 ó 5, m últ iplos deci ma les de éstas. Ta mb ién tien en impo rt an cia los tatuaño s de las grad uacione s; el princi pio general ado pta do es qu e las grad ua cio nes qu e se han de numerar sean las más gra ndes, mientras qu e las int erm edi as sean más co rtas y, po r lo gene ral, todas de la m isma longit ud . La separac ió n tam bién tien e gran im po rta ncia, pero puest o q ue es regu lad a po r leyes f ísicas co n relació n a la ca ntidad qu e se mid e, no pu ed e haber uni for midad co mple ta entre tod as las present acion es cuantitativas. Generalme nte , sin em bargo , ex isten dos grupos d isti nt os, lineal y no lineal ; en o tras pa lab ras, escalas co n graduacio nes espaciadas u niforme y no un ifo rm em e nt e. En la Fig. 3 .2 se muestra n ejemp los típicos, e n los qu e puede observa rse qu e las pr esentaciones no lineales pued en ser del ti po de ley cuad rática o ley logarí t mica ; en est e ca so las leyes fís icas est án en relación co n la velo cida d resp ect o al a ire y el camb io de régime n de altitud respectivamente. ó

;;./ El o rden de numeraci ón siempre aume nta a de recha s, esto es , en el sentido . '<le las agujas del reloj , aju stándose de este modo a lo q ue se denomina " ex pecta)._. tiva vis,u al" del ? b~~4~.~a.l~~ En un in stru men t o qu ~ .te nga un centro cero, es ta t :' ~~ l' .... regla solo se ap hcan a, de sde lu ego, a la escala po sit iva. Igual q ue en el caso de \ "., s: las grad uacio nes, la numeració n es siem pre en pasos de 1, 2 ó 5, ó mú ltip los decima les de éstos. Lo s números pueden marcarse en la esfera bien en el int erio r o bien en el ex te rio r de la base de escala ; es pre ferible el últ imo mét odo puesto que lo s núm ero s no queda n cubierto s po r la aguja du rante su reco rrido po r la escala,

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La distancia entre 'íos centro s de las grad uaciones qu e indi can lo s valo res m í: y máximo de la gama de medi ción elegida, y med ida a lo largo d e la base

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Figura 3 .2.- Escalas line ales y no lineales. a ) Lineal: b ) ley cuadrática: e ) logarítmica. ? -

d e la esc ala, seIlama lon gitu d <le la .c;cald\, Lo s fact o res que regulan la elec ció n de la lon gitu d d e la esca la para u na gamá par ticu lar so n el tam año del instru men to, la ex act it ud co n q ue se necesit a leerlo y las cond icio ne s bajó las q ue ha de ser observado . En co nd icio ne s id ea les y basá ndose en consideracio nes purament e teóri cas, se ha calculado que la longitud de una esca la pro yectad a para o bse rvarla a una d ist an cia d e 7 5 cm y que pu eda leerse al 1% de la ca nt ida d t o tal ind ica da, d eb e ser d e 5 cm (se a cual fu er e su fo rma) . Est o q uiere decir q ue para u n instrum ento d e escala circ u lar ser ía su ficie nt e una caja d e 2 1/ 2 cm d e diá metro. Sin em bargo, los instru m en tos d e avión d eben co nservar su legibilidad en co nd icio nes qu e a veces pued en esta r lejos d e ser ideales - Inz variab le , vib racio nes d e panel d e instrumentos, et c. En co nsec ue nc ia. d eb e hab er algún grado d e u nific ació n d e los tama ños d e las cajas, siendo d ictada la u tiliza ció n d e tales caj as por la exa ctit ud d c lectura y la frecuencia co n q ue se necesit an las o bse rvaci o nes . Lo s in strum e nt o s qu e prese ntan info rmación qu e se ha de leer exa ctamc nte y a int ervalos fre cuent es tiene n esca las de u nos J 8 cm d e lo ngit ud inst alad as en cajas está ndar d e unos 9 cm (3 1/ 4 pulgada s). mien tra s q ue las que hay que observar só lo de vez en cuando , o de las qu e só lo se necesitan lecturas aprox imadas, ti en en esc alas má s co rtas y sus cajas so n más pequ e ñas.

Presentacio nes e n es calas largas de gran alcance

Para medir algu nas ean tid ade,'s , revolucio nes po r m inu t o del mo to r, velo cid ad - co n resp ecto al aire y alt itud . por ejemp lo. se necesita n esca las mu y largas, puest o q ue las gamas d e medició n son altas. Esto hace que sea d ifícil presen tar ta les can t id ad es en esc a las circu lar es se ncillas en cajas de tamaño está ndar. particu larment e e n lo qu e re spec ta a l núm ero y se paració n de las graduacio ne s. Si se necesita un núm ero grande de graduac io nes , su se paració n po dría serdc rnasiad o pequ eña p ara q ue pu d iera leer se con rap id ez. m ientras q ue. por ot ra part e, u na reducci ón d e l núm e ro de graduacio nes co n e l fin de aum entar la separa -

PRE SE NT A C IO N ES CUAN T ITAT IVAS

cien tamb ién origin aría errores a la hora de interpretar valore s en pun to s entre grad uaciones de la escala. En la F íg. 3.3 se mu estran algun as de las so luc io nes prácti cas ad optadas ant e las di ficu ltad es enco nt ra das . La presentación mo strada en a ) es quiz ás la forma más sencilla de adaptar lo ngitudinalm en te un a esca la ; divid i éndola en dos escalas co ncéntricas y ha ciendo que la in terior sea la con tinuación de la ex te rio r. Para registrar en ambas esca las pu ede ut ilizarse u na so la aguja mov ida po r dos revo luciones, pero COmO esto tambi én pu ede co nd ucir co n dem a siada frecuencia a una lectura erró nea, es mucho mejor un a pr esentación po r dos aguja s int erco nectadas de difere nte ta maño. En alguno s diseños actua les de indicador de revo lucio nes por min uto de mot o r de turbina puede enco ntrarse u n ejemp lo práctico de esta presen tación . En este caso, un a aguja gra nd e gira en la escala ex terior para indicar cent enas de revo lucio nes po r minu to y , al mismo tiem po , una aguja más pequeña gira en la esc ala int erior para indicar millar es de revoluciones por minut o . En la F ig. 3.3 b) se representa un mét odo q ue se emplea en cierto tip o de anemó me tros ; en su co nce pto bási co es simila r al qu e acabamo s de describir. En este diseñ o , sin embargo , una so la aguja gira en una escala c ircular y arrastra una segunda escala en vez de una aguja . Esta escala gira to ria, qu e registra cien tos de millas por hora cuando la aguja gira rev o luci on es co mple tas, se ve en una abertura en la esfera principal. I

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Figura 3 .3 .- Presentacio nes de esc ala larga de gran alcance. a) Escalas co ncé ntricas ; b ) es calas fija y giratoria; e) esc ala co mún, tres agujas;d) aguja dividida . .

I' H ES ENT¡\ CI O NE S . PA N E L ES Y llISI' OSI CJO N ES O E LOS I NST R lI M E N r OS

Un ter ce r m ét od o d e prese nta ción es e l m o s trad o en e) , en e l qu e tr es aguj as c o n cé n tr icas d e di fe rent e tama ño co mp ar te n u na esca la co m ú n. La ap lica c ió n d e esta p rese nta ción se ha lim itad o p rinci pa lm e n t e a lo s a lt ímetros; la ag uja gr and e in d ica ce n te n as, la intermed ia milla re s y la p eq ueña d e cena s d e m ile s d e pies. Este método de present ación tien evarios in convenient es, sien do el pri ncipa l que se tar d a d emasiad o en int erpretar un a lectura y da origen fr ecu ent em ent e a lecturas err óneas.

En la Fi g. 3. 3 d ) pu ed e vers e un m ét od o d e presen tació n re lat ivamente recie n te para med ir la ve lo cida d co n resp ect o al a ire. Se o bserva rá q u e se a do p ta una esca la ex ter io r y o tra in te rio r y qu e ta m b ién pa rece ha ber u na so la aguja . S in em bargo , ha y do s agujas q u e se mueve n ju nt as y le en e n la esca la ex terio r dur an te su prim era vu e lta . Cua ndo se ha te rmi n arlo és ta, la p un ta de la aguja más larga q ueda c u bie rta po r tilla placa peque ña y no pu ede move rse más allá de es te punt o de la es ca la. La m ás corta sig ue mo viéndo se para le er e n la escala in terior.

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A ngulo de o bse rvació n

O tro fact o r que tie ne un a gra n import an cia en la e lecció n d e la lo ngitu d co rrec ta de esca la y e l ta ma ño d e la caja es e l ángulo en e l qu e se ob serva el ins t ru men to . Es impo rtante po rq ue . au nq ue se po drían utili zar escalas Huí s largas e n los m is mo s ta ma ños de cajas pert in entes, la esca la es ta r ía sit u ad a tan cerc a d e l bord e ex te rio r d e la p laca d e la es fe ra que éste q ueda r ía escu recido a l mi rar en á ngu lo . Pore sta razó n. se estahlec i ó tamb ién una no rma por la que ningu na pa rt e del in stru mento d eb ía estar oscurecid a po r la caja de l instru m en to cua ndo se mi ra ra en ángu los d e hasta 30° de la po sición norm a l. A lgun os fabr ica n les adop taro n un m é tod o, q u e co n fo rme a es ta n o rm a , con sis te en instalar los me can ism o s de to s instru me ntos dentro de cajas cua d ra d as.

1\1 observar un instrume nt o en ángulo. es po sib le , desde lu ego , que se pro du zcan e rro res de h ido s ni para laje ; la ma gni tud de tales erro res es regu lada princ ipalme n te po r e l ángu lo en q ue se o bse rva la pa rl e pe rt inent e de su esca la y ta m b ié n po r la d ista nc ia d e se parac ió n en t re la ag uja y la pla ca de la es fe ra. Es te p ro b lema . co mo tanto s o tros e n e l c a m po d e lo s in strumento s. ta mb ié n ha sido d iscut id o ; e l resu lta d o lo ten em o s e n la e sca la de " p la ta fo r ma" d ise ñad a para c ie rtos ti po s de in strume n to s de prese n ta c i ón circ u lar. Co mo puede ve rse e n la F ig . 3 .4 , las gra du a cio n es de la es ca la e st á n e n u na pla ta fo rm a circu la r q u e est á suje ta a la p laca p rin c ip a l d e la esfe ra. d e fo rma qu e se e ncue nt re a l m is m o n ive l q u e la p un ta d e la aguja . A lcance de la esc nln y gama de o pe rac i ón

U n caso qu e se prese nta co n m uch a fre c uen c ia e n re lació n COÍl las lo ngitudes y las ga mas () alca nces de la escala e s que sue len exce d e r d e Id qu e se ne ces ita realme n te para la gama de o pe ració n de l sist e ma co n el qu t¡! es tá asocia do el

in strum en to , d eja nd o, p or t a nto , pa rl e d e laesca la jii'Lu tiliz arl ll p rim er a vista esto par ece se r algo despil farrador, pero u n eje mplo fllOsGafú có mo ay ud a a mejo ra r la ex ac tit u d de las obse rva cio nes d e la s le cturas:

PR ESE NT ACJONE S CUAN TlT ATlVAS

l A

Pi g. 3.4 .- Escala de platafor ma.

Con sid ere mo s un sist ema de flu id o en e l qu e la ga ma d e presión d e fu ncio na miento es, d iga mos, 0-3 0 lib.rpul gad a" . No sería ningú n probl em a d ise ña r u na escala para e l in dicador de pre sión re q ue rido, q ue se ría de u na lon gitud eq u ivalent e a la gama de operació n de l sis te ma, d ividida tambié n en u n núm e ro co nvenient e d e partes segú n se muestra en la F ig. 3.5 a ). No obs ta n te , e n c ie r ta s con dic io nes de o peració n de l sistema en c ues ti ón , puede ser fund amental vigilar las pres io nes qu e ten gan va lo res tal es co mo 17 ó 29 lb f/p u lgadu ? ; ha cer es to con precisión en e l men or tiemp o posib le no es mu y fácil , co mo no s mo strará un a segunda m irada a l d iagra ma. D ise ñemos de nuevo la esc a la d e fo rma qu e su longitu d y a lcan ce sean su pe rio res a la gama de operació n d el siste ma y d is po ngamo s las grad uacio ne s d e la esc ala d e ac uerdo c o n la regla dada en la página 36 . El re su ltado mostra do e n b) in dica clara me nt e cu á nto más fá cil es in te rpr e tar lo s va lores q ue hem o s co nsid e rad o fun da menta l vigila r. 17 \

,, ~--_29

(a)

(b)

Fig . 3.5 .- Exactitud de lectura. a) Longit ud de la escala y gama de o pe ración iguales; b) gama de la escala superior a la gama de o peración. .

Escala recta '-- '-Aa em ás d e la p rese n ta ció n d e esc ala c irc u la r, o tra p rese n t a ción cua nt ita t iva es la d el tip o d e escala recta (ver ti ca l u ho rizont a l) . Por la mis ma razó n qu e él 41

PRESE NTA CI O N ES, PA N ELES.Y OI Sr OSI CI O N ES D E LOS I N ST H U M ENTO S

o rde n de num e raci ó n se da e n e l se ntido de las agujas de l re loj e n u na es cala circu la r, en un a esca la rec ta e l ord e n es d e abajo a a rr iba o d e izquierd a a d erec ha ,

En lo s in stru ment o s de avión se hace un a es casa utili zación de las prese nt acio nes d e esca la re c ta y ag uja, ya q ue n o so n ad ecua das pa ra la vigila n c ia d e la may oría de las cnní id ad es qu e se mid en . No obstante, poseen caracterís ticas qu e pu ed en co n tribuir al aho rr o de espacio d el pan el y mej orar la exact it u d de ob servaci ó n, parti cu larmente en lo qu e se re fie re a lo s proble mas de agrup am ient o y vigila n c ia d e u n gra n n úme ro d e instrumen to s d el mot o r.

El d esa rro llo d e es ta s ca ra c te rí sticas y la s in vestiga ciones d e lo s p rob lemas d e "agru pam ie nto y vigilancia, han dado co mo result ado la aplicación p rác tic a de o tra va rian te d e la p resenta ción d e esc a la re ct a, Se la co noce co mo la present ació n d e cinta IIl Ó"i/ o " te rm ó me tro " , En la Fi g. 3, 6 se m u es tra có mo se e m p lea-

Temperatura de los gases de escaoe

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figura 3 .6 .-Co lllplUació n entre presentacio nes de cinta mó vil y escala circu lar.

PRESENTA CION ES CUA NT ITA T IVAS

ría pa ra med ir d o s pará met ro s vitales para la o pe ració n d e u n avió n im pu lsad o po r cua t ro mo tores turb orreact ores. Cada unidad de presen ta ción co n tie ne una cin ta b lan ca servo accionada en lugar d e una aguja , la cua l se mu eve e n un plano ve rtical y ma rca en una esc ala igual a la colu m na de me rcuri o e n un term óm et ro . Como se puede ve r) hay un a unidad d e p rese n tació n pa ra cad a pa rám e tr o . Ec ha ndo u na mirad a a lo s finales de las ci n tas o co lu mnas, pu ed e ob te nerse u na eva luació n m u ch o m ás rápid a y exacta de lo s ca mbios d e la act uació n de lo s mo t ores q ue en la presen ta c ión clásica d e esc ala cir c u lar y ag uja . Est e hech o , un ido a qu e e l es pa cio d e l pan e l puede red uci rse co nsidera bleme n te, se ve n tambié n cl arament e d e la r ig. 3.6 . Presen taci ón di git al

(

Un tipo d e p rese n tació n d igit al es aq uél e n e l que lo s d~ t ós se -pres en ta n en forma d e let ras o números -epresenracio n alfanlltnér ica'L, co mo se denom ina té cnicam e nt e . En lo s instru men to s de avió n, la presentac ión ci tada e n ú ltim o lugar es la m ás com ú n y ge neralme nte fu nc io na e n co m b inac i ón co n el t ip o de p resentaci ó n circ u lar. En la Fig. 3 .7 pued en ve rse un o s ejem p los t íp icos. En el alt írne tro, p or eje mp lo , h ay d o s co n tado re s; u no pre se n ta u n va lo r fijo d e presió n qu e pued e aju starl o ll1 e c án i c ~.m ent e el pilo to co n~~ y Icy ando se a nec esario , y qu e se co noce c o mo pr esen ta ci ón de co ntado r est átlccr. y. e l o tro va e ng ranado al mecani smo del alt imet ro y presen ta au to má tic ame n te las variac io ne s de altitu d y. por co ns igu ien te , se le co noce co mo prese nta ci ón d e contador dillá~ mico . Es in ter esant e citar q u e la p rese n ta ció n d e d a to s d e a lt it ud po r me d io d e una esca la y co ntado r es ta mb ién o tro método d e resol ver el proble ma d e esc ala larga ya es tu d iad o e n la p ág in a 3 8 . El co n tado r de l in di cad or T GT es ta m b ié n una prese n tació n dinám ica , pu est o qu e es accio nado po r un a servotransrnisi ón a la aguja prin ci pal (ver la págin a 30 6) .

Presen t aci ón de con tado r d inámico

Prese ntac ió n de contador estático

Figura 3.7.- Utili zación de las presentacio nes digitales.

rr I' HES E NT A U ü N ES. PA NE LE S Y Dl S I'O S ICI O NE S UF. LU S INS 'I RlJ M EN TOS

Prese nta cio nes e n in d icad o r d obl e Las p resen ta cion es e n ind icad or d ob le se pro ye ctan prin c ip alm ent e co m o u n medio p a ra a ho rra r es pac io d e pane l. pa rti cu larm ent e cua ndo lo qu e in teresa es la medi ci ó n d e va ria s ca n tida des re la cion ad as co n lo s motores. Suele n t e ner dos fo rmas b ásica s: un a, e n la qu e d o s in di cad ores in de pendie nt es y escalas va n ajus tados. e n u na caja y. la ot ra , q u e tam b ién ti en e d o s in d icad o re s e n una caj a. e n la qu e las agujas marca n e n una esc ala co m ú n. En la Fi g. 3 .8 pu ed en ve rse eje m p los t íp icos d e com b inac io nes d e p resen ta c io nes. M edición

Pre sen \ ¡:¡<;i ó n

A. 0 05 c an tidad es

c ite re nte s d e un sistl;'m ¡¡

R. La misma c an tirfad de d os sisH>,n<ls difere n tes

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de d os sist em as idént icos

Las mismas cant idades

Figura J .8 .- Eje mp los de prese ntacion es en indi cador doble.

l'resen tucioucs e n colo r El e m p leo d e co lo r en la s p rese n ta cio nes pu ed e a ña d ir mu ch o a su va lo r ; d esde lu ego , no d esd e e l pu nto d e vista a rtís tico. sino como m ed io para in d icar gamas es pe c ífic as d e o pe ració n de lo s sis te mas y co m o ay u da pa ra ha cer una eva lu ació n más rá p id a de las cond icio ne s predomi na nt es cu an do se exa m ina n lo s inst ru m en tos. El colo r p ued e ap licar se a las e sca las e n fo rma d e sec to res y a rco s q u e ab a rca n e l nú me ro d e ma rca s d e la escala co rrespo nd ie n te a la pa rt e req u er id a de la ga m a y e n fo rma d e lín eas ra d ia les qu e coincide n co n las m a rc as d e esca la ind ivid ua les a pro p iad as . En la F ig . 3.9 se d a u n eje mp lo típ ico . Su e le se r co rr ien te q u e lo s sectores e n co lo r se a p lique n a las pa rtes d e una gama e n la q ue es su flc ie n te conoce r q u e se ha alcanzad o cierta co n d ic ió n en vez d e sabe r lo s va lo res cua n tita t ivos rea les. Los co lo res elegid os pued e n se r el rojo, el ama rillo o e l ve rde, seg ú n lo que vay a a con tro la rse. Po r eje m p lo. en u n sis te ma d e o xígeno

I'HESEN T AC IO N ES CU AN TlTA Tl V AS

verde

Figura 3.9.-Empleo del co lor en las presenta cion es de los instrument o s. Arco blanco 7 5- 14 0; arco verde 95 -22 5 ; arco amarillo 225-2 55 ; lí nea radial roja 255.

de u n avión puede se r necesa rio carga r la s bote llas cu ando la pre sión ha d escen d ido por d eb ajo d e, di gamos, 50 0 lb f/ p ulgada ' . 1'1 ma n óm etro d e l siste ma tendría, por consiguie nte , un sec to r rojo en SlI es fe ra qu e a barcase las marcas d e O a 50 0 ; d e es te modo, si la aguja se e nco n t rase d en tro d e es te sec to r, ser ia u na ind icació n su ficiente d e q u e se n ecesit a' reca rgar la s bo te llas; sa be r cuá l es la pres ió n real t ien e so la me n te un a imp ort an cia sec u nd a ria. Los ar co s y las líne as radi a les se su d e n llamar graduaciones esp ecificas, y su finalidad es defi nir lo s valo res en d iverso s pu nto s d e la gama de un a escala qu e es tán re lacion ados CO Il las gam as esp ec íficas de operación de un avió n , SlI S grup o s mo toprop u lsores y sus siste mas. Las de fini ci o nes de es tas grad uacio nes

son las siguientes: Linea radial R OJA A rco A MA R IL LO A rco VflUJE Arco ROJO

Límites máximo y III ín imo. Ga mas d e d esp egu e y pr e cau c ió n . Ga ma norm al d e o peració n. Ga ma e n la q ue se pro hib e la operac ió n .

En lo s ind icad o re s d e ca n tid ad d e co m b us t ible, u n arco ROJO in d ica co mo bu stible q ue no pu ed e utilizarse co n segu rid ad e n vu e lo . Las es fe ras d e lo s a nemó me tros pued en te ne r tambié n un arco llLANCO adi ciona l. Est e a rco sirve pa ra indicar la gama d e ve locidad co n resp ect o a l a ire en la qu e lo s fla ps d e ate rrizaje d el av ión pued en e x ten derse e n las co n figura cio nes d e d esp egu e, apro xima ción y a te rri zaje d e l av ión. Las graduaciones es pec íficas pu ed en va riar e n lo s di ferent es tipos de avio nes y , po r co nsigu ie n te, la s a ñade e l fabri cante d e l a vió n a n tes de su insta lación en el m ismo .

f rec uen teme n te las grad uac io nes es tá n p in tadas di re ct amente en lo s c ris ta les que tap an lo s instrumen to s - u n métod o m ás se nc illo pu esto qu e no precisa desmo ntar e l me canismo de un inst rum ento de su caja. Sin e mbargo, sie m pre se tien e la p rec aució n d e pinta r un ín d ice b lan co o línea d e le ctura la mitad e n el crista l y la o tra mitad e n e l bi sel para asegurar la a line ac ión co rrec ta d e l cr ista l y las grad uacio nes so bre la s marcas d e la esc a la. Ade más d e las u tiliza ciones c itadas, e l co lo r p u ed e u sa rse ta m b ié n pa ra facili ta r la identifica ción de lo s in stru me nt o s co n lo s sis te mas a lo s que es tá n

PRESE NTA CIONES , I'A N EL ES y IH S PO SI CIO N ES D E LO S INST R U ME NTO S

co nec tad o s. Por ejemp lo, en un tipo d e avió n actualm e nt e en serVICIO, se em pican siste m as h idráu lico s tri p les. lla mad os siste ma a marillo. siste ma ve rd e y siste m a azu l. y co n el fin d e id en ti ficar lo s in d icado res d e presión de cad a siste ma , las esc a las se pint an e n las es fe ras de lo s co lores resp ectivos.

PR ESENT ACIONES CUALIT AT IVAS So n d e un tipo especial e n e l q u e la .in fo rma c ió n se p resen ta e n una fOl"ln a , . simb ó lica o gráfica para mo strar e l estad o d e un sistema , si e l valo r d e u na salid a d ism in uy e o aume n ta , el m o vimi e nt o d e u n co mpon ent e, e tc . En la Fig, 3 . 10 se mu cstran d os eje m plos típico s.

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(b)

F igur a 3. 10 . Prese n ta cion es cu alitat ivas. a) Sincro n ización de m otores ; h ) p osic ió n de las su perficies de con tro l de vuelo .

El sinc ro sco p io e n a) se uíi lizn e n co nj u nció n co n un siste ma d e indi cación d e r p m d e un a vió n que ten ga u na insta lació n múlt ip le d e mo t o res d e hé lice. y su s aguj as. q u e re prese n ta n las h é lices, gira n ú nica me n te para mo st ra r las d iferenci as d e ve loci d ad e n t re lo s mo to res.

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La prese ntación mo strada e n b ) es un b ue n eje mp lo d e la ind icación d e l mo vim ient o de co m po nen tes, e n es te caso, las su pe rf ic ies d e co nt ro l d e vu e lo , lo s I lap s d e a terri zaje y lo s spo ilers. El in stru me n to co n t iene di ecisie te m ecanismo s e léct ricos ind e pend ie n tes, los cua les, al ser accio na dos po r lo s tran sm isores, sit ú an lo s ele me n tos d e ind icación sim bólicos o rep resen ta tivo s d e fo rm a q u e a pa re zca n e n d iverso s ángu los d e trás d e [as ab er turas e n la es fera princip a l.

I' RESENT AClO N ES Dm ECTO RAS Las p rese n tacion es dir ect o ras so n las qu e es tá n aso ciad as pri n cipalment e co n lo s d atos d e navegació n y po sició n e n vu elo (véa se e l Ca p ít u lo 15) y lo s presc ut a n de forma qu e ind ica n a u n p iloto lo s mo vimie nt o s de co n tro l q ue d e be hacer pa ra co rre gir c ualq u ier d esviació n d e u na tr a yect oria d e vue lo d esead a. o pa ra hacer q u e el av ió n reali ce u na manio bra esp ecí fica. Po r ta nto , es eviden te q ue e n e l d esa rrollo d e este tipo d e pr esen t ació n d ebe. ha be r una est re c ha re la-

PRES E NT ACI ONES Dl H ECT OH A S

ció n ent re la direcci ón d e lo s movimi e n to s d e co n tro l y la aguja d el in strument o o ele men to d e in di ca ció n d el tipo sim b ó lic o o representati vo ; en otras pa lab ra s, lo s mo vim ien tos d eben se r e n e l sen tido " na t ura l" con e l fin d e 'l ile el p ilot o pueda o bed e cer la s " d irec t rices" o "demand as" de la present ación . A u nq ue las prese ntacion es dire ctoras d e vu elo ti en en un orige n re lativam ent e r ecie n te co mo sis te ma s de in strumento s integrados es pecia liz ado s d e lo s avi ones act ua les, en concepto no son nu evos. El horiz o nte giro scóp ico (véa se la página 14 3 ) , que se h a esta do em p lea nd o d uran te m u chos añ o s, uti liza e n su forma básica una prese n tació n d irect ora de la p osición de ca be ceo y a la be o ele un av ió n . En es te inst rum ento h ay t res elemento s qu e com po ne n la prese nta ción : u na aguja qu e se ña la en una esc a la d e án gu lo d e inclinación la teral , un element o qu e representa a l avión y un ele me n t o qu e r eprese nta a l horizon te natu ra l. Tanto la aguja d e in clinació n la teral o alabeo c omo el sím bo lo d el horizon te na tural son esta b ilizados por un giróscopo. Como e l in st ru m ent o est á id ead o para la pr ese n tac ió n d e ángu lo s d e posición en vuelo , y co m o tamb ién u no d e los elemen tos re p rese n ta t ivos o sim b ó lic o s puede mover se co n re sp ec to a l otro , ha y d os ejes d e referencia, e l d e la caja qu e es t á fija co n resp ec to al av ión y e l d el ele me n to mó vil. Si lo s camb ios d e po sición de ca bec eo d e l avi ón eleva n e l mo rro del avió n, la p rese n ta ció n del horizont e se m o st r ará igua l qu e e n la Fig. 3. 1 1 a ), ordenand o o ex igien do, por tant o , a l pil oto qu e " baje e l morro " . Igualm ent e , si la posición d e a lab eo variase ha ciend o qu e el a la iz qu ierd a baj e , ento nces la p resentac ión de l ho rizont e se rí a la qu e se mu es tra en b), o rde na n do o ex igie n do al pil ot o " in clin ar el avi ón a la d ere cha" . En am bos casos, las ó rde nes se r ían sa tis fec has po r el p iloto m ovien do sus mand o s e n e l se n tido n atural. O tro ejem p lo d e u na p rese n tac ió n dire ctora es la em p lea d a en un indicad or u til izado en co nj u nc ión con e l Sistema de A terriza]e con Instrum entos (ILS) ; és te es un sis te ma d e ra d io navegac ió n que ayuda a un pi loto a man ten er la po sició n co rr e ct a d e su av ió n durante la ap roxima ción para at errizar e n la p is ta d e un aeropu erto . Desd e ti erra se tr ansm it en d os h aces de rad io senale s ; lIll O d e los ha ces est á en el plan o ve rt ic al y en án gu lo co n la pista para est a b lece r el án gu lo de se n da d e p lane o o d e ap roximació n co rre c to; el o t ro , conocid o c o m o el lo cali zad or, es tá en e l p lano hori zontal ; ambo s es tá n a lineados co n la lí ne a cen tral d e la pista . U n re cept or a bordo d el avi ón re cib e las se ñales y las transmit e a dos m edid o res co n te nid os d entro de l in d icad or ; un o d e e llos con t ro la una ag uja de sen da de plan eo , y el o tro u na ag uja d e lo caliza do r. En la ma yoría d e lo s ti p o s d e aviones actua les, la pr esentación d ire cto ra d el ILS se pr e se nta siempre e n d os indi cad o res que co m p ren de n lo qu e se llama Sis te ma d e Ins tru m e n to s Inte grad o o Sist em a Dire ct or de Vuelo (véase el Ca p í tu lo 15). En la F ig. 3. 1 1 tambié n pu ed e ve rse una presentación típ ica d e uno d e estos in stru m e nt os (l lam ad o in di cad o r de posició n en vue lo). Seg ú n pu ed e o bse rvarse , co m b ina una present a ci ón di re c to ra del h ori zo nt e gir o scópico y, co n est o, elim in a la necesidad por pa rte de l pi lo to d e tener qu e vigilar las indicacion es d e do s in s trumen to s in d e pendi en tes. Cu an d o el avió n est á en la aproxima ción para ate rr izar y está , d igam o s, d e bajo d el ha z d e se n d a d e p laneo, la aguja d e se n d a d e pla neo d el in st ru m ent o se d esv iará h acia arriba seg ú n se m uestra e n la Fig, 3 . 1 1 e) . Po r ta nto , el p ilot o recib e ó rde nes d e " e lev ar el a vió n" co n el fin d e in tercep ta r el ha z . Igu alm e n te ,

PRESE NTA CI ONES , I'ANE L ES y DI SPO SI CI O N ES DE L O S I N STR UME N T O S

Eleme nto sunboticc del horizonte nat ura l

El emento simbo lico de l avión

...-::::::==::::::'"

Señetedor del

ángulo de inclinación

lal

Ibl

H OR IZ ONT E G I ROSCO PI CO

I i

Se ñetado r de

send a de planeo ~

•

...-...

--~ -

. ~

1',

S ún bo !o »> de l avión

,lil

•

. I .

~I" S ím bol o del localizad or (pista)

Idl

Icl

Figura 3 . 11.:- Ejemplos de presentació n de l director. a ) Orden de "pique el avió n"; h) orden dé "incline el avió n a la derecha" ; e) o rden de "incline el avión a la izquierda" y de "suba el avión " ; d ) la respuesta co in cide co n la o rden.

si el avión se encu en tra a la derech a del haz lo calizador, la aguja del localizado r se desviará a la izqui erda, ord enando, por tanto, al pil ot o, " que vuele el avión a

la izquierd a" . Cua ndo el pilo to respond e a las ó rdenes del instru ment o . las agujas vuelven a sus posicio nes cent rales indicand o q u e el av ió n está e n la posició n de ap rox imació n co rre ct a para a terrizar ( Fig. 3. 11 En el diagram a pu ed e verse clarament e q ue cuand o se man io bra el avión en respuesta a las ó rdenes , los movim ientos de las agujas so n con trarios a las ex igenc ias del se ntido " natu ral"; por eje mp lo, al co ntestar a la orde n "v uele a la izq uierda " la aguja de l localizado r se mo verá a la dere cha . Sin em bargo . al gira r a la izquierd a. la po sició n de ala beo dcl avió n cam biará en la direcci ó n de l viraje, y co mo esto lo dará a conocer e l horizo nte giro scópico, las respu esta s a las ó rd en es del ILS pu ede n volverse a compro bar fácil-

d» .

ment e.

PR ES ENT A CI O N ES A L MIS MO N I VE L Q UE LA LI N EA DE V IS JO N DEL PIL OT O

PRESENT ACIONES AL MISMO NIVEL QUE· LA LINEA DE VISION DEL PILOTO De las d escr ip ciones dada s h ast a a hora d e la s d iver sas presentac iones lié los instru me n tos, h emo s o bten id o a lgu na id ea so b re e l problema d e p resent a r d a to s que h an d e ser asimilad o s rá pid a y ex ac tam en te. La se n c illez u o tra fo rm a d e asimila ció n viene d ictada po r e l nú mer o de in strume nto s d e qu e se t rate , y po r la ca n tida d d e tra bajo y secue nc ias d e vigila n cia d e in st ru ment o s qu e e l pi lot o d eb a efe c tu ar du ra n te las d iversas fases del vu elo . En la fa se d e apro x im a ci ón cr ít ica y a te rrizaje, u n p ilo to d eb e tra sla d ar la vista c o n m u ch a fr e cue nci a d e lo s inst ru me ntos a re fer en cia s e n el e xte rio r del av ión y vo lve r o tra vez a lo s in st rumento s; es un p ro ceso d e t ransición qu e co ns u me tie mpo y es íu tigo so po r la necesida d c o nsta n te d e reenfo ca r lo s ojo s. Por co nsigu ien te, se ha d esarro llad o un mét o d o qu e a livia es tos pro b le ma s, métod o e n e l qu e se pre sen ta n d at o s d e vuelo vita les al mismo nivel d e la línea de visió n d el p iloto c uan do mi ra a refe ren cia s e xte rio re s, es to es , c ua nd o m an tien e un a po sició n " d e cabeza levan tad a". El p rin cip io d el m é tod o es present a r los da to s en la su pe rficie d e un tu bo es pecia l de ra yo s ca tó d ico s y p ro y ect arl o s ó pt icame n te co m o u na imagen re prese nt at iva co m p uesta e n un a p la ca reíre ctora transpar ente, o di rect a m en te e n e l pa rabrisas. En la fi g. 3 . 12 se faci li ta una ilust ra ció n d e lo s co m p o n en tes d e un siste ma t ípico d e p rese ntació n con la ca bez a levantada . La ca n tid ad d e dat o s req u eri d os vie ne regu la d a por [a s necesida des d e las d iversas fa ses d e vu elo y d el pap el o pe ra c io na l d e u n av ió n , es to es , civil o mili tar, p ero lo s cu at ro parámet ro s q ue se m u est ra n so n bási cos. Lo s dat o s se tran sm it en d e una unid ad c o m p u tad o ra d e da tos a l tu b o d e ra yo s c a tód icos, c uy a presen ta ci ón es proye ctad a a l in fini to po r el siste ma ó pt ico. Pu ed e o bservarse que la prese n ta ció n d e po sic ió n e n vuelo se a se mej a a la d e u n h orizo n te giro scó p ico y ta m bi én q u e la ve lo cid ad co n resp ec to a l ai re y la a ltit ud so n p resent ad as por m arca dores qu e indican co n t ra esc alas h orizo n tale s y ve r tica les lineal es. La lon git u d , ga ma o c apacidad d e la s esca la s est á d e term in ad a por las n ecesid ad es o pe raci o na les, pero, no rm a lm en te, só lo c u b re n band as estre cha s de info rma ció n d e ve lo cid ad co n resp ecto a l a ire y a ltit u d . Esto a y uda a redu cir

Figura 3 ¡ 2.- Sist em a de prese ntació n a la altu ra de la ca be za.

PR ESE NTA CI O N ES, f'A N E L FS y DI SPO SI CI O NES U E L OS I N ST R U M EN T O S

las gra d uacio n es impro ced en tes y e l tiem po ne cesario para lee r e inte rpr e ta r la info rmac ión pre sent ada. La Fi g, 3 , 13 mu est ra la p resent a ció n c o n la cabe za levant ad a d e un siste m a co no c id o co mo Monit or d e Apro xim ac ión V isu a l (V AM) , El siste m a es un eq u iva le n te de a bord o d el Ind icad o r d e Se nd a d e A p ro xima ció n Visua l ( VASI ) y fu e c read o prin ci palmen te co mo a yu da pa ra lo s pil otos q u e se ap ro xim an a ca m pos d e at errizaj e q u e no es tá n pro vist o s d e VA SI, ILS u o tras a yuda s pa ra la apro x imació n , La un idad d e presenta ción va montad a e n una b an deja d esliza nte situa da e n un pa ne l d e la visera d elan te d el p ilo to ; cu an do se p recisa, se saca la ba n d eja para levan tar au to máti camen te el objetivo , a tr av és d e la cu a l se pr o yec ta la present ación . La presen tación p ro porcio na las siguient es infonua cion es : ángu lo d e ap r ox inrac i ón ver t ic al. po sición h o riz o nta l y erro r d e ve lo cidad, El ángu lo d e apro xim ación se presenta medi a nte dos escalas verti cales. u na a cada lado del obje t ivo , y graduada s e n grad os por e nc ima y por d ebajo d e la ba rra fija q u e represen ta a l avió n . El ángulo requ e rid o se se le ccio na en u n m ódulo d e co nt ro l para situ ar las esc alas co n re la ción a la b a rra , Durant e un a ap ro xim ac ión , e l pil o to manti ene el símb o lo d e la b arra e n su lín ea de visió n y co n tro la e l a vión d e m od o qu e e l s ímbo lo esté linead o co n e l umb ra l d e la pisla o zo na d e t oma d e co n tad o co n e l su e lo, asegurand o así que la a pro xima ción es tá e n e l á ngu lo de se n d a d e plan eo se le c tud o . La inform aci óu d e e rro r d e ve locid ad se fa cilit a e n forma d e tr es s ím bo los que

est.in en co lor para indi car si la veloc idad de aprox imac ió n del avión es

corre c ta . d e m asiad o rá pid a o d e ma sia do le n ta (véa se la F ig. 3. 13 ). El e rr o r en t re la velo cidad rea l co n re sp ecto a l a ire y la se lec cio nad a e n' el mód ulo de con tro l qued a ind icad a por va riac io n es el e la int e nsida d d e lu z de lo s tr es sím bo lo s, Po r Escala s de lÍngulos óe 81Jrox irnBci6n

Le nt e

I --F--'---'='---o ~--------- o --~'-------\ --I

,----- 3 ----/'-i~'r_-- 3 -=-------

------------=- - ---¡-- --\---------- - Barra que rep res en ta al avión

Pis ta del aeropuerto

I ndicación de velocidad

C veloc idad norma ' Iveutel F rápido (ámbar)

S lento trole!

Figura 3 l3 .- Presentació n de mon itor de aprox imació n visual.

PR ESE N T A CI O N ES EM I Sü H A S DE LU Z

eje m plo, si la ve locidad d e apro xi ma c ió n cae a o c ho n udos o m á s po r d ebajo d e la selec tad a, es pre se n tad a po r el sím bo lo ro jo " S" que apar ece a plena in te nsid ad o int ermit en tement e.

I)RESENTACIONES EMISORAS DE LUZ Dado el co nt in uo desarro llo d e la s presenta cion es en el av ión , se tiend e a explo tar las técnica s a p lica da s en qu e se c o n fía e n estos d ía s, es to es , la ca lcu la do ra d e holsillo y el rel oj d igital. Las prese n tacio nes adop ta da s e n es t o s d o s instr u me n tos SO Il d el tip o d e " e m isió n d e lu z" , cu ya ba se, a su vez , tien e su origen en la b ien co n o cid a prese n tació n d e ra yo s c ató d icos. Ex ist e n var ias fo rma s para p resen ta r d ato s nu mér ico s po r med io d e e m is ió n de luz, per o nue st ro in te rés se ce n t ra rá a ho ra e n la presenta ció n d e c rista l l íq u ido y la p rese n ta ció n d e d io d o e m iso r d e lu z.

Presentació n de c ris ta l Iiqu id o (LCO ) La es truct u ra bás ica d e un LCD (véase la F ig. 3 . 14) co ns is te e n d o s p lac as de vidrio , cu b iert as en sus supe rfic ies in teriores por un con d uc to r transp ar ent e delgado, por eje m p lo , óxido d e in d io . E l co nd ucto r d e la pla ca frontal es t á gra bado en un fo rma to d e p rese n tació n es tá nda r d e sie te barra s o seg me n tos y cad" seg me n to forma un electrod o. Cad a ba rra es elé c tricament e ind e pe nd ien te y se se lec ta medi an te u n c irc u ito ló gico/ e x cit a do r q ue ha ce q u e la ba rra se ilumine en di bujo s q ue forma n e l d ígito q u e se ha de prese n ta r (d iag rama En la ca pa d e óxido d e la p laca de vidrio post erior ta m b ién est á gra bad " u na im a gen d e espejo d e lo s d ígit o s con su co n lacto e léctr ico , p ero ést a n o está segm entad a , pu esto qu e co ns tituye un ret orn o co m ú n p ara t o d o s lo s seg me ntos.

b» .

1'1 es pacio entre las p lacas est á lle no d e u n m a teria l d e c ris ta l l íq u id o , co noc ido ':O Ill O ma t e ria l nem ático (d e la pa la b ra griega " n erna to r" q ue signific a h ilo) e n vir tu d d e q ue sus mo lécu la s e n fo rma d e hi lo están o rie n ta da s co n sus ejes largo s para le lo s. Po r ta n to , t o J o e l co nj u n to co nst it u ye una fo rm a es pec ial d e conde nsador. Cuan do se ap lica co rr iente d e bajo vo ltaje a lo s seg me n tos, se a lte ra el o rde n mo lecu lar d el mat eria l d e c r ista l lí qu ido y es to ca m b ia su as pecto óp tico d e tran sparen te a re flecto r. La magnitud d el ca m b io ó p tico (de no m inado rela ción d e con tras te ) es fundam entalmente una medid a d e la lu z re flej ada d e la zo na d e seg me n tos o transmi tid a a tra vés d e és ta a la lu z reflejada d e la zo na del fondo ; u na rela ción típi ca es 15 : l . La co rr ien te que se ap lica a lo s segme ntos es alte rna para evit a r e fec tos e lectro lít ic os in d esea bles. Los segme ntos se excitan a p lic and o si m u lt á ne a me n te u na se ñal d esfa sad a simé t ric a a l e lec tr od o fro nta l y a l post erio r d e u n seg me n to, prod uc ien do así u na d ifere n cia ne ta d e vo lta je . Cua ndo se a pli ca n d os se ñales en Ia se, lo s segme n tos d e p resenta ció n pa sa n au to má tica men te a l es ta do d esa ctiva d o. Un" LC D pu ede se r del tip o d e di s pe rsi ón d inám ica o d el li p a d e e rec to d el ca m po, y éstos, a su vez, pu ed en pro d uci r u na le ctura tran sm iso ra o u na re ll e ctora . La prese n ta ción d e d isp ersió n d iná m ica fu nciona po r e l p rin cipi o d e d isp er sió n d e lu z d e la n te ra , qu e es ca usada po r la tu rbulencia d e lo s io nes d e l m ater ia l d e cr ista l líq u id o c ua ndo se ap lica corrie n te a lo s el e ct ro dos d e se gm e n tos. Pa ra una le ctu ra tr ansm iso ra se p ropo rciona u na fu en te d e lu z post e rio r, q u e es 51

r PR ESEN TA CIONES . PA NE LES Y Dl S I'OSI CIO NES DE LOS INSTH UMENTOS

Etect ronc de

PI oca f ro nt al

sie te seqrnen to s

(a l

Co n tac tos de los seqmentos

co nt racraca

Imagen de espejo

Contac t o de ret o rn o común

(no secm entadal

lb ) N O de se gmen tos

11 1 I I I.J I, .- ::! 6 5 5

UI r=1 .n ,

I DO' O 3

I _' -' 7 6

Figura 3. 14.- Present ación de crist al líquido ( Len) ,

d irig ida ha cia abajo po r u na pe lícu la de con tro l d e lu z de acción an á lo ga a la d e una pe rsiana veneci ana . En la zo na de fi n id a por e l segme n t o ac t ivad o, la lu z es d isp e rsad a ha cia a rrib a. hac ia e l observad or, p ara produ cir u n dígito o c arác ter lu mi n oso so b re u n fond o oscuro . Pa ra u na le ct ura refle cto ra , la p elícu la d e co ntro l d e luz se ca mbia por u n e spejo. T am b ién d epe nd e de la di s persió n de lu z d e lante ra, pero se usa e xcl us ivame n te la fu e nte de lu z am bient e no rm a l para p ro d ucir un dígit o lu m ino so so bre u n fon do o scuro . Un a LCD d e efecto d e campo lleva p la ca s ad ic iona les lla m ad a s p olari zndores e n las p lacas an te rio r y pos terio r d el vidrio d el c onj u nto . T am b ién co n tie ne una superfi cie d e vid rio in te rior p re parada especia lme nte que ha ce que las molé culas de c ris tal líquido se o rie nte n ellas mi sma s e n una con figuració n "to rcid a" 9 0 ° ent re las pla c as de vidrio . Esta co nfig uració n m o lecu la r hace q ue e l plan o de po larizació n (po larizado despué s de pasar a través del pola rizad o r del antero) se a re flejado 9 ()O c ua ndo p asa a tr avés d e 'a LeD. En ton ce s. segú n la o rie n tac ió n d e l po lar izad o r d e trás d e la p laca de vid rio po st e rio r. la LCD pued e h ace rse t ra nsmi so ra u opaca en e l est ad o d e sa c ti vad o . Depe nd iendo d e la ap licació n d e un a LCD. p ued en lograrse e fec tos d e co lo r m edia nt e la co rre cta co locació n de pelíc u las e u co lo r e n la su pe r fic ie de lantera

PR ESE NT A CIO NE S EM ISORAS DE LU Z

d e la presentació n, en t re la super ficie po steri o r y la fue nte d e luz art ifici al , o colo rean do las su perficies re flec toras.

Dio do e misor de lu z ( LE D) Un L ED es fundame ntalmente un tran sist or y p o r eso, a d ife re nc ia de un a LCD, se clasifica co mo un a prese nt ac ió n d e es tad o só lido; su co ns t rucción se muestra en la Fi g. 3 . 15. E l cen t ro d e la prese ntación es un a tira o pedaci to de fos fu ro d e ar sienuro de galio (GaAsP) mold ead o d entro d e u na cu b ierta d e plásti co t rans paren te q ue n o só lo sirve p ara p roteger e l peda cito, sino t am bi én co mo len te difusora. Los cab les d el di od o es tán so ldados a un cuadro de circ ui to impreso para form ar la p resen t ación num éri ca req ueri d a, po r eje m p lo el segmen t o d e dígit o al q ue ya se h a h ech o re fer en cia . Cuand o la co rr ien te circu la a través de l peda cit o o virut a, pro d uce una lu z qu e es t ra ns mit ida d ire ctament e en pro po rción a l fluj o d e co rrie nte . Para d ar d ifer entes co lo res, se va ría la propo rció n de G aP y GaAs d urante la fabri cació n de la viruta, as í corno la técn ica d e " b arn iza d o" co n o tros e leme n tos; po r eje mp lo, se ap lica o xígen o o n itróge no.

En el format o n or m al d e prese nta ción de 7 barras o seg me ntos, es co rrien t e emp lea r u n L ED po r seg me n to, per o e l número de pend e de l ta ma ño rot al de d ígito s req u eri d o p ar a la p rese n tació n y su as pec to. Pa ra a u me nt a r e l tama ño y mejorar el asp ect o de un so lo LED po r segme n to puede n emplea rse d o s m é tod o s. En uno se co loc a una cavida d re flectora e n forma d e núcleo, co nocid a co rno " t u bo d e lu z" , so bre cada LEO co n su ex t re mo pequ e ño ha cia a bajo . T odo e l co nju nto se fund e e n el int eri o r de u n alojam ient o u tiliza ndo epox ia co n fibra de vidrio e n su int eri or para rellen ar las cavida des d el tu b o d e luz. C ua ndo se e nc ie nd e ca d a L ED , la lu z se refl eja d esd e las partícula s d e vid rio d e n tro d e la e pox ia y de las p are des la tera les de la cavid ad, y a través d e una zo rra su pe r ficial que pue de ser hasta 20 veces la del L EO e n el fon do d e la cavid ad. E l otro m é to do se ba sa e n cu b rir va rias vir u tas p equ e ña s o peda c ito s (10- 15 mm cu adra d os) co n un refl ector d e plá sti co m eta lizado que ti en e sie te cavida des reflect or as en forma de barra, dise ñadas d e forma que ex ista un L EO e n e l ce n tro d e cada cav ida d. Además d e las lect u ras d igita les an te rio rme n te cita das , tambi é n pu eden adopt a rse LE Ds pa ra p resentaciones d e escala circ ula r o esc ala vertica l, e lim ina ndo con e llo el us o d e agujas convencionales o cin tas móviles. En este caso, se co loca en grupo u n gra n número d e diod os indi viduales ( 900 sería lo típ ico) pa ra fo rm ar ba rras iluminadas. En la Fi g. 3. 16 se mu est ra un eje m p lo d e una esc ala vertical q ue emp lea es ta t écn ica pa ra me dir la tempe ra tu ra . Las seña les de lo s e lementos senso res a prop iados (t errnopar es e n el eje mp lo mo st rad o) se co nviert e n primero en forma digit al y se leen en un co m p uta do r digit al q ue usa m icro pro ce sad o res. El co mpu ta do r ap lica e ntonces lo s fact o res d e esc ala apro piad o s, es ta blece la forma de il umi nació n requ er id a y pro d uce lu ego una se ñal de sali da a la present aci ón , C0 ll1 0 una p eque ña co lu mna de b arras iluminad as q ue se mu eve ha cia arriba o hacia ab aj o en la esca la y lee en és ta. La int e nsidad d e la lu z de la co lu m n a de l LEO está grad uada, o b te n ién dose la m a yor int e nsid ad en e l "bo rde d e lectura" lit la co lum na . 53

r I' R ES E N' I A CIO NES. PA NE LE S Y DISP O S IC IO NES D E LOS INSTH UME N H lS

Part rc ula de c ristal

Le n te p ro te c t o ra /d ifusora

"'~

-' -

Conex io nes

Figu ra 3. 15.- Dio do em isor de lu z (LE D).

f igura 3. l ó. c-Present ación de esc ala verti cal de LEO .

PAN ELES DE INST R UM E NT O S Y SU DI SPOS ICI O N T o d o s lo s in str u m en to s esencia les p ara la o pe ració n d e un avión es tán acomod ad os e n pa ne les es pecia les cu yo n úme ro y d ist ribu ci ón varía n de a cue r do co n el nú m e ro d e inst ru men t os, e l ta m añ o d e l avión y la d ispo sició n de la cah ina d e vu elo . T o do s lo s t ip o s de avión t ien en u na ca ra cterís t ica co mú n: u n P<1ne l p rinc ipa l d e inst ru me n tos s itu ado d e la nt e de lo s p ilo tos. pu est o q u e es o b liga to r io qu e lo s inst ru me nt o s prin cipa les de vu elo es té n in sta la do s de n tro de la li n ea no rma l d e visió n de lo s pilot o s (véa se la Fi g. 3. 17 ). La s po sicion es t rpicas d e lo s d e má s pan eles so n : so b re la ca beza. en e l la te ra l y e n un ped e st a l d e ma nd o s sit uado e n t re los p ilo to s. Lo s p ane les so n in varia b le m e n te d e a le ació n lige ra , d e fu erza y rigid ez su ficie n te s para aco mod a r e l n ú mero n ece sa rio de inst rume n tos y va n fijados H las p ar te s a p ro piadas de la es t ruc tur a d e la c ab i na d e vue lo. Lo s m ét od o s de fijac ió n a doptado s varía n , pero tod o s d e be n aj usta rse a la ex ige ncia d e q ue IIn pa nel o un in stru men to individu al de ben pod er in st a la rse y d esmo n t ars e fáci lme n te . Lo s pan ele s pr in cipa les de ins t ru m e ntos. qu e pu ed en ser d e l t ipo d e u na so la u nidad o co m pues tos d e d o s O tres co nj u ntos d e s ub pa ne les , d escan san e n mo no t u ras an t ivibra to rias, puest o qu e e n e llos es tá n inst alad o s lo s instr u m e nt o s de vue lo y su s m ecani smo s se ns ib les. El n ú m ero, el ta m a ño y la d ispo sició n de las mont u ras a n t ivibra tor ia s n ecesa ria s SO I1 d ic ta d o s por e l ta m a ño d el pa n el y la dist r ib uc ió n d e l pe so tot a l.

A G l-t U PA M I EN TO D E L O S I N STH U ME N T OS

Figura 3. 17. - Situ ació n de los pa neles de instr um e n to s e n un avió n de lí nea tu rb o rreacro r. ( Por co rtes ía d e Lak er Airwa ys (S ervices) U d) ,

T o dos lo s pa neles está n montad o s n orm alme nt e e n po sic ión ve rt ica l, au nq ue e n a lgu nos avio nes ac tu ale s lo s pa ne les p rin ci pa les d e inst ru ment o s se han inc linad o hacia ad ela n te u no s 15° con re specto a la ver tica l co n el fin d \." red uci r a l m in imo lo s erro res d e para laje . Lo s pane le s d e in stru m en to s y to do s los d e más d e mand o qu e d ur a nt e m uc hos años es t aba n pin tado s de negro , lo es t án aho ra invar ia bl e me nte d e g ris m ale , un co lo r q ue , a pa r te d e su s e fec tos " su avizad ores" , prop orcion a u n fond o d e co n tra ste m u c ho m ej o r pa ra las e sfe ras de lo s inst ru m e nt o s, lo q u e co n t ribuye a un a id enti fic ac ió n má s f ácil.

AG IW I' AMIENT O D E LOS INSTR UM ENTO S Ins t ru me n t os de vuelo Básica m e te ha y seis in strumen to s de vuelo cu ya s in d ica c io nes esui n co o rd inad as d e forma qu e proporcionen un " cu ad ro " d e la co n dic ió n d e vue lo d e l a vión 55

y UlSI' O SI Cf U N F:S D E l OS IN ST R U M EN T O S

n tro l req ueridos; éstos so n: e l ane mó me tro, el a lt íme-

pico , e l ind icador de direcció n, el indicado r de veloci~ y el indicado r de incli nació n late ral y viraje. Por CO Il~

important e qu e estos inst rum e nto s esté n co rrectauue ner la coordinació n y para ay ud ar al pilo to a ohser-

ierzo .

H orizonte giroscópico

lal

Hori zont e

d. aproximación

I ndicad or de rumbo

Ibl Figura 3. 18.- Agrupumiento de los instrumento s de vuelo . a ) "Seis básicos " ; 11) «T básica".

r HE SE N T A CI O N ES . PA N E L ES y U I SPO SI C I O N ES D E L OS I N ST R U M E N T OS

y lo s mo vimi ent os de co ntro l requeridos ; ésto s so n : e l anemó met ro, el altíme t ro , e l ho rizon te giroscópico, el indic ad or d e d irecció n, el ind icad o r de velocida d verti cal O vari ómet ro y el ind icado r d e inclinación la te ra l y viraje. Por co nsiguie nte, es sumame nte important e que esto s instrume nto s estén co rre ctame n te agrupados par a man te ner la co o rd ina ció n y pa ra a yuda r al pilo to a ob servarlo s con el m ínimo esfuer zo.

Ho rtzonre

ctroscép tco

[a]

In dicador

de rumbo

lb}

Figura 3. 18.- Agrup3miento de los instrum en to s de vu elo . a) "Seis básicos"; b) "T básic a".

A G R UPAM I EN T O DE LOS IN STRUM ENTOS

El primer intent o real para es tablecer un mero.lo es tándar de ag ru pa m ient o fue e l "pane l de vuelo sin visibilidad" o di sp osición "seis básico s" qu e se muest ra en la Fi g. 3. 18 a) . El horizont e giroscópico o cupa la posic ió n ce n t ra l superio r, y puesto que proporcio na indi cacion es positi vas y direct as de la po sición en vue lo y d e lo s ca mb ios d e po sición en lo s p lan o s d e cabeceo y a labeo , se ut iliza co mo el in stru m ent o ma est ro . Co m o el con t ro l d e la vel o cida d co n respecto a l air e y la a lt ura es t án rel a cionad o s dire ct amen te co n la po si ció n en vu elo , e l an emó m e tro , e l a lt í me t ro y e l indi cado r d e vel ocid a d vert ical ro d ea n el h o rizo n te g iroscó p ic o y a yuda n a la in terpret aci ón d e la po sici ón d e cabeceo (l ongit ud ina l). Lo s cam b ios de dire cci ó n se ini cian in clina nd o e l av ión ; el grad o de cam b io d e rum bo lo facilit a el indi cado r d e di recci ón ; po r cons ig uie n te, es te in st rum e n to a y ud a a la interp ret aci ó n d e la po sició n d e alab eo y va sit uad o d irec tame nte debaj o d el horizo nte giroscó pico. El indi cad o r de in cl in a ci ó n y viraje sirve co mo instrument o sec undario de re ferencia para los cambios de rumbo, po r lo q ue t am bi én ay u d a a la in terpr et a ció n d e la po sici ón d e a labe o . Co n e l d e sarro llo y la int ro duc ci ó n d e nu evo s ti po s d e av iones, los inst ru mentos de vuelo y lo s sistemas de instrument o s integrado s) se hizo necesario revisar las fu ncio nes de ciertos in strum ent o s y sus po sicion es relativas den tro de l grupo. Co mo co nsec ue nc ia d e e llo se int ro duj o e l ag ru pa m ie n to co n ocid o como " T bá sica" (Fig. 3. 18 b )). La t eo ría e n la qu e se basa es t e m ét od o es q ue var ios e le me n tos [le informa ción d e vuelo r ela cio nad o s p ued e n co loca rse e n cie r tas po sicio nes es tándar e n. todo s lo s paneles de instrument o s, sea cual fuere el t ipo o fa brica ci ón d el in stru m ent o ut ili zado . De es ta form a, pu ed en ap ro vec harse lo s instru m e n to s int egrad o s q u e faci lit an más el e un a cla se d e info rm aci ón d e v ue lo . Se o bse rv ará q u e a hora t enemo s cu a t ro inst ru me nt o s " cl ave": el anem ómetro, el in d ic ad o r d e posici ón d e cabe ceo y al ab eo y u n altím etro , q ue forman la ba rra horizont al de la ¡¡T" , y el indi cador de d irección , que forma la barra verti ca l. En cuanto a las pos icio nes qu e fla nquean el in di cad or de dirección ) so n o cupad as por o tros instrumentos de vuelo men os ese nciales; e xiste cierto grado d e lib ert ad e n la e lecció n ele fun ción. En la F ig. 3 . 18 p ued e verse , po r ejemp lo , q ue u n ind icad or d e n ú m ero d e Mach y u n indi cad o r radiomagn ético p ue d e n t en er p refe re nci a an te u n indi cad or d e in clina ción y viraje y un ind icad o r d e velo ci dad ve rt ical. S uel e ha ber líneas di visorias p in ta da s en e l pa nel alred ed o r d e lo s gru pos de instrume ntos de vue lo. A estas li neas se las de no mina " lí neas de enfo q ue me nta l" y su finalidad es ay udar a lo s piloto s a e nfoc ar su aten ción y grabarse ment al m en te la po sició n d e los in stru m ento s d en tro el e lo s gru pos. Ius t ru me n t ns del grup o motopropulsor E l ag ru pa m ie n to es pecí fico d e los inst ru m ent o s necesa rio s par a la operació n d e lo s gru pos mo t opro p u lso res viene d icta d o p rincipalme n te por el tipo d e l gr upo moto pro pu lso r, e l t am a ño del avión y ) po r co nsiguiente) po r e l es pacio d ispon ib le. En UIl avión mo no mo to r, esto no presenta mucho problema, puesto que el pequ eño número de instrum en to s puede bord ear lo s instrumento s de vue lo d e l p ilo lo , m ante ni énd o lo s, d e es te m od o , d e n tro d e u n pequeñ o "espac io de obs ervación". . El p rob lema es m a yo r e n lo s avio nes po limotore s; la d up lica ci ón de lo s gr upo s mot o p ropulsores significa la du plicació n de sus instrument o s ese nciales. En

r RE SENT ACl O N ES .PA N E L ES y DI SPO SI CI O N ES DE LOS I N ST R U M E N T O S

F igu ra 3. 19.- Agrupam ien to d e lo s instru me ntos en el pues to d e un mecánico de vue lo. (Po r co rtesía de Lake r Air ways ( Services) Ltd .}

un av ron bimoto r. y e n c ier tos cu a t rimo to res d e tam año medio , lo normal es agru par lo s in st ru mc n to s e n el ce n t ro d e l pan el prin ci p al y e nt re lo s d o s gr upos d e in strumc nt o s d e vue lo . En a lg u nos t ipo s d e avion es g ra ndes d e t ran spo rt e pú b lico ex iste u n pu esto d e m e cán ico de vu elo en la ca b ina e n c uy os pan eles d e co nt ro l se ag rupa n tod o s lo s insí n un ent o s de l g ru po motnpropu lso r (F ig. 3 .19) . Est o s inst rument o s. qu e m id en lo s p arám e t ros qu e lo s p iloto s n ecesit a n co nocer du ra nte e l despegue . c ruce ro y a te rri zaje, po r ejem p lo. r. p .m. y tem p er atu ra d e la tu r b in a , e st án d up lic ad o s e n el pane l p r in cipa l d e in strum en to s. Lo s in str u me n to s de l gru po de lo s mot o res está n co locado s d e m od o qu e los re laci on ad o s CO Il cad a gru po mot opro pu lsor co rr es po nde n a las posicio ne s d e lo s gru pos m o to p ro pu lso re s se gú n se ve e n p la nta. En la roigo 3.20 pu ed e a p recia rse f ác ilm e n te q u e e xa m ina ndo u na fila d e in s tr umen to s u n pi lo to o u u m e c áuico pu ed e co m p arar fáci lme nt e la s le ctu ras d e UIl par ámet ro ci ad o y q u e a nnliza n d o tin a co lu m na d e i nstru me n to s p ued e d ct ermi nnr la fo r ma d e a ct ua ció n ge n era l

AG H Ul'A MI EN TÃ¼ DE LO S lNSTRUMENTOS

Figura 3.2 0 a) Agrup amiento de los instrum entos de los grupos motcpro pulsores.

li PR ESE NT A CI O N ES, PA NE LE S Y DIS PO SI CI O N ES DE L OS I N ST R U M ENT OS

Hetaci ón o e presió n de lo s rn O I O H?S

R.P.M . IN ;?'

Te rnperatu ra -

de los gases

F lujo de combustible

Figura 3.20 b) Agru pamie nt o de los instrumentos de los grupo s mot o prop ulsores de l Boeing 747 . (Por co rtes fn de S miths lndu stries.)

de un grupo mo topropulsor parti cular. Otra ventaj a de este métod o de agrupa-

mi ent o es t rib a e n qu e t od o s lo s in st rument o s co rres po ndie n tes a un gru po motopropulsor se asocia n con m ay or facilid ad co n los ma nd o s o con t ro les d e ese grupo mo top ropulsor. Fn e1l3 o eing 747 se ha ad optado es te m ét odo de agr upam ien to , co mo pu ed e verse e n la figura 3 .2 0 iJl .

MElüDOS DE ~ IONTAJ E DE LOS INSTR UMENTOS Lo s dos mé tod o s qu e se u san con más fre cu encia para montar lo s inst rume ntos e n lo s pa ne les so n e l mé to do d e caj a apes ta ña da o co n rebord es y el m é tod o d e ab ra za d era . El m étodo de caja ap cst a ñada req ui er e e l u so d e lomi llos in sert ado s e n co n t ra tuerc as que, e n a lgu no s inst ru mentos, fo rman parl e int egral de la pestaña . Puesto qu e lo s ind icado res de l tipo ap esta ñad o se m ontan norma lm ent e desd e la pa rte po st e rio r del pan el, e s evide n te qu e las co nt ra tu er ca s tot a lm cnt e fij a s fac ilita n u n m o ntaj e m ás r ápido .

Co m o co nsecue nc ia d el d esarrollo d e la té cnica de se llado herm é ti co pa ra instrument o s, c iertas cajas 11 0 tien en pest a ñas o rebor des, por lo qu e pu ed en montarse d esd e la p a rte fro nt a l de l pan e l d e instrume nt o s. Co n e l fin d e sujet ar los ins t ru me ntos se co lo can ahra zad eras es pe ci ales en cada zona re bajad a . Las abrazade ras est án co nfo rmadas para ada pta rse al ti po de caja , es to e s, circ u lar o cu a-

INDl CAD O HE S MAGNE TICOS y " LINEAS DE F LU JO"

d rada, y van fij ada s en la supe r ficie po st erio r-d el panel, d e fo rm a q ue cua ndo un ins t ru men to est á en su posición, qued a sit uad o d entro d e la ab razad era . La suj ec ió n de l inst rumento se efec t úa gir an do lo s t ornillos d e aj us te q ue apri et an firm e men te las banda s d e la ab raza de ra alrededor d e la caja.

IN DI CADO RES MAG NETICOS y " LIN EA S DE FLUJO"

En m uch o s t ip os de aviones se u ti lizan numero sas válvu las, accionad o res y di spositivos análo gos en mu cho s d e sus sist emas para o bte ne r el co n tro l desea d o d e la o pe rac ió n de las m ismas; po r ejem p lo, en u n siste ma d e co mb us t ib le, lo s accionado res sit úa n las válvulas de forma que perm it a n e l su m inist ro d e co mbu st ible d esd e lo s ta nqu es princ ipa les a lo s m o tores, as i co mo la alim enta ció n cruz ad a d e co mb ust ible. En la m ayoría de lo s casos, to do s estos d ispo sit ivo s so n ac cio nados eléc trica me n te y co nt ro lad os por int errup to res sit ua do s e n el pan el d e siste m as a propi ados; para co n fir mar la reali za ció n de l mo vim iento' d el di spo sit ivo , se necesit a u n siste ma de in dica ción. El siste ma de ind icació n po dría tener la form a d e in strum e nt o d e esc ala y ag uja o u na lu z ind icad ora. AnÜ)Qs mé to d o s, sin em bargo, t ie ne n cien o s inco nven ientes. El em pleo d e u n in strum ent o req ui ere bas t a nte espacio, es pecialme nt e c uand o h ay im plicad o s va rio s di spo siti vo s d e ac cio na m ien lo y, a no ser qu e se a fu n da me n ta l q ue el pilot o o e l m ecánico de vuelo co no zcan exacta me n te la posició n d e u n d isp ositi vo en cu alq u ier m om ent o , lo s in strum ent o s son antiec on ó m icos. Las luces indicad o ras so n m u ch o más se nc illas, má s ba ra ta s y co nsum e n m en o s en erg ía , pero la predi sp osición d e lo s filam ent o s a fallar sin aviso co nstit u y e un peligro , especialm en t e cuando la " lu z apagada" sirve para ind icar q ue u n sist ema fu ncio na per fect a m en le. Ad e más, e n lo s siste mas qu e p recis a n u na seri e d e indicacio nes consta ntes d e las co nd icio nes p redo m ina n tes , las lá mparas en ce nd id as co ntin ua me nte pued en con d ucir a co nfus ió n, y ma la in terp reta ció n por part e del piloto o d el m ecán ico . Po r co nsigu ien te , en lo s paneles de sist e mas d e m uch o s aviones mod ern o s se inst alan in d icad o res q ue con tiene n pequ eño s elect ro im anes q ue accio na n u na persiana u o t ro eleme n to mó vil parecid o pa ra au m entar la Iiabi lida d . En su form a más simp le ( Fig. 3.2 1 11 )) , u n indica dor m agnét ico se encuadra e n el t ipo de d o s po siciones, q ue co m p re nd e u na bo la q ue pivo t a so bre su eje y es d evuelta por mu elle a la posición de " ino pera t ivida d". Un in ducid o ferroso , embebid o e n la bo la, es atraíd o po r el elec t ro imá n cua ndo se le ene rgiza, y gira 0 la bo la 150 para present ar u n cu ad ro di ferent e en la ven ta n illa. El cuad ro pu ed e ser del ti po d e d iagrama d e lín eas, represen t and o el flu jo d e fluid o e n u n sisl ema (vé ase la F ig. 3 .2 2) , o d el t ipo inst ru ctor, e n e l q ue a pa recen di ver so s let rero s, como O F F, ON , OP EN, CLOSE. En la Fig. 3.2 1 b ) pu ed e verse el d esa rro llo de l ind icad or b ásico. Lleva un segun do elec tro im án q ue p ro porcio na tres posicio nes d e ind icación alt erna t ivas . El ind uc ido p ivo ta cent ralmen te e nc im a de lo s d o s im an es y pu ed e ser a traído por c ua lq u iera d e e llos. Bajo la influ encia de la a t racció n ma gné ti ca el indu cid o se in clina y su brazo d e acci o na m ien to co rre horizon t alment e la crema llera para girar lo s piño nes fijos en lo s ex tre m o s de lo s prismas. Estos gira rá n e n to n ces a 0 120 p ar a presen t ar u na indi cación nueva en la ven t an illa. Cua ndo la cre ma llera

PRESENTACION ES, PA NELE S Y DI SPOSI CI O NE S DE LO S INST R UME NT OS

Figura 3.2 1.- ln dicadores magn ético s típi cos. a) Corte en un indicador de dos po siciones : 1.- . Inducido . 2.-M ue lle de retr o ceso . 3 .- Con tr apeso. 4.-Conjunto de imán. 5.-Aro imperm eab le. 6.-Terminal. 7. - Bo bina. 8.-Dola de p lást ico . 9.- Husi110. b) Indicador t ipo pr isma : L c-Term ínal , 2.- Bobinas. 3.-Inducido. 4.-Prig-. ma s. 5.-Cremallera . 6.-Muelle de montaj e. 7.- Mue lle de con tro l. S.- Aro de cable.

9 ---l~

7- -

1,""

I L lJM I N A C10 N DE I NST R U M ENT O S Y PA NEL ES OE I N ST R U M ENT OS

Figura 3.22.- Utilización de los indicadores magnéticos y líne as de flujo .

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se de splaza de la po sición centra l de "repo so" , se cargará un br azo d el mu elle de ce ntrado tipo ho rquilla situ ado en u na ranu ra ex iste nte e n la cremalle ra.

De este mo do, si el elect ro imá n se desenergiza, e l m ue lle volverá a la pos ició n media, girando los piñones y lo s prisma s hacia a trás a la co nd ició n " iuoperat iva" en la ven tanilla.

La re prese nta ció n grá fic a ofrecida po r es tos indi cado res se mejora pinta ndo "líne as d e flujo" en lo s pane les apro piados, d e modo qu e int ercon ect en lo s indicado res co n los interr upt ores de co nt ro l de los sistemas y los inst rumento s de indi cación fu ndamen tales y las luces de aviso. En la Fig. 3.22 pu ede verse una ap licación t íp ica d e indi cad ores mag nét icos y lí neas de fluj o .

ILUMINACION DE INSTRUMENTOS Y PANELES DE INSTRUMENTOS Cuando se vuela un avión de no ch e o en co ndiciones d e po ca visi bilida d, un

pilo to dep end e de los in strument o s en mayor medid a qu e cuando vuela a la luz del día e n bu enas co ndicio nes de visibilid ad, y por eso tiene ma yo r import an cia pode r leer las lecturas de los inst ru ment os con precisión . Po r ejemplo, de noche, la at ención del pilo to se divide co n más frecuencia en tre la ob servació n de los inst rum ento s y los obje t os fu era d el avión , y esto, desde luego , da lugar a una fatiga general y oc ular. Por consiguient e es fu ndamental qu e los inst rument os y los pan eles a los qu e van fijad os es té n iluminad os adecuada mente. Ge neralmente el co lo r elegido para ilu minar los siste mas ha sido el rojo, puesto qu e se consid era qu e tiene menos efecto sobre lo qu e se denomina " caract erística de ada ptació n a la oscurida d" de Jos ojos. Como resultado d e las inv est í-

PRESENTA CI O N ES . PA N ELES Y llISI'O SIC IQ NE S D E L OS I NST R U M E N T OS

gacio ncs y pruebas po steri ore s se descu brió , sin e mbargo. q u e la luz blanca tien e men o s e fecto. po r lo qu e és ta es la qu e se está u tiliza ndo aho ra en algunos avio nes mod er no s. Ilum ina ci ón de co lumna y pu en le

La illlmi na ció n d e co lu m nas o pilar, d en om inad a asf por el mé tod o d e con strucció n y fijaci ón de la lám para, propo rciona ilu minació n para in strum e nt o s indi vidua les y co ntro les situados e n lo s div ersos pane les de la cabina de vuelo . Un co nj u n to típ ico , co mo e l mo strad o e n la Fig. 3 .23 al , se co m pone de una lá m pa ra d e filame nt o s d e co n ta c to ce n tra l en m inia tura d ent ro d e u n a lojamiento , qu e se aj us ta a presión e n el cue rpo d e l co nj u n to . El cue r po va ro sca d o ex ter io rm e n te p ar a suj eta rlo al pa nel y tiene un o rific io para aco modar un ca ble qu e co ne ct a la a lime n tació n p o siti va a l co nta c to ce n tra l. El c irc u ito a tra vés d e la lám para se co mp leta mediante u n termina l de masa para conec tar al ca ble nega tivo .

.... ~ lb)

Figura 3.23.- Conjun los de luc es ti po co lumna.

La luz to d e la e x tie nde fu ndi d ad

se d is t rib u ye a través d e u n filt ro rojo y u na a bertura e n el a loja m ien lá m pa ra. La forma de la ab e rtura di st r ibu ye un secto r de lu z qu e se 0 hacia abajo sob re u n arco de UIl OS 90 aprox imada me nte a una pro ligeramen te men o r d e 5 c m de l pu n to d e mo n ta je.

La ilumin aci ón tipo pu ent e ( F ig. 3. 23 b ») es u n desa rro llo de var ia s l ámparas de la de tip o co lu mna ind ividu al ya descrit a. Do s o más lámpa ras van fijadas a tilla es truct ura e n puente diseña da para qu e ajus te e n u n gran número de c ajas de inst rum e n to s norma lizada s. El puente se com po ne de do s piezas de aleación ligera unidas por rem ac hes y es pac iado res , en las qu e van mo nt adox lo s alojam ie ntos de las lám paras. Lo s cables propo rc io nan do s

IL UMINA CI O N D E INSTRUME NT OS Y PA NELES DE INS T R UME NT OS

alimentacio nes ind ep endi ent es de las lám paras .vascgu ra nd o , po r tant o , qu e no pro duzca pérdi da d e ilumin aci ón co mo co nse cue ncia d el fallo d e UIl O d e los circu itos.

Iluminación tipo c u na Est e mét od o d e ilumin aci ón d e in strum ento s d e be su no m b re a la forma d e las dos pa rtes que , jun t as, co m po ne n e l cris ta l qu e tapa e l inst ru me n to . Su funcio nam ien to se b asa e n la le y fí sica d e que e l án gul o e n e l q u e la luz dej a tina su pe r ficie re flec to ra es igu al al án gu lo en que choca co n d icha supe rfic ie. Las d os cuñas van mon tadas u na fre n te a o tra, co n un est rec ho es pacio va cío de separa ció n, seg ún pu ed e ve rse en la F ig. 3.24. La lu z es introdu cida en la cuña A desd e d os lámpara s d e 6 vo lt ios in st al ad as e n cavi da des en su ex tr em o más ancho. Cier ta ca ntid ad d e luz a trav iesa di re ctam ente es ta cuña y en tr a e n la super ficie de la es fe ra, m ientra s el r est o es refl ejada d e vue lta a la c u ña por sus

superficies pu lidas. El án gulo en el qu e los ra yos de luz chocan co n las sup er ficies de la cuña regula la ca n t id ad de lu z re fleja da ; cuan to me no r es e l á ng u lo ,

más luz es reflejada. La doble cuñ a ca m bia m ecánica m ente el áng ulo en e l qu e lo s rayos d e lu z choca n con tra una d e la s su pe r ficies re fle ct o ras d e cad a c uñ a, di stri b u ycnd ou s í

por igual la luz a través de la esfera y limitando tamb ién la ca ntida d de luz desped id a por el instru mento . Pu est o q ue la fu e nte d e luz es radial ) e l áng u lo

inicial de algunos rayos de luz con respec to a las su perficies pu lidas de la cuña A

\ \

I I

C u ña exterior ( B)

\ \ \

\ \

Placa de la esf er a

I I

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..._

I I

Figura 3.24. --Ilumina ci ón tipo cu ña.

I' H ES E NT ACI O N ES .

I' A NI~L E S y

DI SPOS ICI O N ES D E LOS INS "J R lJMF NTOS

es me nor q u e e l tic las o tras. Lo s ra y os d e lu z d e escaso ángu lo ava n zan más haci a la c u ila a n tes d e que d ejen y ex tie nd a n la lu z po r tod a la esfera. La luz qu e esca pa d entro d e la cu ña B se e n frenta co n á ngu lo s en d ism inució n co n st a n te. lo qu e ti en e e l efec to d e a tra par la luz d ent ro d e la cu ila y dirigirla a su e x tre mo a ncho . La a bso rc ió n d e lu z reflej ada d ent ro d el ex tre mo an ch o d e la cu na B se aseg u ra p inta nd o d e n egro su pa rte e x te rio r.

PR EGUNTAS 3. 1. Descri bir dos de lo s mét od os ad optados para la p rese n tación de indicaciones relat tvas a med icion es de gran alcance.

3 .2.

¿Cuál es la fin alidad de un a " escala de pla taform a"? Descri bir

Sil

d ispo sición.

3 .3 . No m brar algun o s de los instrumen to s de avió n en lo s q ue se pu eda aplicar un a prese ntaci ón de co n tador d igital. 3..4.

¿Cuál es el sign ifica do de las graduacio nes en colo r aplicadas a las esferas de cie rtos inst ru me n tos?

3.5.

Si es necesario aplica r grad uacio nes en co lor a la cubiert a de cristal de un instru men to. ¿q ué precaucion es de be n tom ar se?

3 .6.

¿Qué tipo s de presen taci ó n se aso ciar ía n a lo s sigu ient es instrument o s" : a) un sinc ros co pio, b ) un alt íme tro. e) u n hori zont e giro scó pico .

3.7,

¿Qué entien de por e l térm in o " p resen tació n co n la cabeza alta"? Describir co n la aYIPda de d iagramas có mo se p resentan a un p ilo to lo s da tos de vitelo básicos que se necesitc n.

3 .8.

Describir el m ét o do "T básic a" de agrupa mie n to de in stru men to s de vuelo .

3 .9.

Descri bir bre veme nt e

3. 10. Describir

U Il O

UBa

fo rma de pre sentació n de emi sió n de luz.

de l o ~ méto dos para ilumi nar las esfe ras de los inst rum en to s.

3. 11. ¿Cuá l es la fu nció n de u n ind icado r magn éti co ? Ex plicar mient o .

Sil

princi pio de Fun cio na-

',1

4. Instrumentos y sistemas pitot-est ática SISTEMAS PIT ü T-ESTATICA El sistema de pitot-estúttca d e un av ion es un siste m a en el que la p re sión to t al crea da por el m ovimiento ha cia ad elante d el avi ón y la presió n es tá tic a d e la a tm ós fe ra circu nd ante se d etectan y m iel en en tér m inos de velo cidad , a ltit u d y ré gime n de ca m bio el e altitud (ve lo cid ad vert ical) . En o tras pa labras , se le pu ed e llamar siste ma manom étrico o d e dato s d e aire. Bás icame n te e l siste ma co ns ta el e un tu bo pit o t-e stá tica , o so nd a, lo s tr es in strum ento s de vu elo p rincipales ~ a n e m ó m e t ro l a ltímetro e ind ica do r d e ve locidad verli ca l- y tuberías y drenaj es) int erconectad o s seg ú n se mu estra e n e l eliagra ma de la P ig. 4 . l . La co m p lej id ad d e un sis tema de pi to t-est.i u ca d epend e principalm ente d e l t ipo y tam a ño d el avi ón , el el número d e lugare s en lo s q u e se pre cisan dato s d e Anemómet ro

v ar tórne t ro

A lt im e tro

Dre n ajes

Tube r ra d e estát ica

Tuberra pf to t

Sen d a ptto t-est étic a

Figura 4 .1. -Sist ema pitot -est áti ca básico.

INS T R U ME NT OS Y SIS TE MA PIT ü T -EST ATf CA

Com andante Copi loto

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I.d eoledo r! es tá t .

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ACSCM

I CAOC I Calculador ce ntral de da t o s d e aire I M CM I Mód ul o ríe con t ro l de relación del ñmón de d irección

Acop ladores d e cerneen -

~ secíón d e Mach ¡AS NO

f n t de veloc id ad con teso . al ai re (pos. de te s Han s}

Cal culador de sen sación del ~ t im ó n de profundidad

~ Co n t ro lado r de presión de cabina

~ Registrador de vu el o

I ACSCM I Con t ro l

~ ln te r ru n . de altitud de pres ió n

de régime n e n e l módulo de c o nt ro l d el es t abilizador

Int . de a viso de ve te e. con resp ec to al aire y na de Mach

fSSl Válvul a selectora de ~ Iue nte de estática

F igura 4 .2.-Siste ma pito t-estática de u n avión de lín ea t ípico.

S IS T EMAS I'I'f OT -EST ATlC A

los instrum ento s d e vu e lo principales y d e lo s tip os d e inst rumen to . El grado d e co mp lej id ad se a pr ecia cla rame n te co m pa ra n do las Fi gs. 4 . 1 y 4 .2. La det ecci ón de la pr esi ón to ta l, o pit ot , y de la presión está tica la e fec túa la so nda, qu e es tá adec ua da me n te si tua da e n la corrie n te de aire y tran smit e es tas presiones a lo s in stru mento s. La so nd a (Fig, 4.3 ) se mu est ra e n su forma má s simp le y o rigin al p ara facilit ar la co m p re ns ió n d e la med ición d e la pre sió n p ito t y la pres ió n es tá tica.

Co ns ta d e ,105 tubos parale lo s y e n u n p lano ver tica l q ue miran a l fre n te . Un o de lo s tubo s, el tubo p ito t, es tá abierto e n su ex tre mo del an tero pa ra reci bir la presió n tota l d el a ire resu ltan te d el mo vimi ento d e ava n ce d el avión , mi entras que el o tro . el tu bo es tátic o, es tá cerrado en su ex tremo an te rio r pero tie ne un a se rie de peq u en os o rific ios circulares taladrad o s a un a d istancia calc ulada del ext remo an terior, a través de lo s c uales se adm it e e l aire sin pertu rbar a la presió n atmosfé rica pred o minant e . Las presion es se transmiten a lo s instr um ent o s a través d e t u ber ías co nec tadas a cada tu bo . Ane mó me tro

-- - --

o = 'hp V2

Al tt rnerro

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V ariómetro

__________ ,

rPresió n est áttce . P

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Pun to de remenso

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1/2 pV 2

Figura P

4.3. - l) e l~cc i ó n

y transmisión de las presio nes pito t y estática.

Presión pit o t

Esta pu ed e d efinirse co mo la pre si ón ad icio nal producida e n un a su pe rficie c ua ndo se para un flui do e n ci rculació n, o qu ed a e n remanso . e n un a super ficie. Co ns ide re mo s u na so nd a colocad a e n un fluid o co n su ex t re mo ab iert o cara a la co rrie n te segú n se mu estra en la F ig. 4.4 . Cuand o el flui d o c irc u la a una cierta velocid ad V so br e la so nd a, qued ará e n re po so e n la pu n ta o morro ; a est e p u n to se le conoce co mo p li n to d e r emanso . Si se trat a de un fluid o id ea l, esto es, no viscoso, e nto nces la e ne rg ía tota l es igu al a la su ma de la e nerg ía poten cial, la ene rg ía ciné tic a y la e ne rg ía d e presión , y permanece co ns t an te. Ah ora

I N ST RU M E NTOS Y SIS TEM /\ pn OT -EST An CA

l-ic u , al qu eda r en rep oso en el plinto de remanso, la energía cinética del (lu id o se co nvierte en eue rg ía de presión . Esto quiere deci r qu e la masa dc líqu ido d eb e hac er tra bajo y esto eleva un vo lu me n igua l d el flui do po r encima d el nivel d e la co rrien te d e flui do.

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Figura 4.4 .-Presión pitot.

---~-------:: ----:...---------------~----

Pun to d p rem a nso

Si la ma sa d el Flu ido por e ncima d e este nivel es 111 libras, en to nces el t rabajo realizad o al elevarlo a u na alt u ra d e /1 pies viene da do po r Trabajo reali zad o = II1gh lib ras-pie donde g es la acel eraci ó n d eb ida a la gravedad. En las Islas Británi cas, por ejemplo , al nivel del mar , g = 3 2,3 p ies/s? = 9,8 1 m/s 2 • El t rab ajo realizad o es tam bién igual al produ cto de la rela ció n d e masa a d en sida d (p ) y p resión (1') :

-rra bni ajo rea \.IZa<.Io = -11 1 p

La ene rgía cinética d e u na masa 111 ant es d e que q ued e en reposo es igual a 1/ 2 111 V 2 , do nd e V es la velo cid ad, y pu est o que se co nvierte en ene rgía d e presió n, 111 I r2 - 1' = - 111 1 . p 2

Po r co nsiguiente,

y es adicional a la presión es t át ica en la región de la co rriente de flui d o .

El facto r 1/ 2 su po ne que e l flu ido es idea l y no tiene en cuen ta el hech o d e q ue la fo rm a d e u n cue rpo suje to a circ ulació n de flu ido pued e no pon er en reposo el Ilu ido en el punt o d e rem an so. Sin em bargo, este coeficien te ha sid o determin ado por experimentos y para so ndas pito t-est áíica se ha visto que su valor correspo nde casi c xac t.u ue n tc al teórico.

S ISTEMA S PITUT-ESTA T1CA

La ley 1/ 2 p V 2 , como se la lla ma ge ne ra lme nte e n con ex ión co n la med ición de la velocida d con respec to a l air e, no tien e e n cue n ta lo s e fe c to s de la co m p resibilid ad del a ire ; po r tanto, d e be n in trod uci rse o tro s fa ctores . Estos e fec tos y la le y mo dificada se co me n tar án en la secció n d e lo s anem ómetros.

Son das p ito t-es t átic a Co mo co nsecue n cia de la " limpieza" ae ro d iná mi ca d e lo s aviones se hiz o necesari o int rodu cir ca m b ios e n e l d iseñ o d e las so nd as pito t-est ática co n e l fin de medir las pres io ne s c o n más exac tit u d y sin pertu rbar se riame n te la co rrie n te de ai re a lrede do r d e la s so nd as. Un a e x ige ncia m ás, y q ue no p odría cu mp lirs e satis fac to riame n te e m plea ndo tub o s ind epend ientes , fu e la faci litación d e u n siste ma calefac to r para imp edi r que lo s tubo s se he lasen c uand o se vo lase e n co ndicio nes de form aci ó n d e hielo . Lo s c am b io s de d ise ño req uerid o s di eron

lugar a la di sp osición mo strad a d e forma bá sica e n la Fig. 4 .5 . 1

cJm¿; \

•

Figura 4 .5,-Forma básica de la sonda pito t-est ática. 1. Elem ent o calentador, 2. ranuras de estática, 3. co nex ió n del tubo pit o t, 4 . co nex ió n del tu bo de estática , 5. cable de l d ement o calentador, 6 . orifici o de drenaje ex terio r, 7. orificio de drenaje de l tubo pi to t .

Lo s tubo s es tán mon tados co nc én trica rue n te , c o n el tubo pit ot e n el int eri or del tu bo está tic o, q ue ta mb i én fo rma la carcasa. La presi ón es tá tic a e n tra por ranuras O pequ e ñ o s o rific io s alr ed ed o r d e 1<.1 ca rcasa. Las p re sion e s SO Il transmitidas de sd e su s tubo s resp ectivo s por med io d e tubo s metá licos qu e pu ed e n e xt en derse a la parte po steri or de la so nda , o en á ngu lo recto, d e pe n dien do d e si Se va a montar e n el bord e d e ataqu e d e u n a la) d ebajo d e un ala, o e n el lat eral de un fuselaje . Las po sici on es de las so ndas se c o me ntarán CO Il m ás d e ta lle en el apa rtado "Err o r d e Pre si ón " . No rmalme n te , se fo rma u na cá ma ra entre las ra nur as u o rific ios d e es tá tica y la c o ne x ió n d e lo s tubos para sua vizar c ua lq u ie r aire tu rb ulen to qu e flu ya d en tro de las ranu ras, lo c ua l pu ed e ocu rrir cuan do to da la so nda es tá o b lic ua, an tes d e tra ns m itirlo a lo s in strume nt o s.

E! e le me nt o cale fac to r est á instalad o alre de do r del tu bo pitot, o e n a lguno s di seños, alre dedor d e la c irc unfe re nc ia int eri or d e la ca rcasa e x te rio r. y e n un a po sició n ta l d en tro d e la c a rcasa, q u e e l e fec to ca le fac to r má x imo se o b tie ne e n los pu n tos dond e es más probab le que se fo r me hie lo . La s carac te r ís t icas d e te m pe ra t ura/ res iste n cia d e a lgunos e leme n to s so n ta les qu e e l consu mo d e corrie nte es re gu lad o automáti cam ent e según las c o n d ic io n es de te m p eratu ra a la qu e está e x pues ta la so nda .

INS T HUMEN TOS y SISTEMA PITOT -ESTA n CA

En la Fi g. 4.6 p u ed e ve rse un tip o de so n da pitot- está tica in stalad a en u n a vión de línea actualmen te en se rvicio . La so n da es sost en ida p or un mást il suje to a l revestimiento del fu selaj e por med io d e un a brida d e mon taj e en án gulo y perfila d a ad ecu adam ent e. El co nju n to lleva d o s series d e ra nuras d e está tic a co nec tad as se parada e ind ep e ndi en tem en t e d e lo s t u bos d e presió n está tic a que terminan e n la brida d e montaje (véase la págin a 78 ). La presión pitot se tran sm ite a la unión de co ne x ió n apro piad a a tra vés de una cáma ra herm éti ca fo r mad a po r e l m ástil. El tubo d e pr esió n p itot d ispone d e d efl e ct ores para evita r q u e e nt re agua u otras ma teri as ex trañas. Un os orificios d e dre naje de lante y en la . parte poste rio r d e lo s d eflectore s im pid en q ue se acu mu le h u me dad den tro d el co nj u n to d e la so nda . El ag ua que pudiese co nde ns arse y ac u mu la rse en el mástil pu ed e vaciar se q u ita ndo cl tornillo el e drenaj e sit uad o en la posici ó n q ue se m ues t ra. D eb e d ecirse que ad emá s d el tu b o p ito t y la carcasa, e l m ást il t amb ién está protegid o co n tra la for mación de h ie lo po r su propio eleme n to cale fact or.

i. 1: 11

Fi gura 4 .6 ,- So n da pitot-est áti ca. J. Bloque de te rminales , 2, tap a, 3. co nexión de presió n pito t, 4 . co nexió n de es tática de la ranura delantera , 5. co nexió n de es tát ica de la ranura posterior, 6. calen tad or posterior, 7. mást il, 8. ranuras de es tática, 9. ori ficios de dr enaje , t O. calent adores de morr o, 11. deflectores, 12. torn illo de drenaje del mástil.

i 1

I I

D1 SI'OSICION DE LOS CIRCUITOS CALEFACTO RES La co rr ie n te co n ti nu a n ec esaria p ara e l calen ta mie n to secontro la p or medio de un in terruptor situado e n Ull pa n e l d e co n tro l en la ca bin a d e vuelo; alguna fo rm a de inelica ci ón se ñala si el circu ito fun ciona o no co rre cta me n te. En la Fi g. 4 .7 se d an tres di sp o sicio n es t ípicas d e circuitos.

En la di sp o sici ón mo strada e n a) el int errupt o r de co n tro l, cuan do está e n la p osición d e "o p eració n" , d eja qu e pase co rr ie n te al cale n tad or a t ravés d e la babill a d e un rel é q ue se activ ará cua n do ha ya co nt in u id ad ent re e l interrupt or y el lad o a tierra d el ca len ta dor. Si se pro d u ce u n fallo del cale n tad or o un a inte rrupció n e n otra sección d e su circ u ito, el re lé se d esact ivará y sus co n tac tos co mp letará n e n to n ces e l circ u ito d esd e e l seg u ndo p o lo d el int erruptor p ara e nce n der la luz ro ja qu e fa cilita el aviso d el falJo el el circ uito. Las lín eas quebr adas m u estra n un a di s posi ci ón a lte rna tiva d el circ u ito el e la lu z p or me dio d el cua l la ilu min ació n d e una lu z ámb ar indi ca q ue e l ci rc u ito d el ca len tador está en funcionam ien t o .

E R ROR D E PREStO N ( POSICION)

Barra colec t or a d e co rri ent e c on tinu a

Barra c orec to ra de corriente con ti nua

roja de aviso

I nt erru p to r de con t rol

t -..r."' i nd icado ra

Luz

I n terru p tor

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ámbar

de con t rol '

Amperíme tro

- / - - --1 Rel é - ,._..

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Cale nt ad o r

Calen tad or

lb ) Barr a c o lee tora de co rr iente continua

l ndi ce d or m aqn éuco

I n terru p to r

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de cont ra!

C alen tador

Re lé

le}

Figu ra 4 .7 .-D ispo siciones de circuito s de calentamiento típ ico s. a) Luz y rel é ; b ) amperím etro ; e) in dicador magnéti co y releo

Los d isp o siti vo s d e in d icación e m plea d os e n b) y e) so n resp ectivam ent e un amp erí met ro y un indi cador magnétic o d e co n e x i ón-d esco n e xi ón. En am bos casos la fu nció n es igual q ue e n a) , es to es, in di ca que el ci rcu ito es tá fu ncionan do .

ER RO R DE f'R ES fON (POS ICION) La medici ó n ex ac ta d e la ve locid ad co n re sp ec to a l a ire y la a lt itud p o r med io <k una so nd a p ito t-est át ica ha presentad o sie m pre d o s dificu lt ad es prin cipales : una , di se ñar un a so nda qu e no produ zc a ningun a pert urb ación en el fluj o de aire so bre la mis ma ; y la otra, hallar u n lu gar ad ecua do e n e l avi ón e n dond e

r INS T R U ME NT O S Y S IS T E MA I'lT üT -FS T A n C A

la so n da 110 se vea afe cta da por las pe r tu rb aciones d e l a ire d e bid as a l mi s m o avió n . Lo s e fe c to s d e ta les p er turb ac ion es so n ma yo res e n la se cc ió n de m ed ic ió n d e p resión est át ica, dand o o rigen a un error d e p resió n o posición ( El') q u e se d e fin e co m o la ca n tid ad e n la qu e la presión es tát ica Ja ca l e n u n pu n to da cio e n e l ca m po de fluj o d ifiere d e la p res ión est át ica d e la co rr ie n te lib re . Co mo co nsec ue nc ia del e rr o r d e p resió n, u n alt ím e tr o y u n a ne m ó m e t ro pued e n da r e rro res po sit ivo s o negat ivos. El indicad or d e veloc id ad ve rt ica l no resu lt a a fec tad o . En lo q u e a l fluj o d e a ire so bre la so nd a se re fiere, p od e mo s co nside ra r qu e la so nd a y e l avi ón e n e l qu e va inst a lada so n igu ales po rq ue a lgu no s d e lo s facto res q u e det ermina n e l fluj o o ci rcu la ció n d e aire so n : l a To rui á, el Wíúa fío, la velo c ida d y el án gu lo d e ataq u e...J.il.Junl~..tamañ ".GG-ffi..¡;" I"la...v i e nel1"d ict a '(Jos po r la ve locida d a la q ue se mu eve a través d el a ire : u na carcasa d e gra n d i áme tro, po r ejem p lo . p ued e p rese n ta r un a zo na fro n ta l d "¡¡m siii<.l ü grmide ¡¡ üe vc ló é i dá~dcs mu y a ltas pu ede in icia r e l d esarro llo d e una o nda d e c ho q ue qu e rompe rá el [hijo sob re la so nd a. Est a o n da d e c hoq ue p ued e te ner un e fecto a pr ec iable so b re la presió n cs t átic a, ex te nd ié n dose c o m o lo ha ce e n un a dista nci a igua l a U II n ú me ro d ad o d e d i ám e tros d esd e la p unta d e la so n d a . U na Io rm a d e evit a r es to es redu cir el di áme tro d e la c arcasa y a u me n ta r la d ist an cia d e lo s o ri fic io s d c es t ática d esd e la punt a () m o rro, Además, p u ed e n re a liza rse va rio s o r ific io s a lo la rgo d e la longi tu d d e la ca rcasa d e la so nd a, esp ac iad os de ta l m o d o qu e sie m p re ha ya un o e n Hil a región d e flu jo d e a ire s in pert u rb a r.

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La so nda id eal d esd e un pu nt o d e vista a e ro d in ám ic o es aq ué lla qu e sea la rga ynrpcq rréiíOil íá mcfro , pero e n la prá c ti ca puede prese nta r c ie rtas di ficu ltad es ; 511 r igid e z pu ed e qu e n o sea s u fic ie n te p ara impedi r la vib ra ció n a gra nd es vel oc id ades ; y tamb ién pu ede se r d if íc il a d a p ta r Jo s e le me ntos d e ca lcn ta m ic n o d e gra n a m p craj c nec esari o s para e vita r la forma ci ón d e h iel o. Por tan to , a l esta ble ce r las d im en sio nes re lati vas fi na les d e u na so n da. debe te ne rse en c uen ta un ci er to margen . í

,1 I

C ua nd o u na so nda se e ncue n t ra a u n d e tc r m inado á ng u lo d e a ta q u e con re specto a l fl uj o d e a ire, hace qu e e n tre ai re e n lo s orifi c ios d e es tá tica c re a ndo un a presió n su p erio r a la de la pr esió n est :ít ica p red o m in a n te y u n e rr o r correspo nd ie n te e n la m ed ici ó n d e la presió n es tá tica. La s p resio nes d esarro llad as e n ángu los va r ia b les d e a ta q u e d epend e n d e la p osic i ón a x ial d e lo s o ri fic io s a lo lar go d e I<J ca rc a sa , su s po sici on es a lred e do r d e la c ircu n fe re nc ia, su ta ma ño , y si lo s o r ific ios tie n en form a d e aguj e ro s o ranuras,

Ve u ti lac io nes es tá ticas De lo ex pu es to po dr ía pa rec er qu e si tod os es to s pro b le mas a pa re ce n por lo s e fect os de pres ión en lo s orifi cio s de es tti tica , po d r ía n so la m e nte se para rse é sto s d el tub o d e pi t ot co n tor n a es t á tic a y co loca rse en cu a lq u ier o tra p art e el e l avi ón . Est a es un a so luc ión pu esta e n prá cti ca e n mu cho s ti p os d e avio nes, u tiliza nd o u na lom a d e p resió n qu e lleva ú nicam en te un tu bo pil ot y u na ve nt ilació n d e es tá t ica e n e l lat e ra l d el fuse laje . E n a lgu nos av io nes lige ro s la ve nt ilaci ó n p ued e co ns ist ir si m p le me n te e n un o r ifici o practi cad o e n e l reves tim ient o d e l fu sel aje , m icntrn s q u e e n siste ma s d e av io nes más com plejos se ins tala n p lacas d e ve n tila ció n d e m et a l c o n to rn ead o e n e l re ves tim ie n to . En la r ig. 4 .8 se mu estra n un a so nda p itot t íp ica y un a ve n tilac ió n d e es tá tica . 74

SITUAC ION DE L O S Tu nos PITOT CON TUMA

•

I~ ST ATl C A

ro-

7 ~

lal

Ibl Figura 4.8 .-Son da pito t y vent ilación d e es tá tica. a ) So nda pi to t : l . má stil , 2. torn illo de drenaje ) 3. orificios d e drenaje, 4. eleme n to ca len tado r, 5. tu bo de p res ió n , 6 de flec to res, 7. d eme nto calen ta dor , 8. pestaña , 9. adap tador de tub ería , 10. bloq u e de term in ales ; b ) ven (ila ción está tica : l . intercostal, 2. revestimi en to d el fuselaj e, 3. an illos ob tura do res, 4. placa de ven tilació n de estática, Sv.ventilacic nes de est ática , 6. tio co l, 7. salie n te adap tado r apest aña do .

SITlJACION DE LOS TUBOS PITOT CO N TO MA ESTATlCA y VENTILACIONES ESTATICAS En lo s aviones cuyas ca pacidades d e operació n esté n limitada s a velocidad es infe rio res a la d el so nido, la u bicació n tí pica d e los tu bos pi ío t co n t om a está tica se en cu en tra d elante d e la p u nta d e u n ala, d elan te d e u n esta bilizad o r vert icalo en el lateral d e u na secció n d e m orro de fu se laje. A ve loci da des su pe rio res a la de l son ido, ge ne ra lme n te la m ej or so lució n es in stala r un tubo pit ot co n 75

I I

l NS T HUMENTOS y S IS T EMA rIT OT -ES T ATI CA

tom a es tá tica d e la nt e d el morro d e l fu se laje. Las ve n t ilacio nes es tá ticas hu lependie nt es, cuando las ha y, está n sie m pre situadas e n e l revesti m iento de l fuse-

laj e, un a en cad a lad o e int erco ne ct ad as co n el fin d e re d ucir al m ínim o lo s e fect o s de la presión d inámi ca debid o s a un a g uiñada o un resbalam ie nt o de l

avió n. El err or d e presi ón o po sición rcal d ebid o a la lo calizac ión e leg ida se d et erm ina para e l lipa d c avió n a p ro piado durante las pr u eb as ini cial es d e man iobra s d e vu e lo de un prototipo y se presenta finalm ente e n fo rma ta bu lar o grá fica pa ra q ue e l p ilo to pu ed a, de este mo d o , ap lica r co rreccio n es e n las dist in ta s co nd icio nes d e o peració n. No o bst an te. en la m ayo r ía d e lo s ca sos las co rreccion es se e fect úan auto m áti cameu te y de Ill U Y di versas form as. Uno de los métodos co nsis te e n e m p icar so ndas pit o t-est áticas aerodin ámicamente com pe nsada s. es to e s, so ndas que es tá n co nto rneadas para crea r u n cam po d e presión lo c al q ue sea igual y opuesto al del avi ón, de form a qu e el error de presión o posición resul-

t ant e sea casi nu lo . O t ro s mét odos m ás ge nera lizado s utili za n di spositiv o s de correcc ión de nt ro d e transdu ct ores se p ar ad o s, qu e se d escri ben a co n ti n uació n , o d e n tro d e calcu lado res cen tra les d e d at o s de aire (véase la p ágina 12 3 ).

Tra nsd uctores de corrección <le err ores de pr esión

En la F ig. 4 .9 pued e verse un tran sdu ct or típ ico d ise ñado p ara su m inist rar señalcs d e co rrecció n a u n altímet ro tipo servo . El t ra nsdu ct o r se p ro yecta para avio nes en los qu e el error de presión es propor cional a una fun ción del núm ero

d e Mach, El t ra nsdu ct o r co n st a d e una cápsu la d et ect ora de pr esión est át ica y un a cá psula det ect ora de presió n di n ámica, cad a una de las cua les está co nectad a a u n po te nciómetro de corrien te co n t inu a, La s correccio nes de err or de pre-

sión se aplica n ta mb i én a los potenciómetr os por una red de resislencias preaj ust ad as co nec tadas a través de di ve rso s punt o s de to m a e n lo s pot en ci óm e tro s. Por co ns igu ieutc, su s sa lid as so n "co n fo rm ad as" e léc t rica me n te pa ra propo rcio nar las señ ales necesa rias para corregir los erro res conocidos de un tipo particula r ele avión a di ver sas ve locidad es y alt itud es. Las salid as se envía n luego a un

Figu ra

4.9. - Transductor

de corrección de error de

presión.

26 V 4 0 0 Hz Salid a de 4 0 0 Hz ;¡I

servoaturn e u o

Sal ida de co rrien te co nt inua Al d ispositi vo de aviso de fall o

FU ENTES DE YH ESI O N A LTER N ATIVAS <

gene rado r d e fu ncion es q ue produce un a sa lid a como una func ión d e la relaci ón d e p res ió n (p .- s)/ s; en o t ras p alabras, e l gen erador es u n eq u iva len te el éct rico al mecan ismo d iviso r mecá n ico en u n med idor de n úmero d e Mach co n venc ional (véas e la pá gina 107 ) . El ge ne rad o r a m p lifica tambi én la s señales per filad a s qu e, d espués d e la mo d ul ación , son su m in ist rad as fin alm ent e a l se rvo a lt íme t ro asocia d o . El circ u ito de la fu en te d e alime ntació n d el t ran sdu ct or se act iva d esde una fu ente d e 26 vo lti os y 400 Il z ; el circuito proporciona también una sa lid a de co rrien te co nt in ua para accionar un di s po sitivo d e aviso d e fa llo -d e correc ción. El dispositivo toma la form a de un a bandera accionad a por so leno ide ma rca da co n un a He" cru zad a y que aparece e n u na ab ertura e n la es fe ra del al tím etro (véa se la Fig. 4. 17 el)) . El c irc u ito p erfilad or est á mo nt ado e n u n ta bler o inte rcam bi able, d e fo rma q u e un tr a nsd uctor puede inte rc am biar se e n tre tipos d e av ión co n só lo cam b ia r lo s tab leros. F UENTES DE PRESIO N ALTERNATIVA Si se produjese un fall o d e la fu ente d e presión pit ot- est ática prin cipal d ebido , por ejem p lo , a un a co ngela ció n to ta l d e una so nd a por fa llo d e u n c irc u ito de cale n ta m ie n to, es ev ide n te que se in tro d uc irí a n e rro res e n la s ind ica c io nes de los in strumen tos y otros co m p o ne n tes qu e d e pend en d e tal pr esión . Por co ns igui en te , co mo sal vaguarda co n tra U Il fa llo, p ued e insta lar se u n sis te ma d e reserva e n el avió n, q u e e m p lee so nd as pitot-e státi ca por la s qu e pue de n se lec ta rse y co nect arse el siste ma principal p res ió n a t mosfé rica y/o pr esión pit ot d e fu ent e s alterna tivas. La presi ón requ erida se se leccio na por medio d e vá lvulas se lec to ras co nec tadas e n tre las fu ent e s d e pr esión a pro piad as y lo s in strument o s d e vu elo , y sit uadas e n la cabina d e vu e lo e n un lugar f ácilmen te acces ib le a la t ri p ula ció n . La Fig. 4. 10 ilustra en forma de di agrama el mét od o ad o pt ado en u n sistema qu e utili za so la me n te una fu ente d e pr esió n es tá tica alt erna tiva. Las v álvu las ap arece n e n la p o sición d e o pera ció n norma l, es to es, la s so nd as faci litan presiones pitot y está tica a lo s instrumento s e n sus lado s resp ec tivos d el a vió n. En caso d e fallo d e pres ió n es tá tica d esd e una u o tra so nd a, lo s ins t ru me n to s d e vu el o se con ec ta n a la fu ente alt ernat iva d e pr esión está tica ca mb ia ndo manualm ent e la po sició n d e la v álvu la se lecto ra corres pon d ien te. La di spo sici ón 'lile se m u est ra e n la Fig. 4 . 1 1 est á b asad a e n u n siste maq u e se es tá u tili zan do a ct ua lm en t e, en e l q ue se p uede se lect ar. u na fu ent e a lter na tiva de presi ón pit o t y presión est át ica. Ad emá s, es un ej em p lo d e u n siste m a qu e utili za las ran uras d e estát ica de una so nd a pitot-est ática co rn o la fu en te a lte r na t iva d e pre sión es tá t ica. Las vá lvu las se muest ran en la po sición norma l, es to es, las so n da s su m in ist ran p res ió n pit ot a lo s in strument os e n su s lad o s respect ivo s d el avió n , y la pre sión est át ica se su m in ist ra d esd e las p laca s de vent ilación d e está tica . En caso d e fallo de presió n está t ica desd e una u ot ra so nda, d eb e cambiarse ma nualme nt e la po sición d e la válvu la se lec t o ra co rres po nd ie nt e¡ pa ra conec tar lo s inst rument o s d e vue lo a la so nda op ues ta. La fu ent e a lte rna t iva d e pre sió n es tá tica se se lec t a po r med io d e u na v álvula sim ilar a la e mp lea da e n e l sist e ma de pre sión p itot , y co mo pu ed e vers e e n la Fig . 4 . 1 1, es una fun ció n d e cam b io c la ra. Las so nd as em p leada s e n e l siste m a q u e ac aba mos d e d escribir so n d el tipo ilu strado e n la Fig. 4 .6 , e n la c ua l pued e ve rse q ue las d o s se ries d e ranuras de 77

I N ST R U M E N T OS Y SI S"I EM A r lToT ·E5T AT I CA

ros

i n st ru rn~n to s

A ros i n~ t r \l rn <lntos d e vuelo dl!l

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Presión pi to t

Es tét tca norm al Es tátic a alt e rna tiva

Figura 4 . 10.-Sistem3 de presión está tica alternativo .

es tá tica (de lan te ra y po st erior) está n co nect ada s a tu bo s se p arad o s en la b ase d e m ont aje. Ade má s d e es ta r co nect ad as a su s válvu las se lec to ras respectiva s, las sondas es tá n tamb ién acop lad as e nt re sí por una conex ió n tran sversa l d e las ranu ras d e es tá t ica y lo s tubos : por t an to , las ranu ras d e lant e ras est á n co nec ta d as a las po steri ores e n so ndas op u est as. Esto co m pe n sa cua lqu ie r d iferenci a d e presió n causad a por la po sición de las ra n uras d e está t ica a lo la rgo d e l eje lo ngi tudina l d e las so nd as.

DR ENAJ ES Co n e l fin d e que u n sistem a pit ol-est álica funcione e fic a zme n te e n toda s las co ndic io ne s de vue lo , hay qu e faci litar med io s para e lim inar el agua qu e pue da e ntrar e n e l s iste ma co mo co nsecu e n cia de la co nde n sac ión , llu via, nieve, et c., redu ciéndo se as í la p ro bab ilidad d e q ue " go lpe s" d e ag ua b loqu een lo s tu bos. T ale s me dio s tom an la form a d e o rificios d e d re naj e en las so ndas y co lect o res el e dren aje y válvu las d e drenaj e e n las tuberías d el siste m a. Lo s orific io s d e drenaje está n tal adrad os e n los tubo s pit ot y ca rc asas de las so nd as (F ig. 4.5 ) Y ti en en un d iám etro t al qu e no in t rodu cen e rro res e n las indi cacion es de lo s inst rument o s. El m étodo para d re nar las tuberías de u n sistema pit ot-est atí ca va rIa e n los diferent es tip os de av io nes, porqu e un fabricant e de avio nes pu ed e realizar su pro pio d iseño de co le ct o r y válvu la de drenaje, mi entras que 01 ro pued e u1 iliza r

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F ig ura -t. t l .s- Sistem u de pre sió n pilo ! y presión est ática al terna ti vo .

un co m po ne n te prefa bri ca do po r otro constructo r especializ ado .. En la Figura 4 , l 2 p uede n ve rse algun o s ej e m plo s d e co lect o res y vá lvu las d e d re naje .

Lo s co lecto re s d e d ren aj e ti enen un a c ap acid ad su fic ie n te pa ra qu e se p ueda ac u mu lar la may o r ca nti d ad de agua que pudi e ra e n trar en e l sis te ma e n tre lo s

perío do s de se rvicio . Las válvu la s d e drenaje so n d e l ti po de cierre au to má t ico para qu e no pu edan d eja rse ab ie rtas ina dvertidament e d e spu és de vacia r e l agu a ac u niu lud a .

T UBEHIAS La s presio nes pito! y está t icas se t ran smiten a tra vé s 'd e t u bería m e tal ica s (aleación lige ra y/ o t u ngu m ), s in cos t ura y resist entes a la co rr o sió n, y a t ravés de tub e ría fle x ib le s, util íz ánd o se e stas ú lt imas para la co ne x ió n d e co m po n e nt es instalad o s e n mo nt u ra s an tivih ra to rlas. El d i ám e t ro e legid o d e las tuberías está en rela ción co n la d ista nc ia d esd e las fuen tes de presió n a lo s i nst rum e nt o s (c uanto más largas sean las tub cr ta s, mayor ser á el d iá m e t ro) co n e l fin d e e lim ina r lo s facto res d e ca íd a d e presi ón y ret a rdo de t ie m po, No obsta n te , h ay u n l ímite m ín imo acep table e n c ua nt o a d iám et ro int eri o r, d iga mos de 6,35 mm ( 1/4 d e pu lgad a) , Un d i áme tro in t er io r m e-

I NST R U M E N T O S Y SIS T E M A I'IT0 1 ·ES TATl CA

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Flo tad o, Válvu la de d renaje

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Figura 4 .12 .- Métod os de drenaje d e agua d el sistema pitot -estétíca .u ) Sifó n y válvula d e d re n aje de agu a ; 11 ) sifó n y tap ó n d e dr enaje de agua; c ) co nst ru c ció n de la válvu la d e d ren aje ; d) sifó n y válvu la de d renaje de agua tran spa ren -

te ;e) co lec tor y válvu la d e d re naje. co mb inados . nor p rese nta ría e l p eligro de un bloq ueo d eb ido a la posibilidad d e qu e se form e un a " masa" d e agua q ue abarcase e l di ám etro . Las tubería s se ide nt ifican por med io de cintas d e có d igo de co lor es conve nc io na les espa ciadas (1 int er valos frecu ent es a lo largo d e las mism as. Adem ás de este método. las tu berías de algu no s avio nes ta mb ién pued en te ner d iáme tros d ifere nte s.

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MEDlClüN D E LA ALT ITUD

i ~~ EDJ CION DE LA A LTITUD .,

La atmó sfera de la T ierra y sus característ icas La atm ó sfera de la T ierra, como la m ayoría d e lo s lec to res co no ce n ya, es la e nvo lt u ra circ und ante de aire, qu e es un a m ezcla d e vario s ga ses d e lo s cuales lo s p rincipales son e l nit rógeno y el o x ígeno. Est a e nvo lt ura gas eo sa e st á d ividi da co nve nc io nalme n te en varias capas concén tric as qu e se ex t ie nden desde la sup erficie de la T ie rra, y qu e presen tan sus prop ias caract erís tic as di stintivas. La ca pa m á s baja , en la q u e vivim o s y en la que vue la n lo s tipo s d e av iones co nve nc io nale s, se den o min a Troposfera. y se ext ie nde hasta un a altu ra de un o s 28 .0 00 pies e n el Ecuad or. Est e li mi t e d e a lt u ra se de no m ina la Tro p op ausa. Enc im a de la T ro popausa, se sit ú a la capa llam ad a Estratosf era , la cua l se ext ie nd e h asta la Estrato pa usa a u na a ltura m e di a e n t re 6 0 y 7 0 m illa s. A mayo res altu ras la at m ósfe ra se d ivid e e n más capas o region es qu e, des de la Es t ra to pa usa, d e in ferior a su pe rio r, se d enomin an Ozonosf era, Ionosf era y Exosfera.

En to das es t as ca pas la at m ó sfera experime n ta un a tran sición grad ua l d esd e sus carac te rística s al ni vel d el m ar a la s ex is ten tes en lo s b ord es d e la Ex o sfera, en dond e se fund e co n el es p acio ex te r io r co m p let a me n te ca re n te d e a ire.

,Presió n a tm os fé rica. ., "

.. ~~

La atm ósfera se mant ie ne en co n tac to con la su pe rfici e de la Ti e rra por la fue rza de la grave dad, la c ual pro du ce una pre sió n den tro de la atm ó sfera. Lo s e fec t os gra vita cionales d isminu yen a med ida qu e au me n ta n la di st a ncia d esd e el ce nt ro d e la ti erra , d e mo d o q ue la pre sió n a tm o sfér ic a di sminu ye co nst a n teme n te en fun ción d e la alt it ud. Las un idad es qu e se em p lea n para ex presar la presió n atmosférica so n: libras po r pu lgada cuadrada, pu lgada s de mer cur io y m ilibares .

La pres ió n al n ivel del mar est ánd ar es 14 ,7 libra s/ pul gad a' y es igu al a 2 9, 92 1 pulgad as d e me rcuri o o 101 3 ,2 5 miliba re s. Po r tant o , una co lum na d e aire de un p ie cu ad ra d o d e sección , q ue se ex t iend a d esd e la su per fic ie de la T ierra hasta las ex tre m idad es d e la at m ó sfera , pesa 14,7 li bra s y eje rce es ta p resió n so b re u na p u lgad a cu ad ra d a d e la su p erfic ie d e la Ti erra, Su pongamo s a ho ra qu e esta m isma co lu m na d e aire se ex t ien de d esd e lo s p unt o s 5,0 0 0, 10.000 y 15 .0 0 0 pies por en cim a del nivel d el mar ; e l peso h abr á di sminuid o , po r lo q ue la s presio nes ejerci d as a est o s n iveles se rá n resp ecti vam ent e 12,2, 10 , I y 8, 3 libra s/ pu lgada' . En la T ro po p ausa, la presión cae alre de do r d e un a cuar ta part e d e su va lo r al n ive l del mar. La ca ida co ns t a nt e d e la p resió n a tmosférica a m edida qu e aum enta la altit ud tiene un gran efect o so bre la den sid ad del aire, la c ual varía en propor ci ó n d irec ta a lo s camb ios depresi ón.

Te mperatura atmosféric a O tr o fac tor im p o r ta n te qu e a fe c ta a la atmósfera es su temp eratura . El a ire en co n tac t o con la T ierra es c alen ta do p or co nd uc c ió n y radia ción y, en c o nse-

I N STR U MENTOS Y SIS T EM A rnOT -EST ATl CA

cuc nc ia, SU d en sid ad di smin u ye y e l a ir e co m ie nz a a eleva rse. Al e levarse . e l desce nso de p resi ón deja qu e e l a ire se expanda, y la e x pa ns ió n, a su vez, oca sio n a u na ca íd a d e la tem p eratura. En c o nd ic io nes a l n ivel d e l m a r está ndar la t em peratur a es 15° C. y de sciende co nsta ntemen te segú n aume nta la altit u d h asta la Tropopau sa , e n la cu al p er manece cons ta nte a _ 56,5° C. El rég ime n a l q u e descicndc (véa se tambi én má s ad e lan te) se denomin a régim en de descenso. En la Est ra to sfera la t e m p era tura perma ne ce c o ns ta n te a - 56.5° C. despu és au m e nt a , o tra vez hasta un m áxim o a una altura de un as 40 millas y po st eriorm e nt e comi en za a descend er alcan zand o e l pun to de co ngelaci ó n aprox imada ment e a 50 mi lla s. Desd e es ta a lt u ra hay tod aví a un a u m e nt o m ás qu e a lcanza u n m á xi m o d e a lre d ed o r d e 2200° C a I SO milla s ap ro ximad am ent e,

Atmós fera esta ndnr C011 el fin de o btener indi caci on es de altitud, veloci dad CO I1 respec to al airey régi me n d e ca m bio d e a ltit u d . se ne cesita co n o ce r la re laci ó n e n t re la s va ria bles d e presió n . tem p era tura y d e nsidad . y la a lt it u d . A ho ra b ien. pa ra qu e ta le s in di caciones te nga n ab so lu ta exactitu d . te ndrían q u e medirse directam ent e las tres va r iab les e n tod as la s a ltit udes e introdu cirse en lo s in strum ento s aprop iad o s co rno fa c to res d e co rr ec c ió n, Tal es m edidas, aun q ue no so n im p o sibles, ex igirí an . s in embargo, instru me nto s b astante co m p licados. Por co nsiguie nte . sie mpre se ha a costu m b ra d o a basa r tod as la s m edid as y cálcu lo s re la cio nad o s co n la aeronáut ica e n lo que se den omin a at m osfera est ándar, O aqu éll a e n la que se su po ne que lo s valo res de presió n, temperatura y densidad a las diferen tes all itud cs son co nstante s, Estas su posicio nes, a su vez , se han basado en observaci o nes me teo ro ló gicas y fí s ic as e stab lec idas, teo rías y medic iones, y po r eso la at mósfe ra es t ánd ar se ace pta int ern aci onalme nt e . En lo que se refiere a lo s altíme tros , lo s an em óm etros y lo s indi cado re s de vel o cidad ve rtica l o vari óme Iros. la in clu sión d e lo s va lo res su puestos d e la s var ia b les co rresp o nd ie ntes e n las leyes d e ca lib ra c ió n per mi te e l e m pleo d e me ca nism os qu e fu ncio na n so lamen te po r ca m b io s d e p resi ón . Las su pos ic io nes so n las sigu ie ntes : (i) la presión atm o sf érica al nive l del mar m edio es igu a l a 10 13,25 m bar o 29,92 1 pu lgad as l lg ; ( ii) la tem p eratura a l nive l d el mar me d io es 15° C (59° F ) ; (ii i) la tem pera tura d e l a ire d esm in u y e 1.98° po r ca d a 1.000 p ies d e au me n to d e altit ud (es te es el régim en d e d escenso cita do an ter iorme n le ) d esd e J 5° C al ni vel d el mar incd io a _ 56.(,° C (69.7° F ) a 36.089 pi es. Po r e ncim a d e est a a lt itu d se su po ne q ue la te m per at ura per man ece co nsta n te a _ 56.5° C.

T od o s lo s d em á s va lo res corres po nd ien tes se h an calcu lad o y pre sen tad o como la atm ó sf era est ánda r basá ndo se e n lo s valo res sobre e l nive l del mar. Estos va lo res ca lcu lad o s se d efinieron o rigina lme nte co m o las cond ic io nes ICA N ( I nternati on al Co m m isio n fo r Aer ia l Nav iga t io n) , p ero e n 1952 la O rga nizació n In tern acion al d e Aviación Civil es ta b lec ió u na es pecificació n m ás d et a llad a, y por e so la d efinición acept ada a ctu a lm ent e es la A tmosf cra Estándar de la OACI. M edici ón dC" la presión atm osféri ca

Exist e n d o s m étod o s p rin cipa les para medir la presió n d e la at m ó sfe ra y a mb os está n e st rec ha me n te a sociados co n lo s in strum e nt o s d e vu e lo d e p itot-es-

M E D ICI Q N D E L A A L T IT UD

tática . Esto s m é to d o s so n (i ) eq ui lib rado d e pre sió n co ntra el peso ele una colum na d e líqu id o , y (ii) au me nto d e la d efl exi ón d e un eleme n to d el ectar elástico produ cid o por la presión qu e ac túa sobre él. Lo s instru me n to s qu e em plea n estos métodos S~ co no cen re spectiv amen te co mo baró met ro de mercurio y baróm et ro anero ide .

Barómetr o de m erc u rio

Según se mu est ra en la figura 4.l 3(a) , un barómetro de m ercurio co ns iste fu nda me n talme n te en u n tub o d e vid rio ce rr ad o he rm é t ica me n te e n u na punt a y mon tad o ver ticalme n te en un a c ube t a d e me rcu rio d e mo do q ue el ex tr emo ab iert o d el tubo q ued e su me rgid o po r d ebaj o d e la su pe rficie d el m ercu rio . Imaginémonos por un m o m en t o qu e el ex tremo superior del tub o está abiert o

segú n se muest ra e n (b ) y q ue se a plica una presió n ab so lu ta PI al merc ur io ex iste nte en la cu beta, y una presió n abso luta P2 a la co lumna de merc urio de nt ro del tubo. Si P I es ma yo r q ue P, es e vid en te en to nc es q ue el mercu rio esta rá obliga do a baja r e n la cu be ta y se elevará en el tu bo hasta q ue se o btenga u n eq uilib rio e n tre las do s presio nes. Este eq uilibrio vie ne d ad o por :

( 1) do nd e 11 es la d ife re ncia d e n iveles e n t re el mercurio d e la c u be ta y e l tu bo , y p la de ns id ad del m er c u rio . Pe ro , co mo pu ed e verse d el d iagrama, H = /¡ + ti, d on d e h es la di sta ncia q ue el me rcu rio se ha elevado e n el tubo d esd e el ni vel ce ro , y ti la d ista ncia co rrespo nd ie n te qu e el mercurio ba d esce ndi do e n la cube ta ta mbién d esd e el nivel cero .

Figura 4. 13.- Princi pio del baró met ro de mercurio

I NSTR UME NTOS Y SIS T EM A I' ITOT -EST A I'I CA

La m isma ca n t id ad d e me rcurio ha dejad o la cu be ta y e n t rado e n e l tu bo y es tal. qu e si las su perfic ies de las se ccio nes de la cube ta y e l tu bo se designan A 1 V A 2 . respec tivame nte , entonces / 1, d

112 h

(2)

(3 )

de mod o q u e 11 2

d= -

Por consiguiente (4 )

Sus t ituy e ndo I! en la ec u a ció n ( 1) por es ta ex p res ió n , 1', =

1'2

-1- h

(1+~A 2l_)

(5 )

En la p ráctica , el e x t re mo su pe rio r d el tubo es ta ce rr ad o herméti cam e nt e y e x iste un vacío e n e l es pac io e nci ma de la c o lu mna de mercuri o (con o c ido como el rucio d e Torri celli , e n hono r a l invent o r italia no d el ba rómet ro). d e mo d o qu e es cero y la e cua ció n (5) qu ed a .

(6) q ue Io rm a la ecuac ió n b ásica d el bar ó me tro, e n la que h, la altura qu e c l mc rcu d o su be e n el t ub o , es un a med ida d e la presión abso lu ta ap lic ada a l me rc ur io d e la cu be ta, Lo s barómetro s de mercuri o qu edan co mpre ndido s ampli ament e en dos catego rías : (i) e l Fo rt ín y (i i) e l Ke w. El Fo rti n pert e n ece a l tipo e n e l qu e lo s aj ustes se hace n en la base y e n el n ive l d e la co lumna de me rcurio . Una c aract eríst ica prin cip a l d e es te ba rómetro es que antes d e tom a r u na lect ura, e l n ive l d e la sup erfi c ie del m ercuri o e n la c ub e ta se lleva a la punta de lo que se de no m ina punto d e re fer en cia, fij a do co n segurid ad e n la par te su perio r d e la cu b c lu y qu e co rr es po nde a l cero d e la escala d e l ba ró me tro. Este aj u ste se o b tie ne m edi a n te u n torni llo q u e, ac tu a nd o sobre un a bo lsa d e cu ero q ue fo rma la parl e inferi or de la cu be ta, e leva e l mercu rio.

El baróm etr o Ke w es del tipo d e "c ube ta fija" y da indicacio nes d irectas po r medi o d e UIl c u rso r d e esc ala d e noni o qu e está ajustado a l nive l de la co lu mna de me rcuri o y co n referen cia a un a escala qu e am plí a virtua lme nte la altur a de la co lum na. Las p eq ue ñas variacio nes en e l nivel del me rc urio en la cu bet a, proporci ona l es a lo s cambios de altu ra de la co lu mna. se co m pe nsan automáti-

ca men te uti lizan d o tin a esca la co nt raíd a per o linea lme n te di vidid a ; la ca n¡¡d ad d e co n tracc ió n es fijada por la s su perfic ies tra nsv e rsa les e fec t ivas d el tu bo y la cu be ta. La cu be ta est.i provista d e un co nec to r q u e, a l se r acop lado a un a Iu c n-

MF DlC ION fl l:.: L A A LT ITU D

te co n tro lad a de vacío , permi t e q ue la presión qu e act úa sob re la supe rfic ie de l mercu rio d ismin u y a al va lor más bajo ma rca do e n la esca la de l ba r óme tro . Po r tan to , ye n conj unción con un a cáma ra d e vac ío, un baró me tro K ew sirve co mo norma para la ca lib rac ió n de a lt í me tros.

Con e l fi n d e u tilizar el bar óm e tro para ca lib ra r a lt í me t ros en cu a lq u ier lu gar , deben a plicar se co rreccio nes a las le ctura s d e pres ió n por la raz ón d e qu e la altura de la co ln m n a de me rcuri o dep end e de las co nd ic io nes d e temp eratura lo ca l, alt ura so b re 'el ni vel d e l m ar , la la tit u d y su va lo r d e grave d ad corres po ndi en te . Puest o q ue el ma teri al de la grad ua ción d e la esca la se d ilat a y co nt rae con lo s cambios d e te m p era t ura , la le c tura d e l bar ómetro d epen d erá ta mb ié n d e la te m p erat u ra d e la e sca la . Po r cons igu ie n te , h a y u n termóme t ro d e m ercu rio en crista l in st a lad o ady ace n te a la esca la pr inc ipa l. En la Norma Br itá ni c a 2520 -Uonvencio nes y 'J i/bias de Baró lIlelros - se d an d e ta lles d e la s co rrecciones de te m pe ratu ra y graved ad y la forma en q ue SI:: deri van . Barómet ro ane ro ide y alt í me tro En la ev o lució n genera l d e lo s in st rum en to s pa ra med ici ó n de pres ión atm o sfé rica , ci ertas a p lic acio nes p rác ti ca s ex igie ro n ins tr u m e n to sq ue fu esen po r tá tiles y capaces de fu nci o nar e n diversas po sici o nes e n vue lo . Po r eje m plo , para obse rvac io nes met eo ro ló gicas e n e l mar era evi den te qu e un baróm etro de m ercurio sería más bien frágil , y que en cond icio nes de cabeceo y alabeo , e l movimi e nto errá t ico de la co lum na de me rcurio haría d ifí cil la obscrvuc ió n . Po r co ns igu ie n te, se nece sit a ha un instrum en to má s fu er te y tenía qu e ser lino qu e no necesitase ningún líquido ab so lu tame n te . De este modo , aparec ió el barometro aneroide, (d el griego "anetos" no húm edo) . E l ins t ru me n to ha evoluci o nado has ta al can zar un nivel m u y alto d e pre cisión par a m uc has a p lica ci o n es es pec ializadas, pero su versió n m ás se nci lla, y qui zá s la m ás fa miliar para el lect o r, es el ba ró metro do ui éstic o .

E l e le me n to se ns i b le a la p re sió n d el instr ument o ( véa se la F ig. 4 . 14 ) es un a cáps u la d e m eta l eva cu ad a. Pu est o qu e en el int erio r d e la cápsu la hay ap ro x imadamc nte presió n ce ro , y suponie ndo qu e el instrumento es t é a nive l d el ma r, 14 ,7 lib ra s/ p ul gad a? en el ex te rior aproxi m a d a me n te , la cápsu la t end erá a aplastarse . Esto se ev ita , sin e m bargo, m ed iant e un mu elle fu erte d e lá m inas fl ex ih les in st a lad o d e fo rm a q ue u n lad o es té u n id o a la part e su per io r d e la Resorte de lamin a üe xib!e

~-----------------~". •

""------ C écs ot a

Figura 4 .1 4 .- Baró met ro aneroi de.

INST R UMEN TO S y S ISTE MA PIT üT -ES TA T1CA

cá psu la y el o tr o a la p laca ba se d el inst ru mento . El mu e lle ti end e sie m p re a a b ri rse hacia afu era; cu a nd o la ten sión d el mu elle co mp e nsa la p resió n, se alca nza u n estad o d e eq u ilib rio . Si e n este mo men to la presión a t m o sfér ica d esciende, la fu erza q u e tie n de a a pla star In cá psu la se red u ce, p ero la, t en sión d el muelle p erm an ece igu al Yl en co n sec ue nci a, es ca paz d e a b rir la cá psu la un po co má s qu e antes. Si hay un a ume n to d e p resió n , oc u rre lo co ntrario , y la p resió n ap last a la c áp su la co n tra la ten sió n d el mu elle ha st a qu e se o btiene e l eq u ilib rio . L a di lata ció n y co n tracció n resu lta n tes d e la cá ps u la, q u e es su ma men te pequ eña , se transforma en m o vim ie n to gira torio d e la ag uja por m edio d e un síst elTW de pa lan ca d e au m en to y un a cade na d e esla bo nes mu y finos. Po r es ta d esc rip ció n, po d e mo s a p recia r q u e c uan d o se n ecesit ó m ed ir la altura d e U II avión sob re el sue lo , el b arómetro an eroid e co n m ar ca cion es d e cam b io d e esc ala era co mo un altíme t ro n o rm alizad o . Lo s alt íme t ro s ac tuales son d esd e lu ego mu ch o má s so fis ti cados , p ero t o d avía se ap lica el pr in cip io de b aró m etro ane ro id e. En la F ig. 4 . 15 se mu estra e l mecan ismo d e u n a lt í metro sensib le típi co. 101 ele men to se nsib le a la presión se co m po ne d e tres cá psu las an er oid es p ara a u me n ta r la se nsib ilid ad d el in st rumen to . Las d efl exi on es d e las cá psu las so n t ran sm itid as a u n sec to r d en tad o a tra vés d e un co nj u n to d e var illa y eje osci la nt e. El sect o r d ent ado e ngrana co n u n m eca nism o de e ngra n aje a mpli ficad or qu e ac cio na un eje q u e lleva u n a aguja la rga cuya fun ció n es indicar cie ntos d e p ies. En e l eje tamb ién va mo n ta d o un p iñó n, q ue acciona un segu n do m ecani smo d e engr a naje qu e lleva la segu n da y tercera agujas, qu e in d ican millar es y d ece nas d e m illares d e pies resp ect ivam e n te. En es te in stru men to pa rt icula r h ay u n d isco qu e tam bién V:::I unid o al e ngra n aje d e la te rc era aguj a y se mu eve co n e lla . Un lad o d e l di sco es tá pi n tad o d e bla n co , y a m ás de J 0 .000 pies pu ed e

Figu ra 4 . t 5 . - V i st ~ detal lad a de 1In mecanismo tí pico de u n alt ím etro. l . articu laci ón.i Z. brazo de calib rac ión , 3. con tra peso cargado por resor te, 4. eje oscilante, 5. husillo , 6. p laca ada p tadora del me cau ismo , 7 . pasador del seguidor de levas, 8. seguidor de levas (arr astra la ru eda de salida), 9. leva ranu rada, 10. con tador de mili bares, 1 J. bo tón de ajus te de la esc ala ba rom étrica, 12. disco segu idor , 13. ter cera aguja, 14. aguja larga, 15. in termedia , 16. esfe ra, 17. tren de engranaj es del me can ism o superior, 18. ru ed a de salida , 19. eng ranaje de la leva, 20. espiga, 2 1. mu elle en espir al, 22. p iñ ón in terme dio y ru eda dent ada, 23 . so por te en U d e co mp ensació n de tem perat ur a, 24. u nid ad de diafragma.

M EDlCION nE LA ALT ITUO

verse a trav és d e u na ra nu ra sem ic irc u lar corta da en la esfe ra pr in cip al. Por tanto , el mo vim ien to d e la aguja es " co n tin uo" pa ra e limina r la am b igüe da d d e las lec tu ras de m ás d e 10 .0 0 0 pies . Co n el fin d e saca r un a esca la lin eal d e a lt itu d d e la rela ció n no li neal pr esión! altit ud , es pr eciso incorp orar a lguna forma d e c o nversió n d e ntro d e l me ca n ism o d el a ltímet ro (véa se la Fi g, 4 . 16) . La lin ealid ad se ob tien e m e di an te u na elc cció u adec ua da d el ma ter ial d e las cá psu las y la curva d e d e fl ex i ón (2 ) co rres pondie nt e y también de la s carac teríst icas d e de fle xión d e l sistema d e pa lan ca y engranaje d e aum ento adop ta d o pa ra tran smiti r la s de fl ex io nes a l siste ma de aguja s (c urva 3). La resu lt a n te d e ambas c u rva s prod uce la es ca la lin ea l seg ú n se in di ca e n 4 . Para prov ee r las va ri ac io nes e n tre la s carac te rfs t icas d e fle x ió n de cá psulas individuales , y permi tir a sí la ca lib ració n, se rea lizan sie m p re aj u stes para igua lar el a u me n to d el sist ema d e pa lan ca y e ng ra naje, co n e l fin d e qu e se ad ap te a las carac te rísticas d e la cápsu la. Ind ica c ión d e l in stru m e n to con esc ara di vidida uni fo rme me n te . 1 revo lu ci ó n Altura 100 0 p ies (p ie s)

-, -

Ley pr esión - al tu ra

eo.ooo

•0 .00O 3 0 ,00 O

1"" /

0 .000 1

~--::

2 0 ,0 0 O

Giro de la aguja frevoluclones] 50

0 ,04

0 08

0.12

016 020

S tstern e de e nqranare Hext ón y p alanca de au me nt o de la vert e b re cápsu la (pul g!Jdasl

Pre sió n a tm osférica d e la s cápsu las (m iliba res)

200 4001 600 600 1000 I

Cer ec t e - ú ucas de orest ón -ñe xl ón de las cápsu las

2 EJEM PL O = 20.000 p ies 1. PRE S ION= 466 mbar 2 . FL EX ION O E LA CA PSU L A :::: 0.087 putqa de: 3 . G I RO DE L A AG U JA 20 re v o luc iones 4 . A LT U RA IN D IC A DA = 20. 000 p ies

Figura 4 . 16.< Co nversi ón de la relación presió n/a ltura a una esca la lineal.

" 1 eleme n to se nsible a la pr esión d el a lt íme tro qu e se mu es tra e n la Fig . 4 . 15 es tá co m pe nsad o para cam b ios d e la tem per a tura a mbi ent e por u n su po rte ilimet álico e n fo r ma d e " U", c uyos e x tre mos ab ie rt o s está n co nec tad os me d iante varillas d e e m puje a la c ápsu la su pe rio r. El co e fic ien te d e temp eratura de l in st ru me n to se debe p rin cipalm en te a l cam b io d e ela st ici d ad d e l ma teria l d e la cá psu la en fun ción d e l ca mb io de temperatura ; es to , a su vez, va r ía el grado d e flexi ón d e la cá psu la CO Il re lación a la presión qu e actúa ex te rna me n te a e lla ,

I N STR UME N T OS Y SI ST EMA I'JTOT ·Es 'r A "IH :A

Por eje m plo. si a l ni ve l d e l m ar la te mp e ra tu ra deb e d escende r, la e las tic ida d d e la cá ps u la d eb e aumentar : e n o tras pa lab ra s. y d e la d e fi nició n d e la e las t ic ida d. la cáps ula tien e 1I1lf1 teud cu cia ma y or " [1 vo lve r a su tama ño o rigina l" y p OI eso se dil at aría y haría qu e e l a lt ímctro m a rca se d e m ás. A altitu d es ma y ores se p rodu c irán lo s mi smo s e fectos sobre la e last icid ad , pero puest o q ue las presio ncs qu e actúa n so b re la cá psu la habrán di smin uid o . e nto nces , por co m parac ió n. la d ilata ció n d e la cá ps u la se hace progresivament e m a yo r. El efe cto d e un a d isminu ción de temp erat ura e n e l so p orte e n fo rm a d e " U " es ha ce r q u e lo s limbo s se d oblen ha ci a de n tro , y en vir t ud d e la p osició n a ngu la r d e lo s pasad ores. se eje rza un a fu erza h ac ia abajo corres pond ie n te so bre el co njun to de cápsu la qu e se o p o ne a la dil ata ci ón prod u c to ra d e e rr o r. Cu a ndo se pro d u zca u n aume n to de tem pera tura, se ap licará 10 anterio r pero en u rde n inverso . De lante d e l m e can ism o p ri ncipa l va mon ta d o un me ca n is m o de ajust e d e p te si án baro métrica cuy a fin alidad se de scribe e n la pág ina 9 1. Co ns iste e n un co nta do r e ng ra na d o a l ej e d e u n bot ó n d e aj u st e. E l eje lleva tambi én u n p iñón q ue e ngra na co n u n e ngra uajc a lre dedo r d e la pe riferia de la p ie za fun di d a del me can ism o princip al. C ua ndo se gira e l botón para ajusta r la presió n ba rom é trica necesaria. tam bi é n gira c l m e ca nismo princi pal, y las agujas son aju stadas a la var iació n d e a lt it u d co rres p o nd ie n te . Un a le va y u n seg u ido r ( v éase la págin a 9 2) m a n ti en en la lin ealidad e n l re e l co n t ado r de - p resión y las ag uja s. La po sic ión d e las cá psu las bajo la infl u en cia de la presió n atmo sfé rica prerlen ominante en e l m o men to del aj uste no se a lte ra. Para ma nte ner e l equilib rio del me ca nism o princi pa l. sea cu al fuere su alt itud, al eje o sci lante va u nido un co ntr apeso cargad o por reso rt e . Presentaciones en la esfera del altímetro

La presentaci ón d e inform a ció n d e a lt it ud ha su frido mu c hos ca m b ios en lo s ú lt imo s a ño s, princi palmen te como co nsecue nci a de que la lec tu ra e rró nea de lo s a lt í m e tros ha sid o la caus a p ro bad a o sos pechad a de var ios accide ntes fa tales. En co n se cu en cia , se han d e enco ntra r va rios m é tod o s p ara lo s a ltím et ro s ac t ua les . sie nd o los m ás not a bl es el co n ta do r d e tripl e ag uja, una so la aguj a y el d igit a l. y las prese nt a cio nes de u n a so la ag uja y ta m b or. El m é to do d e a guja triple es la m ás antigua de las prese ntacio nes y req uiere Introdu cir cam bios. Est e m ét o do seu tiliza e n e l a ltím e tro qu e se mu estra e n la Fig, 4 . l 5: In posibil idad d e u na lec tura erró nea d e 1.0 0 0 y 10.0 0 0 p ies. fu e ve n cid a d an d o a la s agujas un a fo rma más di st in guib le , e inco rpo ra ndo e l d isco se gu ido r c ilado y a ant eriorm e nt e . Adem ás. algu nas ve rsio ne s llevan un di sco CO I! franjas ama rillas y negras qu e sirve co mo di spositi vo d e av iso de baj a alt it u d cu an do se vue la a al t it ud es interiores a ¡(j .oon pi es. La aguja d e l co n tad o r (Fig. 4 . 17 e) ). y e n a lgunos casos la s prese n ta c io nes de seña lado r de tamb o r. se e mp lean e n lo s se rvoa lt nue tro s y alt ím e tro s qu e fo rm a n p arl e d e lo s sis te m as d e calcu lado res d e d at o s .d e a ire (v éanse las pá ginas 9 2 y l23 l .

Errores de bidos a los cambios de presi ún y te m pera tura at m o sférica s Co m o ya sabem o s, la b ase p ara la ca lib ra ció n d e lo s a ll í m e t ros es la at mósfera es tá nd ar. C ua ndo la atm ó sfe ra se aj u sta a lo s valo res es tá nd ar. un a lt ímet ro R8

ME n l C I O N DE L A A L Tl T U 1)

I ndic acto r ele

Ma rca dores de ajus te

alt u ra a p roximada

Aguj d de 10 0 pi es

Esca la de p resi ón ba romét r ica

(al

Ibl

Ag u j a de 100 p ies

Lu z de fallo d e avis o d e

alt itud

Ban d era de a viso d e fall o

de co rrecc ió n de erro r de pres ión

Con t ado res de pr esión uaroené t ric a Escara de pr esión ba rorn én ice (e)

Id )

Figura 'L I 7.- Prese n Ladollfjs en las esfe ras de los a lt í me t ro s. a ) Ag uja triple (a guj a de 10.000 pies detrás, aguja de 1.000 pies a la vista) ; b ) aguja tr iple mo d ificad a, e) y d ) co n tado r/ag uja .

m..I IT¡1riÍ lo q u e se d en omin a altitud d e presión. En un a a tm ósferu no es tán dar ) un altí me tro pr esenta erro r y ma rca lo qu e se llama altit ud indicada. '

Pod emos co nsid e ra r esto s erro res tom and u el caso de un a lt ím e t ro sen cillo situ ado a d iverso s ni vel es. En co n dic io nes es tá nda r y en un aer opu er to a l n ivel d e l mar , u n a lt ímetro resp ond ería a u na pr esió n d e 1.01 3 ,2 5 mbar (29 ,92 pu lgada s IIg) e in dica ría u na a ltit ud de presió n de ce ro pies. Aná loga me n te, en u n aero puerto a 1.000 pies, re spond e ría a u na presión es t án d a r de 9 7 7,4 m bar

INS TRU f-1EN TOS y

S IS Tl~ MA

!'ITOT ·F.ST AlI CA

( 28 ,86 pu lgad as II g) e in d ica rí a una a lt it ud d e p res ió n d e 1.000 p ies. Su po n iend o qu e en c l aero p u erto a l ni vel d e l ma r la p resi ón desc iende a 1.0 12 .2 mba : ( 29. 89 pulgadas Il g), el a lt íme tro in di ca rá qu e el ae ro pue r to se e nc uent ra a 3 0 pies ap rox ima dame nt e so bre e l nive l del mar; en o tras palabras, p resen tnrá un e rro r d e + 3 0 p ies. De nu evo, si la pr esió n au men ta a 1.01 4 .2 m ba r (2') .95 pul gad as l lg) , e l altímetro , a l resp o nd er a la pre sión . in d icará que e l aero puert o cs tá 30 p ies a prox ima d a me n te po r d ebajo d e l nive l d cl ma r ; un e rror d e -J O p ies. Igu al me n te es te a ltí mct ro presen taría erro res en las le ct uras c n vu elo y siempre qu e la pres ión at m o sféri ca en c ualq u ie r altitud par t ic u la r se desviase de l va lo r est ándar su p ues to . Por eje m p lo . cua nd o un avió n vo la ndo a 5 .0 00 p ies e n t rc cn u na región e n la qu e la p resi ón ba ya d esce nd id o d el valo r es tán da r d e 8 42 ,9 8 m b a r, a di gamo s, 8 37 m b ar, el a ltí me tro in d icará una altitu d d e 5 . 19 0 pi es aprox imada me n te . La a t mósfe ra es tá nd ar también su pone cic rtos valo res de tem p e rat u ra e n la da s la s a ltitu d es Y. e n co nsec ue nc ia. lo s val ores no es tá nd a r pu ed e n cau sa r tam bién erro res en las le cturas d e l altím etro . Las va riaci o nes de te mpera t ura produ cen di fe ren c ias ele la de nsidad de l a ire Y, por co nsig u ie n te . d ifere nc ias de peso y presió n del a ire . Es to pu ed e ve rse por las tres co lu mnas qu e a pa rec en e n la Fig. 4 . 18 . En e l p unt o A , c l a lt (m e tro m id e e l peso d e la co lu m na de a ire e nc im a d e é l, d e a lt u ra AC a la par te su pe r io r d el cin tur ón atmo sférico . En e l pu nto 11 q u e est á, d igam o s. a una a lti tud d e 5. 00 0 p ies por e n cim a d e A , e l peso o p res ió n e n el a lt ímet ro es men or e n e l peso d e la pa r le A U d e la co lu m n a d ebajo d e H. Si la tempera tu ra d e l aire e n la part e AI3 aumenta , la co lu m na se ex pa nde r á a Al B I • Y e n 11 la pr esió n e n e l a lt (me t ro sed a ho ra m e n or cn el

oc) 11 50 0 0 eles

B-

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Fi gura 4 .1 8 . -E rE' c{ o de la t emp erat ura atmo sfé rica en e l alt í m e tro .

M I::IHC ION DE l. A A LT IT U D

peso de A , II. Pe ro el peso d e A , B, sigue siendo el m ism o qu e el d e A13 y, po r consigu ien te , el peso d e A , II d eb e se r men or q ue el d e Al l , y po r eso el altíme tro , al elevarse d e A , a 5 .0 0 0 p ies, regist rar á un a red ucción d e p resió n men or qu e cua ndo se elevó d e A a 5.0 0 0 pies. En o tras pa labra s, mar ca rá men o s d e S.OOO p ies. Igualme nt e, c uand o la te m pera tura d el aire e n tre lo s pun to s A y 11 d ism inu ye , la pa rl e AH d e la co ln m n a Sé redu ce a A, I\, y el ca m bio lié p resión en el alt ím et ro , al elevar se dé A 2 a 5. 0 00 pies, no ser á ú nica men te el Ileso d e A, B¡ (q ue éS igua l a AIJ) sino ta mb ié n el peso d e B, 11. l'o r ta nt o , el alt ím etro medi rá una ca ída de presión mayo r e in di cará un a alti tud ma y o r d e 5 .0 0 0 p ies . En la F íg, 4 . 19 se prese nta gráficam e n te la relació n e nt re las di versas alt it udes asociada s a las operacion es de vuelo de lo s avio nes. Presión a este nivel.

Den stdad en esta alt it ud ;;;: 0 ,04 5 IlJ/p ie 3

10 ,00 pulgadas Hg Alti tu d d e pre sió n en atm ó sfera esté ndar . 16 250 pies

.1_

Alt itud real 15 .00 0 pies

I" _

Alt itud de de nsid ad e n a tmósfe ra e st án d a r ;;;: 13400 pies

.1.-

A ltit ud abs o lu ta 13 .000 pie s

Elevac ió n del aero puerto 2.0 00 p ies Ni vel del m a r

Figura 4 . 19.- -Rd ació n en tre [as div ersas alti tu des .

De es to se ve cla ra me n te qu e, au nq ue la forma sim p le d e altí metro real iza su fun ci ón b ásica de med ir lo s camb io s de presió n a t mosf érica co n bastan te precisió n, las indica c io nes de alt iL ud correspondie nte s ti en en po co valo r a no se r qu e se co rrijan co n re feren ci a a la presió n es tá nd ar. Po r co ns igu ien te, co n e l fin de co mpe nsar lo s erro res de alt itud de bido s a lo s cambio s de presió n atmosférica , los altí met ro s d ispo ne n d e u n dispositivo de aj ust e accio nado ma nua lm en te qu e perm i te situa r las agujas en a ltura ce ro para cualq uie r p res ió n de tierra predo m inante co n el fi n de q ue las indic ac iones en vuelo se an a lturas e n la a tmósfe ra

es tá nd a r so b re el suelo. El dispo sitivo de ajuste co nsiste básicam ente en u na esca la o con tador calibrado en mi li ba re s o pul gad as de mer curi o qu e está intercon ectado e ntre u n

I N S T R U M E NT O S Y SIS T EMA rITO T -F ST AT I C A

bo tó n d e ajus te y e l mecanism o indi cad or de alt itud , de tal fo rma que se o bt e nga la relación co rre cta presió n/a ltura. El principio fun da me n ta l pu ed e co m pre nd erse co nsu lta ndo la F ig. 4.20, la c ual mu estr a un di sposi tivo tip o esca la ITlUY se nci llo . La esca la es tá mon tad a e n un eng ra naje q u e engra na co n u n p iñón en e l ex tre mo del eje d el bo tó n d e co n tro l y ta mb ién co n e l e ngra naj e d e la ag uja. Un m ecan ism o d e e ngra najes di fere n c iales (qu e n o se mu estra ) d eja qu e la aguj a sea girad a sin alte ra r e l ajus te d e las cá psu las. En la Fig. 4 .20 a) se su p o ne qu e e l altímet ro es tá suj e to a co nd ic io nes está ndar ; d e este mo do , la esc a la d e mil ib ares. c ua ndo está aju stada a 1.0 13 m ilibares. sitúa la aguja e n la grad uació n d e O p ies. S i e l aju ste d e mili bares se ca mbia d e 1.0 13 a 1.0 0 3 como en b) , la es cala gira rá e n e l se nt id ode las agujas d e l reloj , haciendo qu e la aguja del alt íme t ro gire e n se n ti d o cont ra rio para ind icar - 270 pies a prox ima da men te . Si e n es te m o me nt o se e leva el altí metro 27U p ies com o e n e), la cá psu la med irá una d ism inució n d e presió n d e 10 mbar (1 .0 131.00 3 ) Y la aguja vo lverá a ce ro . Po r ta n to. c ua lq u ie ra qu e sea la p resión q ue se aju ste en la esca la d e mi li bares, el alt íme t ro in d icará ce ro cu a ndo sea so me ti do a es a p resió n. Igu alm en te, c ua lq u ier aj ust e d e la agu ja d e alt itu d aj us ta au to máti ca men te la lec tu ra d e la esca la d e m ilibares para que in d iqu e la presión a la qu e la altura indicada se rá ce ro . o

27 0 pies _ _ ~t::t::="" N iv~el-,d",e'-lm~"'---:::::~t::::-._.I!.~~.

tol

Ibl

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F igur a -t. z n .c-Mccen tsmo típico de servoa ltíme lro.

En la p rác tica . e l mét odo d e aju ste es u n po co más co mp lica do porqu e la re lació n c n t re presión y a ltitu d no es lineal. Por co ns igu ien te. co n cl fin de ob te n er ca rac te ríst icas lineales d e las lecturas re q uerid as d e p resión y a lti tu d , h a y u n di spo sitivo d e co rrecc ió n d e leva p erfil ad o co n preci sió n (e n la Fig. 4. 1S se mu estr a un ej e mp lo ) co n ect ad o e n t re e l co n tad o r d e p resió n y e l meca nismo princip al.

Có d igo " Q" para aju st e d e altímetros El aj u ste d e alt íme tros a las p resio n es baromé t rica s p red omin an t es e n lo s di ver so s ni veles d e vu elo y aeropu er to s es pa rte d e las técn icas d e o peración d e vue lo. y es fu nda me nta l para mant en er la se parac ió n adecuada e nt re avio nes y d e l te ne no dura nt e e l d esp egu e y e l a terri zai e. Para hacer lo s aju stes , \111 p ilot o d ep end e d e lo s da to s me teo ro lógico s o bse rva dos qu e so lic ita y qu e lo s ce n tro s de co ntro l terrestr es tra nsm it e n. Las peticiones y transm ision es so n ado ptad as univer salme nt e y fo rm an pa rt e del có d igo "Q" d e co mu nica cio nes d e OA C I.

ME Dl CI ON D E L A A LT I TUD

No rmalme n te se utilizan grup os de tres letra sd e có digo e n co nex ió n con lo s aju stes d e lo s alt í metro s, y se d efin en d e la forma siguie n te:

QF E

Ajust e d e la p res ió n p redom ina n te e n u n aero p uert o par a hacer qu e el altím etro m a rqu e ce ro e n el a terrizaj e y en el d esp egu e.

QNE

Aj uste d e la p resió n al nivel del ma r es tá n da r d e 1.01 3 ,2 5 mba r (2 9 ,9 2 p u lgada s lI g) par a ha cer que el a llíme tro se ñale la eleva ció n del aero pu ert o .

QN lI

Aj uste d e la escala d e pr esió n para hacer q ue el alt ím e tro ma rqu e la alt ura d el aero puerto so bre el nivel elel mar en el a te rriz aje y e n el

desp egu e.

Se rv oa lt úne tro En la F ig. 4 .2 1 se m uestra esq ue má ticame nte el me can ism o de un se rvo alt íme t ro t ípico po r el cual se ob se rvará qu e e l ele me n to d e la cáps ula d e aj us te d e presión es tá aco plado a u n conju nto selec to r e léc tric o en vez de a un sis te ma de varillaje mecánico co mo e n lo s altím etros co nvencion ales. El tipo in d uc to r d e select o r co nsiste e n una b arra e n "1" lam inada pivot ad a, acoplada a las cápsu las

Se i"i i:l l dó! selección

A m pli ficado r

Mot or

Contadores de altura

l n terruo de rotación

~ A gUJa de altura

libre

Cápsulas / yernelas

Leva

IU '"

.r-e

nliM~T; o pe~ Ir\ U Hrnl-

~:1

tado'<:= ~'~-"""" _ _~ 'Lo 1\ 000: - 1

ef=@='

t!otó.n de ajuste de p resió n en tierra --

Cont ado res de mili bares

~ EJe

de engranaje = -t::::: de torn illo sin fm

' \~

Eng ranaje

~===J===1J:[~ diferencial Palanca Varill a

de alus te de mil ibares

M ovi m ient o debid o al ajuste de pr esió n barométri ca Mo vim iento deb ido a los cam bio s de alt itud

Fig ura 4 .2 1.- Mecanismo típ ico de se rvo altfme tro.

I N S T H U/l.1EN TOS y S IS T E MA 1'1"1 UT ES"I I\ TI C A

e in s tal ad a a un a dista ncia ITl UY pequ e ña de lo s brazo s de un a barra e n "E " lamin ad a pivotad a e n un segu id o r d e le vas. A lred ed or d e l braz o ce n tra l e n la b arra en " E" es tá arro llada una bob ina qu e re cib e co rr ien te a lt ern a, m ie n tras que alrede do r d e lo s brazo s e x te rio res las bo binas es tá n ar ro llada s y co nec ta das e n se rie para su min ist ra r un a se ña l d e sa lid a a una u nidad amplifi cad ora e x te rna . Po r ta nto , e l se lecto r es u na fo rm a espe cia l d e tran sfo rma d o r, sie ndo la bo bi na d el bra zo cen t ra l e l devanado prima rio y las b obin as d e lo s b razo s ex te riores e l d evan ad o secu nda rio.

Un ti p o d e mo tor b ifá sico d e poca in ercia y gra n eu tre h ier ro va a coplad o po r un tren de e ngranajes al c o nju nto de aguja y co ntado r, y ta mb ié n a u n e ngranaje d ifere nc ia l qu e ac ciona u na leva. La le va se a poya contra un seg ui dor d e levas d e forma q u e cu a ndo se cam b ia la posic ión d e la le va se alte ra la po sición de la barra e n "E" co n rela c ió n a la barra e n " 1" . La fase de refer en cia del mo to r reci be u n vo lt aje a ltern o c o nsta n te d e la fu ente prin cipa l; la fase d e co n t ro l está co nectad a a l ca na l d e sa lida del amp lifi c ad or. El aj uste de la presi ón baro mét rica se ha ce por me d io d e nn b ot ón d e aj u ste e ng ra na do a un co n ta do r digita l y a l e ng ra naje diferen cia l y la le va a través de un me canism o es pecia l d e va ri lla y palanca. Po r ta n to , el gi ro de l botón d e aju ste tam b ién p uede alt e rar las p o sicio n es re la tivas d e la ba rra en "E" y la ba rra en " 1". Dent ro de la caj a hay un in te rru p to r d e d o s co n tac t o s que va co nec tado e n e l c ircu ito de la fuent e d e a lime ntaci ó n para int erru mpirl o e n caso de sobrcmarc ha del se rv o mo to r. Sie mp re qu e se produ ce un a so bre m arc ha y e n cua lqu ie r otra co ndic ió n qu e ca use ti ll a in tcrrup c í ón de la fu en te de alimentació n, aparece un a ba nd era d e aviso accio nada po r so leno id e.

Cu a ndo la a ltit ud d e l avió n var ía, la s cápsu las respon den a lo s ca m b io s de p res ió n está tica d e la fo r ma co nve nc io na l. El d es pla zamient o d e la s c ápsulas es trans m iti do a la ba rra e n " 1", ca mb ia ndo su po sición angular co n resp ect o 3 la barra en " E" y, por co nsiguie nte. ca mb iando lo s e n tre h ie rros e n lo s ex tremos e x te riores. Es to da lugar a u n au me n to d el flujo ma gné tic o en un o d e lo s br a zo s exte riores d e la ba rra e n " E" y a una dism inu ci ón e n e l o tro. De es te m od o , e l vo ltaje indu cid o e n u na d e las bobi na s d el se cundario aume n ta , m ie ntra s qu e e n la ot ra di sminu ye. De est a forma, se p rodu ce un a señal d e sa lida e n lo s termina les de las b o b inas d e l se cu nda rio, que es ta rá e n fase o d esfasada co n e l vo lta je de la bob ina d el primari o . d ep endiendo d e la dire cci ó n d el desp lazam iento d e la barr a en " 1". La ma gn itu d d e la se ña l se rá regu la da por la ma gn it u d d e la d e fle xi ón . La se ña l es in tro d u c id a e n e l amplificador, en e l cua l se am p lifica y se d et ec ta su fase , y lu ego se e nvía a l d eva nado d e c o n tro l d e l se rvom o to r. El motor gira y a ccio na cl mecanísmo d e aguja y c o n tad o r d e a lt ura en la d irección aprop iad a al ca mb io d e a lt itud , ¡\J mi sm o t iempo, e l tren d e e ngra najes d e l servo mo tor gira un eje d e e ngra naje d e torn illo sin fin y e l e ngra n aje d ife rencia l q u e es tá e ng ranado con é l. Por co nsigu ien te , la le va y el se gu idor de levas so n gi rado s para situar la ba rra e n HE" e n una dir e cci ón que produ cirá lo s fluj o s magn éti co s en los nú cleo s y lo s vo ltaj es d e las bob ina s de l secun da rio, pa ra em pezar ;1 equ ilibrarlo s. Cuando la ba rra e n " E" alca nza In po sici ón nu la, es to es, cuando el avión se nive la a una al titud req ue rida, no se e nv ía n m ás se ñales al amp li fi cador, e l serv o mo to r d eja d e gira r, y la ag uja y lo s co n t adores in d ic a n la nu eva alti tud . C ua nd o se gira e l b o tó n d e aj us te d e p resió n ba rom é t rica , se gira n lo s co n tad ores d e p resión , y la pala nca d el me canism o de ajuste mu eve la te ra lme n te e l 94

M ED I CION D E L A AL TITU D

eje de engra n aje d el lomillo sin fin . Este m o viru iun to d e l eje h ace gira r el engra-i? naje d iferen cial , la le va y el segu ido r d e levas, o casiona ndo un d esp lazamient o relativo en tre la barra en " El> y la ba rra e n " 1" , Po r co nsigu ien te, se pr od uce un a señal d e er ro r q ue, d esp ués d e la a mp lific ación y d et ecci ón d e fase, acci o na los m ecan ism os d e e ngran aje y servo mo to r e n u na secuencia sim ilar a la resultant e d e u n ca m b io d e alt itu d normal. Sin e mbargo, cu an d o se a lca nza la po sición nu la d e la barra e n " E" , la ag uja y lo s co nt ad o res i n d íca rá n la alti tu d d el avió n co n resp eclo ·a l aju st e d e p resión b aro m étrica. En la Fig, 4 .2 2 se mu estra un a prese n tac ió n típica el e lo s d at o s ele alti tu d y presión.

Lu z d e aviso

Fuente d e alimentación

.} 26 volt ios c .a . 28 vo ltios e.e.

Salida de slncro Bo tón d e ajuste de pre sión b a rorn étrt ca ( a) SERVO ALT 1MET RO

Luz d e aviso

', ,'. 1

,c.

Got ón de prue b a

lb) UNIDAD DE AVISO

ti , ,.':::, tj i t:t I:J

, , (( ~: l;

Bo tó n selecto r de altitu d

Fi gur a 4. 22 .- Sist em a altern ati vo de altitu d. a ) Se rvo altfmetro ; b ) u nidad de aviso .

I N ST R U M E N T OS Y SIS T E M A I'IT OT -EST A T I CA

tfAlfíníe lY¡;S'd e c abin a E n lo s av io ne s co n ca b ina p res ur izada. es im portan te que e l p iloto y la tripulaci ó n te nga n un a ind icaci ón de q ue se es tá man te nien do la altit ud de cab ina co rres po nd ien te a las co nd ic io nes d e dife re ncia de presió n m áxi ma . Para CU Illplir es te requ isi to. ex iste n alt ím etros sim p les, ca lib rad os a la mi sma le y ele p resló n/altitu d que lo s a ltíme tro s no rma les. Es tos a lt íme tros va n en e l pane l principal de instru men to s o e n p an e l d e cont ro l d e l siste ma de p resuri zac ión , y sus e leme nt o s de medida respond en direc tam ente a la présió n ele air e de cab in a pred o mi n an te . ·Si.stem as de aviso d e alti tud En cie rto s sist ema s de l av ió n, las cond iciones de co ntro l y operaci ón es tán rel ac ion ad as co n un a a ltitu d es pecífica : por eje m plo, e n un siste ma d e p resurizaci ón d e ca bin a su rge la n ecesid ad d e u n a indic ació n d e un p o sib le au men to d e a lti tu d d e cab in a so b re e l n ivel d ese ad o m ientra s e l a vión es tá a su alt itud normal de ope rac ió n. Además, y especialme nte como co nsecue nci a de la in tro ducc ió n de lo s sistemas de info rmaci ó n de alt itud . es necesario que un pilot o se a avi sad o de un a apro xima c i ón a. y /o un a d esvia ci ó n de, u na a lt it u d ope rac iona l se lecc io nada. Po r c o nsigu ie nte , para sa tisfa cer lo s requis ito s apro piados. se suelen e m p lea r un id ad es d e co n m u tac ió n d e a lt it ud o a lt ím e t ro s t ip o se rvo capa ces d e t ra nsm iti r se ña les d e a lt itu d a una unid ad d e av iso in d ep endien te a tra vés d e u na va rilla de tran smisi ón s ínc rona.

ba s u n ida des de con m utació n d e a ltit u d co nsis te n no rm almen te e n u n eleme n to de medi c ión d e cápsu la a ne ro ide similar a l usa do e n lo s a lt un et ro s, pero en lugar de u n mecanismo de accio namiento de aguja, In cá psu la está dise ñada de form a que a un a alt itud p reaju sta d a su ex pansió n accione UIl co njunto de co ntac tos eléc tricos de manera qu e se c o m ple te un circuito a una luz de aviso o a u n d isp o sitivo d e aviso au d ib le . La f'i g. 4 .22 muestra lo s co mp o ne nt es d e un siste ma de aviso de a ltitud p royec ta do pa ra q u e d é av isos a u d ib les y visu a les cu a nd o u n avi ón se aprox ima o d esv ía d e u na a lt itud presele ccio nad a más d e u na can tida d pr ed e termi u ada . La a lt itud se se leccio na e n la u nid ad d e aviso y es in di cad a po r un co n tado r d igital qu e es tá e ng ra nado a lo s ro to res de un sille ro de tran sformad o r de cu ntro l y a u n sine ro d e tran sformad o r d e co ntro l/ d isp osit ivo d e resolu ció n o "t ra nso lver" , co mo se le llam a, Lo s s ille ros se den o mi nan aproximado o preciso respe ct ivamen te . v eslá n co nec ta d o s eléc t rica me n te a lo s sin cros d e lo s t ra nsm iso res co rres p o n d ien tes de n tro d el se rvoa lt íme tro. Lo s ro tores d e lo s sin cro s de los transmisore s so n sit uados mecá nic amente po r u n sist e ma de varillaje acop lado a l co nj u n to d e cá psu la d e a lt ím e tro d e mo d o q u e la sa lid a d e lo s sincros sea pro po rc io nal a la a lti tud del avió n. C ua nd o se se le cc io na u na a lt itu d e n la u nida d d e aviso . e l man d o se lec to r, ad e más d e gira r lo s co n tad ores d igit al es, gira ta m bi é n lo s rotores de lo s sinc ros d e la un id ad. desarro llan d o así u na se ña l c o rres po nd ien te a la dife re ncia entre la a lt itud ind icada y la se le cc ionada. Esta d ife re n cia d e se ñal se envía a una secc ió n d e e n tra d a d el c irc u it o ge neral de la u nid ad d e av iso ; en va lo res pred et e rminados de lo s vo ltajes de lo s ro to re s de amb o s sinc ros, se prod uce n do s señ ales qu e so n su ministradas co mo entradas a u n c ircu ito ló gic o . El circ uito ló gico

9ó

MFD! CIO N D E LA A LT ITU D

co nsta de una red de te m poriz aci ó n qu e co ntroi a un dispositivo de av iso aud i-

ble remoto y el funcio nami ento d e las luces d e aviso en el servoaltím etro y en la un id ad d e aviso d e altit ud . En la Fig . 4 .23 p ued e verse el o rde n en el qu e se pro duce el av iso . Cua ndo el avió n d esciende o sub e a la a ltitud preseleccionada , la. se ñal de refer encia citada ant e riormen te se re d uc e y el circ uito ló g ico pro cesa, de est e mo do , las

dos se ñales que le . so n su m inist rad as, hasta qu e, a un lí mi te ex te rio r pre ajustado IU (900 pies típi camen te) su pe rior o inferio r a la alt itud preseleccio nad a, u na de las se ñales acciona el di sp osi tivo d e aviso aud ib le, qu e dura un os do s segundos, y en ciende las lu ces d e aviso . Las lu ces perma necen encendi das hast a q ue a u n lím it e in te rior prcaj ustado adicional H2 ( no rmalmen te 3 0 0 pies) su perio r () in fer ior a la alt it ud p reselec cio nada , la segu nda se ñal hace que el ci rcu ito a las luces de aviso qu ed e in terrump ido , apagándo las. Cuando el avió n se ap rox ima a la altitu d prese le ccio nada, lo s vo ltaje s de lo s ro to res de Jo s silleros se acerc an a su nulo y no se produ cen más avis o s. Si el avi ón debe desv iarse en co nsecuencia de la alt itud presel e cci o nad a má s de l lím ite int erio r H2 , el circ uito ló gic o c ambia e l o rde n de aviso, de fo rma qu e lo s av isos co rrespo nden a lo s da dos d urante la aprox im ación a través dellímíte ex te rio r I-I I , es to es , au dib le durante do s seg undos e iluminaci ó n de las lu ces de aviso . La uni dad de av iso lleva u n circu ito de "reajus te ", cuy a fu nció n es reaju st ar el circ u i to ló gico sie m pre qu e se accio ne e l mando selec to r para cam biar la alt i-

tud selec tada m ás d e 100 pies y a u na velo cid ad ma yor d e 8 .000 píes por m i11\1tO. El circu ito u t iliza u na célula fot o eléctrica qu e produ ce una se ñal d e la

A lI u ioa v i, o o per ativo duran t e d os segu nd os, y luc es de a viso en ce n d id as 11 1 {9UO pi ~ ,; 1 - - - - - '

H2 130 0 p ies) - - - . - - - . --

Alti tu d

•

....

. . .-

- --

sete c t ac a

Figura 4 .23 .-S ecuen cia de aviso de altitud.

IN STRUMENT<J S y SI Slf: M A

PtTOT -FS 'rAT ' (~ A

su fici e nte magn itud para anular cualqu ier o tra prese nte en la sa lida del circ uito l ógico . La prueb a fu ncio na l de l siste ma de a viso aud ible y visua l se rea liz a acc lo na ndo UIl int errupt or de prueb a situado e n la unidad de aviso m ie ntras se gira e l ma nd o selec to r d e a lt itud . En caso de fall o d e la a lime ntación ele e ne rgía a l sisle ma ( 26 V C .A . 400 Hz y 28 V c.c .) y tamb ién d e se ña les d e alt it u d , se d es ac t iva u n so le no ide para ac c io na r una bandera de aviso qu e oscur ece lo s co ntado res d e altitud d e la unid ad de aviso .

Sistem á de in fo rm aci ó n de altitud

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El co n t ro l de tr áfi co aé reo a Jo lar go de mu ch as ru tas aé rea s e n la s pro xim id ad es de aero pue rto s imp ort ant es d epe nde de p ro ced im ie nto s es trictos de comuni cació n ent re e l avió n y las es tacio nes de co ntro l te rrestr e co n el fin de p oder id en ti fica r e l trá fico y asigna rlo a lo s niveles de sep arac ió n necesario s. Ade má s d e las transmi siones d e vo z n ormal e s, e l proced im ie n to de co mu nicació n su po ne e l uso d e un tr an sp onded or d e a bo rdo q ue, e n respu esta a la s se ñales ele int erroga ción d e un tran smi sor/ re cept or d e radar en el ce ntro d e co nt ro l d e tráfi co aé reo , transmit e au tomáti cament e a l ce n tro señ a les d e res pu esta cod ific adas. Las señ a les so n en to nces pr o cesad as por co m p u tado r. d eco di ficadas y presen tadas lu ego a lfa nu mérica m e n te a l co nt ro lado r de t ráfico aé reo e n su pant alla d e radar princi p al. La a lt itu d del avión es uno de lo s pa rá met ro s im po rta ntes que es p rec iso co nocer; para re du c ir más las transmi sion es de voz co nsumid o ras de tie mpo, se id eó un m ét od o p ar a tr ansmitir a u to má ticame n te tales dat o s d esd e un altí me tro ; e ste m étod o llegó a sc r tam b ién una carac terística obligato ria d el pro ccd iminto de co mu nicacio nes el e (J ire (J ti erra. El siste ma d e int errogac ió n fo rma e n co nj u n to lo q ue se d en omin a Ra llar d e V igilancia Secu nd ario d e Co n tro l d e T ráfico A éreo, y pu ede ope ra r e n cu a tro m od o s de interro ga ción : A, B, e y D . Lo s m od os A y !l se u t ilizan para ide n ti ficac ió n , el mod o e para in forma c ión d e a lt it ud y e l D to da ví a está sin as ignar. En cada caso, la se ña l de int errogación , qu e se transm ite en u na frecuen cia de 1.0 30 MH z d esd e una a nte na d ire cc io nal girat o ria, co ns ta d e un pa r d e im pul so s P 1 Y 1'3 , Y para qu e e l tra nspo nd ed o r de a bord o pu eda " re co no ce r" en qu é m od o está siend o in terrogad o , lo s impu lso s está n e spa cia dos a interva lo s di ferentes d e tiem po . E l espa ciado se to ma desde el borde d e ataqu e de l p rimer im pu lso a l b o rd e d e a taqu e d e l segu ndo (véa se la Fig. 4 .2 4) . En el di agra ma (a) pu ed e o bse rvarse qu e tamb i én pu ed e transmitirse un tercer impu lso P2 desd e un a a n le n a de co n tro l; su finalidad es suprimir la ra d iaci ó n d el l óbu lo la t eral ele la anten a in te rr o gad o ra y as egura r qu e el tran sp ond ed or co n tes te so lame n te a lo s im pulso s el e la seña l dire ccio nal de l haz pri n cipal. Est o se e fec t ú a med iant e un c irc u ito " in te rm it e n te" q ue c o m para la s a m p lit u des re lativa s de lo s im p ul so s y ha ce po sib le qu e el t ra ns po nd edo r d e termi ne si la in te rrogaci ó n es co rrecta o se d eb e a un ló bul o la te ral. Cua nd o e l transp oud ed or desc od ifique la señal in te rroga do ra se respo nd e rá tran smi ti endo un tr en d e im p ul so s d e in form ac ió n en una frecu en cia d e 1.090 Ml lz , y en una secue n cia cod ific ad a qu e no d ep end e so la me n te d el mo d o d e interrogación. sino también de núm ero s d e có digo asigna do s p reviame n te qu e . para o pe ración en lo s mo d o s A y B, so n selecciona dos por el pil o to e n la un idad 9X

MEIlI C ION D E LA A LTITU D

Impulsos P 1 Y P.2 de haz de interroqac ión princ ipal

r_ Pl. . P,

' "' -L

Transoondeoor su primi do

I- ---l -

- !.- -

iT ransocndedor

[p uede o no [p ued e c o ntestar

-¡ . ~

Respuest as

r -

MOdO A

I- - MOdO S

Im pulso P 2

»>

'~ MOdO C _ _ Modo O

t.óbctos late rales

8 J.lSIH1S

17 ¡. ¡ seos ---~ 2 1¡.JS~ 9 S-¡

25 ¡.Jsegs - - - - ,

la) Haz de inte rroqaclón y separac ión de imp ulsos

1,4¿ se üs. . _

lb) Tre n de im pulsos de respues ta

20,3 J.ls t:gs

--~ x im pulso no unüaado en 18c odif icaci ó n prese nt e

Figura 4 .24 .- Estruc tu r¡¡ de impulsos ; o peració n del t ransp ond ed c r.

d e co n tro l de l transp on u edor. En operación en e l mod o C, lo s nú meros de c ód igo so n tr an smitido s au to má tica men te por e l tr an sp ond edor, qu e rec ibe tam bi én señales corr espon dien tes ti altit ud es es pecí ficas de un ult íme t ro y e n una forma que describiremo s más ad elan te. El tr en de impulso s d e info rmació n d esd e e l tr an spond ed or pu ed e co nst ar de hasla d o ce im p ulso s es paciados 1,4 5 l IS, d ep endiendo d el có d igo d e re spu est a se leccio nad o en la unidad d e co n tro l (d iagra ma (b ) d e la figura 4 .24 ) . Lo s im pulso s se p rod ucen en tre dos impu lsos d e e nc uad re adi cio na les F I Y 1'2 , que so n fijo s en u n es paciado d e 2 0,3 flS y '1" C se tr an smite n sie mp re en la respuesla . En un tre n d e d o ce im p u lsos , e l núm ero d e có d igo s di spo nibl es es 2 ' 2 = = 4 .096 ; lo s có d igos est á n numerad o s d el 0000 a 7777 , dando e l ú lti m o lo s d o ce impu lso s c ua nd o lo s c ua tro mandos se lec to res d e la unid ad de co n t ro l (figura 4 .2 5 (al> es tá n ajustados e n conc o rd a nc ia. Co mo p ued e a p recia rse, cad a man o do lit co n tro l con tro la un grupo de tres impul so s; en es te caso , las let ras d esignan grupos de impu lsos y no mod o s de in terrogació n. El primer mand o de co ntrol co n tro la el grupo A ) el segundo mando el grupo n , y así sucesivame n te. Los

I NST R U ME NT O S Y S IS T EMA rlT OT- ES TAT ICA

Indicadores de código V bo tones selectores

ON Of f

I / A LT

Grupos

Número de có d igo

a a o

selectado

Impulsos de respuesta

•

e a

e o

o o

e, o,

A, B,

Ninguno

Ningu no

Ntn ouno

Ni ngun o

e, e, C 2

D\02

e, e, C 4

0 ,0 4

8 .8 4

e} C4

°20 ~

C,C 2 C 4

0 ,°2 4

A, Al A 2

Al A.

A,B 4

A 2A 4

I I

L...J ~

s seqs.

a, a,

i I lI I I I I

11,6 useqs ,

1-1 ,5 Atsegs.

II I I

lI I I

LJ~ L

a, a,

n nn A

I I

8 , B}

A, A 2A 4

a --- -

- 1----- -

[I -1I

e, a,

A siqnació n de im p u!s ~s

Ii lI I I I I

rI : I 1I -1I

Ir-lI I I I I

...J

I I

...J

1 F2

I I I I L J

I ~

Figura 4.25. - Cod ificación de impulso s de respuesta

100

A, B,

A 2 8 2 e2 A~ 8 4 C4

D, D,

8 2 C.(

e a

lb)

5,8

Drqrtc de código

...J

e a

e, a,

J-

imp u lsos

Im pu lsos de en cuad re solamente

Ir- l I I I I I

I I

IIlI I I I I

L...J

%:'

ME Dl CION D E LA A LTITU D

subíndices a cada letra de un gru po son imp ortant es, pu est o que su suma es igual al dí gito selec tad o en la unid ad de co n trol; esto pu ed e verse en la tab la de códigos básica y los eje mplos d ados en la figura 4.25(b) . Puesto qu e tod o el sistema se basa en un pro ceso calculador digit al, la co dific ació n y decodi ficación de las se riales de int err ogación y respu esta de pend en de variab les lógicas y de lo s dígito s binarios co rrespo ndientes', o " b its" co mo se les den om ina . En el eje mp lo qu e se muestra en ( e) se ha selectado el código 2300 en el mod o A en la unidad de con tro l y esto produ ce lo s bin arios equ ivalentes O 1 O, 1 1 O Y O O O respec tivamente. Puesto qu e en las red es lógicas O significa la au sen cia de una señal y 1 la pre sencia de un a seña l, la selec ció n d el dígit o 2 sólo produ ce la t ransmisión de l impulso 2 del grup o A, mientras qu e la selecció n d el dígito 3 p rod uce la tran smisión d el im pulso 1 más el imp ulso 2 del gr upo B. Por tant o , el tr en de im pulsos de resp uesta en este ejemplo cons taría úni cam ente de tr es imp ulso s espaciados en tre los impu lso s de encuadre a lo s int ervalo s indi cad os en el diagrama.

I ¡ ! ,

La info rmació n de altitud, co mo y a se ci tó, es una o peració n en m od o C; cuando se selecta la posición " ALT" en la un idad de contro l del tran spond er , este último respo nde rá a la seña l de int errogación corre spo nd iente así co mo a la seña l de int erro gación del mo do A. Sin embargo, mientras que en la o peració n en el mod o A los tren es de im p ulsos de las señales de respu esta están aso ciado s con códigos selectados manua lme nte, en el modo de informa ción d e altitud , los trenes de im pulso s se pro ducen aut omáticament e y se suministran al transp o n-

d edal' medi an te un altím etro codificador o, en algun os casos, por la sección de medición de altitud de u n calculador de dato s de air e. En la figur a 4 .2 6 se muestra la dispo sición de u n alt ímetro codificador y en ella se obser vará, adem ás del meca nismo co nvencional d e presenta ción d e aguja y co ntado r digit al, cóm o un conj unto codificador es accionad o mecánicam ent e por el conju nto de cápsula aneroid e.

Figura 4 .26 .-A ltíme tro co dificador

El co nj unto cod ificador es del tip o óptico y co nsta de un a fu ent e de luz, discos colimadores de luz, una le nt e de en foque cilíndrica, un disco co dificado r, un grupo de células fo to eléctr icas y un amplifi cador. El disco codificador (véase la figur a 4.27) es de cristal y está grabado co n segmento s transmisores y no 101

en -i

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Posic ión oe 1 I I il a s i m o u lsos lOS irno utsos I I I ~ ~ L~

~:'lJljC f I~~I POSICIó __n d e I I o Cód igo

C6d l ~ O

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I I ! I L~ L ~

I I I I L~ LJ

I I L~

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n el

I I I I

Gama de al t it u d - 100 0 a - 950 p ies

-i

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b tnar to

Gama de altitud 304 5 0 <1 305 50 pi es

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o A,

1"1 ¡ -LJUlJ1Ji i ti t i I I I 1

í -~pos. ,::le

POSición

, I I I 1 I l i las :m p. L J LJ LJ ' _ 00 o 00 , Cód igo bi nari o Gam a de al t it ud 22 550 a 22650 pies

Cód ig oO

Po sició n de CÓdigo

100001

Gam a d e alt it ud 68 5 0 1 6950 pies

L.J I

Segment os tra nsm iso res

II í i íi íl íi í l í l íl í"! n J LJ LJ L J LJ LJ LJ LJ LJ U L o

I- IL ..JI IL...JI 1 1 I L ..J

emane

los Im pu lso s

í""UlJl el

deli íl í -UlJ1Jí l 1"1 11

Iv o_ s:.::. 'm:cp:: "::'.:....¡1 1 1 1 1 I ! LJ !....J '

...J LJ

b i nario

Gama d e altitud 14650 a 147 50 p-us

Fi gura 4.2 7.- Disco codificador .

. . . Segmen to s no transrmsc res

'" » -i -i

A NE M O METRüS

trans m iso res di sp uest o s en o nce a nillos co ncé n tric o s y espaciados de fo rm a qu e p ro du zcan im pu lsos en có d igo bina rio co rres po n d ien t es a au me n tos de 100 pies d e altitud. La cod ificac ión se aj ust a a la esta blec ida po r OACI y ex p uesta en el An exo 10 - T eleco m u nicacio nes Aero náu ticas. El di sco só lo d a una vu elt a para p ro du cir el nú mero necesario de im pul so s re gist ra dos co m pat ible co n la gama de alt it u d par a la qu e se proyect ó el instrumento . Du ran te la operaci ón, a t ravés de lo di sco s colim ado re s pasa lu z pro ced en t e d e la lám pa ra d e 14 vo lt ios que prod uce rayos paralelos que se en foc an e n to nce s a través de la len te cilín d ric a e n el di sco co d ific ado r, e n fo rma d e una lín ea de luz pene tra nte . Segú n la alti tud del avión e n un m omento d ad o , lo s di sco s y lo s segm en tos a lo largo d e u n rad ial parti cu lar es t arán en algu na posici ón correspo n d ien te con res pect o al grupo de células foto eléctrica s. L as cé lulas respon derán en co nco rd anci a co n la posición d e lo s seg me n to s tran smiso res y no tra nsm iso res y prod ucirá n salid as qu e se a mplifican en to nces y se envía n al t ranspon d edor. En la figu ra 4.27 se facilit an ejem p los d e las co d ific ac io nes de lo s imp ulsos p rod ucidos.

'i"NEMüMETRüS -' - - Lo s ane mó me tro s so n en realid ad manó m e tros mu y sensibles qu e mi d en la d ife re nc ia en tre las p resion es pi to t y est át ica d et ect ad as por la sonda d e p re sió n, en térmi nos d e la fórm ul a 1/2p 112 d ad a en la página 7 ]. O riginalme nt e es ta fó rm ula serv ía co mo ba se pa ra la calib rac ió n d e indi cad ores , pe ro cuan d o las velocid ades co n respecto al aire co me nzaro n a a um entar , las in d icacio n es pr esen ta ro n un n o table erro r. La razó n de es to fue q ue, cua ndo el aire a gra n velo cid ad era d ej ad o en " rema nso " e n el tubo d e pitot , se co mp rim ía y su d en sid ad au me n taba. Por co nsigu ien te, co n el fin d e redu cir al mínimo el "erro r d e co m p resib ilid ad" se m od ificó la fó rmu la d e fo rma qu e tu viese en cuenta lo s fa ct ores ad ici o nales. Po r ta nt o , lo s anem ómetros actuales se cali.... bran segú n la ley p

=.1.2 p V'

(1+.1.4 ~) Go 2

don de p = d ife re nc ia d e presión (mmH, O) p = d en sid ad d el aire al ni vel d el ma r V = velocid ad del avión (millas po r h ora o nu do s) ao = veloc id ad d el so n id o al ni vel d el mar (m .p.h .) Los valo res nu mérico s q ue se han d e in serta r en la fó rmu la d ep end en d e si V se ex pre sa en m.p .h . o n ud os* : p = 0 ,01 2504 V' (1 = 0 ,0 165 80 V' (1

+ 0,4 3 V' + 0 ,5 7 V'

X 1O-ii) co n V en m .p.h . X 1O-ii) co n Ve n nudo s.

Am bas fó rmu las t ien en en cue n ta las de nsida d es relati vas d el aire y el agu a.

El nudo es la unidad que se usa comú nmen te para expresar las velocidades de los aviones :

t nudo

= 1 milla náutica por ho ra = 1,15 m.p.h. = 6.0 80 pies/hora

103

INSTRU MENTO S Y SISTEMA PITar -EST" T ICA

En la figura 4 .2 8 se mu est ra e l m e canism o de un típ ico a ne mó me tro simp le . El e le m e n to d e tector d e presión es un a cá psu la metáli ca cuyo interio r es tá conect ado a la presión pil ot a través de un tro zo co rto de tub o capilar qu e amo rtigu a los au m e n tos bru sco s d e presi ón . En e l ex te rior d e la cá ps u la se ejerce p resió n es tá tica, qu e es introdu cid a e n la caja d el in st rum en to a tr a vés d e l segu ndo cone ctor. La caja es tá ce rrada h erméti cam en te excep to po r es te conecto r.

Figu ra 4 .28.-i\n cmóm etro simple .

Lo s d esp lazamiento s d e la cá ps u la d e acu erdo co n lo q ue se lla m a la " le y cuad rá tica" se tran sm ite n a través d e un s iste ma de palanca de aum en to , engranaje y un d isposit ivo co mpe nsado r d e le y c uad rá tic a a la aguja. qu e se mu eve e n u na esca la ca libra da en nud o s. La fin a lidad d el co m p ens ado r es prop orcion ar un a escala lin ea l : e n la página 10 5 se d escrib en lo s pri n cipios de tr es m ét od os normalmen te e m p lea dos . La comp ensació n de temperatura se logra mediante u na t ira b im e t álica d ispu esta pa ra qu e la mu lt ip lica ció n d e l sis te m a de p a la nca va rí e c n o posició n a los c fe ct os d e la temp er atura en la se ns ib ilid ad d e la cá psula y el sis te ma. Co m pe nsació n según la ley c u arlr ática Puest o qu e lo s ane mó me tros miden un a d ife rencia de presión qu e varía co n e l cua d rado d e la ve locid ad , o cu rre qu e si las d e flex ion es d e las cá p su las re sp ond iesen linealm ente a la presión, la ca rac te r ís t ica d e la r espuesta co n rela ció n a la veloc idad se ría a ná loga a la q ue se muestra e n la figu ra 4 .29(a) . Si la cá psu la también est uv ies e aco p lada al m e canism o d e la aguj a d e forma q u e sus de flex ion es fue se n aum entadas d irect am ent e , la escala de l in strument o se ría de l tipo in d icad o e n (11) . La no lin eal id ad d e ta l esca la hace 'lil e sea difí ci l leerla co n ex ac tit u d, p ar li eu la n ne n te e n e l ex tre m o bajo d e la gam a d e ve locid ad; ad em ás, la lo ngit u d d e la esc ala para u na ga m a amp lia d e velocidad sería d emasiado gra nde para lo s tama ño s están da r de cajas. Po r co nsigu ien te. para o b te ner 13 li nealidad d eseada se necesit a un méto do para co n tro lar la car ac te rfs tic a de 1<1 cápsu la o la d imen sión del e le me nto d e 10 4

A N EMü M ET H OS

200

F lexión de la cápsula ......----....-

la)

Ibl

F igura 4 .29. -Cur ac terístícas de la le y cuad rát ica . (a) Efecto d e la respues ta de flex ión line al/ presió n; ( b) efect o del aume nto directo.

acopla mie nto qu e las flex ion es d e la cá ps ula transmit en a la aguja . De lo s d o s m ét od os , el má s prác tico es el últim o , porqu e p ue de aju starse pa ra ve nce r lo s e fec to s d e la " d esviaci ón" de la cápsu la 1I o tras irregularid ad es mecánicas segú n se d e termine durant e la cal ib rac ió n. Hay dos ve rsio nes de este método, pero e l principio es el mismo e n amb o s casos, esto es) la longitud de una palanca se altera cuando se producen tlexio ues pro gresi vas de la cápsu la, hac ie ndo q ue e l meca nis mo y el mov imie n to de la

aguja se an a u me n ta dos para pequeñas fle xi on es y disminuid os para grandes . En o tras pa lab ras , se basa e n un prin cipio d e a u me n to vari able.

La lo ngitud de la palan ca cita da es la di st an cia e nt re el ej e del e ngra naje prin cipal del mecanismo y el punto de co ntacto entre su palanca osc ilante y el engran aje ; es ta di st an ci a Se indi ca co mo d, y </, e n las Figs, 4 .30 a ) y b). El mét odo qu e se mu est ra en a ) pued e co nsiderarse co mo b ásico y sirve com o ilus tra ció n mu y ú til d el prin cipio d e su fun cionami ent o . En la posic ió n d e arra nq ue d el m eca ni sm o , la palan ca os ci la n te y el b razo d el sec to r es tá n e n contac to en un ángu lo preajust ad o para la ca pacid ad d el instrument o , aju stand o , por co nsigu ie n te, la di st a ncia </ 1' Cuando se aplica presión pi tot a la cá ps u la, es ta última flex io na hac ie nd o q ue gire e l eje oscila n te y qu e la palan ca oscilan te se mu eva en línea rec ta en la d irecció n indicad a. Como pue de verse e n e l diagra-

ma , la palan ca o scilan te e mp uja el brazo del sec to r alrededo r y la d ista nc ia" 1 e mp ieza a aumentar. La flexión in icial d e la cápsu la es, de sde luego , peque ña, per o es aumentada cuand o la palan ca o sci la n te e n t ra en co n ta c to co n el brazo del sec to r e n la d istan cia e desde el ce n tro d el eje oscila nte; De es te modo , se o b t iene un movim ien to aumen tado del brazo del secto r, y el e ng ra naje d el sector y e l pi ñ ón , a su vez , pro po rcio nan más au me n to a la aguja para qu e rec o rra un a dis tancia gra nde de bid o a la pequ eñ a relaci ó n d e presió n/ flexió n d e la cápsula. Por co ns igu ie n te, la esc ala es tá "a bierta " e n el ex tre mo in feri o r de la ga ma de veloc ida d . Supo nien do qu e la pr esión pit ot sigu iese au me n ta nd o, la c ápsu la se f1 exaría un régim en c recie nte y el movimi ent o de la pala nca osc ilante se gu iría las flexi on es según la le y c uad rática ; pero C0 ll1 0 Sll pu nt o de co ntad o se mu ev e en la d istancia </2 , su fu erza act úa má s y m ás a lo la rgo d e l bra zo del secto r y red u-

1:1

10 5

I N ST R U M E N T OS Y S IST EM A rn OT · EST A H e A

Figura 4 . 30 _ ~M ét od o s de co mp ens ación de ley cu adrá tica. a) Mecanismo de palan ca oscilan te/bra zo de sec tor . Brezo d e sec tor - -- - --"

Palanca

osci l an l e------~~~~!;;:;;;;~

Presió n p lto t -

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Dt reccró n del m ov im ien to de IfI p lac a oscila n t e

¡a,

ce el mo vim ient o d e ro ta ció n d el ú ltimo y tam bié n la multiplicación d el mecan ismo d e la aguj a. Por co ns igu ien te, aume ntand o la ve locidad co n resp ec to a l ai re , se o b tie ne un "ci err e" d e la ese nia ; lo s ajus tes ini cia les d e to da la instalu c i ón so n ta les qu e, a l segu ir lo qu e p uede d en o mina rse u na " ley d e ra íz cu ad rad a" , se pro du ce u na esca la lineal e n toda la ga ma d e ve loc ida d para la qu e se calib ró el instru men to . En el m ecanism o mo strad o e n la Fig. 4.3 0 b), e l e ngra naje y e l brazo d el sec t or so n sus t it u idos po r U Il engranaj e c ircu lar gra nde y u na ra nura radi al co rtad a

10 6

MED ID ORES DE N U ME R O D E MA CH

Figu ra 4.3 0. -Métodos de co mpensación de ley cuadr áti ca. b ) Ranu ra en forma de "bana na " ,

~¡

.,I

l~ =- ._

Pr esió n pito t

/>:

R anur a " banana"

Di rección d el movimie nto

de la palanca osci lante

(bl

int egra lme n te que, por razo nes obvia s, se d enomina una "ranura ban ana " . La p alan ca oscila n te engra n a c o n es ta ranu ra para que, cu a nd o la pa lan ca se mu eva , gire el engra naje y ca m bie la p osición d e la ranura, lo cu a l redu ce la multip licación exacta me n te igu al qu e e n el m étod o al . En la Fig. 4.3 1 se mu estra un tercer di sp o sitivo d e comp ensación d e le y cu adrá tica . Co ns ta d e u n mu elle d e reglaj e o " sin to n izad o r" especia l que se apoya contra la cá ps n la y ap lica u na fu er za retardadora controlada a la ex p ansió n d e la cá psula. La fu erza retardadora es tá regulada por series de torn illo s d e reglaj e qu e están preaj ustad os par a que h agan co n tac to co n el m u elle en lo s pun tos aprop iados cuan do es leva ntad o por la cá ps u la de expa nsión. Cuando la velo cidad y la presió n difer en cia l au me n t a n , ta m b ién lo ha ce el régimen d el mu e lle y su longitud e ficaz se a co rta ; d e es te modo, se ob tiene lin ealid ad d ire cta m en te en la cá psu la y no en el siste ma d e pa lan ca d e m ultiplicación co m o e n la F igu ra 4 .3 0.

¡¡MEDIDORES DE NU MER O DE M ACH ! ¡ ,

[

~'",

Co n la llegad a d e la tu rb ina d e ga s, la po tencia propulso ra d ispo nible hi zo posib le co nsegu ir m ayo res ve locid ades de vu elo pero , a l mi smo tie mpo , apa re-

10 7

I N ST R U M E NT OS Y SIS T EMA pn O T -ES1 A1 I CA

Tomutos de reg lAje

1.-

,,=r:=:t~ -::::::::=====-l,=\ ---J ---- T

Muelle de reqlaje

Figura 4 .3 1.-Com pensauo r del muelle de "sinto nizació n". OX =: longitud efec tiva del muelle que dis minuy e cuando el mu ell e hace co ntacto co n los tornillo s.

c ie ro n pro nt o ci erto s fac tores re laci on ad o s cu n la resiste ncia de la e structu ra d e la cé lu la y las fu er za s qu e act úan sobre e lla. LIS fu e rzas que to da la estructura. o cie rtas pa rtes d e e lla. ex pe ri men ta n a gra n ve lo cidad d ebid as a la resist e ncia d e l a ire. d e pen d en d e lo ce rca qu e la velo cida d d el avión es t é d e la d e l so nido . Puesto qu e la velo cidad d el so nido d e p end e d e la p resió n y la d en sida d a t mos férica s, variará en fu nció n de la alt itud ; es to sugiere que para vo lar un avió n dentr o d e lím ites d e veloc id ad segu ro s ha br ía qu e ma n t en er una velocid ad co n respec to a l a ire d ife re n te p ara cad a a ltitud . Esto no es acep tab le d e n ingun a fo rma y , po r co nsigu ie nte . fu e necesa rio te ner un medio para calc ular la re lació n d e la velo cid ad del avió n, V. y la ve lo cidad d el so n ido, a, a p art ir d e la medi ción d e presió n e in d icarla d e una fo rma co nve ncio nal. Est a re lació n V]a , se denom ina número d e Maclr (il l) , u n parám e tro q ue tie ne gran im po rta ncia act ualme nte en la aerod inám ica prác tica; el ins trumen to que m ide la rel ación M = V]« se d e no m in a med id or o in d icado r d e número de M ach. A nt es d e hablar de la co nstrucció n y fun cio nam ie nt o d e l instru men to , revisarem o s b revem e nt e algun o s de lo s efecto s qu e su fre u n avió n qu e vue la a gra n velocid ad. .

El paso d el av ió n a tra vés d el a ire es ta b lece p ert urb acio nes vibra to rias d e l ai re q ue irrad ian d el a vió n e n fo rm a d e onda s (le presió n o so nido. A velocid ades in fe riores a la d el so n ido. lla mad as velocid ades subso nicas, estas o n das se irr adi an fu e ra d cl avió n d e fo rma pa recida al m o vimie n to h acia afu era d e ¡"S o nd as d el agu a d esd e e l pu nt o e n que se a rroja u na p iedra. Sin em b argo, cua ndo las velocida d es se apro xim an a la d e l so nido. ha y u n ca m b io d rást ico e n la for ma de irrad iac ión de las ondas de so nido . El avió n vu el a aho ra casi tan rápi do como sus prop ias o ndas de so nido, 1(1 5 c uales e m pie z an a apilarse u na e nci ma d e o tra delant e de l avión. aumentando , de este mo do. la re sist e nci a del aire y establecie ndo vib raci o nes del aire que producen tu rbule ncia y ba ta neo de l avió n, imp o niendo , po r tant o , grand es es fue rzos. Tam bié n se d esarro llan o ndas de 108

ME DI D O RES DE NUME RO D E MA CII

cho q ue qu e prod ucen ti lla interrupció n en la corr iente de aire so bre las alas, fu se laje y co la y , d e est e mo d o , lle va n a en t ra da e n pérd id a y di fic ultad es d e mo vimiento de las superfici es de mando . El vuelo norm al en es t a gama transon iCd , y a velocidades supersó nicas, o bliga a dise ñar el avió n de acue rdo co n ello; por ejemplo , obse rva ndo algunos de lo s avio nes mod erno s de gran velocidad , vemos qu e las alas y el esta b ilizado r h orizonta l es tá n e n flech a; es lo retrasa la in iciación d e las ondas d e ch oq ue -y permit e, por tant o , la o b ten ció n d e m ay ores ve locidades co nrespe cto al aireo núm ero de Mach . .

Cu a ndo u n a vió n vu e la a velocida d es inferi ores a la d el so nido , es po sib le qu e se prod uz ca ba ta n eo , p o rq u e la sit u ació n, la fo rm a aero d iná mi ca y e l p erfi l d e las pa rte s d e la estruc tura pu ed en p erm it ir q u e la co rr ie n te d e a ire so b re e llas alca nce o supere la velocida d só nica. El número d e Mach e n el q ue se produce és te h ech o se d enomina n ú mero d e Mach critico (M cri ,) d e es te avión pa rtic ula r, q ue al se r una rel aci ó n d e velocid ad co n resp ect o al a ire y ve lo cidad só n ica, se rá igua l par a cualq u ier al titu d. Un medid o r d e núme ro d e Mach es un in strument o d e vu elo co m p ues to q u e acepta d os va ria b les y las u tiliza pa ra calcu lar la relación req ue rid a. E n la Figura 4.32 se m u estra su construcc ió n. 6

MOlI'im"H110SdebId os a los c amtncs U~ velocidad con respec to al aire

_ -

- -

MO\lim ienlO$ de bidos a los cam bios (J~ allilud

Figura 4 .3 2 .- lnd icado r de nú me ro de Mach. l . Cápsula d e velo cidad co n re spe cto al aire , 2 . cápsu la de altitu d, 3. eje o sci lante de altit ud, 4 . eje o scilante de resb alamien t o , 5. mu e lle de calibració n (co mp ensa ci ó n de le y cuadr ática ) , 6 . to rnillo s de calibrac ió n (com pe nsa ció n de ley cuadrática).

La primera variable es la velocidad con respec to a/ aire y , por co nsiguiente, se ad o pta u n mecan ismo ba sado e n el ind icado r de velo cidad co n resp ect o a l a ire co nvencio nal para medir és ta en término s de diferen cia de presión p - s, don de l' es la p re sió n tot al o p ito : y s la p resió n es tá t ica . La segu nd a va ria ble es la u/ti10 9

I NST R U ME N T OS Y SISTE MA r l T01'-E5 1'ATlCA

tud, y és ta se m id e tamb ién de la form a co nvenc io nal. es to es, por me d io de un a cá ps u la a n ero id e se ns ib le a la presión es tá tlca s. Las d e fle x ioues d e las c ápsu las d c a m bos me can ism o s so n tra nsmit idas a la aguja d e l in d ica dor por ejes y pa lan cas oscila nt es ; la fun ción d iviso ra de la uni da d de a lt itu d la reali z a un eje o sci lanl e d esli zan le in te rm ed io . Sup o ngamos q ue e l avión es tá vo lando e n co nd ic io nes de nivel del mar' es -

t ándar a un a ve locida d J' de 500 m.p .h. La veloc idad d el son ido al ni vel de l " m ar es 760 m.p .h . a p ro x imad ament e ; p or co ns igu ient e, el n úm ero d e Mach es 500 /760 = 0,6 5 . Ahora bi en , la velocid ad m ed ida po r e l m ec an is m o de ve lo cida d co n respe cto a l a ire es. co mo y a h em o s visto, igua l a la d ife ren cia de pr es ió n l' - s, y, p or eso, e l eje oscila nte deslizant e y las p alan cas A , 13 , C y D se aju st arán en p osicion es angulares d et ermin ad as por es ta d ife re nc ia. La velo c idad d e l so n ido no pu ed e m edir la e l instr u m en to . p ero. pu esto qu e es regu lad o po r las co nd icio nes d e presió n est ática, e l m e canismo d el a ltím etro puede medi r s ye nvía r!a al sis te ma de in d icac i ón, aj us tando as í u na posic ió n d e refer en cia pa ra e l pu n lo d e co n tac to e n tre la s pa la ncas C y D. Por tanto . un m edidor de núm e ro de Ma c h ind ica coste V/a en térm in o s de rel aci ón de presión (1' - s)/s: pa ra las co nd icio nes d e velo cidad y a ltitud su pue stas la agu ja ind icad 0 .6 5 . ¡,Q u é ocu rre e n a lt it ud es sobre e l n ivel de l ma r? Co m o ya se indicó . la velo cidad de l so nido d ismi nu ye c n fun ci ón de la altitu d ; si UIl av ión vu ela a la misma ve loc ida d e n lo das las a lti tud es, se apro x im a más a la velocidad de l so nido e incl uso pu ed e reb asarla . 1'01' eje mp lo. la velocida d d e l so n ido a 10 .0 00 p ies d ism inu y e a aprox imada me n te 650 m. p.h . ; s i u n avión vu ela a sao m .p .h , a esta altit ud, el núm e ro d e Mac h será 50 0 / 65 0 = 0, 7 5, un aume nto d el 10 %so bre su va lor al n ivel d e l m ar. Deb ido a es to , se es ta blece n nú meros d e Ma ch c r it icos (M o i l ) para lo s d iverso s tipos d e av io nes d e gra n ve lo c ida d; a l se r consta nt es co n resp ect o a la alt it ud, es co nveni en te e x presar to do s lo s límit e s de ve locida d en término s dc ta le s números. Ah o ra pod emos co nside ra r có mo fun c io na el m ecan ism o d e alt itu d d e l m edi dor de n úmero de Mach , tom and o CO ITlO eje m plo el caso de un av ió n que tien e un ,1/ a i l el e d igamos, 0 ,6 5. Al ni vel d el m a r y basado e n nuest ra a n te rior su posici ó n. la velocidad cu n respecto a l aire m edida se ría 50 0 m .p .h. para mant en er un fil a il = 0 ,6 5. Ahora b ien , si e l avión ha d e su b ir a u na a ltitud d e 10 .0 0 0 pies y n ivelarse en e lla , du rant e la sub ida la d ism in ución de presió n est át ica s ori gina un camb io e n la reia c ió n de presió n . Afe c ta a la d iferencia d e presión P - s d e la mi sm a forma qu e resu lta afect ado un indi cador co nve nc io nal. esto es. la velocidad m edid a se reduce CO ll respecto al aire. Por co nsiguien te. e l m e can ism o de ve locidad co n respecto al a ire tiende a hacer qu e la aguja ind ique un núm e ro de Mnch in fe rio r. Si n em ba rgo . el m e ca ni sm o d e altitud respond e simu ltá nea rnc utc a la d ism in ució n d e s, y su cá psu la se ex pa nde y h ace qu e e l eje o sc ila n te d esl iza n le lleve la pala nca e ha cia e l pu nt o d e giro d e la pala nca D. La rela ción d e multiplica ción en t re la s do s pa la ncas es alt erada , por co nsigui e n te . cu a nd o e l m ecanism o de a lt it u d d ivid e p - s por s, y lal , ala nca J) es ob ligad a a baja r para que la aguja man ten ga UI1 número de Mach co nsta nte d e 0 .6 5 . El nú mer o de Mach c rít ico para un ti po pa rticu lar de av ión se se ñala med iante un a ma rca d e re fe ren cia pre aju st ada sit u ada so b re la esfera d el m e d id or de n úm ero (le Ma ch . 110

I ¡ ¡

INDI CA IH H{E S D E N UME H () DE MA Ctl j V E LOC1DA D CO N H.ESI' ECTO A L A 1HE

INDl CADOI{ DE NUME! W DE MACII I.VELO CIDAQ ' CON RESP ECTO AL A IRE

•

Este ind icad or co mbina las fu ncio nes d el ane mó me t ro co nvenc io nal y un m edid o r d e n úmero d e Mach y prese nta la información necesari a segú n se m uestra en la Fig. 4. 3 3. El mecani sm o co nsta d e d os eleme n tos d e medida que acci o nan sus p ro p ios eleme n tos d e ind icació n, esto es, una aguja y u na esca la fija para indi car la velocida d co n resp ect o al air e, y un a esfera y escala gira to rias para in di ca r e l n úm e ro d e Ma c h, Tamb i én h a y u na seg u n da ag uj a co n o ci d a co-

m o la aguja d e operació n d e máxima velo cidad ( VIIl U ) cu ya fina lidad es ind icar IH ve loci da d m áxim a segu ra d e un av ió n e n su ga ma d e a lt it u d d e o pera ció n , e n

ot ras palabras , es un ind icador de n ú mero d e Mach cr íl ico ( véase la pág ina 10 7 ). La aguj a ti en e fra njas roj as y blan cas y se p uede ajus tar previament e al valor d e la velo cid ad limit ad o ra deseada tirand o hacia afuera y gira ndo e l bo tón d e aj uste situad o en la esq uina inferi or d erecha d el bisel del indi cad o r. El ajuste se ha ce en tierra segú n la in fo rmació n registrada en la carta apro piada d e ac ue rd o co n los req u isitos opera cionales del tip o particu lar d e avió n. La fin alid ad d el m and o d e ajuste en la esq u ina in ferio r izquierda d el bisel es ca pacit ar a l piloto par a sit uar un " se üalador' (en este caso u n triángulo ) co n respe cto a la esca la d e velocid ad con res pecto al air e, aju st ando así u n valor de d icha velocidad qu e puede usarse co mo referen cia pa ra un sist ema d e ma nd o aut omáti co d e gases, o co mo un indica d or rápid o/l ent o d e velo cid ad. Do s indicad o res de referencia exteri o res alr ed ed or d el bise l pued en aj usta rse m anua lment e a cualq nier veloc ida d d e re fer encia d esead a, por eje m plo , las velo cida d es d e d esp egue VI y VR . En o pe ració n, los eleme ntos d e me d id a e in d ica c i ón d e velocidad co n respecto al aire resp onden a la d ifer encia en t re las p resio nes p ito t y es tá tica d e la forma co nvenc io nal; los ca mbios d e p resió n est ática en fu nc ió n d e los ca m bio s d e Esca la de nO de Meen

A guj a d e veloci da d c on respec to al aire

(

mi I

Agu j a de velocid ad

li m ite lVMOl

Aguja indice

e x te rio r

, -_ _ Se ñete dor de ma ndo

i· Bot ó n de aju ste de l señatador d e m and o

Bo tón de a ju st e de V MO

Figura 4.33. - Ind icador de nú mer o de Machjvelc cidad co n respecto al aire.

111

INSTR UMENT OS Y SISTEMA rIT OT -FST ATl CA

alt itud h ace n q ue la esca la d e n ú me ro d e Mach gire (e n se ntid o co n tra rio al giro] d e las aguj as del re loj cu a nd o aume nta la altitud) co n re lación a la a guj a de V",o . Cu an d o se alca nza la velocida d limi tad ora y la grad uación co rres po n d ie nte d e nú mero d e Mach co in cid e co n e l aju st e d e la ag nja d e ¡r",o , se p rod uce u n co ntacto met álico en tre lo s co nj u n t os de ac c ionamie nto de escala y aguj a, de for ma que 'el giro co n tin u ad o de la esca la haré ta mb ién q u e la agu ja gire al un sa n o. La ag uja gira co n tra la te nsión d e un mu e lle e n es p ira l qu e la d evu elve a su posi ción o rigin alme n te sele ctad a c u and o la velo cida d d e Mach d ism inu ye po r d eb ajo d e la velocidad Iimitado ra . En la F ig. 4 .3 3 pu ed e ve rse qu e en el ex tremo alto d e la gama d e velocidad , la aguja de velocidad co n respecto al aire pu ede reg istrar ta m b ié n co nt ra la esc ala d e Mach, dand o así una lectura d e veloc idad e n u nidad es eq u ivale n tes . El cálcu lo necesa rio se efec t úa ca lib ra nd o las escalas a fu ncio nes logarítmic as de presio nes p it o t y está ti ca. Ad emá s de su fu nció n in d icad o ra bá sica , lo s indicad ores de n úmero d e Mach / velo cid ad co n resp ecto al aire pueden diseñar se tambié n para accio nar unas uni dad es de co nmu taci ó n acopladas a dispositivos audibles o visu ales que dan aviso c uan d o se alcanza n ve lo cidad es ta les co mo la Iimitad o ra d e Ma ch O la d e ex te nsió n d el tren de at errizaje . En lo s av iones qu e ten gan un siste ma de man do au to mát ico de gas es, ha y cie rtos tipos d e indicador d e Mach /v elo cidad co n resp ecto al ai re pa ra d ar una salid a de e rro r d e velo cidad q ue es pro p or cio nal a la d iferen cia en t re la lec tura in di cad a p or la aguja d e ve locid ad co n resp ect o a l a ire y e l aj uste d e l "seña lado r" d e mand o . Esto se realiza por medio d e u na co mb in ación d e sinc ro s CT/CX qu e d e tect a las posicion es d e la aguja d e ve locid ad co n resp ect o al aire y e l se ñalado r o tr ián gul o de mand o . y produce una se ña l d e erro r d e salida que. después de su amp lificació n, se sum inistra al sis tema de mando au to m ático d e gases . í-

INDI C AD OR DE VELOCIDAD INDICADA/CALCU LAUA En la f'i g. 4 .34 se mu estra u n eje m p lo de es t e tip o de ind icado r. Su co nst ru cció n y present ación son m uy parecidas al in di cado r d e núm ero d e Ma ch/v e lo cidad co n respecto al a ire e n el se n tid o d e qu e e m plea e le me n to s se ns ib les a la presión es tá tica . qu e sit úa n las ag ujas apropiadas. Sin emba rgo, ti ene la ca racter íst ica adicional d e ind icar la ve lo cid ad calcu lad a medi a nte un calcu lad o r ce ntral de da to s d e a ire (véase la pág ina 12 3). El e le me n to in d icad or para este p ro p ósit o es un co nta do r digit al acc io nad o por se rvo moto res . reci bien d o el mo to r señ ales d e UI1 s iste ma d e transmisión s ínc rono. En caso de fallo de tale s se ñales u na ba nd era d e aviso a marilla osc ure ce lo s tambo res d el co nt ad o r. El fu n cionam ien to d e los circu itos de su pe rvisió n de ra llo s y d e la ban d era pu ed e n comproba rse m ovie nd o e l inte rruptor d e velo cidad calculad a (eAS) d e su po sic ió n I normal " ON " (opera tiv o) a " O F F" (inopera tivo) . Como en e l caso d e cie rtos tipos de indicadores d e nú me ro de Mach jve lo cidad con respecto al air e, ha y medios para aju star una señ al d e velo cidad co n resp ec to al ai re de mand o y p ara transm it irla a un sistem a d e man d o autom áti co d e gases que ajustará la po tencia d el m o tor pa ra obte ner u na velocidad o rd enad a. En e l eje mp lo facilit ad o . e l bo tó n d e aju st e d e man d o aju sta m ecá n icamen te u n sinc ro te l (véas e la págin a 2 54 ) q ue ta mbi é n de t ec ta la velo cida d indi cada . Por tanto , e l sin cro te l esta b lece la salid a d e se ñal de e rro r d e ve lo cidad co n resp ect o al aire requerid a po r e l ca lculad o r d e l mando a u to má t ico d e gases. 112

lI N ID A \ lES D E CONM tJ TAC ION DE VE LOCI DA D CON HE S J' EG I O A l. A I RE

Agu ja d e velocid ad máx ima de o pe rac ió n

Co ntad or de ve loci dad cal culada .•

Co n tador de velocidad de m and o Agu ja d e ve locidad / indi cada

Bot ón de ajus te de ve lo cida d de mand o

In t er rup t o r d e co nex ió n/ desco nex I ón

de velocid ad ca lcu lad a

Figura 4.34 .- Indicad or de vel ocidad indi cad a/ca lcul ada .

Un co n tad o r di git a l q u e se aj usta también mecán icam en t e mediant e el b o tó n d e ve lo c ida d d e mand o , d a la lec tura d e la velocid ad d e ma n d o .

UNID ADES DE CONMUTAClON DE VELOCIDA D CON RESPECT O AL AIR E Las unid ad es d e con mu ta ció n d e velo cida d co n resp ect o a l a ire, co mo sns co n tra p art id as de alt itu d , pu ed en utiliza rse para varias ap licacio nes d e av iso; po r ejem p lo , en lo s avio ne s provistos de u n medid or de fa tiga, se e m p lea una unidad de co n m u tación p ara co necta r y d esconectar el me d ido r a velo cidades co n respec to al aire prede te rm inadas ; una u nid ad tam bi é n pu ed e ut ilizarse para o pe ra r n n d isposit ivo de se ñal a udi b le y dar así un a viso d e so breve loc id ad . C ua lqu iera q u e S ~ i.I su ap lica ción , las unid ad es co nm u tad o ras so n ad ap tacio nes espec iales d e m ecan ism o s d e indicación d e velocid ad co n resp ec to al a ire conven cio n ales. En la Fi g. 4 .3 5 se mu estran dos eje m plo s. El me ca nismo d e co n mu tació n de la unidad e n (a) va alojado en u na caja es tánda r de in dicad o r d e velocida d co n respecto al a ire y consta d e u na cá psu la, u n ju ego d e co n tac tos d e b aj a' y a lta velo cid ad y un relé. El circ u ito es a lime n tad o, a t ra vés d e u n en ch u fe situad o en la pa rte po sterio r d e la caja, co n co rrie n te co n tin ua d e 28 vo lt ios. ' Cua ndo le! di fere ncia d e pres ió n a tr a vés d e la cápsu la au me n ta ) ésta se expan de ha st a qu e, a una p resi ón p red eterm ina da , cie rra lo s co n tac to s de baja velocidad . A un a di fe rencia d e p resió n p red e te rm ina da ligeram ente ma y or, lo s co nta c tos d e gra n veloci d ad se c ierra n y com p leta n e l circ u ito a la bob ina d e l rel é, act iván do lo. El fu ncio nami en t o d el rel é co mp le ta e n to nces el circ u ito ex terio r al med id or d e fat iga II otro di sp osit ivo co nec tado a la u n id ad co n m u tad ora . En

11 3

INS TR UMEN TOS Y S IS TEMA pnO T-EST A Tl CA

( Conexi ones

de pito l y es tát ica

lb!

Esca la de tambor pa ra ajuste

Figura 4.3 5.- lnterrup toles típ icos de velo cidad co n respecto al aire. a) Tipo co n tac to de baja velocid ad y alta velocidad; b) de un solo co ntac to.

a lgun os casos, pa rlicu larrnente lo s qu e im plican disposit ivo s de aviso audib les, só lo se necesi ta un a ve locidad pred et ermin ad a ; e n l a"les caso s, e l ci rcu ito es tá

dispu est o de forma q ue única me n te e l co nlact o de baja velocida d o el de gran velocidad co mple ta el circu ito ex terio r. La unidad co nmu tado ra most rad a en (ú ) e mplea básicam e nte el mismo nú mero de co mpo ne ntes qu e la descri ta en el eje mplo an lerio r. Las diferencias fun dam e nt al es so n la co nstru cci ó n de la ca rcasa, co n tac tos sim p les en vez de do b les. conju nto d e con tacto d e émbo lo en lugar de co ntac tos de lámi na flexible, y u na escala ex te rio r para ajuste d el reglaje d el con tac to . A ne móme tro e in te rru p to r de aviso c o mbina dos

La Fig, 4 .36 es un esq ue ma de un a nem óme tro' qu e lleva un sistema de aviso de posición de tr en de a terrizaje. El siste ma e ntra en o perac ión cuando se alcanza la veloc ida d de aprox imación y el Iren de a terrizaje no está exte nd ido y b lo cado en su po sici ón . S i o curriese esto , co menzaría a oscilar un a ba ndera de aviso visible a través de un a ab ertura en 1:1 es fe ra, ad ya ce nte u las grad uac io nes de velo cidad d e aprox imació n.

El sistema co nsta de un par d e co ntac tos accionados por la cápsu la y co nectad os a una bo bina de accionamien to y nn relé . El relé, q ue recib e corrient e co n tin ua el e 28 vo ltios a t ravés el el sistema d e b lc caj e "abajo " d el tren de a terrizaj e de l avi ón, co n tro la la ba bi lla de accio namie n to , q ue. a s u ve z. acciona la ba nde ra de aviso por med io el el conju nto d e eje oscilante. Cuando el tren de (1 terrizaj e esté retra ído , la a lime ntac i ón de corr iente con t inu aes ap licada al indicador, pero mi en tras las ve locidades co n resp ect o al a ire

es té n po r encima del valor preaju stad o , la cá psu la ma ntien e los co nlact a s ab ierto s. Cuando la veloc idad d ism in uye, la cápsula se co nt rae hast a qne al valo r preajust ado los co ntactos se cierra n y comp letan do s circuil os en para le lo . Uno de lo s cir cuit o s ac tiva e l rel é y e l o tro ca rga un conde nsador. La ac tivaci ón de l 11 4

UN IDAD ES D E CONMUTACION D E VE LOC IDA D CON HE S PECT O A L A lHE

,., "

) I

...

Figura 4.36 .-Sistema co mbinado de aviso y anemómet ro co mbinado s. 1. Bo bina de accionamien to de bandera, 2 . co nju nto de co ntacto, 3 . cápsula, 4 . eje oscilante , 5. brazo bimetáli co , 6. sec to r, 7. husillo , 8. aguja, 9. co njunto de bandera de eje osc ilan te.

re lé hace qu e sus co n tactos se inviert a n , interrump iendo d e es te mod o la a limen tació n a la bobina del rel é y co nec tando tamb ién u na alim en tació n a la bob ina de acc io namie nto de la bandera, haciend o qu e ésta aparezc a e n la abe rtu ra de la esfera. Al mi smo ti empo , e l co nde nsa do r re c ih e co rr ie nte co nt in ua y c o m ienza a cargar. Cu and o se d escarga lo ha ce a tra vés d e la bob ina d el re lé y man tie ne lo s co ntac tos en posición hasta qu e e l vo ltaje de descarga alcan za u n punto que sea suficie nte para man ten er e l rel é acti vad o . Lo s c ontac tos se invier te n o tra vez y desa ctivan la hobin a de a ccio namient o de la ba nd era , hacien do qu e ésta desapa rezca d e la a be rt u ra d e la es fe ra. El c iclo se r epite en to nces co n un a frecue ncia ta l qu e la ba ndera ap ar e ce e n la abertu ra a in tervalo s d e m edi o se gu ndo aprox imada me nt e . Siste m a de aviso de Mach Mucho s ti p os d e avio n es d e gr an ac tuaci ón tienen u na unidad d e conmutaci ó n que util iza e l p rincip io d e l m edid o r d e número de Mac h; su fin a lid ad es dar u n av iso a u d ib le e n la c ab in a sie m pre qu e se rebase la velo cidad limi te má xi ma de operac ió n . En la Fig . 4 .3 7 se muestra la di sp osici ón m e cán ica y eléc tr ica d e u n a u nid ad con m u ta dora emp leada en e l Bo eing 7 47. Lo s con tactos del in terru p to r so n ac cio nados por lo s co njun tos d e cá psu las de ve lo c id ad co n resp e ct o a l a ire y a lt itu d, y p ermanece n ce rr a d os sie m p re qu e

115

INST R UME NT OS Y S IS T E l\1/\ I'ln>T -EST AT IC /I.

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"'= f igur a 4.3 7.-Sist eIll3 d e aviso d e núme ro de Mach .

la ve loci d ad sea infe rio r a l va lo r lim ila d or. La a limen ta c ión d e corr ie n te con tin ua d e 28 voltio s que pasa a tra vés d e lo s co n ta c tos ac tiva e l re lé d e co n tro l. qu e inte r ru m p e la co nex ió n a tierra de l d isposit ivo d e aviso au d ib le, o " tri q u itraque " , como se le lla ma p or e l so n id o q ue em ite . Cu and o se re base la velocid ad limi tad o ra, lo s con tactos d e l in te rru p tor se ab ren , de sa ct iva ndo asi e l re lé d e co n tro l para perm iti r q u e pa se co rr ie n te co n tin ua a tra vés de su s co nt act o s p ar a act iva r e l " t riq u it ra q ue" a través d e la co ne xió n: a tierra , co m p le tad a a ho ra. El so nid o es e m itid o a u na fre cu e ncia d e 7 Ilz. Pa ra la co m p ro bac ió n fun cion al d el siste ma , se c ue nta co n un interruptor d e pa la nca cargado po r reso rt e. Cua nd o se c o loca éste e n la posici ón " T est" (prueba) d eja q u e c irc u le co rr ie nte co nt in u a a l la d o d e ma sa d el relé de contro l, propor cion ando as í u na po lariza ció n suficie nte para d esact ivar e l relé d e co n tr ol y hacer co n eso q u e se ac tive e l " tri q u it ra q ue" .

INDl CAOOR ES UE VE LOCW AIJ VERTI CAL O VARIOMET IWS Es tos ind icado res , co no c id os ta mbi én CO Ill O va ri óme tros, SO Il lo s tercer o s d'l grup o p ri ncipal d e instrumentos d e vuelo pitot-est ática : so n indicadores d e diferencia de presió n muy sensibles, pro yectad os pa ra ind ica r el régimen de cambio d e a lt itu d ú n icam ent e por el ca m b io ele presió n está tica. Ahora b ien , pu ed e pr e gu n ta rse ¿po r qué se e m p lea UIl indi ca dor d e pr esión d ife rencia l qu e necesit a d os p resio n es pa ra q ue fun cio ne cu a nd o rea lm ente só lo h ay u na presi ó n im p lica d a? ¿Por qu é no ut ilizar u n a lt (me tro, pu es to qu e tam bi én mi d e lo s ca m b ios d e p resió n está tica ? Estas so n pr egu ntas ba stante a ce rt ad as, pero la cláusu la operativa es " e l régim en a l que ca m b ia la presión es t ática " , y co mo es to im pli ca un fact o r d e ti empo, ten em o s que in tro d u cir és te en el

11 G

IN Dl CA D O HE::i I)E VELO CII) AD VERTI CAL () V AIt IOM ETHO::i

sistema de me d id a co mo fun ción d e presió n. '1: s10 se reali za utili zando una u nidad d e medida d e a ire especial, y es ést a la qu e es tab lece la segu nda p res ió n requ erida .

Un in di cad or co nsta básicame n te d e tr es co m pone n tes principa les : una cá psu la , un elem en to d e in d icació n y u na uni d ad d e medid a, qu e va n alojados en una caja herm ét ica ment e ce rrada prov ista d e u na co ne x ió n de presió n est ática

en la part e po sterior. La presen taci ón d e la esfe ra es tal qu e el ce ro es tá en la p osició n d e las 9 d el re loj; po r tanto , la aguja está hor izon tal durant e u n vue lo recto y nivelado y se d esplaz a d e esta po sició n pa ra ind ica r o u na su bid a o un descen so . Ciertos ti po s d e indicad o res e m ple an u na escala lineal, pero e n la mayor ía de lo s caso s se pre fieren ind icad or es pro visto s de u n me canism o y d e una

escala ca lib ra dos pa ra in di car e l logaritm o del régim en d e ca mb io d e presión. La

raz ón de esto es que u na esca la lo garítmi ca es tá más abie rta ce rca de la marca cero y pro porciona así u na mejor leg ib ilida d y u n a o bse rvac ió n más ex ac ta d e las variaci o ne s co n resp e cto a las co nd icio ne s de vue lo hor izo nta l.

E l meca nis mo d el in d icad o r se mu estr a d e fo rma esq ue má t ica en la F ig. 4 .3 8 , en la cua l se o bse rva rá q ue la u nidad m edido ra form a pa rte de la co ne x ió n de p resió n está t ica y está co nec tad a a l int eri o r d e la cá psu la po r un tro zo d e tu bo

ca pi lar. Este tu bo ti en e la m isma fina lida d qu e el e m p lead o e n un ind icad o r d e velocidad co n re sp ect o al aire, es to es, im pide q ue lo s au men to s bru sco s de pre sió n afect e n a la c ápsu la. S in em bargo, tien e ma y o r lo ngitu d, da do qu e la cápsu la de u n ind icado r de velo cid ad ve rt ica l es m u ch o má s lle xible y sens ib le a

la p resió n. El ot ro ex t remo d e la unid ad medid o ra es tá a bie rto al in teri or d e la caja pa ra apl icar pre sió n est á tica al exte rio r de la cá psu la. Vea mos a ho ra có mo fu ncio na el instrument o e n las tres co nd ic io nes d e vu elo : ti) vu elo h orizonta l, bl d esce nso y el su bid a. En vue lo ho rizont al e n tra ai re a la pr esión está t ica p redo mina n te al in te rio r d e la cáp su la, y tamb i én a la caja d el instrument o a t ravés de la unid ad m ed id o ra. Por tant o , hay u na diferencia cero a través de la cá ps u la y la aguja in di ca cero.

Co nside re mo s ahora el fu nciona mien to du rant e un descen so . En el m om ent o de comenzar ti desce nso , la diferencia de presión será to da v ía ce ro, pero cuando el avión de scie nda d e ntro de la pres ió n es tá tica más alta, és ta se ap lica rá a la cone xió n de la mism a del instrum ent o haciend o qu e e ntre aire a 13 cáps ula y a la caja. Co mo la c ápsu la es tá d ire c tame nt e co ne c tada a la co nex ió n d e presión es t.it ica, el fluj o ele aire creará la m isma presió n en e l in teri or de la cá psu la qu e la qu e ex ista en lo s niveles a través de lo s cuales desc ie nd e e l av ión . No o bs t nnt e. , la presión en e l in te rio r d e la caja n o va a se r la mi sm a po rqu e la u n idad m ed id ora es un conj u n to d e p érd ida espe cia lm e n te calib rado para limit ar e l flujo d e a ire d ent ro o fuera de la caja d e l in stru men to. Por co nsigu ien te, e n lo qu e a la presión de la caj a se re fi ere , sigue te nien do to daví a el mi sm o valo r qu e se o b tuvo e n la altitu d de vuelo ho rizon tal o rigi na l, y no puede au me n ta r al mi sm o régirncn qu e lo hac e la presión ex iste nte e n la cá psu la. La limitaci ón d e la unidad m edidora p ro porciona, d e es te mo d o , la seg u n da p resión d esd e u na d e las fu e n tes y es ta b lece u na d iferen cia d e presió n a t ravés d e la cá psu la, lo q u e h ace q ue ésta se di st ie nda y q u e la aguja in d iqu e un d escen so . Sin em b a rgo, d u ran te el d escen so la p resió n d e la caj a d eb e m a nt en er se más baja que la d e la cá psu la y

11 7

I NST R UMENT OS Y S ISTE MA r ITOT -FSTA I ICA U nidad medidora

Presión es tá t ica Sub ida

Ca p ila r

@::= =r

Descenso

Subida

o / /

Descenso

Subida

Des ce ns o

(el Fi gur a 4 .38 .- Pr incip io de l van óm et ro . a ) Vuelo ho ri zo nta l: d ifere ncia de pres ten cero a través de la c ápsu la : b ) avió n descendiend o : la u ni dad medid ora mantien e la presió n de la caja má s baj a q ue la de la cápsul a. varián do la alm ism o ré gim e n y crea n do co n e llo una d iferen ci a de presió n co nstante a tr avés de la cáp su la; e) avión subie ndo: la unid ad m e did o ra cr ea una difer encia de pr esión co ns ta n te a tra vés de la c ápsu la al m a n te ne r la presió n de la caja m ás alta q ue la de la cá ps ul a.

lI S

IN DI CA DO RES DE VE LOC IDA D VE RT ICA L O V ARIOM ETROS

hacer qu e ca m bie al mi sm o régim en presió n co ns tan te,

CO Il

el fin de o b te ne r un a difer en cia de

La u nida d m edid ora , a l ser un lim itador, aumenta la veloc idad d el air e que ent ra en la co nexió n de pre sión es tá tic a, y como sucede con dispositivos de est a n aturaleza , el au me n to d e la velocidad tra e co nsigo una red u cci ón d e presió n . Además, el vo lume n d e la caja d el in strumento es mu cho ma yor que el d e la cápsu la ; e n co nsecu enci a, el flu jo d e ai re d en tro d e la caja va a tardar algo en d esarro llar una presión igua l a la qu e e nt ra en la co ne x ió n d e presión est á t ica. Sin em b argo, en el mom en to en qu e se a lcance, el avión hab rá d esce nd id o a una nu eva altitud y la pr esión está tica liab rá vu e lto a var iar. De este mo d o, la un idad medid ora introdu ce lo s fa ctores d e régim en y reta rdo d e tie mp o requ eridos y la diferencia d e pres i ón a través de la cápsula que p osicio na la aguja pa ra qu e indiqu e e l cam b io d e a ltitud e n pi es p or m in uto . El di seño d e un siste m a es tal que se tard a c ua tro segu ndos aproxi m adamen te para qu e la presi ón de la caja aument e hasta se r igua l qu e la de la cápsu la; pero co mo la c ápsu la ti ene sie mpre u n flujo de aire sin restringir, irá sie m p re cu atro se gu nd os p or de la n te de la c aja y habrá una diferencia co ns tan te de presió n entre las mi sma s qu e co rres po nde a c uatro seg undo s de tie m p o . La s di fe re ncias de presión producidas no so n muy grand es, pud iénd o se co nsid e rar 2 0 mm H 2 O co mo valo r típico en u na de flexi ón m áxima d e la aguja. Duran te un a su b id a, la unidad medid ora es ta blec erá la d ife ren cia d e presión y lo s factores requerid o s, pero co mo la presió n es tátic a en es ta co ndic ió n es d ecrecie nte , y porq ue la unid ad m edid ora lim ila el fluj o fn era d e la caja , la p resión d e la caja va por d elant e d e la d e la cá ps u la. A par le d e los cam b io s d e pre sión est á tica e n fun ció n d e la s variaciones d e alti tud , que co mo sabemo s no so n co ns tantes, las variaciones de tem peratu ra , d en sida d y .viscosi d ad d el aire so n o t ras varia b les mu y important es qu e d eb en t en erse en cue n t a, pa rti c ularm ente cu an do e l in stru me nto de pe n de d e lo s regí menes d e fluj o d e aire . Po r con sigu ie n te, d esd e el plinto d e vista te óric o y d e d ise no , u n indi cad or d e ve locidad vertica l o vari órne tro es muy co mp licado, pero las u nidad es medidoras está n di se ñad as para qu e co mpense n lo s e fe c tos d e las varia b les e n las gam as norma lm ent e e nco n t ra d as. En el apa r ta d o siguiente se d escrib en la co ns trucció n y e l fu ncio namiento d e d os unida d es típicas.

Uni dades medid oras

La unid ad qu e se mu estra en la Fi g. 4 .39 a) es co nocid a como el tipo d e "tubo ca p ilar y o rifi cio ", d o s di sp osit ivos qu e, co m b in ad os, proporci on an co m p ensaci ón d e lo s e fe cto s d e la s varia b les d e p resió n y t emp er atura atmo sfér ica s, segú n se mu est ra en b), La diferen cia d e presión a través d e un tubo ca p ilar, p ara un régim en co nstante d e su b id a, aum en ta co n la altitud crec ien te y a una te m p erat ura constante. Por lanto , si se usa se só lo un tubo cap ila r se introduciría un e rro r po sitivo e n la s indicaci ones d el in stru me n t o e n alt it ud es so bre e l nivel d el mar. Co n un orificio , el efec to es ex a ctame n te el opu est o. La s ra zones prin cipale s d e la d iferen cia son qu e el flujo d e aire a través d e un tu bo capila r es lami n ar, mi ent ra s

119

INST R U ~ IE NT OS y S IS TE MA I'!TOT ·ESTA ri CA J un t as

Filt ro d e a ire

Canila r

~;::l~!~~~~~;;¡

Entra da estática de presión ~

-.. .

A ire de la caja

O rificio (a)

80 , --

--,--

,---

¡---

--,

Capilar ún ica m en te

-o e 6,

--.-

Tu b o de cone xión a la c ápsula

70 f-- - -f-- - + 7"=+ ---+- - -j

Am bos

lb)

•

g E

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¡""¡;;;:;"=-J== = t===+-..e:::::

Orifi c io solamen te

50:--~c---20: ':c--,::'>.3 ~-LO 10 40 50

"100 0 p ies

A lt ura

Vá lvu la cerca da por resorte

Conj unto de pérd id a

T ira b imetálica

Co nex ió n de estática

i~~ <:, ~~ Pé rdida d e l se gu ndo tu bo de cerám ica

PPrd id a d el p r ime r t ubo de c e rám ica

Cú p u la

Filtro

Figura 4.39.-Unidades medid oras del varióme tro. a } T ipo capilar y o rificio ; b ) caracterí sticas del capilar y orificio ; e) tipo cerámica.

qu e a través <te u n o ri fic io es turbu lent e ; ad e más. e l régime n d e flujo a tra v és d e u n tub o ca p ilar va ría d irecta me n te C0 11 la di feren cia d e presión, mie nt ra s que a tr avés de un o rific io varía como la raíz c uad rada de dic ha p resión . Por co ns igu ien le. a l co m b inar los d os di sp ositivo s pode mos o b te n er u na co m pe nsació n d e pr esió n satisfa cto ria a una t emp e ratura dada. La dife rencia d e p resión a tra vés d e un tubo ca pila r dep end e tam bi én d e la viscosida d d el a ire . y co mo és ta e s p roporcio nal a la te m pe ra tura abso lu ta. di s120

INDlCADÜR ES... Il E VE LO( JDA D V E f< T ICA L

VA R IO MET RO S

m in uy e, po r co ns igu ien te , a l d ecrecer la temperat ura. La d ife re n cia d e pr esión a través de un o rifici o varía in versam ent e a la temp eratura y po r co nsigu ie nte, aume n ta c uan d o la te m p eratura d esc ie nd e. Por tanto , co mb inando lo s d o s d ispos it ivos pue de o bt e nerse una co m pe nsació n sa tis fac to ria de la te m pera tura . Las dimen siones d el o rifi cio y el tu b o ca pilar se el igen d e mo d o q u e la s lect ura s d el ind ica do r sea n co rrec tas en una gama d e co ndi cio nes d e tem p er atura y a lti tu d lo má s a mp lia po sib le. La seg u nda unid ad , ilus trad a en la F ig. 4.39 el , se co no ce ind isti nt am en te bajo la den om in aci ón " tipo cerám ica" o " ti po barro por o so " , y su co ns trucció n es 1111 po co m ás co m plica da, po rqu e lleva un co m pensado r me cá nico de te mp era tu ra / visco sidad . Se observa rá qu e el aire proced ente d e la co ne x ió n d e es tá t ica en tra po r u n tubo cap ila r a la cá psu la y a travé s d e d os tub o s poroso s de cerá m ica y ta mb ié n a tra vés de la vá lvula d el co m pensado r d e viscosidad a la caja. La ap ert u ra d e la v álvu la es co n t ro lad a por lo s e fec tos de la tem peratu ra en una tira b irn et ál íca. J

A baj a a lti tu d, e l e fe c to d e la t empe ra tura so b re la tira bimet álica es ta l que la vá lvu la se ab re e n cie rta m ed id a, p ara q u e d espués d e circu lar po r el pri m er tu bo d e cerám ica e l a ire pe n et re e n la caja ví a la vá lvu la ab ie rt a . A a lti tu de s más el evadas, e l aire es tá tic o que alim en ta al in strumen to tien e una temperat u ra in fe rio r y, d ebid o a q ue su viscosid ad d ism inu ye con el d escen so d e tem p e ratu ra, red uce la difere nci a de p resión y pu ede d ar o rigen a erro res. Sin em ba rgo , la te m pera tu ra me no r ta m bi én tie ne su e fec to so b re la tira h ime t álica , h acie nd o qu e se d o b le y que se ci e rre su vá lvu la. El a ire d ebe ci rc u lar ah ora tam b ién p or el segundo tu bo de ce rám ic a co n el fin de q ue e ntre en la caja , y co m o es tán e n se rie y so n de po ro sid ad c alib rad a, la d iferencia de presió n aumen ta y se m an tie ne . En la prác tica , IJ válvu la se sit úa e ntre la po sició n abi e rta y la ce rrada , pero la cali bració n de la un id ad m edido ra co mo u n co nj unto da una d ife rencia de p resión co nsta n te pa ra un régim en fij o d e su bid a o descen so a cu alq u ie r a ll itud . Indica do r típico

En la Fi g. 4 .4 0 se m u est ra la co nstru cci ó n d e un ind icad or d e velo c idad vertica l o va ri óme t ro q ue em p lea una unid ad m edidora t ipo o rific io y tu bo ca p ilar. Co nsta de un cuer po d e ale ac ió n d e a lumi n io fu nd ido q u e fo rm a e l so po rt e p ara todos lo s co m po ne n te s p rincipa les co n la exce pc ió n d e la un idad medidora , qu e está suje ta a la part e po st e rior d e la caja d e l ind icad or. Lo s d es p la za m ient os d e la cá psu la en respu esta a los cam b ios d e d ife re n c ia d e pres ió n so n tr an smit ido s a la ag uja a tra vés d e un siste ma d e au me n to d e a rt icu la ción y ej e o sc ila n te , n n cua dra nte y un piñó n. El siste m a de au me nto y el elem ent o d e indi ca ció n e stán eq u ilib ra d os por med io d e u n co nt rapeso aj ustable fij ad o al eje os c ila n te . La br id a d e la un idad med id o ra co nec ta c o n la co nex ió n d e presió n es tá t ica d e la caja d el indi cad or y a ct úa ta mb ié n co mo co ne x ió n para el tu bo ca p ilar. El aju ste d el a lca nce d e l in strumento du rant e la c alib ra c ió n in icia l y las sigu ie nt es se lo gra med iante J o s mue lles de calibració n qu e se apo y an e n un v ásla go co nec tad o a la p ieza ce n t ra l d e la cá psu la. La fi na lidad d e est os mu ell es e s eje rce r fu e rzas so b re la c ápsula y ob ten er a sí la relaci ón co rrec ta e n t re la s cara cter íst icas d e p resi ón/ fl ex i ón de la m ism a y la po sición de la aguja e n to d o s los

121

I NST RU M E NT OS y SIS TE MA )'ITO T -EST A TfCA

Figura 4 .40 . ~ .M e can i sm o típ ico del varióm etro. l . Co njunto de eje os cilante , 2. sector , 3. piñó n del husillo , 4. rued a dentada, 5. conjunto de eje ex cé ntrico . 6 . co njunto de placa de la cápsu la, 7 . muelles de calibració n, 8. cápsula, 9. tubo capilar, '10. soporte de calibració n, I l . co nex ió n de estática, 12. unidad med idora, 13. cuerp o del mecanismo , 14 . muell e en es pi ral, 15 . arli cul ació n, 16 . co ntrapeso .

p u n tos d e la esca la. La s fue rzas se co n tro la n median te d os fila s d e to rnillo s, situ ados en el so porte de ca libra ció n, qu e varía n la longit ud e fec t iva d e su s m u ell es resp ecti vo s. La fila su pe rio r d e tom illo s y el mu e lle su pe rio r co n tro la n la cali bración d el régi men d e d esce nso, mi e n tra s que la fila inferior d e tornillo s y el m u elle in ferio r co n tro la n e l ré gime n d e su bida. Una ca ra c te r ís t ica qu e sa tisface u n requ isito co mú n en tod o s lo s tip os de vari óm e t ro es e l aj u ste d e la aguja e n la gra d uac ió n ce ro. La forma d el d isp osit ivo de aju st e d e pen de d el d ise ño d el in strumen lo , pero en e l mecan ism o q u e hem o s estado co nsid era nd o co nsiste en u n eje de levas aco plado po r tina ru ed a d ent ad a a un piñ ón en un seg u ndo eje, q u e se ex t iende ha cia e l ce n tro de la parte in ferio r d e l bi sel. La zo na a l d escu bie rto d el eje es tá pro vista d e u na ra nura para el d estornillad or. Cu and o se gira e l eje, e l eje de leva s es a ccio nad o para d esp lazar una placa q ue se apo ya co ntra la ex cé n trica. La placa es tá e n co n ta rt o t am bi é n co n el lad o in ferio r d e la cá psu la, y en co nse cu encia , la cá psu la sube o baja ; e l mo vim ien to es transferido a la aguja a través del siste ma de aume nto y e l engran aj e d e la aguja . La ga ma d e aju st e d e la aguja alred edo r d e ce ro d epe nde d e la ga ma d e su bid a y d escen so d el in st rume n to , p ero se pued en consid er a r co mo t ípi co s va lo res d e ±2 0 0 y ±4 0 0 p ies/m inuto . Ind ica d ores de velocidad vertical o vari ómetros instan táneos Esto s in di cad ores co n sta n d c lo s m ism o s ele me n tos bá sico s qu e lo s convencio n ales , pero , ad emá s, e m p le an u n acele ró me tro que es t á di señ ad o para crear 122

CA ),UU LA DOR ES CE NTH A L ES DE DATO S DE A I R E

un e fec t o m á s rápido d e diferencia d e pre sió n , prin cipalm ente en la ini cia ción d e u n a su b id a o d escen so. El ac e ler óme tro co ns ta d e dos cilin d ro s p eque ño s o a mortiguad ores qu e co nti en en ém bo lo s q u e so n ma nte n idos en equi libri o p or mu elles y p or su propia ma sa . Lo s cilindros está n co nec ta dos en el tu bo capila r qu é co nd uce a la c áps u la y, por l ant o , está n ab ier to s di re ct ame nte a la fu en te d e presión es tá tica. Cna ndo se prod u ce in icialm ente un cam b io d e ve locid ad ve rt ic a l, lo s é m bo los so n desp lazad os b ajo la in fl uencia d e una fu er za d e acelera ción ve r tical, lo qu e crea un cam b io d e pre sió n inmediat o en el interior d e la cá ps u la y una indicació n in st antán ea d e la aguja d el indicad o r. La respu esta d el ace leró me t ro d eca e después de u nos cua n to s seg u nd os, pe ro para en to nces el ca m b io d e presión estát ica rea l es efec tivo p ara que la unid ad me di dora prod u zca una d ifer en cia d e p resió n d e la forma co nve n cio n al. CA LCULADORES CENTRALES DE DATOS DE AIRE C o rno y a sab em o s, las presio n es de la s qu e d epend e e l fun cion amiento d e lo s in s trum e nt o s de vu elo pr inci pa les so n tr an smitid as a tr avés d e u n siste m a el e tu h erías. Por consigu ien te , es ev idente qu e la longitud y la ca n ti dad d e tuberías vari ará n d e acuerd o co n el tam añ o d el avió n y tam bi én d el núm er o d e lu gares en los que se ne ces iten indi ca cion es d e lo s d ato s p ertin ent es. Co n e l fi n d e minim izar las in st a laciones d e " tuberí as", se d esarroll ó la id ea d e su m in is tra r la s presio nes a un a u nid ad especia l en alguna posic ió n ce n tra liz ada y transmi tir lu ego eléct rica men te lo s d at o s de aire a d o nd e fu er a p rec iso . Es to di o lugar a l dise ño de u n ida des de no mina d as calculadores centrales de di/tos de aire (C AD C) . La d isposición mo du lar d e u n ca lcu lador y lo s m ét odo s m edi ante lo s qu e se pr ocesa la señal, p ued en varia r segú n el número d e parám et ro s q ue se han d e vigila r y d e las t écni ca s adop ta d as po r c ualq u ier fa b rica n te . No o bsta n te, u n ca lcu lad o r es básicam en te u n d isp os itivo a n alógico q ue pr odu ce eq u iva len tes d e se ñ ales el éctricas d e presio ne s p ito t y est át ica m ediant e la op era ción co m b in ad a d e d isposit ivos me cán ico s y s íncro nos d e tr an smi sión . Las se ña les d e sa lida fin ales calcu ladas se sum in istra n en to nces a lo s indicad ore s a p ro p iados qu e ) a difer encia d e sus co n trapa r ti d as co nve ncio na les, n o co n tiene n el emento s d et e ctore s d e pr esió n . En la F ig, 4 .4 1 se m u est ra esq u emá t icamen te la di sposición mod u lar basada en un C AOC re p rese n ta tivo. La de tecció n d e presi ón la real izan d o s transduct ores d e pre si óu .i un o qu e det ec ta la presió n es tá tica d entro d el m ódu lo d e a lt itu d , y otro qu e d et e ct a la s pres io nes p ito t y está tica d entro d el m ódu lo d e ve locid ad ca lcu la da (CAS) . El mód u lo de ve lo cida d d e Mac h y e l d e ve locid ad ve rda de ra e rAS ) so n di sp o sitivos ge nerado res de señales puras qu e reciben d e lo s m ódu lo s resp ectivo s d ato s d e se ña les de alti tu d y velo cid ad co n resp ecto al aire . Lo s dat o s d e t emp er atura d el aire está tico n ec esa rio s p ara el cá lcu lo d e la T AS so n d ete ctad os por un a sonda (véase la página 2 84 ) sit ua da fu era d el avión e n alguna posic ión pr ed eterminada y d irigidos a tra vés del m ódu lo d e ve lo cid ad d e Mac h. En la F ig. 4.42 se m uestra un eje m p lo d e un t ran sdu ct or d e pr e sión pitotes tá tica qu e u tiliza u na u nidad selec tora indu ct ora d e b arra en "E" y e n " 1". El transd uc to r fu nciona p o r el p rin ci p io d eno mi n ado d e eq u ili brio d e fuerza s y co ns t a de dos cá ps u las; el interior de una es tá co nec ta do a la fuente d e pre sión pitot , y la otra a la fu en te d e presi ón es t á tica. Amb as cáp su las est á n co nec tad as 123

INST RU MENTOS Y S ISTEMA PITOT -EST ATI CA

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M ódul o de alt it ud

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Módu lo de CAS

R égime n del módulo de sub ida

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V arí om etro

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Temp eret .

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Indicad

de CAS

Indicad de vetocí.

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Red de co rree_ _ ____ _ cló n del err or de presión

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Presión estáti ca

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Presión nlto t

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Figura -l.al .c-Disposi ción mod ular de un sistema CAn Co

a un bala ncín qu e , a su vez, está co nec tad o a la barra en ''1'' de la unidad select o ra. Cu and o se produ ce un camb io de la velocid ad co n respect o al aire , las cápsulas respo nd en al cambio co rres po ndiente de diferen cia de presión y la fu erza q ue producen d esv ía el balanc ín desp lazando co n ello la barr a en " 1" co n respecto a los bra zo s de la barra en "E". Por lanto , se mo d ifica n los ent rehie rros pa ra qu e se ind uzcan señ ales d e deseq u ilibrio en las bo bina s de los brazos ex te rior es, d e la misma fo rma q ue las ind ucidas en el selecto r d el rad ioaltímetro descrit o anterio rmen te (véase la página 94) . Las señales se am plifican y aplica a la fase de co ntro l del servo mo to r qu e acciona un ej e de salida y un tornillo regulado r. Este to rn illo está acoplado al ba lancín a tr avés de un muelle de co ntro l de precisió n , de mod o q ue cuando gire el to rn illo var íe la tensió n para eq uilibra r la fu erza eje rcida so bre el balan cí n y , po r co nsiguien te, come nz ar a " rc bajar" la seña l inducida en la bobina del brazo exte rior co rresp o ndiente. Cua nd o se alcanza una co ndició n de veloci dad co nsta nte, se es tablece el eq uilibrio en tr e la fu erza de la cápsu la y la ten si ón del mu elle, 110 se env ían más se ñales al amplificad o r y el servo mo to r deja d e girar. Pues to qu e el servo mo to r ta mb ién hace girar el eje d e salida, entonces, mediant e el aco plamien to del eje a un sinc ro CX ( tra nsfo rmado r) (véase tam bién el Cap ít u lo 9), pu ed e medirse su posición angu124

CA LC)J LA n O H E,s C EN T HA I.U:i DE D AT OS D E A IRE

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de un transduc to r de presión de eq uili brio de fuerzas.

la r e n térm in os d e la di fere n cia d e p resión fJ - s a p licada al transdu ct or y, por tant o , e n térm inos de ve locid ad co n resp ec to al aire . Ion e l ca so d e un m ó d ul o d e a ll il u d q ue em p lee un tran sdu c tor d e eq u ilib rio d e fu erza , la co ns t rucc i ón es igua l que la d e un m ódulo d e ve lo cidad co n resp ect o a l aire , excep to q u e e n lugar d e la cá psu la d e presió n pi to t, se e m p lea u na cá p su la evacu ad a y ce rra d a herm éticameut e. En a lgu nos t ipos d e t ra ns d u ct o res d e a ltitu d y ve lo c id ad co n resp ecto a l a ire d e ca lcu lad o r ce n t ra l d e d at o s d e a ire, la d e te cc ión d e p resión y la tr ansmi sió n de las se ñales co rre spo nd ie n tes se realiza po r med io de un d iafragma de silic io qu e co n t iene eleme n to s piezo elé c trico s. Lo s e lem e ntos fu ncio nan de form a análo ga a un ex ten sí mc tro de resiste nc ia e léc tric a, en el qu e su re siste ncia cambia e n fun ci ón d el esfu e rzo impu est o so b re e l d ia fragma bajo la in flu encia d e la p resión . Las sa lid as d e se ña les d e vo lta je resu ltan tes se e nvía n a lo s in di ca d o re s aso ciad os a través d e c irc u itos integrad os. T ra nsmisió n de datos d e a ltitu d y vel oc id ad c o n resp ec to al aire Las señales a na l ógicas de lo s sin cro s de ex ac c io nado s p or lo s transd uct ores d e ve locid ad co n resp ec to a l aire y a ltitu d (vé ase la F ig. 4 .4 3) so n tr an smitid as a los sin cro s d e CT (tran sfo rmad or d e co n t ro l) d entro d e lo s indicadores ap rc pia dos ; las aguja s so n accio nadas por mot or a sus po sici on es de indi caci ón respec tivas e n re spu esta a las se ñales d e error produ cidas en estos ú ltim o s sin ero s. Al mismo tiemp o , lo s ro tores de los sincros so n acc ionado s a sus posicio nes de ·'nu lo " co rre spo nd ien te s. 12 5

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Salida 1 1a uru dad d e vel ocid ad ve rt ica l

Figura 4 ..403. - Transmisió n de datos de aire.

I I

I Sal id a al ind icad<)r de attitu

CA Lq Jl. A DORES CEN T RA LES DE DA TOS DE A IRE

Co mo en el caso de los ind icador es de velo cidad co n respect o al aire y a lt ímetr o s co nve ncio nales , se necesita tina compensación de las carac te rís ticas de

ley cua drática y de la relaci ón no lineal d e pre sió n/altura . El princip io d e compensació n es básicamen te el m ismo qu e se describe en la págin a 104 , pero en lugar de u n sistema de calcu lado r cent ral d e da tos de aire se realiza norma lmente po r med io de levas y seg uid ores d e le vas. Las leva s so n acc io nadas por lo s ejes de salida d e sus tra nsd uct o res res pect ivos , y tien en u n perfil qu e cuando gira, hace que lo s segu idores de levas sean levantado s a u n régim en c o n tro lad o . Puesto q ue en los ejes los seguido res está n aco plados mecáni came nte a lo s rotores de los sincro s de los transformad ores (CX), los ro tores so n girados en ángulos co ntrola dos en co nco rdancia, d e forma q ue se t ran smit an señales " de fo rma lin eal" a los sinc ros [le los tr an sformad ores de contro l (C1') dentro de los in dicado res aso ciado s. La leva de co rrecc ión d e altura q ue se mu est ra en la Fig. 4 .4 3 tien e la fu nció n de co rre gir cualqu ier erro r del perfil de la leva d e alt ur a. Transmisió n de datos de n úme ro de Mac h

En un sistema de calcu lado r cent ra l de d at os de aire , el número de Mach se calcula co nvirtiendo los valores de la relación d e p resió n p - s/s en valores logarít micos ; tal co nversió n se efectúa po r medi o de levas y un sinc ro d ife ren cial (CDX) . En la Fig. 4.43 se mue stra ta mhi én . Ia disposición mecán ica. El eje de salida del tra nsdu ctor de veloc idad co n respect o a l a ire gira la leva de logari tm o (1' - s), y los movimi entos an gulares d el seguido r de levas gira n el ro tor del sincro diferen cial. El eje d e salida del tra nsdu ctor de alt it u d gira la leva d e logarit mo s, y su segu ido r de levas gira el estato r del sinc ro d iferencial. Por co nsiguiente, la salid a de se ñal d el sincro co rrespo nde a un ángulo pro porcional al log (1' - s) - log S o, en o tras pa labra s, la salida de señal es el logari t m o eq uivalen te de la relación de presió n (1' - s )/s . Las señ ales se transmit e n a un sin cro de transfo rmado r de co ntro l cuya salida se amplifica para accionar u n serv omo to r y un a leva q u e está perfilada para mover su segu id o r en fu nció n del la g [(1' - sils l. Al mismo tiempo, el seguido r de levas acci o na el ro to r del tr an sm iso r [le co n tro l a un a posició n en la q ue " anulará " la señal procedente del sinc ro di feren cial. El motor tam bi én accio na un engranaje d ife re ncia l, y una leva de corrección de e rror de po sición , cuyo segui do r pro po rciona ta mbién un a ent rada del eje al engranaje diferen cial. Po r tant o , la rota ció n d el ej e de salida d el engra naje diferen cial es propor c io nal al número de Mach corre gido en error de pr esión, lo qu e se tr an smit e al ind icado r ap ro piado vía las señales generadas po r un a articu lación de trans misió n del sinc ro d e tr an sfo rmad or de co ntro l. T ransmisión de dat os de velo cidad vertic al En algunos sistemas de 'calculado r ce n tral d e da to s de aire , la velo cid ad ver tical se transm ite a través de una articulación de transmisió n síncro na. Esto se realiza, gene ralmen te, po r m edio de u n ta cogenerado r q ue se acc io na v ía el eje de salida del transdu ctor de altura ; el tacogenerad or prod uce as í se ñales iguales al r égime n de camb io de altitu d. Co n el fin d e asegurar q ue las se ñales relacionen la salid a de alt ura lineal co n e l indicador de alt itu d, las se ñales so n modifi 127

INS T R U MENT OS Y SI S TEMA

rn o r -f:S TA T1CA

cadas por un potenciómet ro co nectado e n la sa lid a d e l ta coge nera d o r. Las señ ales modifi cad as se tran smit en e nto nc es a u n amp lificad or y UIl se rvo mo to r q ue po sicio na e l ro to r d e un sincro d e tran sm iso r (TX) . Las se ñales d e e rro r resu lta n tes prod uci da s en e l esta to r d e es te siucro se su min istra n al es ta to r d e su sinc ro de recept or (TR) co rres po nd ien te d ent ro d el in di cad or d e velocida d ve rtic al o varió me t ro para produci r u n servo m a nd o a la aguja.

Correcc i ón de error de p resión

La co rrecció n d e erro r de presió n ( véase la pagrua 73 ) se efect úa po r m edio d e levas perfi ladas d e forma q ue se aju st en a las co n dic io nes partic ulares de lo s d iferentes tip os d e aviones. La co rrecció n va en fu nci ón d e l núme ro d e Mach , co rr igien d o co n esto las indicacion es d el ind icad or d e veloc ida d de Ma ch ; co mo se o bse rvará e n la Fig. 4.4 3 , e l se rvo mot o r d e la u nid ad d e Mac h acciona un a segu nda leva qu e , e n co nju nció n CO Il pot en cióm et ro s. co rrige tambié n la salid a d el in d icado r d e alt itu d en lo que resp ec ta a e rror de presió n o posición.

Cá lc ulo de la veloci da d verd ade ra La ve lo cidad verdad era (TAS ) pu ed e calcu larse d e ac uerd o co n la fó r mula :

TA S = aM

(I)

dond e ti = velo cid ad d el so nido e n e l a ire M = núme ro d e Mach

La ve lo cida d d el so n id o . q u e no pued e m edi rse di rec tam ent e, es proporciona l al pro du ct o d e la ra íz cu adra d a d e la temperatu ra abso lu ta d el air e libre T y u na co ns ta n te C; po r ta nto , ti = c,¡T y por co m b in ac ió n, la ec uac i ón (l) se t rans forma en :

(2) Puesto qu e tampo co se pue d e med ir d irectam ent e T. es p reciso o b te ne r va lo res d e la fó rmu la d e temp eratura ad iabática : T

= T¡/ ( I + 0,2 KM ' )

(3)

do nd e

Ti = te mpe rat ura d e re man so indi cad a ab so lu ta K = u na co ns ta n te (e l fact or d e recu peració n d e l e le me n to d et ector d e tempera tura ). 128

CA LCU .(..ADO HES CENT RA LES DE DAT OS DE A IRE

Co mb inando las ecuacio nes (2) y (3) : T AS =

e / M2-,T,-,¡~o V-I + 0 ,2 K¡\[2

(4)

Est o puede expresarse así : T AS =

(5)

f(M) 'yT¡

do nde [(Jt!) es la función de n úmer o de Mach y es igual a V Al2/1 + 0 ,2 KM2. Por co nsiguien te , la ec uació n (5) se u ti liza co mo base para e l cá lculo de la TA S. En la Fig. 4.44 se mu estra un eje m plo ele un mét od o prá ctico pa ra calcular la TA S. La temperatu ra to tal la det ect a un a so nda ti po elemen to de resistencia (véase la Fig . I 1.7) qu e est á co nectada para formar part e de u n circu ito de puente . Lo s o tros brazo s del puen te es tán formad o s por un po ten ciómetro accio nado po r mo to r y dos resisten cias de valor ó hmico fijo . Las variac io nes de tem peratura hace n que se de sequ ilib re el puent e y la señal resulta nte se amp lifica y suministr a al devan ado de co ntro l del servo mo to r. El eje de salida del motor es tá engra nado para accio nar el poten cióme tro en una d ire cció n qu e de vuel va al circu ito de puente a su estado de eq uilib rio. La calibrac i ón del circ uito de pue nte es ta l q ue el mo to r es ob ligado a girar en un ángu lo pr o porcio nal a la g:.;T;, y esta fun ción de temperatura se introduce co mo rot ació n del eje en un engranaje d ife rencial. La fnn eión de Mach se introdu ce tam bién en e l engranaje diferencial co mo u n valo r lo garít m ico , y jun to CO n e l lo'g :.;T; produce una salida de engranaje d iferen cial pro po rcion al al log TAS . Esta salida se co nviert e luego en TA S por una leva que accio na un seguido r aco plado a u n elemen to tra nsmiso r que produ ce se ñales eléct ricas eq uivalen tes a TAS . En el ejem plo ilustrado , e l e le mento tie ne la fo rma de u na resiste ncia variable q ue su ministra vo lt aje s variables a un in dicador contado r digit al tipo se rvo que utiliza U Il m otor de torsión de co rr iente co ntin ua (véase también la página 266 ).

En l l Ódó en ¡u nc ión d~ 1 0° de Mdl.h

Figura 4 .44 .- Cálcu lo de veloci dad verdad era e rAS ).

129

INS T R UME N T OS Y S IS TEMA r lTOT ·r S T A Tl C A

PREGUNTAS 4 .1.

¡.Cuá lcs so n los co mpo ne ntes e instru mentos principales q ue incluyen un siste ma pttot está t ica de l avión?

'L2.

Dibujar un diagrama de un sistema pito t y es tá tica do ble par a pan eles de instrume nt os de la izquierd a y derecha en un avió n.

4.3. a) Ex plicar el prin cip io d e medi da de p resión pito t y có mo se der iva la ley 1/ 2 p Jr2 b) Definir la ley a la qu e se calibran (os ti pos actua les de anemóm et ros. 4.4 . Dibujar y desc ribir la const ruc ció n de un tubo pito t co n tom a estátic a. 4 .5.

•

¿Có mo se ne u tralizan los e fect o s de l aire tur b ulen te que pasa po r las ran ur as de es tá ti-

ca de una sonda pito t-est ética? 4 .6 . Dibujar el d iagram a del cir cu ito de un siste ma de calefacció n típic o de tu bo de pltot co n tom a estát ica y exp licar S1l funcionamie n to . 4.7. ¿C uáles so n los efec tos de los or ificio s de dre naje de u n tu bo pito t co n tom a estátic a en ];:IS indic acio nes de los in stru ment os co nec tados al mismo ?

4 .8 . a) ¿Qué se quiere decir po r erro r de presión de

U Il sistem a plto t-est át ica? b ) ¿Cóm o se m inimizan sus efectos? e) Explicar por qu é u n ind icador de velocid ad vertica l o va rióme tro no es afe c tad o por el error de presión .

4 .9.

Defi nir: (i) T ro posfera . ( ji) Tr o po pausa. ( iii) Est ra tosfera .

4. 10. Citar dos u nida des de med ida de presió n atmosfé rica de uso co mú n. 4 .11. ¿Cuál será el efec to so bre la densidad de una masa de aire si la tem perat ur a descien de pero la presi ón per man ece con sta n te? 4 .12. a) ¿Qué se en tiende po r " atmósfera está nda r" ? b ) Citar las suposicio nes hech as po r la Nor ma de OAC I.

4 .13 . Describir có mo un baróm etro de mer curi o mi de la presión atm osférica. 4 .14 . ¿Cuáles son las d ife rencias princ ipales entre u n ba ró me tro For tin y u n baró me tro Kew? 4 .15 . ¡.Qu é se q uiere deci r po r u na escala de " pulgada co n tra(da"? 4 . 16. a) ¿Qué tipo de baróm e tro se usa para la calib ración de un alt íme tro? b) ¿Qué co rrec cio nes de ben ap licar se a las lecturas de presión . y por qué son n- cesa-

rtas? 4. 17 . Exp licar co n la ay uda de u n d iagrama el pri ncipio de fu ncio namien to de an eroid e .

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baróm etr o

4 .18 . Descri bir la co nstrucción y fun cio nam ient o de un alt ímetro. Ex plicar las carac ter fst icas espec iales que mejoran su exa ctitud . 4 .19. Co men tar los pro blemas de la lect ur a de ficie n te de los alt ímetros en relació n co n la p resent ació n del instru men to. ¿Cómo se so lucio nan los pro blemas? 4 .20 . ¿Cuá l es la d iferencia en tre "altitu d de pre sión" y "a ltitud ind icad a" ? 4.2 ). Exp licar có mo se co m pensan los errores de un altímetro deb idos a los camb ios de la temp eratura atmo sférica . 4 .2 2. Defini r los tr es cód igos Q p rin cipales util izad os para los aj us tes de p resió n de los aln met ros. 4 .23 . ¿Qué fin tienen los in terru pt o res de altímet ros en el avió n'? 4 .24 . Con la ay uda de un boceto. de scribir la co ns truc ció n y ex plica r el funci ou arnicut o de u n servoalt ún etro. Cita r sus ven tajas so bre u n alt íme tr o sens ible.

130

PREGUNTAS

4 .25 . Ex plicar la sec uen cia eu q ue fu ncio na una u n i da J · ~l e aviso de altitud c u an do un avió n descien de a una alti tud presele ccio nada. 4.26. ¿Qu ¿ mod o s de op e ración de un siste ma A Te SS R se usan pa ra iden ti fica ci ón e info rmaci ón de altitud'! 4 .2 7 . ¿CÓnl(J "reconoce" un tra nsponde do r de a burd o el mo do e n que es tá sie ndo int e rrogado'!

4 .28 . S upo n iend o qu e pa ra fin es de identi fica ción se ha ya selec cion ado el cód igo 45 10, ¡,q u¿ imp ulsos de res pu esta com pond rí a n el tre n de impulso s'!

4 .29 . Describir cómo se tran smit en lo s imp ulso s de resp uesta por un codifica do r de alti tu d .

4.30. Citar la ley de calibrac ió n de un a nemó me tro. 4 .3[ . Descri bir la cons trucción y el fu nciona mien to d e u n a ne mó me t ro.

4.3'2. a ) ¿Q ué signifi ca "comp ensac i ón según ley cuadrát ica" de U Il a nemó me tro? b) Exp lica r con la a yuda d e un diagrama el fun cionamien to d e un m ét o d o de co mpe nsaci ó n t ípico . 4 .33 . Defi n ir : (i) el núme ro J¡;; Mach , (ii) el núm ero de Maeh cr í tico. 4 .34 . Descnbtr có mo se in dica el número de Mach e n términos de la relació n (p - ps)jps.

4 .35. Descr ibir cómo puede com binarse la fu nc ió n de un medidor de núme ro de Mac h y u n a ne m óme tro pa ra qu e d en una in dicació n de velocidad co n respec to al ai re m áxim a

segura. 4 .36 . Descri bir u n mé to do eléc trico para cor reg ir los errore s de posición. 4.3 7. Desc ribir co n la ay u da de un bocelo la con stru cción d e un ind icador de velocida d vertl cal o vari ómct ro.

4.38. Exp lica r la o pe ració n de un vari órnetro c ua ndo el avión en el que está insta lado pa sa de una po sición de vuelo horizonta l a una posic ión de su b ida. 4 .39 . Exp licar con la ay u da de u n dia grama la co nstru cció n y fu ncion amiento de una unidad med ido ra qu e lleve un a válvu la co mpe nsa do ra de viscosida d. 'l A O. Exp lica r el fu ncionam ient o de un variórnetro in stant án eo . 4 .4 1. Exp licar algu nas de las razo nes por las q ue se u san siste mas de calcu lado re s ce n tra les d e datos de aire e n lo s aviones. 4 .42 . Describir u n mé d o típico p ara dete ctar presiones pit o t y estática s en u n sistem a de calcu lado r cen tral de datos de aire . 4 .4 3 . Explica r có mo es compensad a e n la " ley cuad rá tica" la sa lida de se ñal a un an em órnetro de calcu lado r ce n tral de da tos de aire .

4 .44.

O ¡':: SGI ibi r

có mo se deri va la equivalencia logarít mi ca de la relaci ó n de presió n (p .- s)/s .

4 ,45 . ¿Par a q ué tipo de medid a se ut ilizarí a dat o s de aire?

UJl

taco ge nerad or e n un calcu lado r ce n tra l de

4.46 . ¿Cómo se aplica n las co rrec cio nes pa ra e rro r de posició n? 4 .4 7. ¿Q ué fó rmu la se usa para la base del cálcu lo de velocidad verdadera? 4 .48. ¿Qué ti pos de sine ros se usa n e n u n calc ulado r ce n tral de da to sd e aire y a qué pa r ámetros se ap lica n? 4 .49 . ¿Cómo se det ectan las se ñales de tem peratura total del aire y se a p lican a la medición de velocidad verda de ra?

4 .50 . ¿Cuá l es la fina lidad de la leva e n u n m ó dulo de velocida d verda dera?

13 1

5. Instrumen t os principa les d e vuelo (in dicadores de p osición en vuelo ) EL G IR OSCO PO

y sus

PROPIEDAD ES

Este ca p ít u lo tra ta d e lo s d o s ins tr u me ntos d e vu e lo q u e pro p orcio na n a l pil oto las indi ca cio nes nec esa rias d e la s po sic ion es de cabe ceo . in clin a c ión lat e ral y viraje d e su avió n . Co mo estos dos instru me n to s y lo s q u e se d escri be n e n los ca p ít u los 6 . 7 Y 15 d ep e nd en d e las propiedad es gi roscó p icas. ini cia re mo s el prese n te ca p ít u lo co n es te le ma . Co mo di sp ositi vo m e cán ico , el girósco po pu ed e d e fin irse como u n siste m a q u e co n t ie ne un a ru ed a d e m etal pesado , o rotor, mo nt ada u n iversalm ent e d e mod o q u e ten ga tres gra d os d e lib ertad : (i ) libertad de giro a lrededor de un eje p erpend icu lar a través d e su ce n tro (eje d e giro XX,) : (ii) libertad de inclinacio n a lred edo r d e un eje horizon ta l e n á ngu lo rec Io a l eje d e giro (eje de in clin ació n YY, ) ; y ( iii) lib ertad de giro a lrededo r d e u n eje vert ical p erp endicu lar a lo s eje s de giro e in clin ació n (eje ver tica l d e giro ZZ, ). Lo s tres grad o s d e liber tad se o bt ien en mon tan do e l ro to r e n d os an illos pivota d o s co ncé n lrica m e n te , d en omin ad o s cu nas inlerio r y ex ter io r. A l co nj un to co m pleto se le co noce co mo sist ema cardá nico de Wl g ;r ó sC0 1JO libre o espacial. El siste m a ca rdá n ico es tá mon tad o e n un a rmazó n segú n se mu est ra en la Figu ra 5 . I. d e forma que e n su po sic ión d e fu ncio nam ien to n orma l. todo s lo s ejes es tá n en á ngu lo recto y se interse c ta n ~ n e l ce n tro d e graved ad d e l rolar. El sistema no pr ese n tar á p ropiedad es giro scópica s a no se r q ue el rotor gire ; po r ejem p lo . si se cu elga un p eso e n la cu na int e rio r. d esp lazar á lo s a n illos so lame n te a lred ed o r de l eje YY, p o rq u e no ha y re sisten cia a l peso . Cuan do a l ro tor

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A ,

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Libe rtad d . g"o alrededor d e un e je p erpendi cul ar

Cu na ex te rior

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Libertad de giro Al reded o r d e u n e je var t tca!

:~, Libe rt ad oe incl inación

" 132

Figura S. I. - Elemen tos de un gir ósco po .

E L GlHüS CO I'O y SUS 1'l<. OP IED AJ.)ES

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1'· ~

se le ha ce gira r a gra n ve locidad , el di s posit ivo se transfo rma e n to nces en un verda dero girósco po qu e posee d o s prop ied ad es fu nda me n ta les e imp o rta nt es : inercia o rigidez giroscópica y precesión. Estas d o. p rop ieda d es d ep end en d el prin cip io d e conservación d e cantidad d e movimten to angular, lo q u e signifi ca qu e la ca nt idad de mo vim ien to angular de un cue rpo alred ed or de un punto d ad o perman ece co nstante a no se r q u e se ap liq u e algun a fu erz a pa ra c am b ia rla. La cantidad d e mo vtmiento angular es e l p rod u c to de l momen to d e inerci a (J ) y la velocid ad angular ( w) de u n cu erp o con re feren ci a a un punt o d ado - el ce n tro d e gravedad en el ca so d el girósco po. Si co lgam o s a ho ra un peso en la c u na in teri o r co n e l ro t o r gira ndo, se ve rá que la cuna cituda so porta rá el peso , demo stra nd o , de este mod o , la primera propied ad fu ndament al de rigid ez. Sin em b argo, ta m bi én se e nc o n t rará q ue to do e l siste ma ca rd áni co co me nz ará a girar alrede dor del eje ZZt ) de mo st ra ndo ta l rota ció n la segu nd a p ropied ad d e p rece sió n . En la Fi g. 5 .2 se ilu st ra la co m p ro b ac ió n d e la ri gide z giroscópica . Si e l armaz ón y la cuna ex te rio r se incl inan a lreded o r d e l eje YY, , el girós copo man ti en e su eje de giro en la posic ión original. Si el a rmazó n gira a lred ed o r d el eje ZZ, o se le ha ce gira r e n u n ar co , e l eje d e giro per ma nece r á e n la mi sma d ire cc ión. Es ta s pro p ieda des esp ecia les la s pre sen ta cualq u ier siste m a en e l qu e est é implica da una ma sa gira to ria . A u nq ue h a sid o el h ombre el qu e h a d esarrollad o lo s girósco pos y d isposit ivo s aso cia dos, hay q ue decir e n hon or a la verda d qu e las propied ades giro scó picas so n tan viejas como la T ierra m isma: és ta tambié n gira a gra n velo cidad y tambié n posee rigid e z, y au nque no tie ne nin gún sistem a cardá nico o arm azón sobre el qu e pu eda n act ua r fu erzas ex ternas, tien e tam bién movim ie n to de p re cesión. Ha y, sin embargo, mu ch o. ej e mplo s me cá ni co s a n ues t ro al rededo r y un o de e llos, la bi cicleta, fac ilita un med io mu y se nc illo d e d em o st ración . Si levant a mo s del suelo la ru eda d ela n te ra, la h acem o s girar a

Sopo rte inclinado : El giróscopo ma ntiene su posició n

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Soport e girando en arco

Figura S.2. - Rigidez giros cóp ica.

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scopo sigue en

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m isma chreccló n

133

I N STR U MENT OS PHI N CI PAL ES DE VU E L O

gran velocid ad . y e n to nces gira mo s el manilla r, se n limo s rigid ez y resist e ncia y tam b ién la pr ecesión que t rat a d e t orcer el m anillar. E l vo la n te d e u n m o to r d e au lo móvil es otro ejem plo . Su eje d e giro está en la direcci ón d el m o vimi ento d el coche , pero cuando se da la vue lt a a una esq uina su rigid ez resiste las fuerzas d e giro esta blec idas, y co mo esta resist eu cia result a sie mp re en p recesión . ha y una tend en cia de la parte del ant e ra del c o che a subir o bajar seg ún la dire cció n d el viraj e. Otros eje mp los famili ar es so n las héli ces d e los avio nes y los co nju nt o s d e com pre sor y turb ina d e los mot ores d e reacción; tod os ello s prese ntan p ropied ad es giro scóp icas. Las d o s p ropied ad es d e un giró scopo rea l p ued en de finirse co n m ás pr ecisión d e la forma sigu ien te :

Rigidez . Es la p rop ied ad que resist e cua lqu ier fu erza q ue ti e nd e a cam biar el plan o d e ro tación d e su ro to r. Esta p ro pied ad d ep ende d e tres fact o res : (i ) la ma sa d el rotor, (ii) la velocid ad d e rot ació n, y (iii) la di st an cia e n la que la ma sa actú a d esd e el ce n tro, esto es, el radio d e giro . Precesión. Es el ca m b io an gular d e di re cció n d el plano d e ro ta ció n b aj o la influ e ncia d e u na fu er za apli cada . El ca m bio d e d irecció n se p roduce, no e n línea co n la fuerza a plica da , sino siem pre e n un p unt o separado 90° en la d irecci ú n d e rotación. El régimen d e precesión d ep end e lambién d e tr es fact ores: ( i) la fu er za y dirección d e la fue rz a aplicad a, (i i) el mo me n to d e inercia d el rotor, y (iii) la velo cid ad a n gula r d el rotor. Cu ant o ma yo r es la fuer za, may or es el régim e n de precesión , mientras que cuanto mayo r es el mo me n to d e iner cia y mayor es la veloci d ad a ngu lar, men or es el régim en d e p recesió n . La precesión d e un rotor co n ti nuará, m ien t ras se ap lica la fu erza, hasta qu e el p lano d e ro ta ció n es té en lín ea co n el plan o d e fu er za apli ca da y ha sta que lo s se ntid os d e giro y la fu er za ap licad a co inc ida n. En este punt o . p uest o que la fu erza a plicad a ya no tend erá a alt erar el pla no d e ro tación , no ha brá más resiste n cia a la fu erza y cesa rá la p recesió n. E l ej e so b re el qu e se a plica un par torsor se d eno mina eje de entrada. y aq ué l alrede d or del cu al tien e lugar la precesió n, eje de saiida. De terminació n de la dire cción de la precesi ó n

La direcció n en la q ue un giró scopo tendr á m o vimi ento de pr ecesión bajo la influen cia el e una fu erza a plicad a pued e d et e rm ina rse po r medi o de vec tores y resolv iend o cier los pr o bl em as girodin ámicos. Pe ro co mo ilust ración y d em o st raci ón pr ácti ca , hay un a form a se nc illa para d et ermina r la d irección en la q ue un giró scopo progresará co n mo vimi ento d e precesió n y para hallar tambi énd ónde d eb e a plica rse una fu erza para un a direcci ón req u erida d e p recesió n . Esta co nsiste e n re prese nt a r to das las fue rzas qu e act úan d irec ta me nt e so bre el ro la r. En a ) d e la F ig. 5.3 , el rotor d el rig óscopo aparece girand o en el se nt id o d e las agujas d e un reloj y co n una fu erza P, a plicad a hacia arriba so b re la cu na in terior. Al tran smi tir esta fu erza a l bord e d el ro tor, co mo pu ed e verse e n b). di ch o ro to r actua rá en dirección hori zon tal. Im aginé mono s po r u n m om en to qu e el roto r se d escompon e en segmen tos y no s co nce n tra mos en d o s d e ello s e n lad o s op uestos d el bord e o pe rife ria segú n se mu estra e n e). Cad a segme n to t ien e mo vimient o III e n la dirección d e giro d el rot o r. y ad emás, c ua ndo se apli134

E L G I HOS CO PO y SUS PHO PI ED A IH.:S

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Plan o de la f ue r za

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Pla n o de giro

Plano d e pre ce si ón

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Figura S.3.- Prece sió n giros có pica. a ) El girós co po resiste la fuerza ; b) transmisión de fu er. za; e) efecto en los segmentos del roto r ; d) genera ció n de precesión ; e ) efec to de prece sión .

13 5

IN ST H U ME N T OS PR INCJJ'ALES DE V U EL O

Plano d e

la fue rza apli cada

Plan o

de giro

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Plano de precesión

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Precesión

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Figura 5.4 .- Precesión giroscópica. a) El giróscopo resiste la fuerza; b) transmisión de fuerza; e) efec to en los segmentos del rotor; d ) generación de precesión ; e) efecto de precesión

136

R E FER ENp A S ES TA HLECIl>AS PO I< L O S G I I<OSCO POS

ca la fu erza F ha y una t e nd en cia p or p art e d e ca d a segme n to a m o verse en la dirección de la misma. Co mo el giróscopo po see rigide z hay resistencia a este m ovimien to , pero lo s se gm en to s gira rá n alred ed or de l eje ZZ¡ , 'de mod o q u e su di rección de m o vim ien to es a lo la rgo d e la result a nt e d e! mo vim ie n t o 111 y la fu erza F. Lo s o tros seg men tos se verá n a fec tad os d e la m isma fo rm a ; por co nsiguiente , cuando se junten to dos para fo rmar la masa só lida del ro tor, apa recerá e l mo vimi e nt o d e precesi ón a u na velocid ad a ngu la r proporci o nal a la fu e rza aplicada (v éanse lo s d iagra mas d ) y e)) . En el ej em p lo d e la Fig. 5 .4 a) , se mu estra una fu erza, F , ap lica d a a la cuna ex te rio r; es to es igu a l q u e tra nsm itir la fu erza so b re e l bo rde o p eriferi a d e l roto r en e! p un to mo strad o en e l d iagra ma b ). Co mo en e! eje m p lo a n te rio r, esto ha ce q ue la d irecc ió n d e mo vim iento cam b ie a la resu lta n t e d el mov im ie n to 1/1 y la fue rza F ¡, En este caso , sin em bargo, e l ro to r preces a alred ed o r d e l eje Y Y ¡ , según se ind ica e n <1) y e),

REF ER ENCIAS EST ABLECIDAS POR LOS GIROSCOPOS

Para su em p leo en aviació n, lo s giró sco pos d eb en pro po rcio na r d o s refere ncia s ese nc iales : u na p ara d etecci ón d e ca mb ios d e p osición d e ca be ce o y a lab eo , y u na refere n cia d ireccion al p or la q u e p u ed a n d et ect a rse lo s ca mb ios a lred ed or del eje vertical. Est as referencias las propo rcion an giró sco pos qu e tien en sus ejes d e giro di sp uest o s vert ical y h orizon talmente respectiva mente, segú n se m uest ra e n la Fig. 5.5 . Ambos t ipos d e giróscopos ut iliza n las prop ied ad es fu nda me n tales de la sigu ient e manera : la rigid ez esta b lece u na refe ren cia es tab ilizada q ue no es afec ta-

r z

Gi róscopo de eje ver tical A lab eo

Ca beceo

Direccional

y~ X I . ----x.. . . I - y, Z, G iróscop o de eje hori zontal

Figura 5 .S.-Referencias establecidas por los giró scop os .

137

I N ST R U M F N -J o s r RI N CIPAL FS OE Vl1 F LU

d a po r el m o vimi enl o d el cu erp o sus ten tador, y la precesión co n tro la lo s e fecto s de la d esviac ió n ap ar en te y real , man te niend o, d e es te mod o , da tos de re feren cia es tab iliza d os. En la F ig. 5 .5 pued e obse rva rse ta m b ién q ue la s posicion es de cabeceo, a la- . b eo y d ireccion a l d el av ió n se d e te rm ina n p o r su d esp laz a m ie nto con re spe ct o a cad a gir ósco p o apro p iado. Es po r e llo qu e a e ste tipo d e giró sco pos se les co no ce co rn o "giró sco p os d e de splazamien to ". Cada uno tien e los tres grados de liber tad d escri to s en la página 132, y por tanto . tre s ejes mu tu os, Pero a fines d e det e cci ón de po sición , no se ti en e en cu e n ta e l ej e d e giro. p ue s to qu e no pro por cion a nin gun a re fe re ncia de po sición úti l cuando lo s desplazami ent o s t ien en lu gar a su a lred edor so la me n te. Por tanto, e n la práct ica , lo s giróscop os d e eje ve rt ica l y eje h ori zont a l se c las ific a n ade má s como giró sco pos d e desplo-

zamien to d e do s ejes. LlM ITi\ CIO NES DE UN GIR OSCOI'O Ll BHE Lo s av io nes en vue lo co ntinúan sie ndo tina pa rt e de la Tie rra, es to es, to das las refer encias d eben se r c o n resp ec to a la su per ficie t erres tr e. Sin e m bargo, e l giró scopo libre o espac ial qu e hem o s co ns ide rado hasta ahora 11 0 serviría a nin gu na fi na lidad út il y d ebe corr eg irse en cua n to a de sviació n co n resp ect o a la rotaci ó n de la Tierra , llamad a desviació n o deri va a paren te, y e n cuanto al camb io d e di recci ó n d el eje d el giró sc o po co rno co nsec ue nc ia d el tra nsp o rte d e l girós co po de un plinto a o tro de la Ti erra. denom inado ca m b io de d irecc ión del eje d el giró sco po po r tr an sport e .

De sviación aparen te

La T ie rr a gira a lred ed o r d e su eje a u na ve lo cidad d e 15° po r hora , lo qu e e n girod iná m ica se co noce como velocidad angula r ele ro tación d e la tierra (w e ) . Cu an d o se sitúa un giró scopo libr e en cu a lq u ier p un to so b re la su pe r fic ie d e la Ti erra , de te cta rá , d ep en d iend o d e la la tit u d e n la q u e es té sit u ado y la o rien tac ió n de su ej e de giro y su eje d e en tra d a (ver pá gi na 134). di verso s co m p on e ntes de la W e co mo en trada angular. Por t an lo, a u n o bse rvado r e n la Tierra qu e no ten ga n in gún se nt id o d e la ro tació n d e ésta. le pa recerá que e l giró sco po cam bia de direc ción o se desv ía. co mo se d e nomi na norm alme nt e . Es to pue de ve rse e n la F ig. 5. 6 a ) q ue mu estra un giró sco po d e eje horizo n ta l e n tina la tit u d A. En " A" , e l eje d e e n t ra da está alin ead o co n la co m po n en te lo cal N-S d e W e ; p o r co ns igu ien te, a un ob servad or e n la lat itu d A le parecería q u e el ro to r y e l sis tem a card ánico d e l giró scopo se d esvia ba en e l sen t id o d e giro d e la s ag ujas d el reloj (opu esto a la di re cción d e ro ta ció n d e la Ti erra ) en un p la no hor izon ta l 0 co n relación al armazón, Y : :J una velocidad igu al a 15 cos A. . Cuando el eje horiz o n ta l es tá a lineado co n el d e la Tierra (" B") la d esviació n tam b ién se ría apa rente, pero a u na velo cida d igu al a W e , est o es , 15° po r h ora. Si el ej e d e e n trad a se alinease aho ra co n la co mpo nente ve rti cal lo cal de W e ("e" e n e l d iagram a) la desviación apare nt e se ría igua l a t 5 ° se n A. Para ilu stra r m ás la d esvia ción. pod em o s co nsidera r e l di agram a b ) d e la Figu ra 5 .6 . qu e es una pro yecc ió n hori zo ntal d e UIl giró scopo libre de eje ho rizo nt al sit u ado e n e l 1' 0 10 No rte co n su eje d e e n trada ( Z Z ¡) a lin ea do COtl e l d e la Ti c138

I .

U MITA CION LS IH': U N GIRO SCO PO L1BHE

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N ort e local Aline ado con el eje de la Tierra Ve rtical local . V elocid ad de la T ierra Lat itud

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Figura 5 .6 .- Desviació n y cambio de dirección del eje po r transporte .

rr a. En tres h oras la T ie rra h abrá girado 4 5° , Y parecerá qu e el giró sco po ha girad o la m ism a can tida d pero e n se n t id o o pu esto . Despu és d e se is horas, la ro tación de la Tierra y la desviación aparente será n de 90° , Y así sucesivamente, hasta un períod o co m ple to d e 24 h o ras.

139

INSTH UME NT OS PRI NCIPAL ES DE VU E LO

Si el mi sm o giró scopo se situ ara d e forma q ue su eje d e e n tr ad a ZZ , es tu viese alin eado co n la co mpo nen te E-W d e w, e n c ualquier p unto. su eje de giro estar ía en to n ces verti cal: en o tras palabras. se ría un giróscopo d e eje ver tic al. Pu est o q ue e l p lano de rotaci ó n co incide co n e l d e la Ti err a, no ha b rá d esviación a pa ren te . Desvia ci ón re al La d esviación rea l es co nsec uen cia de las im pe rfeccio n es d e un grros co po, co mo fri cción d e lo s cojin e tes y d esequ ilib rio d e la cu na. Ta les impe rfecciones ca usa n precesión ind eseab le qu e só lo pu ed e minim izarse ap lica nd o téc n icas in du striales d e precisión a l d iseñ o y a la con stru cción .

CA MBIO DE DIR ECCION DE L EJE IJEL GIROS CO p O pon TRANS PORTE Co nside re mo s a hora un giró sco po d e ej e h orizo n tal qu e es tá aj usta do ini cia lment e en e l Pol o Nor te , co n su eje d e e n tra da a linead o co n el d e la T ierra . Com o ya he mo s visto , prese ntar á una d esvia ció n apa rent e igua l a W e . Su p o nga mos ah ora qu e e l girósco po se tr ansp orta a un a la titu d inferior, y que su eje d e e ntra d a está alin ead o co n la co m po ne n te ve rtica l lo cal d e W e . Dura nt e e l período d e tran sp o rt e, a u n observado r e n la Ti err a le parecerá qu e e l eje d e giro del giró sco po se ha incli nad o e n un p la no ve rtic al. hast a q ue e n la nu eva la tit u d parece es tar e n la po sici ón mostrad a e n e l diagram a c) d e la Fig. 5 .6 . La inclinació n a pa re n t e. o cambio d e d irecc ió n d e l ej e d e l giró scopo d e t ra nspo rte, se o bse r var ía tam b ié n si, d u ra nt e el t ran sport e, e l eje d e e nt rada estu viese alin ead o co n un a com p o ne n te lo cal N-S, o una co m po n en te lo cal E-O d e W e . El cam b io d e di rección del eje po r tran sp o rte a parecerá simu ltá nea me n te, d esd e lu ego . co n la desviaci ón, y así, e n una ro tación co mp le ta d e la Ti erra, e l girósco po co mo un co nj u n to parecería ha cer u n mo vimi ent o có n ico. La velo cid ad a ngu lar o régim en d e tr a nsp orte d e es te mo vimi en to d ismi n u irá o au me n tará d epen di e nd o d e si la co m p o ne n te E-O d e la velocidad d el av ión es h acia cl Este o e l Oeste . La co m p o ne n te N-S d e la ve lo cidad d el av ió n a u me nta rá la d iverge n cia máxim a d e l eje de l gir ós copo co n resp ect o a la vert ica l; la ca n tida d d e di vergen cia d ep end e d e si la velocidad d el av ió n t ien e una compon ent e No rte o Sur y tamb ié n d e si e l giróscopo est á situ ado en el h emi sferio No rte o Su r. E n la tab la d e la pág ina sigu ie nte se resume n la re lació n c nt re w " y e l ca mb io d e di rección d el eje d el giró sco po y la a lin eación d e l eje d e e n trad a. Si el eje d e e n tra d a d cl giróscopo se situase d e t31 fo rma que su eje d e giro est uviese vertica l, d ura n te e l tran spo rt e só lo present aría ca mb io d e direcció n del eje po r t ran sp o rte. Co n t ro l de de sviaci ó n y desp laza mie n to d el eje por tra nsporte An t es d e q u e un giró scopo libre p ued a te ner un u so prácti co co mo referen cia d e po sició n e n vu e lo en los in st ru me n to s d e vuelo d e l avión y o t ro s eq u ipos tic nav egaci ón asociados. d eb en con tro la rse la d esviaci ón y e l camb io de d irecció n 14 0

LIMI TACIO NE S DE LOS GIROSC OPOS DE DES PLAZAM lENT O

Alin eación de l eje de en trada Norte lo cal Velocidad de la Tierra Camb io de dirección del eje de l girósco po por transp o rte

Este local

Vertical local

nula

cos A

- -

sen "tag A

vel ocid ad angular de la Tierra; A = latitud ; R :::;: radio de la Tierra; V = co mponente N-S de velo cidad de transporte ; (J = componente E-O de velocidad de transporte .

( ,J e ;:::

del eje por transporte , [le modo que se mantenga el plano de giro del giróscopo con relación a la T ie rra; e n o tras pala bras, necesit a la co nversió n a lo qu e se den omi na giró scopo terrestre. El co nt ro l de desviación qu e, co mo ya se indicó , se re lac io na solamen te co n los girósco pos de eje hori zo nta l, puede lograrse ( i) calculando co rr eccio nes utili zan do la fórmu la de velo cidad de la Tierra dada en la tabla preceden te y ap lic ándolas según co rre spo nda ; por ejem plo, a las lect uras de un in dic ador de d irección : (H) apli cando pa res fij os q ue desequilibren el girós copo y le ha gan precesar a una velocidad igual y o puesta a la de la T ierra W e (en la 'página 19 3 se da u n ej emp lo prácti co) : ( iii) ap licando pa res que tengan un efecto similar al cit ado en ( ii ) pero qu e se pu edan variar de acu erdo co n la la tit ud (ver la página 2 18 ) , El co n tro l del ca mb io de direcció n del eje por transpo rte se logra no rma lment e utilizando disposit ivos sen sib les a la gravedad para det ecta r automá ticament e la inclinación del eje de giro de l giró scop o y apli ca r los pares co rrecto res requ eridos. Más adelan te se de scriben ejemplos de est os dipositivos,

LIM ITACI ONES DE LOS GIROSCOPOS DE DESPLAZAMIENTO Se gún la ori entación el e su sistema card áni co , un giróscopo de de sp laz ami en to pu ede es tar suje to a cie rtas limit acio nes de funci ona mi en to ; u na se de nomi na b loqueo cardánico y la 'o tra err or cardán ico. Bloq ue o card ánico

Se p rod uce cu ando la o rientac ió n cardánica es ta l q ue el eje de giro llega a coi nci d ir con un o u o t ro de los eje s de libertad qu e sirven co mo re fe ren cia s de desplazamiento de po sición en vue lo, Consideremos ahora , por ej emplo, el caso del eje de giro del giró scopo de eje ver tica l qu e se m uestra en la Fig. 5,5, qu e llega a co inc idir con el eje ZZ¡ de la cuna exte rio r. Est o sign ifica q ue el giróscop o " í,e rd erí a" su eje de giro, y pu esto q ue el plano de giro de l ro tor esta r ía a 90 co n respecto al eje ZZ¡ pero en e l mis mo p lano que los desp laza m ient o s en alabeo , se perdería también la re feren cia de posi ció n de alabeo esta ble. Si en est a co nd ició n " blocad a" de l siste ma can lánic o se hace girar el giróscopo co mo un co njunto, las fu erza s qu e actúa n so b re el sistema cardánico harían que és te precesa se o bascu lase c o n tinu ame nte.

141

l NST RU MENTOS PRt NCIPALES DE VUELO

Erro r ca rd án ic o

Es u n erro r qu e está tam b ién relacio nado co n la orientación del siste ma card án ico, y se produce sie mpre qu e el giró scopo se desp laza co mo un co nju nto

sin q ue sus cunas esté n en án gulo rect o . Puesto que el erro r correspond e par tículan ne nte a los giróscopos de eje ho rizontal cua ndo se usan en instru mentos in di cad o res de dirección , en el Capít u lo 6 (p ágina 195) se da un a descripció n más det allad a de las causas d el mism o .

METOOOS PARA ACCIONAR INS TRUMENTOS DE VUELO GIROSCO PICOS Par a accio nar los ro to res d e los instrum ent os de vuelo giroscó picos hay dos mét od os principales: neum át ico y eléc trico . En el mét od o neumático la caja de un instrum en to está co nectada a un a bomba d e vacío acc ion ada por el motor, o u n venturi sit ua do ex te riorme nte y en el to rbe llino de un a hélice. La bo mba , o el ven tu ri, Crea un vacío qu e esregu lado po r una válvu la de a livio a entre 3,5 y 4 ,5 pu lgadas IIg. Ciertos t ipos de ind icad ores de incl inació n la teral y viraje fu nci on an en u n va lor más bajo , y éste se obtiene medi ant e una válvu la regu lado ra ad icio na l en la tubería de alimentación del indicad o r. Cada inst ru mento t ien e d os co nex io nes : una se hace a la bom ba o tubería de venturi, y la o tra in te rn am en te a un sistema de cho rr o gira to rio y está abierta a la a t mósfera circ u ndante . Cuando se a plica vacío a los instru men to s, la pr esión dent ro de sus cajas se redu ce, para dejar q ue entre el a ire cir cu nda nt e y salga por los cho rros gira to rios . Los ChOITOS es tá n adyace ntes a "cubetas" corta da s en la pe rife ria del ro tor d e cada instru mento de mo do que la co rrien te d e chorro lo gire a gran veloc idad . A gran des alti tud es, los instru mentos giro scópicos accionad os por vacío sufre n los efectos d e un a d isminució n de vacío debida a la presión atmosfér ica menor ; la red ucció n result an te de las veloci dades del ro tor afec ta la estabilida d giroscó p ica. Otro s incon veni en tes d e la o peració n en vací o so n el peso debido a las t ub erías, las ins ta lacion es especia les para co ntro lar el vacío en avion es d e cab ina presurizada y. pu esto qu e el aire debe pasa r por cojine tes, la pos ibilidad de co n taminació n po r co rro sió n y partícu las de suc iedad. Para su pe rar esto s inco nven ien tes y para sa tisfa cer las dem an das d e ins trument aci ón para aviones de elevadas ca rac ter ísticas, los inst ru men to s giro scópico s se d iseña ro n pa ra su funcion am ien to co n lo s sistemas e léct ricos del avión . Esto se aplica parti cu larm en te a los ho rizo ntes giro scó pico s y a lo s ind icadores de incl inació n la teral y viraj e ; los girósco pos direccio na les accionados eléct rica men te forma n part e de lo s sistemas de brúju la de in dicació n a d ista ncia. En el Cap itu lo 7 se co me n ta n sus princip ios. Las fuen tes de alime n tació n que se u sa n ge ne ralme n te so n co rrie nte trifásica de 1 15 vo lt ios y 400 ciclos de rivada d e un in versor O un a lternado r acc ionad o por mo to r, y co rrien te co n tinua de 28 vo ltios, siendo esta últi ma necesar ia pa ra el fu ncio nam iento d e algunos tipos de indicad o r de inclin ación lat eral y viraje . Los girósco pos de inst ru mentos de co rrie nte alterna utilizan el prin cipio del moto r de indu cció n en jau la d e ard illa, y d ebid o a q ue la frecu en cia de la fuen te de alime nt ació n es alt a, se a lcanz an velocida des mayores d el ro to r (del ord en de 142

E L H ORI ZO NT E GIR OSCOPI CO

24 .0 0 0 r.p .m. ) , d and o asf ma yo r rigid ez y esta i;ilid ad a las indica cion es. El diseño de los giróscopos ac cio na dos po r co rr ie n te co n tin ua se basa en el p rinci pio d el mo to r co nvencio nal d el lipo d e imá n pe rma ne n te. EL HORIZO NT E GIROSCOI'ICO El hori zon te girosco pico, tam bi én de no m ina do horizonte art ificial, i~d ic a la posición de cabeceo y ala beo de un avió n co n relación a la vertical. Para ello emp lea u n girósco po d e d espl azami ento cuyo eje d e giro se manti en e en posició n vert ica l gracias a u n di sp ositi vo sensible ala graveda d, de form a qu e sirve eficaz me n te el mi smo pro pós ito qu e un péndulo , pero co n la ventaj a d e qu e los camb ios d e posició n de l avión no lo h acen oscilar. La s ind icaciones de posic ión d e cabeceo y alabeo so n pr esentad as por las posicion es re la tivas d e d os elemen tos , u no q ue re pr esenta a l mi sm o avión y o tro e n forma d e un a ba rra esta biliza d a po r el giróscopo y 'lil e representa el ho rizo nt e na tural. Med ian te la posició n d e una aguja, tam bién esta bilizad a por giróscopo , y u na esca la fija d e ángulo de in clina ción , se presentan indicaciones su plem en tarias d e alabeo. En la F ig. 5.7 se mu estran dos m étod os d e presentación . El princip io d e fun cio nami ent o p ued e en tend erse co ns ult ando la Fig. 5.8. El siste ma cardánico está dis pues to d e forma qu e la cu na int erior form e la caja d el roro r, y está pivo ta da para lela al eje la teral d el avió n YY 1 ; la cu na exte rio r está pivo tada paralela al eje lo ngitu di na l ZZ , d el avión. Los pivo tes d e la cu na ex teA vión en m in iatura Barra de ho rizonte

ESCala de incl inaci ón Señala dor de incl inaci ón

tndtca ció n d e incli nación a la izqu ierda

la)

lb )

Figura 5.7,- Presen tacion es del horizon te giroscópico. a ) Esca la de in clinación in fer ior; b ) escala de inclinación superior.

143

INSTRUM ENT OS PRI NCIPAL ES D E VUELO

H acia adelante

4 5

X, Posición de subida

-vev-

'._ -----

In clinación

X a la izquierda

\ ~'

Figura S.8.- Principio del horizont e giroscópic o.

rior están sit uad os en los ex t re mos ant erior y post erio r de In caja del instru meut o . El ele me n to qu e represent a al avió n pued e estar fijado ríghla me nl e a la caja, o fijado ex teriormente arriba y abajo para aj ust e de co mp ensación de cabeceo . En o peració n, e l sistema card ánico está estabiliza do para qu e en vuelo hor izo nta l los tr es ejes estén e n ángu lo rect o . Cua ndo el avió n cambia de po sición , digamos qu e em pieza u na su bida, la caja del inst rum en to y la cnna ex terior girarán alrededo r del eje YY I de la cu na in ter ior estabilizada . La ba rra de horizonte está pivotada en el later al y a la part e post erior [le la cu na ex terio r. y e ngrana un pasador de accio namiento fijado a la c una in te rio r. 144

EL H ü H.IZ ON T E GIH.OSCO I'I CO

formando de este mod o un sistema de palan ca -de aum ent o . En una po si ción de subida , el pivot e de la ba rra lleva el ex tre mo post eri or d e és ta hacia arri ba haciéndo lo pi votar alre dedo r del pasad or d e accio na m iento esta bili zad o . Por co nsiguiente, el ex tremo ant erior de la barra y la aguja se mueven hacia abajo e n un áng ulo ma yor q ue el d e la cuna ex te rio r, y pu esto q ue el movimiento es relativ o al elem en to represen tati vo d el avión, se indica una posici ón de sub ida.

Los cambios d e posición lat era l d el avió n, esto es, la in clin a ció n lat era l o alabeo , d esp laz an la caj a de l inst ru men to alrede dor de l eje ZZ ¡ y el siste ma cardánico esta bilizado Ín tegram ent e. Por lo tan to , el mo vim ien t o de l elem ent o represent at ivo del avión con relación a la barra de horizont e, y también el mo vímien to relati vo e n tre la e scala d e ángulo d e inclinaci ó n late ral y la aguja , ind ican los camb ios de po sición lateral. La libe rtad d e m ovi m ient o d el sist em a ca rd án ico alred ed o r de los ejes d e ala beo y cabeceo es de 360 ° y 85° resp ectivam ent e, est ando el ú ltimo lim itado po r medi o d e un " t o pe elást ico" . El motivo d e lim ita r el mo vimi ento d e ca beceo d el hori zon te giro scópi co a 85 ° es evit ar el "b loqueo card ánico" (véase la p ágina 141 ) .

Horizonte giroscóp ico accionado po r vacío En la Fig. 5.9 se muest ra un a ver sión típica d e un horizon t e giroscópico vacuo accio nado . El ro tor está pivota do en coj ine tes d e bo las d entro d e una caja que fo rma la cu na int er ior , la cua l, a su vez , está pivot ada e n una cuna ex te rio r d e forma rect an gular. El coj ine t e inferior del rot or va m etid o en un rebaje en la part e inferior d e la carca sa d el rot or, mientras qu e el cojine te su perio r va en u n aloja mie nto cargad o po r reso rt e d en tro de l casq ue te su perio r para co m pe nsar lo s efectos d e la expansió n d iferencial en t re el ej e de l rotor y la caja, prod uci da po r las variaci ones de te m peratu ra.

Al ex t re mo d elantero d e la cu na exte rio r va fijada u na placa d e fondo q u e rep resenta el cie lo y qu e lleva la aguj a d e inclin ació n la teral qu e ma rca co n t ra la esc ala de ángulo de incli nació n lateral o alabeo. 4

Figura 5.9 .- I1orizo nte giroscó pico accionado por vacío. l. - Plataforma ce, leste, 2 . ~ Clln a interior. 3. Tope elástico . 4. - TlIerca de equilibrado . 5.- Co mpensador de temperatura. 6 .- Ro tor. 7.- Pasado r de acci onamien to. B.- Cuna exterior. 9.- Brazo accio nado r. IO.- Unidad de paleta oscilante. l l. -Topes de parada. 12.- Señalador de inclinació n. 13.- Barra horizontal.

Con junto de cuna y ro tor

14 5

I NST R U M E N T O S PRI N CI PALES D E V U E LO

La cu na ex te rio r ti en e lib e rt ad co m p le ta d e 3 (,0 a lred ed o r d e l ej e d e a labeo . En la part e su perio r de la ca rcasa de l ro tor va instalad o u n t ope e lá st ico qu e limit a e l m ovim ie nto d e cabeceo en ±8 5° .

La ba rra de ho rizo nte y la aguj a fo r man un co nj u n to eq u ilib rad o co n p rec isió n pivo tad o en coj ine tes lisos en e l lat er al de la cuna e xte rio r y ra nurad o pa ra e ngranar e l pasad or d e accio n a m ien to qu e so b res a le d e la caja d el rot o r. La aguja pu est a e n á ngu lo re ct o co n la ba rra y posicio nad a de lante d e la " p laca rep resent at iva de l c ie lo" ind ica lo s ca m b io s d e posición de cabe ceo. En la t a pa d el e x t remo p ost er ior de la caja fiel instru m e nto ha y u na co nex ión p ara e l a co pla mi en to d e la alim enta ció n de vac ío. T am bi én hay en la tapa una en t rad a d e aire filtrad o qu e es tá sit u ada so b re c l so porte y pivo t e d e l coj inet e post er io r d e la cu na e xt erio r, qu e est á t a lad ra do para co m un ica r co n u n cana l e n la c u na cit ada . Est e c ana l t ermi na en boquillas gira to rias d iam et ralm e nte o pues tas d e n tro d e la caja d e l rot or . c uyo lado in fer ior ti en e varios agujero s. Co n e l siste m a de vac ío e n fun ci o na m ient o , se e re n u na depresi ón 1';1ra qu e la atm ó s fe ra ci rc u nda nt e e nt re en la e n trad a fi ltrad a y pas e a través de lo s cana les

a las bo qu illas. E l air e e m it ido po r las boqu illas go lpe a e n las cu be tas de l ro to r. im pa rt ien d o d e este modo fu er zas de a ccionam ien to igual es pa ra gira r e l ro to r a 15.0 0 0 r. p.m . apro xima da me nt e en dire cción co n t rar ia a l giro d e las aguja s d e l re loj segú n se m ire d e sd e a rrib a. Des pu és de gi rar e l roto r, el aire p asa a través d e u na u nidad d e pa leta oscilan te fija da e n el lad o in fer ior d e la ca rc asa de l rotor, y es e x tra íd o fin alm e nt e por la fu e nte d c v acío. La fin a lidad y el fu n cio nam ien t o d e la u nid ad d e pa leta o scilan t e se d escribe en e l apa rtado "S ist PIIHl S de e recció n para horizont es giroscó p icos" e n la página 14 9 .

Horizo nt e giroscópic o el éc trico En la Fi g. 5. 10 se muestra un ejem plo de un ho ri zon t e giroscópi co eléct rico; co mo se obse rva rá, se c om po n e d e lo s m ism o s ele me n tos bá sico s que el t ipo a ccio nad o po r vacío, con la e xc epció n d e q ue e l girósco po vertical es un mo to r de ind u cció n tri fásico en jaula d e a rd illa (q u e co ns ta d e un rot o r y u n es t a to r ). Uno d e lo s re quisit o s e se n c iales de c ua lqu ier giró sco po e s tener la masa de l rotor co n ce ntrad a lo m ás ce rc a po sib le de la per ifer ia, asegu rando asf una inercia-m á-

x im a. Est o no p resen ta di fi cu lt ad en lo 'l ile a ro to res de m eta l ma cizo se refiere, pero cu a nd o se ad optan m ot ores eléct rico s co mo gi rós co pos ha y q ue ha ce r a lgú n arreglo e n su d iseñ o bá sico co n el fin d e log ra r el e fec t o de sead o . El rot o r d e u n motor de ind u cción gira no rm alm en t e en el in t erior de l e st a to r, pe ro ha cer u no lo bast an te peque ño pa ra q ue se acomode de ntro de l es p aci o di sp o nib le sign ifica r ía un a ma sa e inercia de l ro tor d em asiad o peq ueñ a. Sin em ba rgo , si se d iseñ a e l ro to r y sus cojine te s de modo q u e gire en e l ex teri o r de l esta tor , ent o n ces, p ara e l mismo t am año de mo t o r req uerido , la ma sa d e éste qued a co ncen t ra da m ás lejo s d e l ce n t ro , co n lo que se a lim en ta e l radi o d e giro y la inerc ia. Es te es e l m ét o d o ado pt ad o no só lo en los horizo nt es girosc ó p ico s. sino en to do s lo s in strum ent o s y siste mas q u e e m p lea n girósco pos e léc t rico s. El co nj u nto de mot o r va e n un a lojam iento q u e forma la c una int erio r. so po rt ada e n coj inetes e n la cu na ex terio r. qu e , a su ve z, es so ste nida po r UIl pi-

vo t e d e apoy o en la ta pa de cristal fro ntal y eu la pi eza fun d id a po st erior. El 146

E L H O R I Z U NT E G I ROSCOI' ICO

Figura S. IO.- llo rizon te giroscóp ico eléctrico. L e-Avió n en miniatura . 2.-Conju nto indicado r de fallo de energ ía. 3.-Conjunto de girósc op o. 4.-Motor de par de alabeo . S.-M ol or de par de cabeceo. 6 .-Conjunto de ani llo deslizante. 7.- Co njunto de cont acto de la cuna del girós copo . 8.- Est ator. 9.- Rot o r. 1O. ~ Bot ón de ajust e de co m pe nsación de cabeceo . l L c-Pu lsad or de erec ción rápida.

co nju nto d e ba rra de ho rizont e se enc ue nt ra en do s mit ades pivo tadas en la parte poster ior <le la cuna exterior y es accio nado d e form a similar a la ya descrit a en la página 142 . La alime ntac ión t ri fá sica de 115 vo ltios y 400 ciclos es sumi nist rada al estato r de l girósco po a tr avés de ani llos deslizant es, escobi llas y co nju ntos de co ntad o s suaves. El íns t ru me n to emplea un sistema de erecc ió n de mo tor de torsión, cuya op era ció n Se descri be en la página 152 . Cuando se co necta ener gía se esta blece un cam po mag nét ico giratorio en el estato r del giró sco po qu e corta las barras que forman la jaula d e ard illa en e l ro to r, e induce un a corriente en ellas. El efecto de est a co rr ient e es prod ucir campo s..magnéticos alrededo r de las barras y act úa recípro cam ent e con el ~~-l;!) ¿]Q:iQ_del esta to r, haciend o qu e el mot or gire a una ve locidad d 20 .0002. 3.00 0 r.p,nr- aprox imadame nte. El fallo de la fuente de alime ntación lo In lea una ,a nClefa mar cada O F F y accio nad a po r un solenoid e. I ndicadores de reserva de posición en vuelo Mucho s de los avion es act ua lme nte en servicio em plea n sistemas de vue lo integrados o siste mas dire ctores de vuelo (véase el Cap ít ulo 15) que co ns ta n de 147

INS TR UME NT OS PRIN CIPAL ES D E VUE LO

indicado res q ue pu ed en p resentar no só lo d a to s de posicio n d e cab eceo y a labeo d e sd e u nidad es g iroscó pica s vert ica les sit ua d as a dist a ncia, sino tam bi én da t o s de se ña les asociad as pro ced ent es d e siste m as de radionavegaci ón. Por lo tanto , po dría de cirse qu e ya no se n ecesita el gir ó scopo horizon ta l. No o bs ta nte, e x iste u n requisito d e aero nave gabilídad e n caso d e u n po sib le fallo de los c ircu itos qu e con t ro la n la prese nt a ción de po sici ó n d el avió n, y por eso e l horizonle giro scópi co t ie ne todav ía un sit io en el pa n el d e in st ru m ent o s, per o co mo indi ca do r de po sición e n vue lo secu nda rio o d e reserva . En la Fig. 5. 11 se m u est ra un ej emplo de tlll indi cador q u e se u til iza co mo rese rva e n e l Doug la s OC-lO. El giró scopo es d e l t ipo accionado e léc t ricame n te y a lime n ta do p or corrie n te a lt ern a trifá sica d e 11 5 vo lt io s sum in ist rada po r un inver sor es tá ti co que, a su vez , es alime n t ado por 28 vo lt ios corrie n te co n! inua d e sd e la ba rr a c o lectora d e batería. La energ ía de t al fue n te es tá sie m pre d isponi bl e, ascg ura ndo co n es o qu e habrá ind icacione s d e posició n en vue lo. En luga r d el m ét od o m á s co nve ncio na l de presen tar posición d e cab eceo y alab eo d e b arr a d e ho rizon te est a bilizada , se ado p ta un e lemento es fé rico es t ab ilizado como refere nc ia con t ra un s ím bo lo represe nt at ivo d e l avió n . La mitad sup er ior d el e le me n to está co lo rea da en azu l para presen t ar posic io nes d e sub ida , mi entras qu e la mitad inferi or es negra pa ra p resent ar po sicion es d e d escenso . La lí nea d ivisoria e n t re las do s m it ad es es t á grabada co n un círcul o e n el ce ntro d e la lí n ea y re prese n ta el horizonte ve rdad ero . Cada m it ad es t á g rad uada e n aurn en lo s de di ez grados hasta 8 0 ° de subida y 60 ° d e d escen so . El áng u lo d e in clinació n la teral lo ind ica u na aguj a y una esca la de la form a no rmal. El ind icador t ie ne un aj uste de com pe nsa ció n d e cabe ceo y un a inst a la ció n de erecció n rápid a, siendo amb os contro lados por el mand o existente en la e s-

quina infer ior d er ech a del b isel del indi cador. C ua ndo se gi ra el m and o e n su

posición normalmente "metida", el símbo lo representativo del avión puede moverse ±5°, es tab leciendo" co n es to una re fe rencia variab le de co m pe nsac ió n de cabeceo . Tirando del mando hacia afuera y sujc t ándo lo , se e ne rgiz a UIl circuito d e ere cc ió n r ápida (véase tam bi én la página 15 4 ). i\I igua l q nc co n c ua lq u ier in st alación de esta naturalez a. se impon en limitaci on es de ti empo e n su operación.

Símbolo del avión

--- ---

Escala de cabeceo -

::~;~~~~:::=;r- de A guja y escala ángulo de ln clln ac i ón

--- Bandera de e n et q fa "inopera t iva"

Mando de e recció n! compensaci ón de cabeceo

Figura 5. 1 l. - Indi cador de pos ició n de reserva.

14 8

S IS"I E MAS D E

E H ~CC I ON

PA R A 1I0lU ZO N T ES (iI}{ OS C OPIC QS

SIST EMAS DE ERECCION PARA HORIZONTES G IR O SCOPICOS La fu n c ión d e es tos sist emas es e n d er eza r el gi ró sco po a S lI po sici ón verti cal , y m a n te nerlo en esa po sici ó n duran te el fu nci o na m ie n to . El sist em a ado p ta d o d e p end e d e l d ise ño p arti cu lar d el horizo n t e gi ros có pico, pero t odo s so n d e l t ipo se nsib le a la grave d a d y e n ge ne ra l se clasifica n e n d o s cat ego rías p r in cipales: m ecá nicos y el éctrico s. E n la s págin a s sigu ie n t es se d escri be la co ns t ru cció n y e l fun c io nam ien to d e alg u n o s sist em as t ípi co s qu e se usan actu alm e nt e.

Siste mas mecáni cos

Unidad de pale tas oscilan tes E st a un id ad , em ple ada co n e l in strum ent o acc ionado por a ir e d e sc rit o e u la página 13 4 , se mu estra dct a llud am en te en la Fi g. 5 . 12 . Va suj e ta al lad o inferio r d el aloj a m ie n to d e l rot o r y co n st a d e cu at ro pa jeras s us pe n d id a s p endul arm e nt e, suje tas por parejas en dos ej es de intersección sos te nidos en el cu er po d e la u ni d ad . Un o .d e lo s ejes es pa ra lelo a l ej e Y Y, y e l o tro paralelo al eje ZZ , d el girósco po. En lo s lad o s d el cue r po h a y cuat ro a ber t u ras p eq u e ña s a largada s, un a d e b aj o d e c ada paleta . E l a ire , d espu és d e h a ber hecho gira r e l ro tor d el g iró scopo , es ex p u lsa d o a t ravés de la s aber t uras, sa lie n do CHa l ro co rrien t es : u na hacia ad el a n te , un a ha cia a t rás y d o s la te ra le s. La rea cción d e l a ire c ua n d o fl u ye a t rav és d e las a be rt u ras

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Figura 5. l2 .- Unid ad de erec ció n de pa let a oscílan te. a) Co n stru cci ón. b) Precesión deb ida a la reacci ón del aire. e) Girósco po en posició n vertica l. d ) Gi ró scop o in clinado .

149

INST RUMENT OS rRl N CJrAL FS DE VUE LO

ap lica una fuerza al cu erpo de la unidad . Las pa le tas, b ajo la influen cia de la gravedad, c ue lgan s iemp re en la po sición vertical ; est a caractcríst ica es 1<1 que se utiliza para regular e l fluj o d e a ire p or las a ber t u ras y co n tro la r las fu erz as a p licadas al giró sco po por la rea cci ón de l a ire . Cu a nd o e l gir ó sco po se e nc ue n t ra e n su po sició n ver t ical norm al seg ú n se m u estra e n la figura 5. 12( b), lo s bord es co r ta nt es d e las pa let as bi se ct a n cad a una d e la s aberturas (A , !l , C y D) , haci end o qu e las cu a tro ab ertura s se ab ra n por igu a l. Esto sign ific a qu e la s c ua tro rea cciones d el aire so n igu ales y q u e las fu er zas re su lta nt e s alrede do r de ca da eje está n eq u ilibradas. Si a ho ra se d e sp la za e l gir ósco po d e su po sición ver ti ca l normal , po r ejemplo, su partc su pe rio r se incli na ha cia el frent e d el inst ru m e nt o co mo e n (e) , el p ar d e pa letas en e l ej e YY, perm an ece ver tica l, abrie ndo , por tan to, la abertura (D ) e n e l la do d e rech o y ce rra ndo la ( 13 ) e n el izqui erd o . La rea cción au men t ad a d el aire de sd e la a be r tura ab ier ta da co mo resu ltado la ap lica ción d e un a to rsió n a l cue r po e n la d irecció n d e la flecha, alrede do r d el eje XX I ' E sta t eo ría es eq u iva lente a la ap lic ad a e n e l lad o inferi or d e l rotor y a la izqui enla, o en la parte superio r d e l rot or en el pu nt o F segú n se muestra en ("). Co mo e l m otor de un giró scopo siem p re se mueve en un punt o sep arado 90 ° d el punt o e n qu e se ha a plicado u na to rsió n , e l ro to r su fre e n es te caso u na pr eces ió n e n e l pu nto P de vue lta a la vertica l cua ndo las pale tas b isecta n o tra vez las a ber tura s para igua lar la s rea ccion es del a ire.

Unidad d e ereccio n del tipo de bolas Est a u nidad u tili za las fu er zas d e precesión resultant es d e lo s e fec tos de la graveda d so b re va rias b o la s de a cero d esp la zad as d e nt ro de u n por t ad o r gira torio suspe ndido del alojami ento del giróscopo. El portador d e l m ecanism o erec tor de bolas lleva d e ci nc o a ocho bo las. d ependiendo d e l di seño pa rticu lar, la s cua les pu ed e n ro dar librem e nt e a u n d isco d e erecc ión red ond ead o . A lred ed or d e l bo rd e int erior d e l po rt ad o r va fijada u na pla ca q ue ti en e varios ga nc hos . La se pa rac ió n d e lo s gan ch os se elige d e fo rm a que se regu le la sue lt a d e las bolas cua nd o el giró sco po se in clin e, y pa ra d e svia r su masa al punt o c o rrect o e n e l di sco de erecció n para aplicar la fu erz a ne cesaria p ara la p re cesió n. La rota ció n d el portad or se pro du ce a tra vés d e e ngra najes redu ct o re s de sd e e l eje del ro to r d el giróscopo : la ve loci dad de l porta dor es d e 25 r. p.lJl. Cu ando e l giró sco po est á en su po sici ón norm al de o pe rac ió n, segú n se m ue stra e n la Fig. 5. 13(11 ). la s bola s ca m b ia n d e posi ción cua ndo el po rt ad or gira, p ero su masa perm an ece co nce n t rada e n el ce ntro de l d isco de erecc ió n. En esta condic ió n, la graved ad ejerce su mayor t racción en el ce nt ro dc la masa y, por co nsig uie n te . to das la s fu erzas alrededo r de los ejes prin c ipa les de l giró sco po están equilibradas. En (b) e l eje vertica l d el giró sco po se muestra d espl azad o a lrede do r de l eje d e c ab eceo YYr lejo s de la pa rle fr on ta l d e l instru men to . El d espl a zam ie nt o d e l mec an ismo e rec tor d e b ol a s hace q ue ést as ru ede n hac ia lo s ganc hos, que en ese in st an te es tá n e n la parte in fer ior ; p or co ns igu ien te, la fu erza de bida a la gravedad se d esp laza a ho ra a e ste lad o . Pu esto qu e la p la ca co n ga nc hos es t á gira ndo (ene l se nt ido d e la s aguja s d el reloj visto d esd e arriba) , las bo la s y e l punt o e n 150

SIS TEMAS D E E R ECCION PAR A H ORI Z O NT ES Gl ROSCQ PICOS .r

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Eje de giro

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l, Bola cayendo d el lado alt o al bajo Y, La do izqu ie rd o

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Figura 5. 13.- Unidad de erección tipo bola. a) Vertical del giróscopo . h) Giróscopo inclinado se parado de la parte frontal de l instrumento. c) Precesió n a la vertical.

el que e st á ac tu and o la fu erza se rá n llevado s alred edor a l lad o izq u ierdo d el porta bo las. En esta posición las bo las perm a nece n enga nc hadas y su ma sa conce ntrada par a pe rmi tir que se ej erza un a t orsión e n el lad o izq uier d o de l port ab olas, según se in d ica e n (el. Se pue de co n side ra r t am b ién qu e es ta to rsió n ac túa d ire ctament e so b re el coj inete izqu ierd o d e l a lojam ien to d el giró scopo y la cu na e x terio r. La transferencia de es te punto de torsión ap licada al bord e o periferia d el ro to r hará qu e la precesi ón se produzca en un punto 90° d elan t e e n la d irecció n de rot ac ió n . Co mo puede verse e n e l d iag rama , e l a lojamien t o d el giró scopo co me nz ará ahora a te ner un movim ien to de precesió n alrede do r del eje YY I p ara co n trarrest ar el d esp la zam ient o . Como e l mecanismo ere cto r sigue gira n do , las bo las ser án llevada s a la p a rt e supe r io r d el po rt abo las, p ero ro da rá n u na p o r u na d e nt ro de Jo s ga nc ho s en la parte inferior. Po r tan to , su masa es tá una vez más co ncentrada en este lado , p erm iti e ndo qu e la torsión y la presión se mant engan c ua nd o sea n llevad a s al lad o izq ui erd o , Esta acción co n tinua con un movimien o d e creci ent e d e las bolas cuando e l girósco po se ende reza a su posición norma l de o pe rac ió n, en la que las bo las es t á n e n e l ce n tro de l d isco y la fu erza d e bid a a la gravedad vue lve a estar co nce ntrada en el ce ntro de la masa. El d espl azamiento de un girósco po en o t ras direcc ion es alreded o r d e su eje lat era l o longit udi nal dará lugar a ac c io nes aná logas a la s d escrit as ; se d eja a l le ctor co mo eje rcic io útil determinar las fuerzas, las torsion es y la precesió n pro du cid a po r am bos tipo s de siste mas de erecció n y para un desp lazamient o e legido.

151

I NST R U M E NT OS PR I N CIPAL ES I1E V UE LO

Siste ma de mot o r d e torsi ón e int erruptores de nivel aci ón Este s iste m a se uti liza e n vario s ho rizo ntes g iros cóp icos accio nado s eléctr icam ent e y co ns t a d e do s m o to res de co nt ro l de torsió n acc io nad os inde pen d ie n temente po r in terruptores d e ni velación de mercur io q ue está n mon tad os un o p aral el o al eje la te ra l y el o t ro pa ra lelo a l cjc lon gitud ina l. La d isp o sició n d e es tos mot ores de t o rsión y les iu te rru pt o res se m uest ra en el d iagram a d e la F ig. 5. 14. Eje de giro

M f) to r d e par d e cabeceo

IX ¡

C+J

Direcc ión d e giro

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I n terrup to r d e / me-c u rr o de ala beo (en el

eje de ca beceo )

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..,. M oto r de Dar de alabeo

I n terru p tor del

mercurio de

cabeceo le n el

eje de alabeo) ,

X, Figura 5. 14.- Dispos ición de un sistema de erec ció n de int e rru pt or de nivelació n y motor de to rsió n. Motor de par de .cabe ceo : rotor fijo a la parte po sterio r de la caja : est ato r fijo a la cuna e x te rior. Mot or de par de alabeo : rotor fijo a la cuna e x terio r: es tator fijo al alojam iento del giróscop o .

El in t err u ptor mo n tad o lat er almen te d et ecta e l d esplazamie nt o d e l girósco po e n a la beo y e st á co nec tad o a su mo to r d e tor sión d e modo q u e se apl iqu e u na t orsión co rrec lo ra alrede d or de l ej e d e cabe ceo . El d esp lazami ent o d e l giró scopo e n ca bec eo lo d et e ct a e l interru pt or d e niv e lación mont ad o lo ngitu d in almen te, qu e está co nectado a su mo to r de to rsión de mo do qu e las tor siones corr e c lo ras se produ zcan a lr ededo r d e l ej e d e a la beo . Cada in terru ptor d e n ive la ció n ti en e la fo rm a de un tub o d e cr ista l cer rado herm é tica me nte qu e contie ne tres e lec tro do s y un a pequ eña cantidad de me rcur io . Está n monta do s e n cunas aj us tab les co lo cad as en ángu lo recto en un bloqu e d e interruptores situ ado d ebajo d el aloja m ie nt o d el giró scopo . Lo s tu bo s es tá n lle no s de un gas in e rt e pa ra impedir la forma ción d e a rcos en lo s e lec tro dos cuando e l me rcurio hace co ntacto y para aum e nta r ta mb ién la capaci dad de ru pt ura. 152

S IST EMA S DE B"HECCION PA RA H OlÚ ZO NT ES G IHOSCOt'ICOS

Lo s mo tores d e torsió n co ns t an d e un ro la r d e h ierro lam inad o t ipo j a u la d e a rd illa mo n tado co nc éntri cum en te a lrede dor d e un es tat o r, cu yo n úcl eo d e hierro tien e d o s d evan ad o s, un o q u e prop o rcio na un cam po co ns ta n te y q u e Se llama " de va nad o d e refer e ncia" , y el ot ro , e n d os par t es, de form a que p roporc ion e un campo rever sib le, y q ue se d e nom ina " devana do d e con tro l" . A mbos d eva nados so n a ctivado s d esde u n au to tran sfo rm udo r red u c tor co ne ctado e u t re la s fa ses A y B d e la a lim en tación d e 11 5 volt io s a l horizo nt e giroscó p ico'. En la Fig, 5. 15 se ind ica la int erco ne xión e l éct ricu d e tod o s lo s co m po ne nt es de qu e co ns ta ti sistema . C ua ndo el giró scopo est á fu ncio na ndo y e n su po sició n norm al d e o pe ra ció n) el mercurio e n lo s int erru pt o res d e nivela ció n ya ce e n e l ce n tro de lo s t ubos y est á e n c o n tac to co n el e le ct roda ce n t ra l. Lo s do s e lec tro d os ex te r io re s, q u e est án co ne ctados a t ravés de lo s d evana do s d e co n t ro l de lo s es t at ores del mo t or d e to rsió n , perman ecen ab ie rtos. E l au to t ra nsfo rma d o r re d u ce el vo lt aj e a u n va lor se lecc io nad o (p or lo gen era l 20 vo lt ios ) que se e n vía e nt o n ces a l elec t ro do ce n tra l d e lo s in terru p to res y lo s d evan ad o s d e re feren cia d e lo s mo tores d e torsió n . Por t a uto , e n la po sición de o perac ió n norm a l d e l gi rósco po , la co rr ien te f lu y e so lam e n te a t ravés de lo s d eva nad o s d e re fe ren cia . Co n sid ere mos lo que o curre c ua nd o e l gi ró scopo se de spl aza a lrede do r d e u no d e sus ejes, por eje m p lo a la part e fron tal d el in st ru me n to y a lred ed or d e l eje de cabe ceo YY¡ . El in te rru pto r d e nivel ación de ca beceo t amb ién se de spl azará y el mercu rio ro da rá (1 1 ex t re mo d e lant ero d el tubo para ha cer co n t ac to c o n e l el ect rod o ex te rior. Esto co m plet a u n ci rcu it o a un a pa rle d e l d evan ad o d e co n tro l del mo to r de p ar torso r d e ca be ce o , ha cie ndo que circ u le co rr ie nt e a través d e é l e n la di recció n in dicada en la Fig. 5 . 15 . El est a to r d e l mot o r d e ro rsió n d e a la beo tam bién se de splazará e n e l in t eri o r d e su ro tor fijo , p er o no re cibirá ni nguna co rrie n te en su deva na do de co n t ro l, p u est o que e l int erru pt or d e nive la ció n d e alab eo no es a fectad o po r el d esp lazami ent o alrede do r d el eje d e cabe ceo.

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Figura 5. 15_- Diagrama del cir cu ito del sistema de ere cció n de int errupt o r de n ivelació n y mo to r de to rsió n.

15 3

INS T RU MEN TOS PRI NCIPALES D E VUEL O

La to rsió n co ne cto ra necesaria al siste ma cardá n ico d ebe ap licarse a l m o to r d e p ar to rsor d e ca be ceo ; pa ra e llo, d e be h acerse gi rar el cam po mag nét ico d e su e sta to r. El vo ltaj e aplicado al d eva nad o d e referenci a se ali m en ta v ía un co n d e nsado r, y e n cua lqu ier circu ito de co rriente a lte rn a qu e co nte nga capac itancia. la fa se d e la c o rr ie n te es d esolazad a d e forma qu e p rec ed e a l vo lt aj e 9 0° . En e l c ircu ito al devanado de co ntro l no hay capac itancia: po r co ns igu iente , e l vo lt aj e y la co rriente en este devanado están en fase, y puesto q ue lo s d evanad o s de referen c ia y con t ro l so n a lime n ta dos po r la m isma fu ent e, la co rr ie n te d el d ev an ad o de refe ren cia de be estar e n avan ce 9 0° co n re sp ecto a la d el de vanado de co nt ro l. Est a d isp o sici ón d e d esfasad o , o cu ad ratu ra d e fas e, se a p lica t am b ié n a l ca m po m agn é t ic o es t a b lecid o po r ca d a d evan ad o. Po r t ant o, co n co rrien te y fl uj o ci rcu la nd o a t rav és d e l d evan ad o d e contro l e n la direcci ón resul tant e d e l d esp laz am ie n to d el gi ró sco po c o nside ra d o , se produ ce un campo ma gnét ic o qu e gira e n e l csta tor en dire cci ó n co ntraria al giro d e las aguja s d e l rel oj . C u a ndo e l ca m p o gira , co rt a lo s co n d uc to res ti po ba rra d e ci rc ui t o cerrad o d e l ro to r e n j aul a d e ard i lla, ha ci en d o qu e se ind uz ca un a co rrie n te e n e llo s. El e fe ct o d e la co rrie n te i n ducida es p rod u cir cam po s m agnét ico s alreded o r d e !;¡ s barras q ue ac túan re cípro cam e nte CO Il el cam po g irato rio e n e l estatal', crean do una te n d e n cia a qu e e l ro t o r siga a l ca m po d el es ta to r. Esta t en d e n cia t ie ne o posició n inm ed iat a, p orq ue e l ro to r est á fij ad o a la caj a

del instru men to : e n conse cue ncia . se e stablece una torsión reacti va en e l m o l or d e t orsió n qu e e s ej er cid a en el coj ine t e po ster io r d e In cu na ex t er io r. Po d e mos co n sid era r q u e e sta to rsió n e s ejercid a e n un p u nt o e n el rot o r d e l giró sco po d e fo rm a qu e se produzca p rece sión e n u n pu nt o 90° d elan te e n la d ire cci ón d e rot ac ió n . Est a pr ecesión co n t inua d h ast a qu e e l giró sco po y el int erru p to r de mercu rio esté n una vez m ás en la po sició n de operación n orm al . En la Fi g, 5 . 15 se ve cl aram ent e q ue el d e spl azam ie n to d el g irósco po e n la d irección o p uesta har á q u e c ir cu le corr ien te e n la o t ra pa rte d el d ev a nad o d e co nt rol d e in terrup tor d e n ivelaci ón. invi rt ie nd o as í la d ire cció n d e l ca m po m agn ét ico d e l es i a to r y la preces ión re sult a n te .

Sistema s de e rección rápid a En alguno s tipo s de h o ri zon t e giro scó pico accionad o elé ctricamente qu e emp lean e l m étod o d e m o to r d e to rsión d e e recció n, la d isp o sició n d e lo s inr e rru plo res d e nive laci ón es t al q ue , si el ej e d e l ro tor d e l g irósco po est á m ás d e 10° d e la ver ti ca l, se in te rr u mpen lo s ci rc u itos d e lo s m ot o res d e torsió n, d e form a qu e e l sis te m a ca rd áuico nu n c a se e n d erez ará . Po r ej em p lo , e n un d ise ño se llev a un in te rru p to r conmutador, co no cido co mo disyu nt or de ere cc ió n de in cl in ació n la te ra l, e n la cu na ex te rio r a lre d ed o r dcl ej e d e al a beo , qu e sirv e para re d u cir lo s e rr o res d e erec ció n d uran te lo s virajes q ue im pliq u en á ngu los d e in cl ina ció n m ay o res d e 10 ° , ab r iendo lo s circuit o s a a mb o s interru pto res d e nivelaci ón. Po r tanto . si al reasumir e l vue lo horizontal el siste ma ca rd án ic o no ha permane cido e st a b iliza do co n exa ct it ud d e f orma q u e esté d e ntro d el ángu lo d e 10 ° , e l d isyunto r de e recci ó n ma ntend rá e l siste ma de erecc ió n inopera t ivo , Ad en uis, e s p osib le q u e el gi ró scopo d e un h o rizo n te giroscópico h ay a "bascu lado" , O est é fu era d e la ver ti ca l e n un ángulo d e m asiad o gran d e an tes d e po -

154

S IST EMAS DE lJU:CCION PARA lI D IU ZO NTE S GIHOS CD I'ICOS

n er e n march a el in st rum e nt o ; e ntonces, de bido al bajo régimen d e e recció n del s iste ma adop tado normalm ente , se tard arí a de mas iado ant es d e que se o btuv iera la e xac tit u d d e indicación requeri d a.

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Por co nsigu ie nte, pa ra su per ar es tos efectos y llevar el girósco po a su pos ició n de operaci ón nor mal lo m ás rápid ame nt e po sibl e , puede in corpor arse un siste ma de erecció n rápida. En lo s pá rrafos siguientes se de scriben do s siste mas t í p ico s c m p leado s-uct ua hn en te . .

l n terru p to r de erecc ion ráp ida La operació n d e es te sis te ma es mu y se nc illa. El int err up tor (Fig, 5 . 15) co ns-

ta .le varios co nta c te s conec tados en la Iínea de alimentación de energía a los motores de tor sión de l siste ma de erecc ió n e in terrupto res de nivela ción . En co ndicio nes de o peraci ó n nor ma l del ho ri zont e g iro scópi co , e l interru ptor perman ece cargado po r re so rte en la po s ici ón de inoperat ivid ad y la alimen taci ón d e hajo vo lt aje pro ced ent e d e l au to tra ns fo r m ador pa sa so b re u n co nt ac to c errad o de l int erru pt or al sis te ma de erecció n, mientras que lo s o tros co ntacto s perm anecen ab ie rtos.

Sie m p re q ue el giró sco po va ya nuís a llá d e lo s límit es an gulares apropiad o s, d ebe rest ab lecerse e l c irc u ito d el siste ma de er ección y hacer lo más rápid am e nt e po sib le qu e la pos ici ón del giróscopo vuel va a se r norm al. Esto se lo gra ap ret a nd o e l inte rrupto r, d e modo q u e el con tacto d e la lin ea d e a lime n tació n d e bajo vo lt aje se a b ra p a ra a isla r el sis te ma d e e re cció n d el a u lot ra nsfo rm ad o r y lo s con ta c tos su pe rio re s se cie rren . El cierre d e e sto s co n tac to s com p let a el circu ila a lo s mot ore s d e to rs ió n e in t err up tores de n ivel ación, pero su a lim e ntac ió n d e e ne rgía se ca mb ia ahora d el va lo r d e bajo vo ltaj e a l vo ltaje máx imo d e línea de 1 15 vo ltios de sde un a d e las fases, Esto prod uce UIl aum ento de co rrient e a través de lo s deva nados de lo s esta tores de los mo tores de tor sió n, y la mayor tor sión apli cada así a um en ta el régim en d e ere cci ón desd e el va lo r norma l d e 5° po r minut o a e n t re 120 y 18 0 0 po r min ut o , d epend ie ndo d e lo s d ifere n tes di señ o s. Cu a ndo se u se e st e in terrupt or deben t omarse dos pre cau ciones importan te s. En pr im e r lu gar , no se d e be ap re ta r e l int erruptor durante m as d e 15 seg u ndos p ara e vit ar q ue las bo b ina s d el es ta to r se re cali ent en a l ex ist ir m a yor co rri en te. La se g unda precaución se ha de observar e n co ndicio nes de vue lo ; e l inte rrup tor s ólo d ebe apreta rse d uran te e l vuelo u n ifo rme rect o y hori zont al vt» en ángul o s pequeños de sub ida o d esce nso. Si ha y fu er za s de acele ración o de cel eració n, e l giró sco po ten drá mo vimient o de precesión y pro du cirá indi caci ones falsas de po sició n d e ca bec eo y a labeo.

Método elec tromagné tico de erección rápida En es le métod o , u n ele c tro imá n d e fo rm a circu la r va suje to a l int er io r d e la caja de l inst rum ento en ci ma de un inducid o e n forma de so mbrilla mont ado e n el aloja m ie nto del rotor del giró scopo. El ind ucid o tien e a prox imadam ente id mi smo d iá me t ro qu e e l imán. . El c o n tro l del e lec tro imá n y e l t iem po d e e recc ió n se logra n co n una u ni d ad d e con t ro l d e ene rg ía aux iliar que con t iene un t ransfo rmad o r trifá sico, un re c-

155

I NST R U M E NT O S r H I N CI PA I. ES DE VUELO

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Figura 5. 16.- Diagrama del circu ito del mét o do electromagné tico de erección rápida.

t ificad or de puent e, un relé de ret ardo de tiem po acc io nado tér m icamente y u n re lé es tándar de co rriente co ntinua, tod o s intercon ect ado s según se m uestra en e l d iagram a del circuito de la F ig. 5. 16. Cua nd o se co necta inicialm en te la alimenta ción de co rr iente alt ern a no rmal de 115 vo ltio s, se alimen ta a los co ntactos 1 y 2 del relé es tá ndar, y desd e tina fase pasa al recti ficador de pue nte a tra vés del relé de retard o de tiempo. La corr iente co ntinua obt e nida del rectifi cador se suminist ra ento nces a la bo bina de l e lect ro imá n, qu e, al ser energiza do , pro duc e un cam po magnét ico que irra d ia simétricam en te desde un po lo centra l peq ueño a un polo ex te rior circular. . Si e n el moment o de co nectar la fue nte de alimenta ció n el alojami en t o del ro to r del girósco po y, por lo tanto , el indu cido, están incl inado s lejos del cen l ro d el im án, e l campo magnét ico ya no es simé t rico co n respecto al cen t ro del inducido. Por co ns iguiente , en es tas co ndiciones, se ejerce una fuerza mayo r e n u n lado del indu cido q ue en el otro , y la to rsió n aplicad a lo es en direcció n tal q ue hace qu e e l aloja miento del girósco po se enderece a la vert ica l y pon ga la part e superio r del ind ucido en línea co n el cent ro del imán ant es de q ue el rotor a lcance la máxim a velocida d. La co rrie nte con tinua procede n te d el rectifi cad o r, además de pasa r a través d el elec t ro imán, lo hace también a tr avés de la bob ina del relé estándar qu e, de est e mod o, es energizado al m ismo tiem po qu e el elect ro imá n. El camb io resultant e de lo s co n tac tos del relé hace q ue la alime ntación de 115 volt ios sea sum inist rad a a los pu ntos d e tom a de co rrien te 2 y 3 en el devanad o primario del transformad o r. Esto tiene el efec to de redu cir el número de vue lt as de l devan ado ; en o t ras palabras, e l t ran sform ad or es d el tipo elevado r de vo ltaje, yen esta ap licaci ó n part icul ar el vo ltaje del devan ad o pr imario se au me nta a 18 5 vo ltios. 156

S IST EMAS D E E I). ECCION PAH A HOR I ZO NT ES G IH OS COP ICOS

Desp ués de 20 segundos aproxima dam en te, el relé de retardo de tiempo se ab re y descon ect a del electro imán la co rriente co ntin ua. Enton ces, el relé está nda r se desen ergiza y co necta el circu ito d el rot o r d el girósco po del transformador a la alimenta ción norma l d e I 15 volt ios ; el rotor fun ciona a su máxima velo cidad algu nos segun dos d espués. Régimen de erecció n ,1,

Este es el términ o qu e se usa para d efi nir el tiemp o qu e tard a, en grados por min ut o, el eje del roto r de u n girósc opo verti cal en tom ar su po sición vertical b ajo la acció n de su sistema d e erec ció n sensible a la gravedad. Para e l horizon te giro scópico ideal , e l régime n de erec ció n deb e ser lo más rá-

p id o p osib le en tod as las condicio nes, pero en la prá cti ca factores tales co mo la veloci da d, el viraje, la aceleración del avión y la ro tación de la tierra, tienen su efe cto y deben ten erse en cue nta. Durant e los viraj es, el siste ma de erecció n es in fluido por las fu erzas centr ífugas y d esplazad o para hac er qu e el girósco po lo siga por preces ió n. Po r co ns iguien te, el régim en de erecció n máx imo qu e se pu ede usar está limit ado po r el error máx imo qu e pueda toJerarse d urante lo s viraj es. El régime n mín imo lo regul an la ro raci ónd e la tierra , la velocidad del avió n

y lo s cambios casua les d e precesió n deb idos a fricción de los coj inetes, var iaciones de la veloc idad del ro tor y el d esequilibrio d el siste ma card ánico. Po r tant o , lo s siste mas de erecció n debe n d iseñarse de mod o que, para peque-

ños desplazami ento s angul ares del eje rot or de la vertical, el par de erecció n sea proporcional al desp lazam ien to , mien tras q ue p ara desplazami ent o s más grandes sea co nstan te . También está dispuesto para qu e el par dé iguales regí menes de erecció n para cualquier desplazam iento del ro tor en cualquier direc ción

y co n e l fin d e red ucir la po sibilidad de un erro r lent o acum u lativo d ur ant e las ma niobras. Lo s regíme nes d e erec ción n orma l facilitado s pa ra algunos siste mas de erecció n típico s so n 8° 'por minuto para horizo ntes giro scó picos accionad os po r vacío y de 3° a 5° por minut o para lo s acc io nado s elé ctricame nte .

Errores debid os a la aceleración y al vir aje Co rno ya sabe mos, los dispo sitivo s d e erecció n emp leados en lo s h ori zo nt es giro scó picos son tod o s del ti po pen dular co ntro lado s por gravedad. Siendo así, es po sible qu e sean desplazado s por las fu erzas q ue ac t úa n d ura n te la aceleració n y viraje de un avió n, yana ser q ue se busquen medi o s para co ntranestar las to rsio nes resu lta ntes, p rccescrán el eje d el girós copo a un a posició n vertical fa lsa y prese ntarán así una indicación erró nea de la po sició n en vuelo de u n avión. Po r eje mp lo, consideremo s los e fecto s de u na ace lerac ión rápi da en la direcció n d e vuelo, primerame n te en el di spositivo de ere cción de palet as y desp ués en el tipo de int errupt or de nivelación y mot or de torsión (véase la figura 5. 17). La fue rza estab lecida por la aceleración defiectará las dos palet as mont ad as en sentid o tran sversal a la parte p ost erior, abriendo así la abertura derecha. La mayor reacció n del aire que fluye a través de la aber tura ap lica un a fu erza al lado infer ior del rot o r y la torsión le imp rime un mov im iento de precesión hacia 157

INSTRU ME NT OS PR INCIPA L ES DE VUE LO

Aceleración Reacción

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V ert ical falsa

Mo tor de par de cabeceo

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Aceleración

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f igura 5. 17. - Erro r de ace leració n. a) Sistema de el ec ción tipo paleta. b) Sistema de erec ció n de mo tor de torsió n e interru pt or de nivelación .

adelant e alred edor del eje YY, . Por tant o , la barra de ho rizo nt e resu lta desplazada hacia ah ajo , present ando u na indicació n falsa de su b ida. Co n el d ispositivo de erecció n de tipo de int errup tor de nivelació n y mo to r d e to rsió n, la fuerza de la acele ració n desviará. e l mercur io en el int errup to r de n ivelación de cabece o a la part e po st er ior d el t u bo de cristal. De este mod o se co m p le ta

158

UIl

circu ito al mo to r de to rsió n de cabeceo qu e tamb ién impri me al

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SISTEMAS DE

EH~C CION

PARA II O H I ZO N T E S G I HOSCO PI COS

giro scopo un movim ien to de prece sión hacia ade la nt e y d espla za la barra d e ho ri zonte para indi car una su bid a.

En am bos caso s la precesió n se d eb e a una re spuesta na tu ral d el gir ó scopo , y las pa letas p endu lar es y e l mercurio vue lve n siempre a sus posici ones n eutral es. Pero durante ta n to tiempo como p erman ez can las fuerzas perturbadoras, t ales po siciones se a p lica n única me n te a una ve rti cal fa lsa . Cuando se re tire n las fu erzas, la indi caci ó n fa lsa de sub id a pe rm anecerá inicia lme nte y luego di sminuirá grad ua lme nte bajo la influ en cia de la prece sió n, devo lviendo e l eje del giróscopo a su ve rt ical verda d e ra . De lo an teriorm en te di cho se dedu ce q ue, d ura n te lo s perío d o s d e d e celeració n , u n ho rizont e 'giro scó p ico presen tará una in d icación falsa d e un d escen so . Cua ndo un av ió n vira, p ue de n pro d u cirse indicacion es falsas alre d edor d e lo s ej es d e ca beceo e in clinación lat eral o alab eo debid o a lo qu e se d enom ina

" efectos card ánicos" introducido s por las fuerzas que actúan sobre ambos

CO Il-

j un to s d e paletas o sc ila n tes y a m bos in terrup to res d e ni ve laci ó n. ll a y , e n e fecro , dos e rro res deb ido s al viraje : lo s erro res de erecció n y lo s errores de pe ndulaci ón .

Errores de erección Cuando un avión entra en U Il viraje con inclinación co rrecta, el eje del gir óscopo per ma necerá inicia lm ente e n la po sición ve rtica l y se da rá una indicació n e xact a de in cli nación . S in embarg o, en es ta po sición , las pale tas oscilantes mo ntad as longitu d in a lm ente , o el interrup to r de nive laci ó n de alabeo, so n acc io nad o s por fuerza ce ntrí fuga . Por co ns iguie nte, el girósco po es ta rá sujeto a un a tor-

sió n ap licada a u na d irección t al que t iende a impa rt ir un m ov imi en to d e p recesió n al eje d el giró sco po hacia la p erpendi cu lar del avión a lo largo d e la cu al act úan la result an t e d e las fu erzas cent rífuga s y d e la grave d ad . Po r t an t o , el giró s-

copo es enderezado

él

una vertical falsa e introdu ce un erro r e n la indicación de

in clin a ción .

Co n la ayud a d e la Fi g. 5. 18, q ue p resen ta el cas o d e un -avi ón q u e gira a estri b or 360° con resp ec to a un pun to d e iniciació n A, pu ed e hacerse u n a nálisis del erro r. La fu erza ce n trífuga experim ent ada po r e l ej e d e l giró scopo e n la posición ve rt ical fal sa dura n te e l viraj e es co ns t a nte y e n ángulo recto al rumb o in st a nt áneo . Esto quier e decir qu e cua n do e l avió n ca m b ia su rum b o a nn régime n cons ta nte dura nt e u n viraj e d e 360° , la part e su pe rio r de l eje d el giró sco po trazará u na tra ye ctoria circ u lar q ue es tá 9 0° e n ava nce d el rumbo d el avión . El c irc n lo e n la izq u ierda d e la F ig. 5. 18 rep resent a la tra yect o ria d e l eje d el gir ósCOP, ), y cu a lq u ier c ue rd a d e es te c írc u lo indi ca rá la incli na ció n del eje co n re lac ión a la vertica l verd ad era. La cue rda AB ' , por ejem p lo, re p resen t a la dirección d e in clinació n despu és de qu e el av ió n ha y a virado 90 ° . Al rela cio na r es ta in c lin ación co n e l girósco po y la resp u est a d e sus d ispo siti vo s d e erección co n tro lados po r grave dad co n e l v iraj e, pu ede reso lverse e n d o s co m po ne nte s, un a hacia ad e la n te y otra a es t ri bor. Por t anto , cu and o el avió n es ta e n e l punt o B d e su viraj e, se presen ta

UJl

e rror en cabece o ade má s d e un erro r e n inclina ció n. La

cue rd a AC' in dica, de fo rm a a ná loga , la d irección d e incl inaci ó n d espu és d e 180° ; en es te punt o la incl inación es m áxim a y el erro r de in cl inaci ón la te ral se ha reducid o a ce ro , d ejan do un erro r m áx imo e n la indicaci ó n de cabeceo . La

159

I N ST R U M E N T OS PR I N CIPAL ES D E VUE LO

figura 5.18.- Error de erecció n.

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Trayectori a de la C ' perta super ior del eje del giróscop o

d ire cción de incli na ció n d espués d e 270° se indi ca por lacu erd a 1\1)' : e n e l pu nt o D, ve mo s qu e e l erro r d e cabeceo es el mi sm o que e n B. p ero e l erro r d e inclinación lateral se produ ce e n la direcci ón o puesta. A l vo lver al pun to 1\ Iél: inc liIlación del eje del girósco po sería cero .

Compensacton d e errores de ereccion Lo s e rrores de e recció n pued en co mpe nsarse por uno d e lo s tres mét o do s sigu ie n tes: (i) incli na ción d el eje de giro d e l giró scopo. (j i) co rte d e erecció n. y (i ii) co m pe n sa ció n de cabe ceo-incl ina ció n lat eral. Eje de giro inclinad o El m ét odo p a ra in cli n ar e l eje de giro se ba sa e n la id ea d e que. si la part e su perio r d el eje pu ed e d escri bir un círcu lo a lred ed o r d e s í mi sm o d ur a nt e un viraie, entonces resultará únicamente un so lo error co nstante . En S11 aplicación , el m ét od o e s me cáni co y varía co n e l ti po d e hori zon t e giroscó p ico , pero en lo d o s lo s casos c l resu lta do es impart ir a l eje d el gi ró scopo d esd e la vert ica l verd ad era u na inclin ació n co nst a n te ha cia ad elan te (h aci a a t rá s e n algu no s instru m ent o s). El á ngu lo d e in c linación varía, pe ro su ele ser 1,6° ó 2,5°, En lo s tipo s a ccio na d o s p or va cío, la s pal et as oscila nt es mo ntada s tran sversa lm ent e es tá n eq ui librada s d e mod o qu e e l giróscopo reciba un movimi en to d e p re ce sión a la po sición inclinada ; e n cierto s hor izont es giroscóp icos e lé ct rico s, e l in terru pto r de mercurio d c ca bec eo está fijo en una p o sición in clin ad a. p ara qu e e l girósco po su fra una precesió n que .le se p are d e la ver t ica l verd ad era co n el fin d e ven ce r lo que d et e cta co mo un e rr o r d e c a beceo. Las va rillas e nt re e l giró sco po y la barra del horizonte está n di spu est as d e mod o qu e durante e l vu elo horizont al la b arra citad a in diqu e es t a co n dic ió n . En la Fig, 5. 19 se mu estra el e fect o d e la in clina ción , d on d e el p unt o A represe n ta e l fin al de la ver t ica l verd ad era a tra vés d e l cen tro d e l ro to r, y I\ A ' la direcció n de incli nación ( en es te caso hacia ad elan te ), Durant e UII viraj e a est ri-

160

S IST EMAS DE E HE CClü N PA RA 1I0 lU ZO NT ES G IROSCO I'ICOS <

Figu ra 5. 19.- Erro r de erección co m pensado . A'

180 "

Trayectoria de la p a rt e superior del eje del giróscopo

e 270" D

ba r, la p ar te su per io r d el eje del gir óscopo d escribe un c írc ulo a lred ed o r dé! pun to A a l mi smo régim e n que e l avión ca m b ia d e rumb o . Po r cons igu ie n te, la c an ti d a d d e incl inaci ó n y Sil d irecci ón co n rel ación a l avió n du rant e e l viraj e so n const a n tes.

Curt e de erección El mét o d o d e co rte d e ere cc ió n se e m p lea e n c ier tos t ip o s d e horizo n te giro scópico e léct rico y o pera a u tomá t ica me n te siem p re q ue el avi ón se incli ne m ás d e 10° e n u n a u o tra d irección. Co ns ta básica me n te d e u n con m u ta do r co mpu est o d e u n seg me n to co nd uc to r y un seg me nto a islado, y dos co nt ac t os o esco b illa s co nec tados en seri e co n el in terrupt o r el e ni ve la ción de in clina ción latera l. El co n m u t ad o r es tá si t uado en e l eje d e in clin a ción la teral en la part e p osterio r d e la c u na e xte rio r; e n e l vuelo rect o y hori zon ta l las d o s e sco b illas se apoya n co n tra el seg me n to co nd uc to r, co m p le ta ndo de es te mod o e l c irc uito d e a lime n ta ció n de e ne rg ía al in te rr up to r d e n ivelació n. Du ra nte un vir aje ha y u n mo vim ient o rel at ivo e n t re e l con m u tado r y las escob illas d ebid o a la in cli na ció n ; c ua n do e l áng u lo d e incli na ció n O a labeo pasa d e 10° , el segme n to aislad o q ueda de bajo d e u na u o t ra de las escobillas e int errumpe as í la ali me n tació n a l in t errupto r d e niv el ació n d e in clina ción. Por co nsigu ien te, e l de spl aza m ien to d e l me rc u rio por la fuerz a cent r ífu ga no pu ed e e ne rgizar el mo tor d e to rsión pe r tine n te y ocasiona r pr e cesión a una vert ic al falsa . De b id o a la fu nc ió n d el co rte. no pu ed e haber ni nguna e recci ón a lred edo r d e l ej e de ala b eo si la alimen t aci ón d e e ne rg ía es tá co nec t ad a a l in st rument o c ua nd o su siste ma ca rdá nico está inclinad o más d e 10° a lrede do r d e es te eje. Sin e mbargo , la a lim entac ió n pu ede co nect a rse po r m edio d e u n circuit o d e " ere cció n rápida" q ue d e riva, es d e cir , sa lva el corte de la form a descr ita e n la pá gina 154 .

Erecci ón de cabeceo-alabeo t inctinact ón tat erat) El t e rce r mé tod o , co noci do gen era lme n te C0 l110 " erec ci ón d e ca beceo-a laDeo " , es uno co m b inado en c l que el int erruptor d e n ivel ación d e in clina ció n la161

IN ST R U M E N T OS PR I NCIPALES DE V UF U )

tera l O alabe o e stá de scon ect ado durant e un viraje y su siste ma de erecc ió n es co nt ro lado por el int erruptor de nivelació n de cabeceo. Tien e la mi sión de intentar co rregir lo s erro res variab les de ca beceo y alab eo y só lo opera cuando el régi men de virai e pro d uce una ace leració n cen t rí fuga superio r a 0, 18 g, lo cual eq u ivale a un a inclinació n d e 10° del int err up tor de erecció n de alab eo. El siste ma se mu estra esqu e máticament e en la Fig. 5.20, (' 11 la q ue o bse rvamo s que existe n dos in terrupt o res de mercur io adicio nales, conectados C0 1110 un co nmutado r bipo lar, y q ue está n interconec tad os co n los siste mas d e erec ció n de cabeceo y alabeo norm ales. Con siderem o s prime ro un viraje a la izqu ierda , q ue cree una acelerac ió n cen t rífu ga menor de 0 , 18 g. En ta l viraj e, el mercurio del inter ru pto r d e nivelación de alabeo se d esplazará a la d erech a y puen t ear á la sep aració n en tre el elect ro do d e alime ntac i ón y el elect ro do de la derech a, comp let ando así un circ uito al mot or de to rs ión de alabeo . Est o eq uivale a un a inclinación a la derecha del eje d el giró sco po al co mienzo d el viraje ; por co nsigu iente , el mo to r de to rsión de alab eo im pr im irá un a pr ecesión del girósco po a un a vertic al fa lsa , a la izquierd a de la verd ade ra. Al mism o ti empo , el eje del giróscopo se incl ina hac ia ad e lante d e bido al e fec to cardán ico, y e l mercurio de l in te rruptor de nive lación de cabeceo, al no ser afectado po r la aceleració n ce nt rí fuga , se mu eve hacia ad e lant e y co mp leta u n circ uito al moto r de torsió n de cabeceo, q ue im pri me una pr ecesió n d el giró scopo hacia atrás. Los Jo s co nmutado res curvo s, qu e están tam bi én mon tados alred edo r del eje de alab eo , no ent ran en func io na m iento. puesto q ue e l mercu rio de cad a int errupt or no es desp lazado lo su ficie nte me nte lejo s para hacer co nt act o co n los elect ro dos de la der echa. Po r tanto , co n un a aceler ació n cent rí fuga mellar de 0, 18 g. no ha y co m pe nsació n alguna.

Mer curi o desplaz ad o para hacer el circuit o al m ot or de par de incl inación

M ercuri o desplazado para in terrumpir el ci rcuit o al m ot or de pa r de incl inación

Interrup to r de m ercu rio de incl in ación

A lime nta ci °' "_-1"0 O I nterruptor de mercu rio de cabeceo

fi,

, t

(:::::(> Alime nt ació n cuando la aceleració n

--- --Figura

162

5 .2 0.~

centr í fuga es rmm or de 0 ,18g ..... Alimen tación cuando la aceler ación cent r ífuga so; ma yor de 0 .18 9 _ __ Ali mentación en fu nci ón de cambio

Erecció n de "cabeceo- inclinación",

SIS T EMAS DE E H ECCl ü N PA H A 1I0 K I Z O NT ES G I K OS CO PI COS

Co nsid e re mo s a ho ra u n viraj e en e l q ue la ace le ra c i ón ce n trífuga sea s uperior a 0 ,1 8 g. E l mer cu rio del in te rru p t o r de n ivel ación de a lab eo es desp lazado a l final d el tub o y, de este mo do, de sco necta la a lim e n tació n norm al a l mo to r de to rsión d e alabeo) es to es) aho ra act úa CO IllO u n disyu n to r de e re cc ió n. Sin embu rgo , e l in te rru p to r de niv ela c ió n d e cabeceo to da vía re sp o n d e a una incli na c ió n hacia ad el an te y perm a nec e co nectado a su m o tor de torsión , y, co m o se o bse rvará po r el d iagra ma, j a m bi én co n ect a ti lla a lim en ta ción al m a s bajo .d e los d o s co n m u tad o res. ' Pu esto qu e e l m er cu rio d e es tos int er ru p to re s es t a mb ién d esp lazado po r la aee lera e l ón ce n t rífuga , Se co m p leta un ci rc u ito de sd e e l int errup to r infe rio r al motor de torsi ón d e a labeo ) q ue im p ri me UI H.I p recesió n a la d er echa del ej e del girósco po pa ra red u cir el erro r de alab eo o incli nació n la te ral. Al m ism o tiempo , el in te rru p to r d e n ivel ación de ca bec eo co mp le ta un circ uito a l m o to r de to rsió n de cabeceo , el cu al imprime e n to nc es u na pr e cesión hac ia a t rá s al eje d e l giró scopo , pr oduc ien do así e l erro r de ca bec eo . De est e mod o , du ra n te los viraj es, el in terru pt o r d e n ivel ació n d e ca beceo ap lica u n co ntro l co nst a n te a lre ded or d e lo s eje s d e ca bec eo y alab eo ; d e aq uí e l térm in o "e re cc ió n d e c ab eceo-ala beo ". L.J [unció n d e con m u ta ció n de lo s in te rr upt o res d e mer curio c urvos depend e d e la d ire cció n d e in clin ac ión d el eje del giróscopo e n ca b ece o, qu e l:stá represen ta d a po r las fle ch as a t raz os d e la Fig. 5. 20 ; al est a r el giró scopo y el in te rr upt or d e nivelaci ón d e ca beceo in clinad o s aho ra hacia a trá s, el ú lt im o co nec ta tilia a lime n tació n a l co n m u t ad o r su pe rio r y ca m bia su di re cció n a l ruot o r de t o rsi ón de alab eo) ha cié ndo le qu e im p rima una pre cesión d e l girós copo a la izq ui erd a. El ca m h io d e direcció n de la a lime n tac ió n a l mo to r d e to rsió n d e pende t a mb ién de la dire cción del viraje, como p ued e vers e es t u d ia ndo la F ig, 5. 2 0. Es te siste ma , co mo el m ét o do d e co mpen sació n de co rt e d e erecció n , necesi-

t a u nai n sta laci ón d e " er ecció n rá pi d a" p ar a llevar el giró scopo a la ver t ica l ve rd ad e ra cua nd o es t á in cli nad o más d e 10 ° e n a lab eo o ca beceo, Puesto q ue las fu erza s y lo s pa res d e torsió n q u e a ctúan so b re el girós co po d epe nd e n d e la ve lo cid ad de l av ión y d e l régime n d e viraj e , es e vide n te e n to nc es que todos los e rro res de erec ció n va ria rá n e n co nsecuenc ia, y es to ha ce q u e sea b ast an te d if'Ic il co ns egu ir un a co m pens aci ón q u e lo s e lim ine co m p le t a me n te. Por co ns igu ien te, su ele se r usual, part icularm ente con inst ru m en t os q ue C:IIl p k e n el mé todo d e co m p e nsac ió n d e eje inclinado y corte d e in cli nac ió n , ba sar 0 la co m p e nsa ció n e n un régim en d e viraj e está nda r d e 180 por m inu to a una velo cid ad d e 20 0 m. p. h . En o tros regí menes d e viraj e y vel oc id ad es co n re spect o a l a ire, lo s e rro res so n pequ e ños. Erro res de p endu lació n La pe nd ula c i ón, o " p esadez de l fo nd o " co mo se la lla m a a lgun as veces , se intro du ce a m e n ud o d eli b e rad a me nt e en lo s horizo n tes giroscópicos pa ra q ue e l g iró sco po d e scan se siem pr e apro x imadame nt e en su posic ió n ve r t ica l. Es to a yu(la " reducir el ti empo d e erecció n c ua ndo se arran ca y ta m b ién im p ide 'lile e l siste ma card ánico gire a lrededo r de lo s ejes d e a lab eo y ca bec eo d u ra n te la para d a d el rot or. S in e m bargo , pu ed e ser infl u ido p or fu er za s d e acele ra ció n y d ecelerac ió n e n vu elo re c to y ho rizo n t al , y fue rzas ce n t rífu gas d ura nt e lo s viraj es ; en co nsecu e nc ia, es u na fu en te d e erro r ad iciona l) es to es. erro r d e p end u lac io n.

16 3

INSTR U f',' E NT OS I'HIN CII'A LES DE VUE LO

Cua ndo se prod uce ace leración . la base de l co nj u nto del rot or ti en de a re t rasarse deb ido a la in ercia , es decir, t iend e a osc ilar di rec tam ent e hacia atrás, Al 0 seguir la fuer za co n la ay uda de la regla de precesió n de 90 , se verá , sin e mbargo, qu e e l co nj unto d e ro to r pr ecesará alrededor de l ej e de alab eo a bab or () estribor seg ún la dirección de ro tació n del ro to r. Una dece leración t iene el e fect o o pues to , El erro r de pendu laci ón resu ltant e de u n viraje pued e ana lizarse de forma an áloga a la de los erro res de erecc ión, En la Fig, 5,2 1 se co ns ide ra de n uevo 0 que un avió n gira a estribor 36 0 desde el punt o A. Cuando se ent ra en el viraje , .la aceleració n ce ntrífuga ti end e a hacer osci lar la ba se del co nj u nto de rot or a ba bo r, prod uciendo precesió n de giróscopo alred ed o r del eje de ca beceo. lo cual depend e o tra vez de la rot ación de l rot or. En ese mo mento. e l ej e del giró scopo se inclina ha cia ad elant e a una vert ical falsa y el instrum ento indi ca una sub ida apa rent e, En todo el viraj e, la parte su perio r del eje del girósco po traza u na t rayec to ria circ u lar qu e, a difer en cia de la result ant e de los efectos de viraje en los sistemas de erección, está sincronizada co n el cambio de rumbo del avión. Como antes, cualq uier cuerda del cí rc u lo desde el punto en qu e co menzó e l vir aj e indica la incli nació n del eje del giróscopo en relación co n la vertical verd adera, y ~e presentarán errores varia bles en las indicaciones de alabeo y cabeceo.

:l: \' C 1 _ '--~ A, ,'-~-';7J "7-~---¡c

, ,

180 "

/ ..., Trayectoria sin corregir de la part e superio r del ejP riel gir óscopo

Traye ctoria d e la par te superio r del eje del giró scopo cuando se aplica inc linaci ón inicial a la lzculerde

F igur a 5.21 .- Error de pendulaci ón.

Compe nsació n de errores de p endu laci o n La com pensac ron se sue le efec tuar adopta ndo el méto do de eje inclin ado . sie ndo la inclina ción en es te caso alrede dor del eje de alabeo y dep endiend o la di rección de la de rotación del rot or. La ca nt ida d de inclinació n está regulada 0 por el tipo de in stru mento, co nside rá ndose 0,5 0 y 1.75 dos valo res típi cos,

El e feelo d e la co mp ensa ción. mo stra do po r e l círc ulo máxim o en la figura 5.2 1. es ex ac ta me nt e el mismo que el pro ducido cuando el ej e d el giró scopo se incli na en cabeceo. es to es, la part e supe rior d el eje (raza una t rayect o ria circ ular alred ed or de sí mi smo para producir un so lo erro r co nst ante. 164

l N Dl CAJ) O H ES DE I N C Ll N A Cl ü N L AT EH AL y V I HA JE

I .1

INDICADORES DE INCLlNACION LATERA[ y VIRAJE El ind icado r d e inclina ción late ral y viraje fu e é l p rim e ro lié lo s inst ru m en to s d é vue lo d é¡ avió n qu e u só un giró sco po com o eleme n to d et ect or, y , en co nj u nc ió n CO Il una brújula magnéti ca. co ntribuyó de for ma valiosa al arte de vo lar sin ref ere n cia s ex te rio res. F ue co nsiderado, po r tan to , u n inst rume n to funda me nta l y p rin cip al del " vu elo sin visibilidad " p ara tod o s lo s tipo s dé av io nes . No obst a n re, co n la e vo luc ió n co ntin ua d e lo s aviones, lo s ca mbios de req u isitos o peracionales y la int ro d ucción de in strument o , y siste m as d e vu elo má s ava nzado s, el luga r q u e d ebía o cup a r el indi cad or de in clina c ión lat eral y vi raj e en e l gru po d e inst ru men tos d e vu e lo fu e objet o d é m u cha d iscu sión . En los avio nes má s pequ e ño s to davía se le co nsidera e l instrumento princip al, pero en much o s tip o s de aviones gra n des y más so fisticados , su utili zaci ó n ti en e u n papel sec u ndari o , e in cluso se presci nde de él. Un indicador de incl inación lateral y viraj e co nsta de do s m ecani sm o s ind ep en dien tes : un m e ca nism o d é aguj a co nt ro lado giro scópi came nt e pa ra la d et e cció n e in d icación del régim en a l que vira e l avió n , y un mecani sm o para la d et ec ció n e indi cación d e la inclinació n lat era l y/ o resba lami ent o . En la F ig. 5 .22 se m u estra n las pre sentacio nes en las es feras de dos indi cado res t ípico s.

l-igura

~ .22.- Pl e sc n L a c i ó n

tí pica en la es fe ra de los ind icad ores de inc linaci ón y viraje .

Giróscopo de régimen l'a ru d et e ct ar lo s regí men es de viraj e se ha ce u so direct o d e la pre ce sió n giro scó pica . para lo qu e el giró scop o se d ispo ne de 1(1 fo rma que se m ue st ra en la figura 5.2 3. Ta l arre glo o d isp osi ción se co noce bajo la de nom inación d e girósco-

po de régimen . Se o bserva rá que e l giró scopo difi er e en d o s aspecto s d e los em p leados e n lo s giró scopo s direccion ales y en lo s hori zont es giros cópi co s ; só lo tie ne una cuna y ti en e un m u e lle co nec tado e nt re és t a y la ca rcasa para restringir el movimien to a lre de d o r d el eje longit udi nal Y Y , ; por t an to , se le d en om in a girósco po d e un 16 5

INS TR UMENT OS PR IN CIPA LES DE VU EL O

Estirami en to del mue lle para

,..---t:==> virajes a la izqu ier da y a l a

Eje de

en trada

de rec ha ~

~i a ade lan te

?I~~"",- ~-y~ _

Eje de p recesión

y ----

<, X,

Figura 5. 23 .-Gi rÓscopo de régimen .

so lo eje . Exam ine mos la F ig. 5.23 co n un poco más d e at enció n co n el fin de com p rend er có mo pu ed e ha cerse q u e t al di spo sición o arre glo ind iqu e reg ím e. n es d e vir aje. Cu and o el inst ru mento esté en su posició n d e o pe ra ció n norm al, el ej e de giro d el rotor estará siemp re hori zo ntal d ebid o a la restricc ió n d el mu elle, y la aguja d e viraje est ará en la m arca d e refer en cia cero . Cuando el ro tor está girando , su rigidez asegurará el ma ntenim ien to de la co n d ic i ón ce ro. Su p on gam os por u n mo m ento q u e el giróscopo no tiene ningún muelle rest ricto r y que el instru m ento es girado a la izq uierda, alr ed edor d e un eje de entrada ver tical. La cu na girará tamb ién, pero co mo la 'rigid ez de l giró sco po resist e este mo vimi en to d e giro , precesará alred ed or d el eje YY, . La dirección d e p recesió n pu ed e d et erm inarse med iant e la reg la senci lla ya dad a. Un viraj e a la izq uier da hace qu e se ap lique u na fu erza en el pi vote ant erior d e la cu na , lo q ue es igu al qu e t ra t ar d e emp ujar el ro tor en el p u nt o F al red edor de su peri feria. Al seguir es to en 9 0° en la direcció n d e rotación , habrá precesión en el pun to P, hacien do así q ue la cu na y el ro to r se incl in en alrededo r d el eje lo ngitudin a l. Si hu biese un a aguja fijad a a la cu na, ta mbién se in clinaría el mi sm o ángu lo e ind icaría u n vir aje y tamb ién su d irec ción . Sin emba rgo , no s int eresa más el régimen al q ue se realiza e l viraje ; para o btener u na indi cació n d e ést e. cont rolam os la d eOexi ón an gu lar de la cuna co ne ct á udo la a la caja de l in st rum ento a t ravés d e un mu elle. Co nside rando un a vez más e l viraj e a la izq u ier da indi cad o, el giróscopo te ndrá aho ra precesión y esti rará el mu elle hast a qu e la fuer za q ue ejerz a impid a u na m ayo r defle xión d e l girósco po . Puesto qu e la precesió n de este tip o de girósco po es igual al produ cto el e la can ti d ad d e mo vim iento ang ular d el giró scopoco y el régimen de viraje, la fu erza d el mu elle es u na medid a d el régimen ele viraje. Si el mu elle es lineal, est o es, su fu erza es pro porcio nal a la defl exi ón ele la cu na. y la d e flexión es pequ eña. el mo vim iento real el e la cu na de sde la posi16 6

IN Dl CA D C) R ES D E l NCLl N ACI O N LATE RAL y V IR A JE

ción cero o d e re po so pu ed e to m arse co mo la medida requ erid a del rég imen de viraje.

E n la prá ct ica , la d efl e x ión d e la c u na no pasa ge n eralme nte d e 6 ° . El mo ti vo

¡JP. esto e s redu cir el erro r deb ido a qu e la co m po nente de régim en de viraj e no

est á e n á ngu lo re ct o a l eje de giro duran te la d efl e x i ón d e la c una . La aguj a d e régim en de viraj e eS accio nada por la cuna y UI1 s iste ma de au me nto c uyo di se no var ía seg ún los fabrica ntes. Las escalas es tá n grad uada s e n lo q ue se denomina n reg ím en es "e st ánd ar" , y a unq ue és to s no s ie m pre es tán mar cad o s e n la escala, es tá n clas ifica dos por lo s nú m eros 1 al 4 y co rres ponde n a reg ímen es d e viraje de 18 0 , 360, 5 4 0 Y 7 20° po r m in u to respe ctivament e. La s gra d ua cio n es mo strad a s en un o y o t ro lad o d el ce ro d e la esca la e n la esq u ina supe rio r derec ha d e la Fi g. 5.22 co rrespo n de n a un r égimen d e vir aje l .

Ta m b ié n ha y un s ist ema para am ortiguar las oscilac io nes d e l girósc o po , el c ual es tá aj us ta do d e forma qu e la ag uja d e viraje responda a ca m b io s ráp id o s de régime n de viraj e y, a l mis mo ti emp o , lo haga insta ntán eame nte a un régimen de v iraje det erminado . Hay q ue de cir qu e un girósco po de régim en no necesit a di spo sit ivo de e recció n o correcció n de precesión cas ual, po r la se ncilla razón d e qu e siem pre es ce n t rad o por el siste m a d e mu e lle d e co n t ro l. Por es t a razón re su lta in necesar io 'l ile el ro to r gir e a gra n velo cidad ; un a veloci dad d e 4 .0 00 a 4 .500 r.p .m . 'se c o n sid era tí pi ca. El fact o r más importa nte en co nex ió n co n la ve loc idad es que d ebe mant en erse co nsta nte, puesto qu e la prece sión de l ro tor es di re ctam en te propo rc io na l a su ve locida d . Ind ic aci ón de incl inaci ó n lateral o alabe o Ad e más de la in di ca ci ó n principal d e régim en de viraje, también es ne cesario ten er una ind icació n de qu e e l avión es tá corr e cta m en te incli nado para u n viraje en particular. Por cons ig uie nte, se fac ilita U Il me ca ni sm o de ind icación se c und ari o cuya o pe rac ió n depe nd e de l e fec to de las fu erza s d e gra vita ció n y ce n t rí fugas. Puede n e m p lea rse do s métod o s me cá ni co s principa les : Lino que ur ih zu un contrapeso d e g raved ad y u na ag uja y el o tro uu a bola e n u n tub o c u rvo d e cr ist al llcno d e lí quid o (véa se la Fi g. 5.22).

El m étod o d e c o n tra peso- graved ad se ilu stra esq u e má tic am e nte e n la figura 5.2 4 . En vuelo normal, diag rama (a) , la gravedad ma nti en e el peso e n tal pos ició n qu e la aguja indica cer o . En (b) se mu est ra el av ión g irando a la izquierda a cie rt a ve lo c ida d co n respec to a l ai re y án gu lo d e alabeo. La caja y la es ca la del indicad or se mu even de sd e luego CO Il el avi ón y, de bid o al viraje , la fu er za ce ntrífuga, adem ás de la d e la grave dad, ac túa so bre el peso y ha cen qu e la ag uja perman ezca e n la po sició n cero, pero es t a vez a lo largo d e la result ant e d e las d os fuerza s. Si la velocid ad co n respecto a l a ir e au m e n ta ra durant e e l viraje, t am bi én a u me n ta r ía n e l á ngu lo d e i n clinació n y la fu erz a ce n tr ífu ga; pero m ie nt ras e l ángu lo c itado sea co rre cto , e l peso y la ag uja p erman ece r.i n e n la po sició n ce ro a lo largo de la llu eva result an te de fu erzas . S i el ángulo d e inclinaci ón para un rég im en de vi raje partic ular no es co rrect o , di ga mo s in fe r io r a la incl ina ción norma l com o e n el di agrama (e), e nto n ces el a vió n te nd erá a derra pa r, es to es, re sb ala r fu era d el viraje. E n es tas co nd iciones pre domina rá la fu erz a ce ntrí fuga y despla zará e l peso y la ag uj a de su po si- .

16 7

INSTRUM ENT OS PR IN CIPAL ES DE V UEL O

Pivo te de la aguja

•

Pivo te del peso

lal

---, C. F.

C. F.

, I

(el

Idl

Figura 5.2 4. - Méto do de gravedad-peso de indi cació n de inclinación .

a) Vu elo hor izon ta l. b) Correctam ent e inclinado . e) Incl inado m eno s de Jo no rm al (d errap e fuera del vi raje). d ) Incl inació n m ayo r de la norm al (resbalam ient o den tro de l viraje).

C10 n ce ro. Cuand o el viraje t e nga una inclinaci ó n su perio r a la norm a l, como e n (d), e l av ió n ten der á a resb a lar ha cia el in te rior del viraje y, por tant o, será Ja

fu e rza d e Ja gra ved ad la qu e ten drá e fecto predom in ant e so b re e J peso . Por ta nto , la aguja se d esplaza rá de ce ro en sentido op ues to al d e UIl viraje co n inclin ac ió n in ferior a la no rmal. Lo s e fec to s de virajes co rrec ta e incorr ect am ent e inclinad o s so bre e l eleme nto d e ind ic aci ó n t ipo bo ja so n a n álogos a lo s d escrit o s en lo s p árra fo s pr eced en te s. Las d iferenci a s ma yores resid en e n qu e las di re ccion es d e d esp laza m ien to d e la bo la so n o pu estas a las de l e le me n to ti p o ag uja po rq ue las fu er zas actúa n di recta me nt e so bre la b o ja. Esto se ve cla ra me n te e n Ja se rie d e d iag ra mas de Ja figura 5 .2 5.

168

I N Dl CA DQ KES DE I NC Ll N A Cl ü N LAT E R A L y VIRA JE

Figura 5.2 5. - Elemen to de indi cación de incli nació n t ipo bo la. a ) Vuelo horizontal. b ) Co rrec ta me nt e in clinado. e) Inclinado meno s de lo no rm al (d erra pe fuer a del viraj e). J) In clinad o má s de lo norm al (resba lami en to dentro del viraje ) . W

W (a)

(b)

JI H---,C-F

~--~ W

(el j,

)

R (d) W

Ind icadores tí pic os En la Fig, 5.26 se mu est ra el mecan ism o de un indi cado r tí pico accio na do po r ai re. El aire e n tra e n e l inst ru me nt o a t ravés d e u n filtro sit uado e n la parte po sterior d e la caja y es co nd ucido a u n b loqu e d e sun ido r o boq uilla po r el t ubo de co ne xió n de en tr ada, El su rt ido r est á aj ust ad o e n áng ulo para q ue el aire sea di rigid o a las cu be tas d el ro tor. La d irecci ón d e ro ta ción es ta l que, co n el indi cador in stalado, un pu n to en la pa rt e supe rio r d el ro tor se m ue ve e n la d irección d el vue lo. La aguja se m ueve so bre la esc ala, la c ual tien e una grad uació n ce n tra l cero y u na gra d ua ció n e n ca d a ex tremo. La sens ib ilid ad d el giróscopo se aj ust a med iant e u n t o rnillo fij ado a l UlO d e lo s e xt rem os d el m uelle d e co n t ro l d e régime n, t orn illo q ue sob resale a t ravés d e u n so po rte mont ad o e n la placa fro nta l del mecanismo . F igu ra 5.26. -- Mecanism o de un indi cad o r de incli na ción y viraje accio nad o po r aire. l. -Rot o r. 2 .- Arm ad ur a del in strum ento . 3. Cilindro amo rti guad o r. 4. Cubeta s. S.-Sangrado de air e. 6.- Placa fro n tal. 7.T o rn illo de ajuste del mue lle de régimen. S.- Esfera. 9.-MuelJe de rég ime n. l a. Ag uj a. I L e-Bo la d e ágata. ¡ "l .-- Flecha de refer en cia. 13.- l' ivo tc delantero de la cuna. 14.-1 n dicador de resbalami ent o . I S.- Cámara de ex pa nsión. 16,- Cart a fluorescent e. 17.- l'is IÓII . IS.- Cuna . 19.- -8 10 · q ue de cho rro. 20.-Cha n o.

169

INSTR U ME NT OS PR I NCIP ALES DE VUELO

, Ha y un to p e para lim it ar el m o vimi ent o d e la cuna a un án gul o qu e cau se u n m o vim iento (i zqui erd a o de recha) d e la aguj a ligeram ent e m ayo r q ue to cla la esca la. Una cara ct eríst ica co m ú n d e to d o s lo s in di ca do res es la uínort igu aci ón d e] mo vim iento d e la cu na par a proporcio n ar ind ica cio n es " sin retro ceso " . En es te tip o p ar t icu la r, el di spo sit ivo de am ortigu ación es un é m bo lo, articu lad o a la cuna, y q ue se mu eve en un c ilind ro o amo rtiguad or. Cuando el ém bo lo se mueve en el ci lind ro , e l ai re pasa por un o ri ficio pequ eño d e sa ng rado cuyo t am año pu ed e a justa rse p ar a proporcion ar el grado necesa rio de a mo rtiguación . E l ind icad o r de re sbal a m ien to es de l t ip o d e b ola y tub o lle no d e líq u id o, co n e l tu bo y su cám a ra d e expansió n ocult o s de trás de la es fera y suje tos en su posición co n tra una car ta tra tad a CO Il pi n tu ra flu oresce nt e. El líq ui d o q ue se u sa es tre m e n ti na min era l. E n la Fi g, 5.2 7 se ilus tr a e l m eca nism o d e u n in d icad or típ ic o d e in cli na ció n later al y viraj e a ccion ad o po r co rr ie nte co nti n ua , E l siste ma cardá n ico sigue la p auta ge n era l ado p ta da pa ra girósco pos el e régimen , var ia nd o ú n icam ent e en la co n st ruc ció n at endi end o a la o pe ració n e léc tric a.

Figu ra S.27.- Me canismo de u n ind icador t í pico de inclin ació n lateral y viraje acciona do po r corriente con tin ua. l. - Caja. l .- Conj unto su pre sor. 3 . ~ M u e l Je de alime nt ación. 4.- Placa del extrem o po ste rio r. 5 . -Co ~ necto r aislado . 6.- Un ida d de amo rtiguación m agné tic a. 7.-Cu na. 8.- Estribo. 9.- Imán del estr ibo . 10.- Muelle de la bander a. 1 J.-Bola. I 2.- Bisel. 13.- Indicado r de resbalamien to . l el.c-Aguja. I S.- ·Esfera . 16.- Ban dera " inop erati vo" . 17.- Escala de régimen . 18 .-- Brazo de l estribo. 19.- Armazón de la esfera. 20.- Placa del armazó n de la esf era. 2 1.- Rot or de l girósco po. 22 .-- Aislad or de alim enta ción de las escobillas.

170

CO O R D I N A D O R ES DE V IH.A JES

[,1 rot or const a de u n ind ucid o d e d eva na do d e lazo y un cer co ex te rio r di spu est o co ncé nt ricarne nte , cuy a fina lidad es au m e n ta r la ma sa de l ro tor y e l radio de giro. El induci do gira en el in ter ior d e u n esta t a l' cilínd rico d e im án perman en te bip ol ar suje to a la c una. Las esco billas y el co nm u ta do r recib en co rri ente co n t in ua vía un su pres o r d e ra di o iu te rfc re nc ias ';1 m uelle s fl exi bl es q ue p er mi te n el mo vimi ent o del ani llo interio r. L .I vel ocidad del ro to r la co nt ro lan do s d isy u nt ore s cen trí fugo s idénti cos sim ét ricame nte o puestos. Cada di sy untor co nsta L1 e U Il par de co n r act o s'de regulad or c o n p u n ta de pl atino , un o fijo y o t ro mó vil , qu e se mantien en cerrado s no rm a lme n te por un mu elle de aju st e d el regulador. C ad a di syunt or t ien e un a re sist en cia a través de sus co n tac tos, que es tá n en se rie con la mitad del devanado <id ro to r. Cua ndo se ob tie ne la veloc idad m áxima de l ro tor , la fu erza ce n trí fug a qu e actúa so bre lo s co ntac tos ven ce la rest ricción de l mu e lle haci en do q ue se abran los contactos. Por consiguiente) la corriente del indu cido pasa a través de las re siste ncias, s iendo así redu cida y redu ci e ndo la velocida d d e l ro to r. Am bo s di syuntores fun c io na n a la mi sm a vel o cid ad c rí tic a. El m o vimi ent o ang ular de la cu na se transmit e a la aguja a travé s de un tren de engranaj es; la amortigu ac ión la realiza un siste m a de arrastre d l~ co rrie nte s parásit as mont ad o e n la part e po st eri or d e l co nj u n to d e giró sco po . El sistem a co n sta de una co pa de arrastre) q ue está rod eada po r la CU Il l) , en t re un imá n de ca m po y un an illo de ca m po .

Un brazo de est ribo pivotad o e n la cu na acciona un a bandera de aviso de fallo d e e nerg ía. C ua ndo e! ro tor es tá est aci o na rio , el brazo de! es tribo es a cci onado hacia adelante por la atra cci ó n e ntre un imán mo nt ado en é l y una ex te nsió n (desv iado r de fluj o) d e l esta to r d e im án perm an ent e. En est e esta do , la bandera , que es tá cargada po r resort e e n la po s ición re plegad a, es empuj ada por e l brazo d e ] es t ribo d e modo qu e apa rezca la pa lab ra OFF e n una ab ert ura d e la es fe ra. Cua nd o la velocida d de l rot or au meu ta , e l im án de l e st ribo in d u ce corri e nr e s parásita s e n e l ce rco del rotor y, a una ve lo c idad pred eterm in ada , la reacci ón e ntre e l im án y la co rrie n te indu cid a hace q ue el brazo d el es tribo Se levan te y q ue la pal ab ra OFF de saparez ca d e la vist a. CO O R DI NA DO RE S DE VIRAJES

Un coord inad or de viraje (véase la F ig, 5 .28) es una evo lución in teresant e d e lo s indicado res d e inclina ción lat eral y viraje qu e aca bamos d e d escri bir, y Se a do p ta e n lugar de ta les in st ru me n tos e n algu n o s tipos p equ eñ o s d e avio n es d e avia ción ge ne ral. La di fere nc ia principa l, ap arte de la presenta ció n de in form ac ió n, es tá e n e l ajust e d el eje d e precesió n d e l giró sco po d e régim en . El gir ó sco p o est á restringid o por m ue lle y va montado d e forma q ue e l eje est é a UIlO S 30 ° co n respec to al eje lo ngit ud ina l de! avió n , ha ci end o d e est a fo rma a l girós co po sensib le a la inclinación de l avió n as í co mo al viraje. Puesto qu e un viraje se inicia no rma lme nte inc linan do lateralmen te un avión , el gi ró scopo t endrá mov imi ento d e prece sió n, y con e llo moverá e l s ímbo lo re prese ntativo del avión para que in di q ue la di recci ó n d e la in clina ció n y el p ilo to p ued a a n ticipa r e l vira j e result ant e. El piloto co nt ro la e n to nces e! viraje al régimen requ erido seg ún lo indi ca la a line ac ió n d e! sí m bolo d el avió n co n las grad uacio nes d e la esca la ext erio r. En e! eje m p lo qu e se faci lita , las grad u ac io nes co rres pon de n a u n viraje d e rég im en 2 (2- m in ut o ). La coo rd inació n d el viraje la in di ca e! ele me nto indi-

171

I NS T R UME N T OS PR I N CI PAL FS DE VU ELO

S trn bolo d el avió n

Figura 5.28.-Coo rdinador de vir aje.

ca do r tip o bo la q ue perma nece ce n t rad o en la form a normal (véa se la pá gina 167). En algu no s coo rd inad o res d e viraje , pu ed e ad o pta rse para este fin on indicado r t ipo pén dulo. El sí óseos es un motor de co rr ien te co n t inua que fu nciona a aprox ima da ment . 6.000 r.p .m . En algu nos ti pos de coo rd ina do r d e viraje el giróscopo pu e'n esc o billas de corr ien te alte rna q ue fun cio na a frecu encia d e se r un co ns ta nte y q ue recib e alim en tació n de u n inverso r de es tad o só lido a lojarlo d en tro d e la caj a d el inst ru men to . La ano ta ció n " no in fo rmació n de ca beceo" en la esc ala d el indicad o r se da co n obj eto d e evita r co n fus ió n en el co ntrol d e cabeceo co m o resu ltado d e la sim ilit ud d e la presentació n co n u n horizo nt e giroscópico. El giró sco po se pued e am ortigu ar utilizau do un fluido d e silico na o, como en el inst rumento que se mu estra, mediant e u n ém bo lo d e gra fito qu e se desliza en un tubo de vid rio. Una pequ e ña tnb ería de aire sa le d el ex t remo d el tub o a un a válvula q ue pu ed e aju st arse pa ra lim itar el movim iento d el aire en el interio r d el t u bo . Su funcionami ent o es sim ilar al di spositi vo d e amo rt igua c i ón utili zad o en el in di cad or d e incli nación lat eral y viraje q ue se mu est ra en la Fig. 5.2 6. PR EG UNT AS 5. 1. a) Definir las do s pro p ied ade s fundamental es de 1In girósco po . b) ¿De qué facto re s depen den estas pro piedades?

5.2.

172

¿Có mo se ut ilizan las propi edades giro scó pica s cu los inst rument os de vuelo?

PKEGUNTAS

5.3.

¿Cuále s son lo s ej es de en trada y salida de

UII

girósc o po?

5.4.

¿ Po r q ué se llam an así IOb girósco pos de de spl azam ient o'!

S.S.

¿Qu é se quiere dec ir COII " velo cidad de la Ti err a" , y có mo ten dr ía q ue hab er sido ahneado el eje de en trada de un giró scopo para p rese nt ar un a d esviación ap arent e igual a es ta velocidad'!

5.6 .

¿Qu é se q u iere decir con " cam bio de direcció n del eje de l gu óscopc po r tr anspor te" y ti ene lus mis mos efec to s so b re los giróscopo s de eje hori zon t al y eje ve rt ical?

5.7.

Desc ribir brevem ent e algu nos mét od os pa ra con u o lar la desv iació n y el ca m b io de dí -

recci óu del eje de l giró scopo por tr an spo rt e. 5.8.

i Qué se e ntie nde por " b loqu eo ·card ánico" y " err o r card ánico "?

S.SJ.

Exp liqu en con la ayuda de diagram as cómo es la prec esión de un girósco po bajo la influenci a d e UIJ<l to rsió n aplicada .

5. IU. ¿Q ué mét od o s se ad o p tan para acciona r los ro to res de lo s insuum ent os de vue lo giro scó pico s'!

S, JI . ¿Có mo se aplica el pr incipio giroscóp ico a un ho rizon te giro scóp ico ? 5. 12. Descr ibir la co nstr ucc ión y fu ncionam ien to d e un hori zo n te giro scópic o acci o nado e léctricam en te q ue tenga alguna carac te rís t ica de diseño especial. 5. 13. ¿Có mo se ende reza n lo s giró sco pos del ho rizo nt e giroscó pico y se man tien en e n su posici óu de operació n no rmal? 5. 14 . Explicar có mo de torsión.

hace girar el cam po m agné tico es ta b leci do en el esta to r de un mot or

5. 15. ¿Cuáles so n las fu ncio nes de un siste m a de " er ecció n r ápid a"? 5, 16. ¿Qu é p rec aucio nes de ben tomarse cuando in terrup tor de n ivelació n'!

I '1

ut iliza el méto do di: erección rá pida de

5. J 7. a ) ¿Qué efe ctos tiene la ace leració n de un avió n so b re las ind icacion es d e u u ho rizo n te giros có p ico? /J ) ¿Q ué se en t ie nde pOI Jo s térm ino s "err o r de erec ció n" y "error de pcn du lac i ón"? 5. IX. ¿Qué m éto do s se ado p tun para I¡¡ comp ensación de "err o r de erec ción"? Describ ir la operació n de un méto do co n el qu e es té n fa m iliar iza do s. 5. 19. ¿Có mo se efe ctú a usua lmen te la com pe nsación de " err or L1 e pend u lación"?

5.20. Describi r có mo se ap lica el princ ipio del girósco po de régim en a u n ind ica do r de inclin ació n late ral y viraje .

5.2 1. a) ¿ Po r qué no es necesa rio inco rporar un dispo siti vo d e erec ció n ad icio nal e u un indt cad o r de Inclinación latera l y viraje? b ) ¿Po r qué es import ante que un giróscopo de régimen gire a un a velocidad co n stan te'! e) Describi r có mo se m antien e una veloc idad co nstan te e n u n indi cad or de inclinac ión lateral ji viraje accio nado po r co rr ien te co nt in ua. 5.2 2. Describir , co n la ayu da de diag rama s, el m od o en q ue u n ind icado r de inclinac ión lat eral t ipo bola in d ica a) u n viraje co n inclinació n co rrecta, b ) un viraje a est ribo r en el {¡lIe el avión ten ga un a inclina ción su pe rio r a la no rm al.

, I

5. 2 3. Describ ir cóm o pu ed e u lili zarse u n giró scopo de régim en pa ra det ecta r la inclin ación late ral y el régimen de viraje,

173

6 . Instrumentos de indicación d e rumbo

BRUJUL AS I\IAGNETICAS DE LECTURA DIRECTA Las brúju las magn éti cas d e lectura di re ct a fu eron las prim e ras d e las mu ch as a yudas a la n avegació n y vu elo de a b ord o in troducidas e n u n avió n. Su prin cipal [un ció n es mos trar la di recció n q u e es tá llevan do e l avió n co n resp ect o al m er id ia no magn ét ico de la T ierra. Sin em b argo , resp ect o a lo s a vio nes y a las ay ud as a la navegación ac tu a les, tal referencia d e d irecci ón la p ro porci onan con m ás ex ac tit u d lo s sistemas de b rúj u las de lect ura remota (véa nse lo s Ca p ít u los 7 y 15) po r lo que las brúj u las de lectu ra d irect a h an sido relegad as a 1In p ap el d e reserv a. El prin cip io de opera ció n d c estas brújulas, y d c hec ho d e lo s sistemas a los q ue n o s acaba mo s d e refe rir , se ba sa en lo s fun dam en to s esta b lecid os de l magn etismo , y en la reacció n e n tre e l cam po ma gn ét ico de u n ele me nto magnéti co sus p en did o .adecu ada me n te y e l ca m po circundan te d e la Ti erra . Por co nsiguie nte, es co nven ie n te estu dia r brevem ente estos fu nd am en to s.

Propieda des ma gnéticas (F ig. 6 .1 ) Co ns idere mos prime ro las tr es propiedades pri nci pa les d e u n im á n perm anent e : (i) a trae o t ras piezas d e h ierro y acero , ( ii ) su pod er de at racció n es tá co nce n t rad o en cada ex tre mo, ( iii) cu ando es tá sus pe nd id o d e form a que se m u eve horizo nt alment e , siem p re descan sará e n una direcció n No rte-S ur apro x ima damente. La segu n da y te rcera propiedad es está n re lacio nad as co n 10 "q u e se d enom in an lo s p olos d e u n im án ; al ex tre mo d el im á n qu e bu sca e l No rte se le lla ma polo N or te y al ex tre mo q ue b usca e l Sur e l polo Sur. Cu a nd o a d os d e tales ima nes se les ju nta d e forma q ue a mbos polos norte o a m b os po los sur es té n u no enfre n te d e o t ro , se crea u na fu erza q ue los man tiene se pa rad os. Cna nd o a u no cua lq u iera d e lo s im a n es se le d a la vu elta de forma q ue su po lo norte es t é en fre n te de u n po lo sur, se vue lve acrear de llu evo un a fu er za , p ero a h ora ésta h ace qu e se acerq u en lo s im an es. Por tanto , polos iguales se rep elen J' polos d iferen tes se atrae /l. Est a es una d e las le y es fund am entales del magn etism o . La fu erza d e atracción o repulsió n e nt re lo s d o s polos varia in versam en te CO /l el cuadrado d e la distancia q ue lo s separa. La región en la q u e p u ed e d et ect ar se la fue rza eje rci da po r UI1 imán se co noce co n el nombre d e cam po ma gn ét ico , Ta l ca mpo co n tie ne j7lljo mag n ético ; cuya di recc ió n y de nsida d p uede represe nt ar se por lin eas de [luio , La direcció n co nve nc io na l de las líneas d e flujo fu er a d e un im á n es d e po lo no rt e " po lo su r. Las líneas so n co n ti n uas e in int errum pid as, d e mo d o q u e en e l int erio r d el im án

17 4

lHt Y J UL AS MAG NET IC AS D E LE CTUH A D lltECTA

Polo se ñetendo al norte

Est abl ecimie n t o de p o sic ión n o rt e-su r a p r o xi rnadamen t e .

~ - - - -- -- -- -

Campo

---------

- -~

~ - - - - - ~ -

,.:::::. . »

--,

A t racc ió n m agn ética

:::~~: :~ ,:~;~~ ~~:~:~=-:

--- --- - ------ -. ---- ---. ::: = = ~ ~ . -- ~- -.=- - ~ ~ ' --~ : : = ~ : -Núcl eo de met al blando

Co ncen tr ació n de flujo

Aro de me tal

blando

Aoantatt ermen to magné t ico

Figu ra é. Lc- Prop íedades magné tica s fu nd amenta les.

su d irec c ió n es d e p o lo su r ti p olo nor te. Si se j u n ta n d os ca mpos m agn é ticos, sus lí n eas d e fluj o n o se cruz an sin o qu e forman un a ima gen di s torsionad a, au nqu e co nsiste n te e n lazo s cerrad os. El símbo lo d el fluj o mag né t ico es 'l> , y su u nid ad es e l w eberio ( Wb ). A la can tidad d e tl ujo a t rav és del á rea d e u na u n idad , indicad a por la se paració n d e las lín ea s d e flujo, se la co no ce co mo d ensidad d e fluio magn ético (B); su un id ad es el weber io p or metro c uad rado, o tes/a (T ), E.I fluj o magné tico se es ta b lece co n má s faci lidad e n lin o s ma teriales que e n otros : e n part icu lar se est a blece con m ás facilida d t: 1l mat eri a les magn ético s qu e e n el a ire. Todos lo s m ate ria les , sea n o no magn ético s, t ie nen u na p ro pie dad lla ma da relu ctancia q u e resist e el esta b lec imie n to de cam p o magn ético y es

175

IN S TR U MENT OS DE INDI CACION DE R UMBO

eq uivalente a la resisten cia d e un circ u ito. Si se co loca u n mater ial de baja relu ctancia en u n campo magnético, la de nsida d de fl uj o en e l mat erial sed ma yor que la ex iste n te en el aire circ u nda n te . La intensidad d el campo magnético, H , o la fu er za d e un campo m agn é tico en cua lquier pu nt o , se mid e por la fue rz a, F, ejerci da sob re u n po lo m agnético en ese p unt o , La fu er za dep end e de la intensidad del polo , esto es, de l fl ujo <1' que "em ana " del po lo* , así como de la in tensidad de l cam po . En sím bo los ,

H ~ - n ewt o ns por we be rio. (1)

Por ta nt o , la un idad d e H es es newton no r we berio (N /Wb) . Una u nidad q ue es m ás fam iliar a los técn icos elec tric istas es el am perio por nietro (A / m). Puede d emo strar se que I N/Wb ~ l A/m. Mo me n to m agné tic o

El mo mento magné ti co de u n imán es la te nde nc ia que t iene a girar o ser girad o po r o tro imán . Es requ isito imp rescind ibl e e n el dise ño de la brúj ula d e u n avión qu e la int en sidad de es te mom ent o sea tal que el sis te ma de de tecció n mag nético respon da rápida mente a la fu erza dire ct ora de u n campo magnét ico ; al calc ularla d eb e co nside ra rse la lo ngit ud y la intensid ad de l 1'0)0, Supon gamo s qu e en la Fi g, 6.2 el imá n pivo tad o que se m uestra en (a ) es de u na in tensidad po lar '.1> y q ue la lo ngit ud de su eje magnéti co es 1; enton ces su

Ca mpo H

(al

Figura 6 .2 . Moment o magné tic o. (a) lm áu en ángulo recto a un campo u nifo rme. (b) Imán en ángulo O a un campo magnético.

(bl Campo H

176

"Emanando del polo si es un polo norte ; "volviendo" al polo si es un polo sur.

1 I¡

BR VJ U LAS MA GNETI CAS DE LECT U RA DI RECT A

momen to magn éti co es igual al prod ucto de magné tica, po r tanto : 111 = ¡'P.

Li intensidad polar y la lon gitu d

Si ahora se sitúa el imá n en ángu lo re ct o a un ca mpo magnéti co unif'orme !l, el cam po se disto rsio nará para " a travesar" el imán. Al resistir esta deformació n, el cam po trata rá de atrae r e l imán pa ra q ue qu ed e alinea do con

él. Cada po lo ex perimentará una fu erz a de <f>N newt on s, y como la s fu erzas actúa n en dire cciones o puestas, cons tit uyen un par. A ho ra bie n, la torsión , M, de u n par es el produ ct o de una de las fu erzas iguales y la dist ancia per-

p end icular q ue las se para, esto es, M = !<f>H; pero !'p = m , de mod o q ue M = =

mil. De lo expues to es evide nte qu e cu an to mayor es la intensid ad polar y más

largo es e l imán, ma y or se rá su te nden cia a alin earse con un cam po magné tic o circu ndante . Inversame nte, ma yo r se rá la fuerz a que ejerce e n e l ca m po circ undan te , o co n cu alq uie r ma terial ma gnéti co e n s us p ro ximi dades.

En la Fig. 6.2(b) , la aguja iman ad a se mu estra in clinada en un ángu lo O al campo H. La fu erza en cada polo es todaví a <PH, pero la dist an cia per p endi cul ar en t re las fue rzas es ahora SQ = ! sen 8 . Por tanto, la to rsión qu e ac túa sobre el imán en un ángu lo O es f<1) f{ sen O, o m ll sen O.

Im án en un campo de fle c ror

En la Fig. 6. 3 hay un imán sit uado en u n campo mag nético uniform e N I ; en ángu lo re cto a N, se ap lica un campo del1ecl or uniforme H 2 • Cuando el im án está en u n án gulo O al camp o !l¡ , 'com o ya se mostr ó, el par debid o a H , , 'es mll , sen O. El par debi do a N 2 es I11 N 2 co sO. Po r tanto , pa ra qu e el imán esté en eq uilibrio, esto es, suje to a pares igu ales y o puestos, I11 lf¡ sen O = mll 2 cos O, de mo do qu e la int en sid ad d el ca mpo deflecto r es H 2 = H , tg O.

Campo H 1 ; J.

Campo H 2

Figura 6.3. - Imán en un campo deflector.

177

INSl HU ME NT OS DE IN D ICACIO N DE R lI MRO

Período de

U I1

im án suspendido

S i Un im án su spen d ido es d esv iado d e su p ostc io n d e d esca nso en e l ca mpo magnéti co bajo cuya influencia es tá actuando , ex pe ri me nt a ense gu ida u n par que le urge <:1 vo lver a esta p osición ; cuando la fuerza desviadora se retira d el im á n , si p ersiste, os cila rá h acia a trá s y ha cia ad e la nt e al red edor d e su posición de equili brio a n tes de quedar fin alment e en reposo. El tiem po qu e invierte el im án en oscilar de UIl ex tremo a otro y volver o tra vez, esto es, el ti e mpo in ver tid o e n u na vibraci ón co mp le ta, se conoce co mo perio do d e l

imán. Cu an do el im án vu elve gra d u alm e n te a In po sición d e re po so , la a m p lit u d d e la vibración se hace pa u la tina m e nt e m e nor, pero el períod o sigue siendo el mi sm o y no pu ed e ser a lt erad o aju stand o la am p lit ud . El per íod o d e Un im á n d e pende d e su forma , tamañ o o m asa ( fa ct o res q u e a fec ta n a l m o m e n to d e in e rcia) , d e su m oment o m a gn ét ico y d e la intensid ad d e l cam po e n e l q ue vibra. El períod o va r ía con es tos fa ct ores de la fo rma sigu ien t e: (i) se hace má s largo cu a nd o au m e nt a la m asa ; ( ii) se h ace más co rto cu a nd o la in te nsid ad d el ca m po

aumen ta. Las vibracio nes de UI1 imán qu e ac t úa bajo la influ en cia de un cam po magnético SO Il Ill U Y parecidas a las de un péndulo o rdinario qu e se balan cea bajo la in fluencia d e la graved ad ; el per ío d o T d e u n p éndu lo vie ne d ado p or

T= 21T ~ d on de I es In lon gitu d d e l pénd u lo y g la ac ele ra ció n d ebida a In gra ved ad .

Cuando un imán de mom ent o magné tico 111 es desplazado en un ángulo e n to nces, co mo ya se mo str ó, el par to rso r, T, qu e lo de vu elve a la po sició n d e eq u ilib r io , es 11/ 11 se n 8 . Si I es el m om ento de in ercia " riel im án vib ra torio d e un eje a tra vés d e su ce n tro d e gra veda d per pen dic u lar a su longit ud . e n to nces su a ce leració n a ngu lar es Q' = -

/11 1Il11 se n O -= - - -- - I I

Si el desplazamiento es pequ e ño , el seno O y O no se di feren cia aprecia blement e , de mod o qu e

1I/11 se n O . . 1Il11 -"-'----,"-'-"--'.- pu ed e escn lmse - I I y es constan te. El mo vimien to es armó nico simple, y tiene un perí od o dado por

T= 21T '"

1 11/11

Ot J05 símbolos para el momento de Iner cia so n K y J .

178 "

MAGNET IS fvl O TERR E STR E

Me tal d u ro y me ta l blan d o " Du ro" y " bland o» so n t ér mi no s q u e se u san para cali fic a r va riedad es d e mat eria les mag né t icos d e acue rdo co n la fa cilida d co n q u e p u ed en m agnet izar se. Lo s aceros al cob alto y al tungst en o SO Il met ales d e l tipo du ro , p u esto q n e so n d ifíciles de magnet iza r; pero u na vez magn et izad os reti en en la p rop ieda d d u ra nt e mu ch o t iempo, d e aq uí el t ér mino magnetismo permanente, Lo s m etales qu e so n fáci les d e m agn et izar (f erro silicio , por ejem p lo), y q u e pi erd en ge nera lment e su est ad o ma gné tico una vez qu e se reti ra la fu erza ma gn eti zad o ra , se clasifica n CO In O b la nd o s. Estos tér m ino s se usan t amb ién p ara clasifi ca r lo s e fect os ma gn éti co s q u e se p ro ducen e n e l avió n , un t em a q u e se est u dia co n d et all e en el Ca p it u lo 8, M A GN ETI SMO TER R E ST RE

La supe r ficie d e la ti err a es tá ro d ead a po r un cam po ma gn éti co d ébil qu e cu lm in a e n J o s p otos magn éticos int er n o s, sit u ados cerca d e lo s potos No rt e y Su r verdaderos o geográf icos. Q u e esto es aSÍ, es evid en t e p o r e l hech o d e q u e un imá n su spend ido li bre ment e e n varias pa rt es d e la su p er ficie d e la T ierra se fijará e n un a d irección.det e rmina da , d ir ecci ó n q u e va ría co n la lo calid ad . Un p lan o q u e pase a t ra vés d el im án y el ce n tro d e la Ti erra reco rr ería so bre la su p er ficie d e la mi sm a una lí n ea imagina ria llamada meridiano magné tico, seg ún se mu estra e n la Fig. 6 ,4, Angu lo de incli nación magné tica aumen tando desde el Ecu ado r

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Figura 6.4. - Magnet istJ1 o t err estre. Las lín eas AA , BU Y ce so n isoclin as.

179

INST RU MENT OS DF. INDl CA CION DE RUM BO

Así, par ec ería q u e e l ca m po magnéti co d e la T ierra es sim ilar al q ue pod ría es p era rse e n la su pe r ficie si una barra co r ta p ero m u y m agn eti zada est uviese sit u ad a e n el ce nt ro . Est o ex plica en part e e l h echo que los po lo s m agnét icos sea n áreas re la t iva me n te gran des , d ebido a la d ifu sión de las lín eas d e fu er za , y tam b ié n d a una razón del porqué la dire cción de l cam po es hori zont al en las pro ximi d ad es de l Ec ua dor. Sin em ba rgo , el o r ige n del ca mpo no se conoce tod a ví a , p ero p ar a fine s d e ex p licac ió n, la su posició n d e u n im án rect o en el ce nt ro d e la ti erra es útil al co nside ra r la form a ge neral d el cam p o m agn ét ico como se supone qu e es . E! ca m po m agnéti co d e la Ti er ra se d iferen cia de l d e un imán o rd in ario en vario s aspe cto s, Su s punto s de máx im a in te nsid ad , o fu er z a, no est án en lo s pol o s m agn ét ico s (t eóri cam en te de b ía se r así) sino 'l il e se d an e n ot ras cu at ro pos iciones, do s ce rc a d e cada pol o , co no c idas co mo focos magnéticos. Ad em ás, lo s mism o s po los es l án c am bia ndo co ntinuam ente sus po sicio nes : e n cu alquie r pu nto so b re la su pe rficie de la T ierra e l ca m po no es sim ét ri co y es tá suj et o a ca mbio s pe ri ódi co s e irregu lares. Variación ma gnét ica o declinaci ó n

Igu a l qu e lo s meri d ian o s y p ara le lo s es tá n t raza rlo s co n re fe ren cia a lo s p o los nort e y sur geogr úficos. así pueden trazarse lo s meridianos y paralelo s magnéticos c o n re fe ren ci a a lo s po los magné tico s. Si se prep arase un mapa qu e most rase lo s me rid ia no s verda d e ro s y lo s ma gné ti co s. se o bservar ía qu e se interse c0 ta n e n á ngu lo s que varía n d e O a 180 e n di fe rent es par te s d e la Ti erra , d iverg iendo una s veces en una d irec ció n y o tras en la otra. El áng ulo ho rizo ntal co nten ido e n tre e l m eridi an o verd ade ro (geográ fico) y e l magné tico e n cu alq u ier lugar se co no ce co mo la variaci ón magnética o declinaci ón. Cu a ndo la di rec ción de l mer id ia no m agn ét ico se in clin a a la izq ui erda riel verd ad ero e n cualquier lugar, se d ice qu e la variació n es hacia el o este . C ua ndo la variaci ó n e s ti la de rech a del meridian o ve rdadero se d ice qu e es al este. Varía de 0 0 a lo largo d e las lín eas do nde lo s meri d ian o s ma gné tico y verdade ro va n j u n0 to s, a 18 0 e n lu gares e n tre lo s pol o s geog rá fico (v erdad e ro ) y m agn ét ico . E n a lgu no s sitios d e la Ti erra d o nd e la na tural e za fe rr os a de la ro ca alte ra e l cam po magnéti co principal de la T ie rra , ex iste atr acción lo cal y se pro du ce n variaci ones ano rm a les que pued en ocasio na r grandes cam bios e n su valo r e n distancia s IllU Y c o rt as. La va ria c ión () d ecli na ción d ifi ere e n t o d as par les d e l m un do y no m a nt ie n e un valo r co ns tante en nin gún lugar; puede n experim enta rse lo s cam bios siguientes qu e tam po co so n co nstantes : (i ) Camb io secular, q u e tiene lugar en gra nde s p eríodos d e b ido a los ca mb io s de po sici ón de lo s po lo s magn ét ico s co n re lació n a lo s verd aderos o ge o grá fic os. ( ii) Cam bio anual, qu e es un a peq ueñ a fl u ct uaci ón est ac io na l su pe r pues ta e n el c am bio secular. ( iii) Cam bio diurn o (dia rio) . La in for maci ón re fere nte a la variaci ó n magné tica o decli naci ó n y su s ca mb io s se d a e n ca rtas es pe c iales de l m u nd o q ue se ed ita n cad a po co s años. Las lí n eas d ibuj adas e n las ca rtas que unen lu ga res que ti enen igu al d eclin ación se llam an l ineas isogona s, mi en tras que las qu e unen pun to s d o n d e la decli naci ó n es ce ro , se llaman lineas agonícas.

180

¡ j',

M A(;NET I SMO TE K RE STRE

I nclinac i ón m agn ética Seg ún Se m an ifestó ante rio rmente , un a aguja imanada sus pe nd id a libre m e n te se fija rá e n un a dirección de te rminada en cualq uie r plinto so bre IJ su perfic ie de la Tierra y yace rá pa ra le la al meridi an o magn éti co e n es e pu n to. Sin e mba rgo , no es turá pa ra lela a la super fic ie de la Ti erra e n tod o s lo s punt o s po r la se nc illa razó n d e q ue , coma puede ve rse e n la Fig. 6.4, las lín ea s d e fu erza no so n horizonta les . Esta s lí neas e me rgen vertic alme n te del po lo no rte magné t ico ) se cu rvan y d esc ienden verti calmen te de ntro del po lo su r mag né tico, y sólo pa san horizo ntalm ente a lo largo de la su pe rfic ie de la T ie rra e n lo q ue se co noc e co mo Ecuador magn ético. Por consiguiente, si Se lleva un a aguja mag n ética a lo largo de un meridiano de norte a sur, es tará de pie, e x trem o roj o hac ia abajo , al comienzo , horizo nt a l cerca del ec uado r, y acabará o t ra vez de pie co n e l ex tremo azul hacia abaj o.

El áng ulo q u e las lIneas d e fu er za Iorman co n la su pe r ficie de la t ierra e n cu alq u ier lugar dado se lla m a ángulo d e inclinación () inclinació n mugnética, y var ia d e 0° e n el ecua dor magnét ico a 90° e n lo s po lo s ma gné tico s. La incli nación es co nve nc io nal y se co nside ra po s itiva cuando e l ex tre mo roj o de una aguj a ima na da suspe nd id a librem en t e se incl ina po r d ebajo d e la ho ri zontal , y negati va c ua nd o es e l ex t re mo azul e l qu e se inclina así. Por tant o , todo s lo s áng ulo s de in c linació n al norte del ec u ado r magn ético se rán po sitivo s y todos lo s ángulo s de inclinaci ón haci a e l su r d e di ch o ecuador magn éti co se rán negativo s. El ángulo de inclina ci ón e n to do s lo s lugares sufre cambio s simi lares a lo s d escrit o s para la d ecli n ación y ta m b ié n se m u estra e n la s ca rt as del m und o . En est as carlas lo s lugares q ue tienen la m isma incli nació n mag nét ica está n un idos p o r li nea s cono cid as CO mO isoclinus, m ientras q ue aq ue llos en lo s q ue e l á ngu lo es c ero es t án unid o s po r una lí nea den o m inada linea acltnica o ecuador magné-

tiro, que ya hemo s mencion ado . F uerza to tal o inte nsida d magn éüca de la Tierra

Cuando una aguja im anada suspe nd ida librem en te e n e l cam po de la T ierra queda e n repo so , lo hace bajo la infl uen cia d e la fue rza tot a l d e l m agn e ti sm o d e la T ierra. El va lor d e est a fu e rza tota l e n u n luga r d ado es d ifíci l d e m ed ir , pero raras vec es es necesa rio co no cerlo . Po r cons iguie nte ) se suele trans form ar es ta fu erza tota l e n s us co m po ne n tes horizont a l y vert ical, de nom inadas II y Z re spe c tiva me n te; si se co no ce e l á ng u lo d e inclina ció n p ued e ca lcu larse la fu erla tot al.

y ve rt ica l, particu la r ment e e n r elació n con la desviació n y e l aju st e de la b rúj u-

T iene gran va lor práct ic o co nocer lo s va lo res de las c o m po ne ntes hori zontal

la. Ambas co m p o ne n tes so n respo nsab les d e la m agn et izaci ó n de c ualqu ie r pieza o parte magné tica d el av ión que se e nc ue n tre e n sus p lano s re spect ivo s, y, por co nsiguiente) pueden fl u ct u ar en cualqu ier luga r en aviones di ferent es o en difere n te s po sicio nes d e las brú j u las e n e l mi sm o avión . En la F jg. 6 .5 se m uestra la relación e n tre inclina ci ón, fu erza horizont al, fu erza vertical y fue rza tot al. C 0 ll1 0 en e l caso d e la decli nació n y la in c lin a ció n , las ca rlas del mund o se pu bli ca n most ra ndo los va lores H y Z pa ra to d o s lo s lugares de la su pe r ficie d e la ti e rra, j u nto c o n la variació n anual med ia. Las l ín ea s d e fu e rza ho rizo nt al y ver tica l igu al se c o no cen Cl HJlO lineas iso d in ámicas.

18 1

I N STR UM E NTO S D E I NDl CA CI O N D E RUM BO

La fuerza magn é ti ca de la Ti erra pu ed e ma nife starse co mo u n valor rela tivo o un va lo r abso lu to . S i se ci ja co mo un va lo r rel ativo e n co nex ió n co n las b r úju las

del avió n se d a con relación a la fuer za ho rizo n t al en G reen wich .

Figura 6. 5.- Re laci ón entre la incli nació n magnética, Z, H y la fuerza tota l. a - e = co mpo nente Vertical Z; e - b = = co mpo nen te horizon tal 1/; a - b = = fuerza tota l T. Angu la dado de inclinación magn éti ca O y JI, Z/I1 = tg O y Z 11 19 O; HIT cos O V T H cos O;

T" = JI' + z' .

Polo mecn étíco

«'.

TIPOS D E BRUJU LAS DE LECTU RA DIRECTA Las brúju las t ien en las ca racte r íst icas co mu nes p rincip ales sigu ien tes : u n sistema magnétic o alojado en una ta za ; amo rtiguació n d e líq uido ; y co m pe nsa ció n d e ex p ansió n d e líq uido . La mayoría d e las brúju las q ue se usan ho y so n e1 el tipo d e grad uac ió n vert ical , qu e se muestra en la Fig. 6.6 .

Figu ra 6.6. -Brújulas de lect ura vertic al. a) Mon tura suspend ida. h) Mon tu r a en pane l.

S iste ma magn éti c o

En la Fig, 6.7 se facilita un eje m plo d e un siste ma magn ét ico. Co nsta ún icam en te de un so lo im án a nu lar de acero a l co ba lto , al cu al va fijad a un a ro sa d e

b rúj ula. La sus pe ns ió n co ns iste en un pivo te d e punt a d e iri di o suje to al ce nt ro

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TIP OS DE llRU JU LAS DE LECT U RA DIH ECTA

Figu ra 6.7.-Sistc ma tí pico de imán de brúju la.

del sis tem a mag né tico y descansa en un rec ipi ent e de za fir o e n fo rm a de copa soste n id a e n un portad or o vástago. La co m b ina ció n d e ir idi o y zafiro proporciona resist e n cia al d e sgast e y re d uce la fricción d el p ivo te a l m ínimo. La rosa o c art a se co ns ulta co n tra una línea d e re feren cia fijad a a l int erio r d e la ta za y q u e se e nc ue n tra so b re o pa ra le la a l eje lo ngitud inal c ua nd o la brú j u la es tá in stalad a e n un avió n.

Amo rligu aci ó n de lí quid o La p rinci pa l razón pa ra lle na r las ta za s d e las brúju las d e líquido es ha cer la br új u la ap eriódica. Es te es un t érm ino q ue se ap lica a un a b rúj u la cu y o sist em a m agn éti co , d esp ués d e ser d esviad o, vue lve a su po sición d e eq u ilib rio dire ctam en! e sin o sci lar o reba sar. O tra raz ón pa ra uti liza r u n lí qu ido e s qu e es t ab iliz a el siste ma ma gn éti co y le d a ci er ta flot a ción , red u ciend o así e l p eso so b re el pivo te y di smin u yend o , por t anto , lo s efectos d e fricc ión y d esgast e. Los lí qu ido s) qu e pu ede n se r de l t ipo min era l o alco hol , deb en reunir req uisito s ta les co rno bajo pun to de co nge laci ó n, baj a vis co s idad , gran resisten cia a la corrosión y no descolo rarse .

Com p en saci ó n de expan sió n del líqu ido Lo s líquid os d e las brújula s es tán sujetos a ex pa nsron y co n trac ci ó n en fun c ió n de las variacio nes de temperat u ra ; lo s ca m bio s result ant es e n su vo lum en pu ede n te ner e fec to s iud esea bles. Por eje m p lo , CO Il lit redu cci ón d e tem pera tura de l líqu id o se con t ruería y deja ría un es paci o de aire en la taza , re du c iendo, por ta n to , e l efe cto amortiguad or . Por el con trario , c ua ndo las t e m pera tu ra s fuesen al ras, el líq uido se ex punde ría hacia afuera d and o lugar a fugas a lrededor de las jun tas d e la taza . Por co nsig uie nte, es preci so in co rpo rar u n dispo sit ivo dentro de la taza qu e ab so rba los camb ios vo lum ét ricos Y. de es te mod o , co m pe nse sus

ere ctos. El compensado r to ma la forma de un e le me n to flex ib le, co mo un fuel le o U I1 diafragm a o nd ulado qu e fo rma la parte pos te rio r de la ra zu. Cuando la taza es t á

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I N STR U M E NTOS DE I NDl CA CI O N DE RUMIJ O

llen a, e l e leme n to fle xible se co m pr ime u na can t id ad espe cífica por medi o d e una herram ient a es pe cia l; e l e fe ct o d e est a co m presió n es aument ar e l vo lum en d e la taza. Si en es te mo ment o la taza co m pe nsada es so me t ida a una temperatura b aja, e l líquido se co n t rae r" , pero a l mi smo ti empo e l ele me nto fle xib le resp ond erá a la di sm inu ció n d e vo lumen ex pa nd iéndose y llenan d o d e l íq u id o c ua lq u ie r es pacio de aire qu e pued a fo rmarse. Co n un aume nto de tem pera tura. e l vol u me n d el líqui do au me n ta m ás d e bid o a la ex pa ns ió n y, por eso, e l elem ent o flex ib le se com prim irá más para abso rber e l au m ento de vo lum e n.

El efecto de la inclina ci ún e n un sistema magnético de b rúj u la La incli nación. como ya sa be mos, es e l ángulo qu e una aguj a imanad a susp end ida form a co n la horizontal e n cu a lq u ier lugar part icu lar de bido a la influe ncia de la co m po ne nte ve rtical Z d e l c am p o d e la T ie rra. Po r otra pa rt e. se sabe q ue . p ara logr ar un a ind icación ex act a d el rumb o magn ético , d ependemo s so lame n te d e l e fecto de la co m po ne n te h orizon t al H . A l ser así , la e xactitud dire ccional m áxim a só lo pu ed e o btene rse e n s itio s dond e la in clinación es té e n, o se apro x ima a ce ro: y pue sto qu e es to só lo es po sibl e' en e l Ecu ad o r y sus lat it udes p ró x im as, su a plicac ió n co mo ind icado r d e rumb o d e un a br úju la que utilice un siste ma magn ético sin co m pe nsar e n lo q ue resp ecta a lo s e fect os de la inclin ación, es m u y lim it ad a.

Por co nsigu ien te, u na brúju la deb e di se ñarse d e fo rma que n eutra lice los e fectos d e la c o m po ne nt e ver tical Z e n un a ga m a de la tit u des mu ch o m ayor, hac ie ndo po sible qu e su siste ma magn ético perman ezca hor izo nta l o cas i hori zo nt a l. Exist en va rias forma s de ha ce r es to , per o e l m ét o do que h a d emo strad o ser má s e fic az es hacer pen du lar el siste ma magn ético, esto es, p ivot a rlo e n un punto e ncim a d e l ce n tro d e grav eda d , segú n se muestra e n la Fig. 6. 8 . Cuando la com po nent e ve rti ca l Z actú a sobre e l sistem a magn éti co , este últim o es o b ligad o a inclinarse, sa ca ndo e l ce n t ro d e grave dad d e l siste ma d e su posición de bajo d el punt o d e giro. En es te mome nt o actú a u na fu er za ha cia arri b a a travé s de l pivote y o tra ha cia ab ajo a través d el cen t ro d e graved ad ; co mo ambas fu erza s no a ctúa n a lo largo d e la m isma lí nea, se int rod u ce u n par de e nde rezam ient o . El par tiend e a llevar una ve z más e l s iste m a m agnético a la po si-

. Plint o /

de gir o

G~- H

z 184

Fig ura 6.8. -Co mpensació n <l e la inclin ación magnét ica.

CONST HU CCION D E LA Bl t U JUL A

ción ho rizo nt al. Sin emb argo , la co m pone nte vert ica! Z se sigue eje rciendo aún so bre e l siste ma magné tico, de form a qu e no vo lverá a la posición horizont al exact ame nte, ex cepto, desde luego , en el Ecuador m agnét ico, dond e el valor de Z es ce ro . Las brújulas están diseñadas co n un a pendula ción tal qu e e l siste ma m agnético est á dent ro d e 2° ap ro xima da mente d e la horizontal verda dera (cu ando las ú nicas fu erzas que act úa n so bre él so n la co m po nente vert ical Z y la graveda d) ent re las latitudes 60° no rte y 40° sur.

CONSTRUCCION DE LA BRUJULA En 13 Fig. 6.9 se mu est ra un ej emplo de la co nst ru cció n d e un a b rúju la d e un ti po de graduació n verti cal. El sistema magnético co nsta de un imán anular de acero al co balto y un a car ta de grad uació n de aleació n d e alum inio mont ada de mo do qu e est é cerc a de la cara int eri or de la t aza, redu ciendo así a l mínimo los errores de ob servación de bido s al paralaje. La carta está graduada en au men tos de 10° ; las indica cio ne s interme dias se calc ulan po r int erpo lación . Las o bservaciones se hacen co n re feren cia a una lín ea mo ldeada en la cara interio r de la taza. El siste ma est á suspe ndido po r medio del pivot e usual de punta de iridi o y la copa d e zafiro, est ando est a últi ma soste n id a por un port acopas mont ad o en un conju nto d e sopor te y vástago , sujeto a la pa rt e post eri or de la l aza. Par a im peI nd icad ores de

lo s c o rrecto res " B" y "c"

Placa de mo ntaje

C orrect ores ho riz ontales (" B" y "C Oo )

Fu elle

Figura 6.9 .-- Vista en corte de una brújula de lectu ra vert ical tí pic a.

Taza de la brú jula Rosa de la brújul a

185

I N ST n U M E N T OS D E I NUl C A Cl O N Dr. R Ut>1 1l0

d ir .qu e e l conju nto ma gnét ico se d espre n da de l vástago, e n caso d e inversión de la b rúj u la, la se paració n ent re la part e superio r de la tu er ca d el p ivo t e yelt echo d e la t aza es menor qu e la d istan cia en t re la co pa d e za firo y la part e superio r d el port acopas, Cua n do se d evu elve la h rúju la a su po sició n norm al, el po rt acopas guía al pivot e de vue lta a la copa de zafi ro , q ue ti ene los lad o s en pendient e y pu lid o s. El eq uilibrio d el siste ma magn ét ico es ta l que el ext re mo q ue a pu n ta al nort e est á 2° hacia abajo para co m pens a r el áugulo d e incl ina ción (véase la pág . 184 ).

La taza es tá mo ldead a e n Diak on y pintada e n el ex terio r co n esma lte negro mat e, exce p to po r un a peq ue ña zo na e n el fre nt e a t ravés d e la cual se o bserva la ca rt a. Esta pa rt e d e la ta za est á mol d ead a d e form a q ue t ie ne un efecto d e a u mento sob re la cart a y su s graduaciones. El líq u id o a m o rt igu ado r es u n flui do silicó nico (d imet ilsilo xano-po lím ero) ; la taza se llen a co n 1 1/ 2 o nza s (4 2,6 3 m ililit ro s). Lo s ca mb ios en el vo lu me n d el l iq uido deb idos a las varia cio nes de te m pe ra tu ra se co mpensa n con un di spo siti vo de e xpa nsió n t ipo fuelle, suje to a la part e po st eri o r d e la taza. Los e fec to s d e desviación d eb idos a las co m po nen tes lo ngit ud inal y la t eral d el ma gn eti smo d el avió n (véa se el Ca p í tu lo 8 ) se co m pe nsa n por medi o d e co njun tos co n ec to res de im á n permanen te suje t os a la placa d e mont aje d e la brúju la. En algu nas ve rsio nes de esta brúju la se faci lita un co nj u nto co rrec to r ad icio na l pa ra su u so e n avio nes q ue necesit en co mp ensació n d e un a co m po nente ma gn éti ca vertica l. La brúju la t ipo ca rta o d e grad uació n vert ica l que se mu estra en (b) de la figura 6 .6 está d ise ñada pa ra mo n taj e d irecto en u n pa nel de in st ru me nt o s. El sist e ma magn é t ico es an álogo al descrit o a nte rio rme n te exce p to e n qu e se usan iman es tipo aguja . La caj a d e la t ón fo rma la t aza y est á ce rrada hermé ti cam e nt e por u n bi se l fron t al y un a t ap a en In part e po ste rio r. Los ca mb ios de vo lu me n de l líq uid o los co m pe nsa un d ispo sit ivo de ex pa nsió n tipo d iafragm a e nca ja do en t re la pa rl e po st er io r d e la t aza y la t apa po ste rio r. En la pa rte su pe rio r de la ta za V <I m ont ado un co m pens ado r d e d esvia ción d e im án p erm an ente ; lo s hu si1I0 s d e aju ste pu ed en alca nza rse por la pa rt e fron tal d e In brúju la. La carla se ilu mina con u na lám para pequ eña .

ERRO RES DE ACELE RACION y VIRAJ E En In bú squeda dc e xacti tu d d e un siste ma de indicación . se enc ue n t ra Irecuc n te me n tc qu e lo s mét o d o s ado p tad os pa ra co nt rarr est a r lo s erro re s indeseables bajo una seri e d e co nd ici ones de o pe ració n so n ello s mism os fu ent es po lencia les d e e rro r e n o tras condiciones. Por ej em plo, cua ndo un sist ema ma gn éti co d e b rúju la se ha ce pe nd ula r para qu e co n tra rrest e los e fect os d e la in clinaci ón , la brúju la p ued e ut ilizar se en un a gama m ay ord e la tit u d es sin erro r im po rt an t e: pe ro d esafortunad am ente, cua lq ui er manio b ra q ue intro d uce un a co m po ne n te d e ace lera ció n d el avió n, bien hacia el es te o bien hacia el o est e d elmc ridi ano m agn é ti co de la Ti erra , prod uce un par torsor alred ed or d el eje vertic al d el sistc m a ma gn éti co haciénd ol o gira r e n azim u t a un falso merid iano . Ha y d o s e rro res p rincip ales result an t es de los co mpone n t es d e aceleració n. a sa be r, error de aceleración y error de viraje al norte, pe ro ant es d e co ns ide ra rlos 18 6

E RR O RE S D E ACE LE RAC ION y V mA JE

d e talladamente es co nve n ien te ana lizar prim ero el e fe ct o qu e pr odu ciría si se fu ese a suspe nde r un pé nd ulo sen cil lo en un avión .

En tanto e n cu anto se m ante ngan u n rumb o y u na ve lo cidad co nsta n t es, el pé nd u lo perman ec er á para to do s los fin es prácti co s e n la vertica l verdad era co n su ce n tro de gravedad di rect ament e d ebaj o del punt o d e sus pe ns ió n . Sin em ba rgo , :;i el avión gira, acelera o d ecel era , e l pénd u lo d ejará d e es ta r ver t ical Est o se d e be a qu e, por ca usa de la inercia, el cen tro de grave dad se ret rasará co n resp eci o a l pivo te y se d esp lazará d e la po sici ón n orm al ve rtica lm en t e d ebajo d e é l. En un viraje co n inclinaci ón lateral co rrecta, las fu erzas qu e actú an so bre e l ce nt ro d e grave d ad harán q u e e l pén du lo permane zca ve r tica l a l p lan o d el avi ón y q ue adopte un áng ulo re spect o a la ve rtica l igu al al ángulo (le inclina ci ón. Pues to q ue lo s virajes so n, e n e fe cto , acel eración hacia sus ce nt ros y lo mi smo si su incl inación es co rrecta o incorrect a s ie m pre hacen qu e un péndu lo ado pte un a falsa ver tical , pued e de cirse en térm inos ge nerales qu e cualq uier acelerac ión o de cel eració n del avión liará q ue el ce ntro de grav ed ad de un péndulo se d esv íe d e su po sición no n ua 1 ve rt ica lmen íe de bajo de l pun to de ::) 115pe ns ió n.

Es ev ide n te , por tanto , qu e un siste m a magn ético sus pe nd ido pa ra co nt rarrestar lo s e fec tos de la inclinación , se co m p o rt a ra de fo rma arui log a a un pén dul o ; cua lquier acelera ción o dec elerac i ón e n vue lo ti ene como co nsec uencia 1In de spla zamie n to d el ce ntro d e grav edad d el sis tema d e su posició n no rm al.

Erro r de aceleración

El erro r de aceleració n pu ede d efin irse, e n términos gen er a les, co rno el e rro r ca u sad o por e l efec to d e la co m po ne n te ve rt ical d e l ca m po de la tier ra e n las pro piedad es d ireccio na les de un siste ma m agné tico suspendido cuando el ce ntro d e grave d ad d e l siste ma es d esp lazado d e su posici ón no rma l; ta les erro res so n regulado s po r el rumb o en e l q ue tien e lugar la ace le ra ci ón o d e ce leraci ón .

La fue rza aplicada por un avió n, c uando ace lera o d ecel era e n cualq uier rumbo fijo , se ap lica al s iste ma mag néti co en e l pu nto d e sus pe ns ió n, qu e es, desde luego , su ún ica co nex ión . La reac ció n a es ta fuerza será igu al y op ues ta y deb e ac t ua r a tra vé s d el ce n tro de gr ave da d d e baj o d el p u nto d e su spe nsió n y d esvi ado d e é l d ebid o a la ligera incl in a c ión de l sist em a magné t ico. La s dos fu er zas c o nstitu yen u n par qu e ; seg ún sea e l nimbo vo lado por e l avió n, hace qu e e l s istema ma gné tico camb ie su ángu lo de inclinación o gire e n az im ut . Co nsideraremos prim ero un avión qu e vue la en e l hem isferio se pte ntrio nal y q ue ac elera e n un rumb o al norte. Las fu er zas q ue e n t ran e n j uego por la ac elera c ión se rán las qu e se m uestra n en la Fi g. 6 . 10(11). Pu est o qu e e l punto d e su sp ensión P y e l c en tro de grave d ad está n e n e l p lan o d e l m eridi an o magné ti co, la r eacción R hace qu e el e x tre mo N de l siste m a magn éti co se incl in e hacia abajo, au mentando de es te mo do e l áng ul o de inclina ción sin nin guna ro tació n az im uta l. Inversa me nt e, c u a ndo e l avión d e ce lera, la rea cción en e l ce n tro d e grav edad in cl ina la aguja hacia abajo e n el ex t re mo S, segú n se muest ra e n (b) .

Cu a nd o un avión vuela e n e l h em isferio no rt e o e n el sur y ca mb ie la ve lo cid ad e o ru mbos que no sea n el m eridi an o N-S , t ales ca m b io s produ cirá n rotación azim u ta l d el sist em a magn ét ico y erro res e n la indica ció n.

187

I NST R U ME N T OS D E I N OI CACl O N UE RUM BO

An guto de incli naci ón

m agnética .

.--N -L~ ~ :- . ~ - _:: · -

-- \ },/- \

C.G.t - - R (a)

Desviaci ó n oest e

Desviac ión es te

\. N

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le)

Id )

Figura 6. 10.- Errores de aceleración. o) Aceleración en rum bo norte en el hem isferio nor te. b ) Dece leraci6n en rumbo no rte en e l hemisferio no rte. e) Aceleració n en tumbo este en e l hemisferio norte. el) De cc ícració n en rumbo es te e n el hem isferio norte.

Co nsid ere mos aho ra lo s efecto s so bre el sistem a m agn ético d e la brúju la cuando u n avión qu e vue la e n el he misfe rio no rte acele ra e n un rumbo al este ( Fig, 6.10(e)). L1 fu er za de ac eleració n ac tuará o tra vez a t ra vés d e l p u nt o d e suspe nsió n P y la reacción R a t ravés de l ce n t ro d e gravedad, pero es t a vez act úa n lejo s una de o tra e n á ngu lo rec to a l p lan o d e l m e rid ia no m agnét ico . El pa r tende rá aho ra a gira r el siste ma ma gn é tico en el se nt ido d e las ag ujas d e l re loj , in d ica ndo d e est e modo un viraj e ap are n le a l no rte, o lo q u e se d en om ina desviació n al es le. C uan do e l avió n d cceJera co mo e n (d) se prod u cirá e l e fec to inverso ; e l par tie nd e a ho ra a g irar e l sist em a m agn é t ico en se nt id o co n tra rio a las aguja s de l rel oj , in dica n do un viraj e ap ar ent e al su r, o desviació n al o este. Po r co ns igu ien te, e n el he misfer io n ort e, la ace le ració n prod u ce d esvia ció n ni e ste e n rumbo s es te, y desviació n al o este e n rumbo s oeste , mient ras que la dece le ració n ti e ne el efect o inverso . En e l h em isfe rio sur e l result ad o se rá al co ntrario . Cua ndo el avió n se a pro xi ma a ru m bos n ort e o sur , la magn itu d de la desviació n a pa re n te d isminu ye, y el e rro r d e ace lera ció n va ría co mo e l se no d e l rum bo d e b rúj u la, En co nex ió n co n lo s err o res int ro d ucid o s p o r las aceleracio nes y d ece ler aci on es pu ed e men cio nar se o t ro punto , qu e es e l efec to d e lo s ca m b ios d e posición e n vu elo d e l avió n. S i un avi ón q u e vue la horizo n tal realiza u n asce nso a la mism a ve lo c idad , e l e fect o so bre e l siste m a m agn é ti co de la brúj u la será e l m ismo que si e l avió n hu biese d ecele rad o , porque ha cam biado la ve lo cid ad hori zo n t al. Si e l ca mb io 'de po sición va acompañad o tambié n po r u na variació n de la velo cid ad . la d esviació n apa re nt e pu ede ser m uy co ns idera b le. 188

E H HO H ES OC: ACl::LE HAC ION y V IH A JE

Errores d e vir aje Cuando un av ió n ejecut a un viraje, se lleva co n ¿I e l p unt o de s us pe ns ió n del sist e ma magn ético a lo largo de la t ray ect o ria cu rv a d el viraj e , mie n tras q ue el cent ro de g ravedad, al estar desviado , qu eda suje to a la fuerza de la aceleraci ó n cen tr í fuga prod u cid a po r e l viraj e, lo qu e hace qu e e l siste m a os ci le h a cia atrüs y gire d e m odo q ue se obse rve n las de sviaciones apar en tes o errore s de .viraj e. Además, durant e e l viraje, el sis te ma magn ét ico tiend e a mant en er un a posic ió n paralela al plano tran sversa l del avión , dándo le de es te modo una in cl inac ió n la te ra l c uyo á ng u lo es tá reg u lado po r e l ángul o d e in clina ción de l avió n . E n un viraje co n la in clina ci ó n co rrec ta, el ángu lo de inclinaci ón se m ant en d r ía igu al al á ng u lo de a lab eo d e l av ión , porq u e la result a nt e d e la f ue rza ce n tr ífuga y la graved ad será norma l co n res pecto a l p lan o tran sver sa l d el av ió n y ta mbi én alplano a t rav és d el pu nto de sus pe ns ió n del s istema m agn éti co y el ce n tro de g ravedad . Sin embargo , en cuanto Se inclina ti sistema magné t ico, y sin tener en cuen ta para nada si e l avión está o no co rrect a me n te in clinado, e l s iste m a está libre para mo verse bajo la influ encia (k la co m po ne n te ve rt ical Z de la t ierra , q ue tendrá un a co mp onen te en el pla no late ral del s iste m a que lo hará g irar, aumeurund o m á s el e rro r d e vir aj e.

La a m plitu d y 1" dire cción de l e rr o r de vir aj e d epen de de l rum bo d e! av ió n, e l áng ulo d e incli naci ón d el siste ma magné t ico y la incli nació n d e la aguja im anad a. Co n el fin d e tener un a id ea clara d e sus efectos so b re las prop ied a d es in di ca do ras de di rec ción de la brúj u la, pod emos co ns id era r a lgunos ej emp los d e los c am b ios de rumbo del av ió n co n res pec to al meridia no magn éti co y e n los dos h em isferi o s, el n ort e y e l su r.

Vi raje de u n ru m bo norte hacia el este u oeste La Fig. 6 . 1 1(1l) mu estra e l siste m a m agn ético d e un a b rúju la en un av ió n qu e vu ela en el hemi sfe rio septe n t r io na l y en rumb o nort e ; e l ex tre mo d e l s iste m a qu e apun ta al no rte co in c ide co n la lín ea de re fe ren cia . S u po ngamos ahora q ue el pilo to quie re hacer un ca mbio de rum bo hacia e l este. En cuan to co m ien za el viraj e, la ace le raci ón ceur r ífu ga ac t úa so bre e l ce n tro de grave dad haciendo q ue el sis te ma g ire e n la mi sma di recc ión d el viraje, y pu esto qu e e l siste m a es tá inclin ad o , la co m pone n te verr ica l Z de la Ti erra eje rce un a tra cci óu so bre e l ex tre111 0 N prod uci e nd o má s ro tac ió n de l s iste m a. A ho ra bie n, la m agnitud de ro t ac ió n d el sistem a m agné t ico d epend e de l régi m en en el qu e se e fec t úa el viraj e y la incli na c ió n d el av ió n ; la re sultante d e es ta s tres posib les indi cac io ne s la p u ed e registrar la brúj u la : (i) un giro en el se n tid o co rrect o , pero m ás peq ueño q u e el rea lizad o rea lm e nt e cuando el siste m a m agn ét ico g ira a un rég i me n m ás len to que el avión; ( ii ) nin g ún gi ro abso lu tam en te c uando e l s iste ma magn ético y el avió n es t án girando al m is mo régim en ; OiO un giro e n e l se n tido o puesto c uand o e l s iste m a magn ét ico g ira a un rég imen 111,1 s ráp ido qu e e l avió n. Se p ro d u cirá n lo s m ismo s e fec tos si e l rum b o ca m b ia d e N a O mi en tras se vu ela en e l hemis fe rio n ort e.

E n e l hemi sfe rio sur o merid io na l ( Fi g. 6 . 1 I (ú)) los efectos so n algo diferente s. El po lo su r m agn ét ico es el qu e d om in a a hora y po r eso e l á ngu lo de in c li-

¡ g9

INS1 H UME NT O S DE INDI CACI O N D E RU MBO

He m isf er io

Viraje al este d esd e rum bo n or te

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Viraje al este d esd e rum bo su r

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V iraje de l este Vira je de l este al norte , u al sur , u o este al nor te oeste al sur --"-- -=-="":'''---j

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Figura 6. 1 l. - Error es de viraje.

n aci on lat eral varía para d esp laza r e l cen tro d e graveda d a l nort e d e l punt o de sus p en sió n.

Pod emo s vo lver a co nside rar e l caso d e nn avió n q ue vira d e u n ru mb o no r te a l este . . Pu esto que el ce n t ro de graveda d está ahora al nort e d e l p u n to d e su sp en sión , la ace leraci ó n cen trífu ga qu e actúa so b re él h ace qu e el siste m a m agn étieo gire co n ma yor rap idez en la d irecci ón o pu esta al viraj e, es to es, indi cand o un vira je en e l seu t ülo co rrec to pero d e m a yor ma gnit ud que e l realizado realm ent e. Viraje de un rumbo sur h acia el este u oes te Si lo s viraj es se realiz an en e l h emisferio nort e ( F ig. G. I I(e)), e nt o nces, d eb id o a qu e e l cen t ro d e grav ed ad d e l sist ema m agn éti co está to da ví a al sur d e l p u nt o d e sus p ens ió n , la ro ta ción d e l siste ma y las ind icacio nes regist rad as po r la brújula será n las mism as q ue cu an do se ha ce un viraje d esd e un ru m bo no rt e e n e l h emi sferio sep te n t rio nal. A l gir ar d esde u n ru mb o sur e n e l hemi sferio me-ídíonal ( Fi g. G. 1 1(d») e l ce nt ro de grave da d del siste ma magn ét ico est á al no rt e d el p un lo d e sus pe ns ión y produ ce lo s mi sm o s e fec tos qu e al virar de un r umbo n ort e en el hemi sferi o m eridio na l. En to d o s lo s casos cit ados, e l ma yo r e feel o so bre las propied ad es d e ind icació n d e la brújul a se pro du cirá cu an do lo s viraj es co mi e ncen ce rc a d e los rUIIl bo s nort e o su r, y e l más pronunciado , cu ando se vira e n eJ norte. Por es ta razó n se u sa co n m uc ha frecu e nc ia el té rmino erro r d e viraj e no rt e cua n do se d esc ribe n lo s e fectos d e la ace le ració n ce n tr ífu ga so b re lo s siste m as magn é ticos ele brúju las. 190

EL GlU O$ COPO DIR ECCI ONAL

Viraje e n e l es te u oeste C u and o se vir a d e un rumbo est e u oeste e n el h emisferio no rte o e n e l s u r (Fig. 6. l l (e ) - (h » no se p ro d uc e ningún error de inclina ción po rq ue la a ce leració n ce n tríf uga ac túa en un p lano ver t ica l a través d e l punt o d e s usp ens ió n y d e l ce n t ro de graveda d de l siste ma magn ético . Co mo se o b serva rá , el ce n tro de graved ad está sim p le me nte d esviad o a l N o S del punt o de su spensió n, a u m e ntado d isminu yend o a sí la resist en cia p endu lar a la in clinaci ón d el siste m a magnét ic o .

Un pu n to qu e pu ed e cit arse en co nex ió n con virajes d el este u oeste es qu e cuando el extremo N o S de l sistema magnét ico se in cl ina hacia arriba , la l n ea d el sist em a est á má s cer ca de la dirección do nd e la fu erza directora es cero , es d ec ir, en á ng u lo recto a la lín ea d e incl inació n; si la brúj u la no se h a corregid o co n e xac t itu d d ur an te un a " oscil ació n" d e la mi sma, cu alq u ie r fu e rza de de sviaci ón no co rre gid a dom ina rá y producirá indicaciones de viraj es a pa re n tes. í-

EL G IROSCO PO DIR ECCION AL El girósc o po d irecci o na l fu e el pri m er in stru mento giroscó pico q ue se int rodujo c o mo in d icad or de ru m bo , y aun q ue en la m a yoría d e los avi o n es ac t ua lmen te e n serv icio ha sido su sti tu ido por sistemas de brújulas de le c tura rern ot a y siste mas directores d e vue lo , t odavía se sigue n u sand o a lguno s e n su fo rm a a cci onad a por va cío. El in strum en to em plea un girósco po de ej e horizonta l, que al se r amagn ético, se usa en conj unció n co n la brúju la magn ética : pre cisa Jos camb io s d e rum b o a cort o p la zo durant e los virajes , mie ntras qu e la brúju la m agnéti ca proporciona un a referencia d e rumb o a largo p lazo fiab le co mo e n vu elo rec to y horizontal so st en ido . Ad em ás, d esd e lu ego , e l giró scopo dire cc ional ve nce lo s efec tos de la in clina ción magn ét ica, y d el err o r d e vi raj e y acele ración d e la brújula magnética. En su form a básica el inst ru men to co ns ta ,le una c una ext er io r pi votad a a lred edor d e l eje ve r tica l Z Z¡ que lleva una ca rl a circu la r grad uad a e n grados. La carla se Ice co nt ra u na l ínea de re ferencia fija a l armaz ón de l girósco po. C u a ndo gira el rotor, e l siste ma card ánico y la carta es tán estabil izado s, de fo rma q ue , al gira r e l armazó n , pu ed a leerse e n la c ar t a co nt ra la línea d e re feren cia e l núm e ro d e grados que gira.

La forma en 'lil e este se nc illo prin cipio se ap lic a a los in strum en t o s qu ed a regu la da por el d iseñ o del fabrica nte , pero podemo s co ns ide ra r la vers ió n ilustrada e n la figura 6 . 12 y 'lile se u sa e n a lgun os av io nes lige ro s qu e no es t á n provis' to s de brúju las de ind ica c ión re mota.

El rot or va metid o e n una caja y so po r tad o e n una CUIW int erior que pued e gira r libremente a lred ed or de IIn eje h orizontal YY l , La CUila int erio r va m on ta da en la cu na ex te rio r vert ica l que lleva la cart a d e la br új ula y est á pivotada en un eje vert ica l Z Z , . Lo s coj ine t es de e st a cu n a está n situados en la pa r le su p erio r e inferior de la caja del instrumento , fo rmando, de esf e modo , el armazó n d e l giró sco po.

La par te d e lan tera d e la caj a co n tie ne un co r te por el qu e se ve la ca rta , y una lí nea d e refer encia , co n tra la q u e se le e la ca r ta. 19 1

I NST R U MENT OS DE IN Dl CA CIO N DE HUM BO

A lA fw>nte de v ací o

En traci a de

{al Conj u n to d e roto r

Cu na in t erior

Cart a

Plac a de CUil A d e e re cció n Engra na je sin c ro niz ador

ü razo de in movi lización

Ibl

Figura 6. ) 2.- GirÓsco p o dir eccion al accio na do por aire. a) Flujo de aire a través del instrum ent o. b) Conj u nto de cu na y ro tor del giró scop o.

192

~ ir p

El. G I KOSCOPO DIH L CC IU N A L

Cuando e l siste ma de vac ío fun ciona) se crea- u n vacío pa rcial e n el interi or d e la c aja p ara q ue el air e ci rc u nda n te pu eda en trar po r la en tra d a co n filtro , pa sar po r c ana les en las c unas y sa lir fina lm ent e po r su rt id o res o boq u illas. Lo s cho rro s d e a ire go lpea n en las " cube ta s" d el roto r hacié nd ol o gira r a ve loc idades ent re 12 .000 y 18 .0 00 r.p .m,

Para aj usta r e l inst rum en to d e modo qu e indiqu e e l m ismo rumb o q ue la b r új ula mag né tica , S ~ cuenta COIl un mand o de inmo vilizació n y ajuste e n I;l parle fro n ta l d e la c aj a. Cu ando se ap rieta est e bo tón , se levan t a un b razo q u e b lo ca la cuna int erio r en ángulo recto con la ex terior y , al m ismo tie mp o , engrana un en granaje có nico e n el e x tremo de l eje del botó n de inmovilizació n co n o t ro engra naje có n ico qne fo rma p arte in tegra l d e la cu na ex terio r. Por tant o , p ued e aj ust arse un rumbo girando el mando de inm ovilización y tod o el sistema carci ánico . U na vez he cho e l ajuste co rrecto ) se dej a libre e l girósco po tira ndo hacia afu e ra, esto es ) sac ando e l bot ón de inmo vili zació n. El m o ti vo d e inmo vilizar la cu na int erior es imped ir q ue len ga precesión cuando se gire la cu na e x te rio r, y asegu rar que, al desin mo viliza rla, Sll eje es t en ángu lo rec to al ej e d e la cuna e x t erio r. á

Co nt ro l de desviaci ón Co mo ya hemo s visto (véase la pág ina 138 , Ca p ít u lo 5) la d esvia ción es un a carac te r íst ica fund ament a l d e los gir óscopo s, p art icu lanu en te de lo s d e ej e ho rizo ntal, y por eso deb e co ntro larse para fin es prácticos de ind icación de dirección , e rr o r de ve lo cida d d e la tierra, cam bio d e d ire cci ó n d e l ej e d el girósco po p or trans po rte y d esv ia ción real (s eg ún se de term inó a n tes) . En el in stru m ent o qu e se m u est ra e n la Fili. 6. 12 el co n t rol se rea liza eq u ilib ran do la cu n a y po r m edio d e d ispo sit ivos d e er ec ció n .

Eq ui libra d o de c u na El mé to d o para co n trol ar e l error d e ve locid ad de la T ierra co ns ite en d esequ ilib rar d e lib erad am ent e la cuna int erio r de mod o que se ap liq u e un pa r l orsor y una precesió n contant es al siste ma ca rd a n ico . El d esequ ilibrado se reali za med iante u na tu e rca suj et a a l aloj amient o d el ro to r y aj us t ada d ur an t e la ca lib rac ió n in icial para ap lica r la su fi cie n te to rsión y p rec es ió n (le la c una ex te rio r pa ra anular la d esviación en la lati t ud en qu e est é cal ibrada . Pa ra tod o s lo s fine s pr á ctico s es te aj us te es mu y e fic az hast a 6 0° d e latitud e n la su pe rfic ie d e la Ti erra. En la titu d es s up erio res ha y q ue reaj u st ar la t u er ca d e eq u ilib rado.

Dispositi vos de e recció n

Los d isp o sitivos de e recció n form an parte d el sist em a de accionam ient o por air e de ro to r y está n di spuest os d e forma qu e d etectan d esa lineació n d el ej e d e l ro tor e n término s de rea cció n d e l a ire d e sigu al. En e l in strum ent o ya d es cri t o , el a ire, d espués d e ha ce r gira r el rot or, sa le po r u na sa lid a e x iste n t e e n la p e rife-

193

I NST RU MENT OS UE IN DlCAC ION DE

I~ U MD O

ría de la caja del rot or y va a un a p laca en forma de cuña suje ta a la cuna exterior.

En la Fig. 6. 13(a ), el eje del ro tor se mu estra hori zont al, y po r eso , la sa lida del aire d e esca pe está vertical y d irec ta mente sob re el pu nt o alto de la cuña situad o en la lí nea cen tra l de la cuna ex te rio r. Por co nsiguiente , la cuña d ivide por igual el aire q ue flu ye por la salida, y la reacción de és te apli ca fu erzas horizo n ta les R 1 Y R , a las caras de la cuña . Puesto qu e estas fuerzas son igua les y opuestas, no se ap lica ningu na torsión a la cu na ext erior y el ej e del rot or permanece hori zont al. Cua ndo e l eje del rot or se inclina co n respect o a la posición hori zont al , la salida del aire ya no está divid ida por la placa d e cuña, por lo qu e una cant idad mayor de aire go lpea u na de las caras d e la cuña. En la F ig. 6. l 3( b ) pu ed e verse qu e la fuerza ho rizo ntal R I es ahora mayor qu e R , y, por co nsiguiente , se aplica rá un par torsor en la di rección R I alrededor del eje vert ica l ZZ, . Est e par torsor se apli car ía a la periferia de l roto r en e l pu nto F , da ndo a éste un movimiento de precesión desde est e pu nt o alrede do r de l ej e YY, hasta qu e su ej e esté ho rizon tal y las fuerzas R 1 Y R , vu elvan a ser igu ales. Si e l rotor se inclina en un á ngu lo tal qu e el aire d e sa lida esté en t eram ent e fu era de la placa de cuña , la co rriente de aire emit ida po r el surtidor de giro del rotor produ cir á un par tor sor de erección secu nda rio. En la posición ho rizo nt al normal d el rotor la corr iente de aire pega en el een tro d e las cube tas según se

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Figura 6 . 13. - Dispos itivo de erección . a) Eje del rot or horizo ntal; h) eje del rotor inclinado; e) Par de erección secundario; d ) Precesión desd e un a posici ón exces ivamen te inclinada.

194

EL GIROSCü l'O U1l{ EC CIO NA L

mu est ra en la F ig. 6. 13(c ). Sin e m ba rgo , c u and o la inclina ción es ex cesiva , la corrie n te de ai re go lpea má s ce rc a d e u no d e lo s lad os de las cub et as y produ ce u na fuerza F qu e puede co n t em p larse co mo la fu er za F¡ q u e actúa en e l punt o mo st rad o e n (d) . Est a fu erza p ro d uce la pre cesió n cor res pond ie n te en e l p u nto 1', para d evol ver e l rot o r a su po sición ho rizontal norm al. La fu erza F d isrni nu irá c uando el ro to r vu elva, pero pa ra enton ces la co rrie nte d e escape est ará o t ra vez en con tac to con la p laca d e cu ña p a ra qu e la e re cci ó n fin al se lo gre en la fo rm a ind icada e n (b) . Errores card ánicos

La d e fin ició n d e l error card ánico ya se di o a nte riorm e n te (véa se la pág . 142 ) . En e l caso prá cti co d e u n girósco po dire cciona l, lo s erro res en las indi ca cion es d e p en d e n d e : O) el áng u lo el e sub ida , d escen so o in clina ci ón , y (ii) e l á ng ulo e nt re el ej e de l ro tor y e l ej e longitudinal del avió n. En la Fig . 6. 14 se dan una serie d e di agr am as que muestran la geomet ría d el sistema card á nico c ua nd o un avió n se e nc ue nt ra e n po sicio n es es pe cia les. E n (a) e l avió n figura como si est uviese en vue lo recto y hori zont a t e n rum bo est e, y co mo e l diseño d e la geomet ría d e l sist em a ca rdá nico es la l q ue el ro to r yace a lo la rgo del eje N-S, lo s t res ej es d el siste ma cardá n ico están en á ng ulo rect o , y e l giró scopo dir ecci ona l indica rá e l rum bo de l avió n sin erro r cardá nico . Esto m ismo o currir ía ta m bi én, d esd e luego , si el avió n est uv iese vo lando en ru m b o oeste. Si e l avió n se in clina a la izquierda o a la d er e ch a en un rumb o es te u oeste, o reali za u n viraje a la izq uierda o a la dere-cha , la cu na ex te rio r se moverá co n el avió n alred ed o r d el eje de la cu na inte rior est abilizad a (d iagra ma (b )j . En es ta con d ició n, el in stru mento ind icará t ambién , sin erro r ca rdá n ico , e l ru m bo cardin al o c am b io d e rumb o du ra nte un viraj e. En (e) se su p one qu e e l avió n est á d escend iendo d e fo rma que , ad e m ás d e q ue la c u n a ex te rio r está inc lin ada h acia ad e lant e a lo largo d e l eje d e l ro tor, la cu na int erior tamb ié n gi ra, y ambas cunas mantienen la misma relació n entre sí. De nuevo n o ha y erro r c ard án ico. Esto se a p lica ría t am bi én e n el caso el e un avió n en po sición d e s ub id a. Cuando u n avió n reali za una maniobra qu e co mb ina camb ios de po sición de a labeo y cab e ce o, por ej emp lo , e l descen so in clinad o q u e se mu estra e n ( d ) , la cuna ex t erio r es ob liga da a gi ra r a lred ed o r de su prop io eje, intro du cien do así u n err o r c a rd ánico q ue ha ce qu e el giró sco p o d ire ccio na l ind ique u n cambio d e ru m bo .

Si un avió n es tá vo lando e n un rumb o int ercanlin al, e l eje del ro to r es tará en

ulgúu ángulo co n res pe ct o al eje longitud inal del avió n, co mo e n (e) , y habrá erro res c ard án icos dura nt e lo s virajes, incl inaci ón en vuelo re ct o y horizont al, camb ios d e p o sición d e cabec eo o combina ciones d e ésto s.

Cu and o el rumb o de Un avió n es t al qu e su ej e lo ngit u d inal está a lin eado co n el eje d el rot o r del gir ósco po, la inclinación lat eral d e un avió n e n un rumb o co nstante no pro duci rá u n erro r ca rd ánico, po rq ue la ro ta ción del siste ma ca rdánico ti en e lugar alre d edo r d el ej e del ro to r. Sin e m ba rgo, si la inclina ció n va aco mpañada d e IIn cam bi o d e posici ó n d e cab eceo, el e fec to es e l mi sm o q ue la maniobra co mb inada co ns id erada an te rionnente y según se mu estra e n (ti ).

195

INS T R U ME NT OS D E IN QICA CIO N DE RU MBO

A rf!1azón

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Cuna exte rior Ro to r

Cu na inte rior

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lel Figura 6. 14.- Errores car dá nicos. a) Avión volando recto y horizontal en rumbo este ; no hay erro r. b) Avió n inclinado ala izquierda en rumbo este; no hay error. c) Avión desce ndiendo en rum bo es te; no hay error. d) Avión co n inclinació n a la izquierda y descendiendo; error introducido. e) Avión volando en rumbo intercardinal ; erro res introdu cido s.

El cálcu lo y la represent ación gráfica de lo s errores en todos los rumbos y para varios ángu los d e inclin ación , descen so y subida produce n las curvas sinuso id ales d e la Fig. 6 . 15. Puede verse q ue en los cuatro cuadrantes hay erro res alternos po sitivos y negati vos que, cua ndo se ap lican, prod ucen la ace lera ció n y deceleració n caracte r íst icas de la cuna ex te rior bajo el efecto del mon taj e cardá nica . Deb e citarse también q ue los errores se rep resenta n grá ficam ente co n re lación a giróscopos direcciona les, q ue al estar ajustados para indicar N o S, t ien en sus roto res alineados co n el eje longitud ina l de l avión . Esto no puede apli carse a tod o s los t ipos de instrum entos: sin emba rgo, co n cualq uier otro aju ste del eje 196

PR E G U NT A S

Figura 6.1 5.-Errores card ánicos en diver sos ángulo s de in clin ación.

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An gul os de 50 ° j ncl i n aci~n""'" ~

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del ro la r las curvas d e erro res se desplazarán sim p lem ente co n relación a la escaja de rumbo del avió n, esto es, a la izq uier da o derech a en u na cant idad eq uivalen te al ángulo entre el eje d el ro t or y el eje N-S. En desplaza mient o s angul ares peq ue ño s del eje de la cuna ex te rio r, los errores so n p eq ueños y dismi nu irán a cero cua ndo e l avió n vuelva al vu elo recto y ho rizont al despu és de ejecut ar un a ma n iobra . Hay u n último punto que deb e co nsiderarse y q ue es el efecto d el d isposit ivo de erecció n siem pre qu e se altera la relació n angu lar ent re las cu nas . Est e dispositivo intentará en todo mo me nto reen derezar el rot o r a un nuevo plano d e ro ta ción y producirá erecció n falsa , cuya magnitud dep end e de l tiem po q ue se permi ta qu e haya fu erza de erecció n, esto es, mi entras dure la m ani o bra. La misma magnitud de la fu erza de erección depen derá del ángu lo del ro tor co n respecto al d isposit ivo de erec ció n. Por tant o , vemo s qu e al termina r una m anio b ra se pu ede tener u n erro r en la indi cació n deb ido a una falsa erecció n , y que d urant e una ma nio br a, pued e prod ucir se u n erro r q ue es un a co m binac ió n de e fec to cardá nico y falsa erecció n. PR EGU NTAS 6. t .

Definir los siguientes térm inos: (i) densidad de flujo , (ii) ley cuad rát ica inversa, (iii) reluctancia, ( iv) mo men to magn ético, (v) per íodo de un imán.

6.2.

El par to rsor que actúa so bre un imán u n áng ulo 8 co n respect o a un cam po m agnét ico viene dado po r a) mll sen O, b) mll , e) FA'! cos (j . ¿Cuál de estas afirma ciones es co rrecta ?

6.3 .

¿ Qué se entiende po r los térm ino s de m agneti sm o de " me tal du ro " y " me t al bland e "?

6.4. Definir: (i) el merid iano m agnét ico , (H) la variació n magnética o declinación, ( iii) las líneas is ógenas, (iv) las lín eas agónicas. 6.5.

Dibujar diagramas qu e mu estr en la relación ent re las com po ne ntes magnét ica s de la tierra y la inclinación magnéti ca en el Ecuado r y en los po los magnét icos.

6.6.

Definir la un idad en la que se dan los valo res de las co m po nentes ma gnéticas.

6.7. a) ¿Qué es u na br úju la " aperiódica" ? b) ¿Có mo se ob tienen en una b rúj ula de avión los efecto s qu e ha descri to? 6.8 .

Ex plica r có mo se co mp ensan los efe ctos del cam bio de t em perat u ra avió n.

e ll l~ n a

brúj ula de .

197

I N ST R U M E NTOS DE I NlJl CACI O N DE R UM DO

6.9. a) Describir el siste ma magnét ico de una brújula típi ca de avión. b) ¡,Cómo se vence el efe cto de la inclinación magnét ica? 6. 10. a) Defi nir el erro r de aceleració n y el erro r de viraje al nor te. b) Suponiendo que un avión vuela en e l hemi sferio sur, ¿qué erro res en las lectur as de la brúju la se introd ucirán cuando (i) el avión acelere en UIl rum bo este. (Ii] el avió n vire de un rum bo sur hacia el este?

6. 11. Expli car brevemente e l prin cipio de op eración de un giróscopo direcciona l. 6. 12. ¿Por qué es necesario que el conjunto de girósco po de un giróscop o direccio nal esté inmov ilizado cuando se ajusta .UIl rumbo?

6. J 3. Exp licar có mo se e nde rezan a la posición horizont al el ro to r y la cuna interior de un giróscopo direccional. 6. 14. ¿Cómo se contro la el erro r de velocidad de la tierr a en un giróscopo direccion al? 6.15. a) ¿Có mo se produ ce n los erro res cardánicos? b) ¿Bajo q ué co ndicio nes de vuelo no es afectado el sistema card án íco?

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198

7. Brújula de indicación remota

En su form a básica las brúju las d e indicaci ó n rem ota qu e se u san ac t u a lme n te so n sistemas e n lo s q ue un elemento d e d et e cci ón magnéti ca vigila un ele men to de ind icac ió n giro scó pico . Esta co mb inació n virtual de las fu nc io nes de la brú-

jul a magnética y el girósco po direccional fu e un paso lógico e n la evoluc ió n dc la ins tru me n tac ión par a indicación d e rumbo y llevó al u so a gra n escala d e sistemas tales co mo la brújula d e lectura remota y la brújula magnesym en la aviació n militar Aliada de la Segunda Gu erra Mun dial. Aunqu e co ntribuye ro n COn éxito a la navegaci ón de esto s avio nes, esto s sistema s no estaban to talm ent e libr es de ciertos errores asociados co n las brúju las magnét icas y los girósco pos direccionales y. ade más . ha b ía ciertas dificult ad es pr ác tica s co n lo s métodos d e sincro nizaci ó n adoptad os, Por c o nsiguie nte, co n el fin de reducir tod as las fu en tes posibles de erro r y propor cionar d iseñ os post erio res de siste mas de brújulas con pro pieda des au tos fncro nas, se tu vieron q ue ado pta r técni cas nuevas. Las más not ables fu eron : el camb io de un tipo de imán perm an ent e de eleme n to detecto r a un o q ue utiliza indu cción elec tro magnética co mo part e de un sist ema de tr an smisión sínc rona d e corrien te a ltern a ; la ap licaci ón de la elec trónica ; y la utilización de eleme n tos giro scó picos mejorados y métodos d e co nt ro l de precesión .

El grado e n qu e se apli can estas t écni cas a lo s siste mas qu e se usan actualmen te dep end e del fabri can te part icular y, por la misma razón . el n úm ero de co mpo nen tes qu e co mpren de un siste ma pued e variar. Sin e mb argo, lo s prin ci-

pios fund ament ales de fu ncion amiento d e los co mpo ne n te s prin cip ales, qu e se mu est ra n en el diagram a de bloq ues de la Fig. 7. 1 Y q ue an alizarem os en es te cap ít ulo , no varían .

A m ptiñ. ced er Elemento detecto r de fluj o

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sis te m a r--

Figur a 7. l. -Compo nentes fundam en tales de un sis te ma de brújul a de . indi cación a dis tancia .

19 9

BR UJ UL A S DE I NI.>I CA CI O N REMOTA

ELEMENTOS DET ECT ORES DE FLUJO A di fere ncia d el e leme n to d et ector d e la br új u la magnética sim p le, el element o ut ilizad o e n tod as la s brúj u las d e ind icació n re mo ta es d el tipo fijo qu e d e tec ta el e fec t o d el ca m p o ma gn ético de la tierra co m o un vo ltaj e ind ucid o elec tro m agné lica me u te y co ntras ta un ind ica do r d e rumb o por m ed io d e una seña l varia b le d e vo ltaje d e sa lid a secu nd a rio . En o t ras pa labras, el detec to r ac t úa co mo u n siuc ro tra nsm isor de co rrie nte alte rna y es, por consigu ie n te, o tra ut ilizació n es pecia l d e l p rin cip io d el tra ns fo rmad or (véase la página 245 ). En gen era l, el e le me n to está co ns tru id o según pued e verse e n la Fig. 7.2 . Ti ene la forma de una ru ed a metál ica d e tr e s rad io s; la llanta está d ividida p or lo s rad ios d e fo rma q u e éstos y su secció n d e lla nta ac túa n co mo tr es co lecto re s d e flujo indiv id ua les. Bobinas selec to res secundarias

Cuernos co lec to res lam ina dos

figura 7.2.-Construcción general de un elemento detector de flujo.

R adios

Bobina e xcitad o ra Io rtme rtal

Alred ed o r de l cu bo d e la ru ed a hay una bob ina que co rres po nde a l d eva nad o primario d e un transformad o r, mi entra s qu e las bobinas a lred ed or d e lo s rad ios co rr es ponden a los d evanados se cundar ios . La razón pa ra adoptar un sistema d e trcs radi o s y tres bobi nas se verá clara me nte más ad e lante en es te ca p ít u lo , pe ro e n esta fa se se pu ed e e n te nd er e l pr in cipio d e o peració n sigui en do la evo lució n de u no d e e llos so lame nt e . Prim ero a naliza rc mos e l caso d e u na b obina d e u n a so la esp ira co lo cada e n un campo magnético . El flujo magnéti co qu e atraviesa la bobina es m áximo cuando es tá alineada co n la d irecci ó n del ca mpo, ce ro cuando se e ncu entr a e n á ng u lo rect o a l ca m po, y m áxim o , pero d e sent ido opues to , cua ndo la b obina 0 es tá girada 18 0 co n re sp ecto a su posició n o rigina l. La F ig. 7. 3(a ) m u es tra que para una bobina co locada e n un án gu lo a un ca m po d e int en sid ad H , e l ca mpo pued e transformarse en d os com pone n tes , una a lo largo d e la bobina igual a H cos O y la o tra e n á ngu lo rec to a la bobina igua l a H se n O. Es ta última componen te de l ca m p o no pr o du ce flujo e fic a z a través de la bo b ina, de form a que el flujo to tal que a t ra viesa es prop orc io n al a l coseno d el á ng u lo e n t re e l eje d e la bo bin a y la d irecci ó n d el cam po . De fo rma gráfica p ue d e rep resen ta rse co mo e n (h ).

20 0

EL i:M E ~T O S

DET ECTORES L'E F L UJG

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Figur a 7.3.-Bobm a única en un campo ma gnético. a ) Co mpo nentes. ó) Fluj o rotal.

70°

38 0

Posic ión angul ar de l a bobina

lb )

Si la bo bin a se co lo case en un avión de fo rma qu e se enc ontrase en el plano horizontal con su eje fijo o en para lelo al eje lon gitudinal del avió n. ser í a afec tada po r la componente ho rizontal de la T ierra y el flujo que at raviesa la bob ina · seria proporcional al rum b o magnético del avió n. Por co nsiguiente, parece ser .. que tenemo s la base de un sistema de brúj ul a ~:1 p 2. : .:: ~ detec tar el campo mag· nét ico d e la Tierra sin el uso de un imán : ::-;:::.a7:. -:":"".l e . Desgr aciadam ente, n " sistema sen cillo de este ti po no puede servir -~ ,: la prác tica por qu e, co n el fin de , de terminar el rum bo magn é tic o, ser ía necesario medir el flujo magnético y n o · hay ningú n medio sen cillo y directo para hacerlo. Sin embargo, si se pudiese · prod ucir un flujo q ue cambie con la _,om po nente de l cam po de la T ierra aco plado con la bobina, podríamos medir el voltaje induc ido por el flujo variable, e inte rpre tar los cambios de voltaje obtenidos así en té rminos de ca mb io s de rurn--bo. Esto se co nsigue adoptando el mécoto de construcció n mostrado en la Fig. 7A . Cada rad io co nsta de una pata superio r y otra in ferio r aisladas ad ecuadame nte y perfiladas de fo rma qu e en cierre n el núcleo del cu bo central alreded or del cual va arroll ada la bobina prim aria. La bob ina secundaria está arr ollada alrede de r de ambas patas . El ma te rial de las patas de los radios es Perrnallo y, un a alea ción elegida especialmen te po r su propiedad caracte r íst ica de ser fác ilment e magn et izada , pero de perder casi todo su magnetismo una vez qu e se retira la fu erza magn etizadora ext erior. Con este arre glo hay que co nsid era r dos fue ntes de flujo : ei) el flujo altern o en las patas debido a la corriente que circula en la bob in a primaria ; est e

20!

BRUJULAS DE IN DIC.\C! ON RE :V1OT.A

Brazos lam inad os del r adío

\ Figura 7 .a .c-Secc íón vertic al de U n radio de un elemento detec tor.

A islamie nto Bob ina selectora

Bobina exci tadora ali mentada a 23,5 V,

4 00 Hz

flujo tiene la misma frec ue ncia que la co rrie n te y es pr op o rc ional a su amplitud; (ji) el flujo est ático de bido a la co mpo nente H de la T ierra. cu yo valor máximo depen de de la magn it ud de H y el cos eno del ángu lo en t re H y el eje de l detecto r. Si consideramos prime ro que el eje de l de tec to r se enc ue nt ra en ángulo rect o a H , el tlujo está tico acoplado co n las bobinas será, desde luego, cero . Por tanto, co n un voltaje alt erno aplicad o a la bo bina primaria , el tl ujo to tal aco plado co n el sec u nda rio será la sum a de los flujos alt ern os solamente en las patas supe rior e infe rior y de be, por co nsiguiente , ser cero según se muestra gráficame nt e en la F ig. 7.5. La tr an sició n de fluj o de la bob ina pri rnaria a tluj o en las patas de l detector está regulada po r las car acterística s mag r éticas del ma teria l, y tales caracterr st iComp onent e H de la T ier ra t i I li t I I

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Flujo en el brazo superio r

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[er semiciclo

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Figura 7. 5.-F lujo to tal cuando el radio del detector está en ángulo recto con el campo de la Tierra.

202

!' ELEMEN TOS DETE CTO RES DE FLUJO

Figura 7 .6 .-Curva BtH y laz os de hist éresis .

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cas se determinan po r la cu rva d e magne tización O B/ H. En la Fig. 7.6, la curva correspo ndie n te al Permallo y se co mpa ra co n la corresp ond iente al h ierro para demo strar lo fácilmente qu e puede magnetizarse. Ex isten unos cua n tos pu ntos más sob re la Fig. 7.6 q ue deben cita rse porque aclaran las definiciones de ciertos térm in os que se utilizan en conexió n con la magnetización de materiales y. al mismo tiempo, mue stran o tras ventajas del Permallo y. So n : l. Perm eab ilidad : que es la relació n entre la densida d B de l flujo magnético y la intensidad del cam po o f uerza magnetizadora H ; la pe ndien te de la curva mu estr a que el Per malloy tiene elevada pe rm eabilidad. ' 2. Pu n to de sa tu ració n : el punto en el que la curva de magnetización comienza a nívelarse, in dicando q ue el ma terial está comple tamen te magnetizado. Ob serven también que el Permalloy es más susceptib le a la indu cció n " :' ~ ~é t i c a que el hierro , según lo muestra su punto de satu rac ión más alto . 3. Cur va y lazo de histéresis" : se trazan para indicar el retardo detrás del magnetismo inducido cuand o, despué s de alcanzar la saturació n, la fue rza magnet izad ora esre ducid a a cero des de las direcc ion es po sitiva y negativa, y también para det erminar la capacida d de un materia l para retener el ma gnetismo . Al magn etismo qu e queda se le cono ce como remanencia magné tica o densidad de flujo remanen te ; se observará qu e p ara el hierro es mu y alta (distanc ia OR¡ ) . contrib uy end o a crear unas buenas pro piedades ma gnéticas permanen tes. Para los elemen tos detect ores se neces ita un ma ter ial q ue tenga la menor rema nen cia magnétic a posib le, y como la d istancia OR , indica. el Perma lloy cumple este requ isito admirable mente. 4. Co ercividad : se refiere a la cantid ad de fue rza magn etizad ora negativa ifuerza co ercit iva) necesaria para desmagnetizar comple tamente un materia l y se repr esen ta po r las distancias OC¡ y OCp . La coe rcividad y no la remanencia magn ética dete rmina la capacidad para retener magn e tism o. *

El retraso de un efecto detrás de su causa (del griego husteresis. "que viene detrás").

203

BRUJULAS DE lNDlCAClON RE :-'10 TA

9, Flujo en el brazo inferior I

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I, H

Pun to de

satu ración

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Flujo en el brazo

suce no r

Vo lt aje de la bobina excitadora y fuerla magnet izadora en el brazo superior

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I Vo ltaje de la

bobina excttado ra y fuerza magnetizaI dor a en el brazo inferi or

El flujo total y la salida de la bobina selectora secund aria es cero

Figura 7. 7.- Características de la o nda de flujo.

Con el fin de mo strar el carác ter de las onda s de tlujo producidas en las patas del det ecto r, se ado pta una representación grá fica q ue es análoga a la q ue se usa para ind icar las car acterí sti cas del tu bo electrónico. Como puede verse en la Fig. 7.7 , las fo rmas de las o ndas de los campo s pri mario s alt ernativos se dibujan a través del eje B de densid ad de tlujo d e la curva BIH, y las de las densid ad es de flujo co rre spon die n tes en las pat as se de duc en de ellas por pro yecció n a lo largo del eje H. La densidad d e flu jo t otal pro ducida en las patas es la su ma de las cu rvas ind ividuales, y entonces. co n el detector en án gu lo re ct o a la compo nente horizontal de la tie rra H , al igu al qu e el flujo estáti co aco p lado co n la bo bina sec undaria, será cero. Pu esto que la de nsidad to tal del flujo no ca mb ia, el vo ltaj e de salid a en la bobina secu ndaria debe ser también cero. ;; Co nsideremo s ahora los efec tos de la saturación cuando el detecto r de fl ujo se encu entra en un ángulo que no sea recto con respecto a la co mpo nente horizo ntal H segú n se ind ica eh la Fig, 7.8(al. El tlu jo alte rn ativo de bido 'a la bobina primaria cambia la reluc ta ncia de l material. permi tien do así qu e el flujo estático debi do a la componente H entr e y salga de l radi o en pro porción a los camb ios de relu ctan cia. Durant e aq ue lla s partes de l ciclo de fl ujo prima rio en las q ue la reluc tancia es la may or, el flu jo está tico enlaza co n la bobina secu ndaria y su e fecto es desp lazar el eje, o punto d e refer en cia, alrededor del cual alt ern a la fue rz a magnetizadora. La can tid ad de este desplazamiento depende del ángulo e ntre la compo nent e H de l campo de la T ierra y el eje de l dete cto r de flujo . Es[Q se muest ra grá ficam e nt e en (b l. Si ap licam os aho ra un a re presentación gráfica similar a la F ig. 7 .7 e incluimos el fluj o estáti co debid o a la componente H , el resultado será el que se mu estra 204

ELE}..1ENT QS DETECTORES DE FLU JO

Componente H de fa T ierra

Figura 7.8.-Efecto de la componente H de 113. Tierra. a) De tector en ángulo co n la componente H. b) Desplazamie nto del eje debido al flujo estático .

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Volt aje de la bobi na excitador a :

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Desplazamien to del eje

debido a la compone nte de la T ierra

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i Tlemoo -ce-,

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en la Fig. 7.9 . Debe cit arse esp ecialmente q ue se ha pr oducido un ap lanamiento de los pico s de las ond as de flujo en cada pata de un rad io. La razón de esto es que la amplitud de la corrien te de excitac ión de la bob ina primaria se aju sta de _ forma que sie mpre qu e se des plaza el punto de refe rencia, el mate ria l del detecto r de flujo es excitado hasta la sa turac ión . Por tan to, un d esplazamien to positivo del pun to de refer encia excita el mate rial hasta la sat urac ió n en la direc ción que se mu estra, y produce un a planami en to de los picos posit ivos de los flujos en un radi o . Análogamen te, los picos negati vos se apla nará n co mo co nsec uencia de un desplazamiento negativo , excita ndo el ma terial has ta la saturación en el otro ext remo de la curva E/H. El fl ujo to tal enlaz ado con la bob ina secu nda ria es igual que an tes, la suma de los fiujos en cada pa ta, y tiene la fo rma de ond a indic ad a tam bién en la Fig. 7.9. Cuando se gira el detecto r de fl ujo a otras posiciones con relación al campo de la Tierra, las dep resio nes del valor de l flujo total llegan a ser más profund as y me nos profundas segú n sea su rumbo . Po r tanto, se obtiene n los cam bios de flujo deseados y se induce un voltaje en la bobina secundaria. La magnitud de este voltaje inducido depen de de l cambio de flujo debid o al flujo está tico enlaz ado co n la bobina sec unda ria , el cua l, a su vez , de pende del valor del flujo está tico eficaz. Co mo se ind icó anteriorment e, el valor del flujo estático para cualquier posición del detector de flujo es fu nció n de l cosen o del rumb o magn ético ; por ta nto , la. magnitud del voltaje ind ucido debe ser ta mb ién una me dida de l rumbo. 205

BRUJU LAS DE IN DlCA CIO N REMO TA

t II

Punto de satu ració n

•

r De sPlazam iento deb id o a la component e H ~---i--+ de la Ti erra ',~...LI,, -~.!. I-

¡-';,~L'-

F uer za m aqn e- Flujo en el br azo superior

rizadora en , 1

-r-uarza ma gnetizadora en el ~razo superior

brazo infe rior '1

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I 1 I l:

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1 ciclo en 1 frecuencia 1..1 fundament al 1 de 400 Hz

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- 1/

F lujo to t al ,/ enla zado con la bob ina selecto ra secundaria

Fue rza elect romo t riz --!....L~~.J-"c~+-I-",-;._.l-''ri~ induc ida en la bobina selec· to ra secundaria

, _

23 frecuencia -J

arm óni ca

800 Hz

Figura 7.9.- Flujo total y fuerza electromo triz debidos a la compon ente H de la T ierra .

Un ú ltimo punto que se ha de co nsid erar se refiere a la frec uencia del volt aje de salida y la corriente proceden te de la bob ina selectora secundaria y su relació n con la de la bobina de excitación primaria. Durant e cada serniciclo del voltaje pr imario, la reluctanc ia del ma terial del detector de flujo va de mín ima a máxima y de nu evo a m ínima, y al l1uir a trav és del material, el fl ujo estático co rta la bobina selecto ra dos veces. Por co nsigu ie nte , en cada se miciclo de voltaje primario, se inducen dos aumentos de co rriente en la bob ina selecto ra. o para cada ciclo comple to del primario, se inducen do s ciclos comp letos en la bobina selectora. La ali men tación para la ex cit ación prima ria tien e una frecuencia de 4 00 Hz ; po r consigu iente, la fue rza e lectro motriz resu ltant e in du cida en la bo bina selectora secund aria tie ne una fre cue ncia de 800 Hz, según se mue stra en la Fig. 7.9, y u na amplitud dir ectamente pro porcional a la compo nente magnética de la Tierra en lí nea con el rad io particular del elemen to detecto r. .J labie ndo estu diado la o perac ión de u n detecto r de flujo senc illo se pueden exa mina r ahora co n un poco más de de talle las razon es por las que tiene tres. Si volvemos a co nsu ltar de nuevo la Fig. 7.3, Y tenemos también presen te el hecho de que lo dens idad del flujo es proporcional al coseno del ru mb o magnético, se verá que para un de tector de flujo habrá dos ru mbos que correspondan a flujo cero y dos que co rrespo ndan a un máximo. Suponien do po r u n mo men to que ten emo s que conec tar un vo ltíme tro de co rriente altern a al detector, se ob tendrá la misma lec tura de vol taje en el instru mento para ambos valores máximo s. porque el inst ru mento no pued e tener en cu en ta la dire cción del volt aje. Para

206

ELEME NTOS

D ETEC T O ~_ES

D E F LU JO

cualquier otro valor de flujo hab rá cu atro rum bos co rrespondien tes a una sola lectura del voltímetro. Sin emb argo, em pleando tres de te cto res de flujo sencillo 0 situa dos entre sí a ángulos de 120 • las tra yect o rias tomadas por el campo de la T ierra a travé s de ellos , y para ro ta ción 360 0 , serán según se mu estra en la Fig, 7 . 10 . Po r ta nto , pue de n obtenerse magnitudes variab les y voltaje indu cido y con relación a to dos los rumbos de l eleme nto dete ct or sin amb igüe dad de referen cia direccional. El volt aje resu ltant e de los tres de tecto res en cualq uie r mom ento puede represen tar se por un so lo vecto r qu e es para lelo a la compone nte H de la Tie rra .

, ,

\, \

Com po nen te H de la Tierra

,, ,

III ,, ,I tr,

,, ', ,, ¡di , 111 I

180 0

Figura 7. 10.-Trayect oria de l campo de la Tierra a través de un detect or y señales inducid as en las bobi nas selecto ras.

La Fig. 7.11 es un a vista en corte de un elemento det ector prá ctico típ ico. Los radios y los co nju ntos de bo binas está n suspendid os pendularme nte de una uni ón universal que permite una cantidad limitada de libertad en cabeceo y alabeo para que el ele me nto pue da detectar el efe cto má ximo de la co mpo nente H de la T ierr a. No tiene libertad en azim ut . La caja en la q ue va montad o el elemen to está cerrada hermé ticame n te y parcia lme nte llena de flu ido para amo rti gu ar las oscilaciones exc esivas del elemento . La unidad co mpleta est á sujeta a la est ructu ra de l avión (e n un ala o en la punta de l esta bilizador vert ía

Figura 7 . 1l. - Elemen to detect or de flujo típico. l. - Pestaña de mo ntaje (co njunto de sell o circular) . 2 .- Conju nto de contacto . 3 . ~ Terminal. 4 .-Tapa. 5. - Pivot e. 6.-Taza, 7.- Peso pendular. 8.Bob ina primaria (ex citación). 9.Brazo . 1C.- Bo bina secundaria. l l.-Cuernos col ectores . l l .- Pivo te .

Ii '°

20 7

BRU JULAS DE IND1CACI ON RE MOTA

cal) por medio de una pest aña de montaje que tiene t res ra nuras para los torn illos de mon taje . Una de las ranu ras está a un número limitado de grados en cada lado de u na posición cero que corresponde a u n punto de re ferencia de instalación del avión para ajuste del coe ficien te A (véase el Capítulo 8) . En la tapa superior de la caja se han prev isto los medios para las conexiones eléctricas y la fij ación de un dispositivo de compensación de desv iac ión.

VE RIFICACI ON DE GIROSCOPO E IN Dl CADO R La verificació n se refie re al proceso de re pro ducir las referen cias direccionales establec idas por el elemento detecto r de flujo como indicaciones cuantitativas en el in dicad or de rumbo. El principio de la verificación es básicamen te el mismo para todos los tipos de sist ema s de brújulas y puede comprenderse fácil men te analizan do la Fig. 7.12. Cuando el detector de flujo se posiciona firm emente en un ru mbo , digamos 000 0 , se inducirá entonces una señal de voltaje máximo en la bobin a sele cto-

JA s, '"

".: : 1 ,I

I ' ,•••\.8

Bob in a A

Bo bi na 8

Bobin a

(a)

Resu ltan te de la comp one nte del cam p o de l a T ierra a t r avés del detect o r

¡k=P Fu e

Bobina A

, I '

1 1\

Resu l t ante del cam po debi do a l as señal es de vol taje in d ucidas

Bo bina B

Bo bi na

A l ampl i fi cad o r

- - - --- Cam po de l a T ier r a - -_

Señales de vol t aje in d uci d as

l b)

Figu ra 7.12.- Verifi cació n del giró sco po djrec cional. a) Ru m bo 000 ó) Ru m bo ~ 09 0 .

208

VERIF ICA OON DE GI RCS CO PO E I:"lDICAO OR

I \

ra A, mi entras que en las bob inas B y C se in d uc irán se ñales d e la m itad de la amplitu d y fase opues ta. Estas señales se envía n a las tomas co rre spo ndientes d el est ato r de l sin crorrece pto r. y los flu jos producid os se combinan para es tablecer un ca m po resultan te a trav és del ce ntro del esta to r: Est a result a n te est á alin eada exac ta mente co n la res ult an te d el ca m po de la Ti erra qu e a traviesa el d et ector. Si, según se muestra en la Fi g. 7.¡2(a l. el ro t or del sinc ro rrecep to r es tá en ángu lo recto al fluj o resultante, no se p ued e inducir ningún vol taje en los dev anados. En esta po sició n, el sinero es tá en "nulo " y el gir ósco po d ireccio na l se alineará ta mbié n co n el vec to r de l ca m po re sul- . tante de la Ti erra ; d e este mod o , el ele me nto indicador de rumbo indicará 0 000 . Ahora bien, co nside remo s lo que ocu rr e cuand o el elemento de tec0 to r de flujo gira 90 ; la d ispo sición de las bobinas selec to ras de l d etec to r será la q ue se mu estra en (b). No se inducirá vo ltaje de señal en la bo bina A, pe ro las bobinas B y C tienen señales de voltaje a um entadas, teniendo la señal en C fase opues ta a la q ue te nía en la po sici ón "nula". El flujo resu lta nt e a través 0 de l estato r del sincro de l re cep to r ha brá girado 90 , Y su po n ie ndo por un momento q ue el girósc opo y el sinc ro sigue n e n su po sició n o rigin al, el fl ujo esta rá ahora alin eado co n el rotor del sinc ro y, por co nsigu ie n te, inducirá voltaje m áximo- en el roto r. Esta señal de voltaje de erro r se envía a un arnpl ificador esc lavizado r en el qu e se detec ta su fase, y después d e su arnp lificac ió n, a un mo to r de to rsión esc lavizado r, el cual im prime precesió n al girósco po y al rotor de l sincro e n la d irección a p ro piada hast a qu e e l ro to r alc a nz a la posic ió n "nula" , de nuevo en án gulo recto al ca mpo res ulta n te. En o tras pala bras , las co n dicio nes será n igual es J las que se mu est ran en el d iagrama (a ) 0 pero en el nuevo rumbo d e 0 90 • Con la ayuda d e las Figs, 7. 10 Y 7 . 12 el lector no d ebe tene r nin guna d ific ultad en en co n tra r las direc cio nes de las señales d e vol taj e y los flujos resultan tes pa ra ot ra s pos icio nes d el elemento d etector. En la pr ácti ca , d esde luego , la rotación de l campo en el sinc ro d el rece pt o r, y la esclavizació n del giró scopo, se pro d uce n simultáneamente con el giro del dete cto r de fl ujo de modo qu e se man tenga con tinuame n te u n sincronismo ent re el de tec to r y el giró scopo. En la Fig. 7. 13 se muestra el e n lace d e tra nsm isió n síncro na e ntre lo s tr es com po nen tes princip ales d e un siste ma de giróscopo maestro . El principio funda me nta l de la verificació n ya de scrito se aplic a tam bi én a este siste ma , pero deb id o a qu e el indicador es una unidad in depe n d iente, se necesita también inc orporar sincros adi cionales en el sist e ma, para fo rmar u n serv olazo . El ro to r de l sincro de l tra nsmiso r (CXl d el lazo gira sie m p re q ue el gir óscopo te nga movimiento d e pr ecesión, o sea esclav izado, a la referencia dir eccional, y las se ña les indu cidas con ello en el estator de l CX se a p lican al d el sincro CT en el indicad o r. Durante el esclav izamie n t o, lo s rotores de ambos sinc ros no est ar :in alineados y, por co nsiguien te , se induce u n vo ltaje d e e rro r de l servo lazo en el roto r d el sincro CT y lu ego se a plica a un serv oa rnp lificada r. Por ta n to, el ro to r y la esfe ra so n girad os, indica nd o el último la d irección d el ca mbio de rum bo que ti ene lu gar. Al ce sa r el gir o , el rotor alcanza la pos ició n "nula" , y como ya no hab rá u na en t rada al servoa m plifi cad o r. el servo mo to r dejará de girar y la esfe ra de l indic ado r se ña lará el nuevo rumbo . El servo mo to r ta mb ién accio na un tacoge ne rado r qu e su min istra señales de realime n tació n al am plificad o r par a a mo rtiguar las oscila cio nes de l serv osiste ma. 20 9

BRUJ ULAS DE lI'iDI CAClON REMOT A

I " d ic ad o r

D e te c t o r d e t 1u IO

-- - -- -

FLUJO ~E SE ÑA LES

c:=:- g e te veocia de dir ecció n

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Er ro r d e ru m bo

ce-o ve nñcac.ó o y 8---t>

craces ro o Se rvo

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Error de taz o

> Servom an d c

Señ ales de caros ce r um b o a Otros sistemas , vuelo so t o-o enc c por ejem p lo

Figura 7. 13.- Verificació n del indicado r y girósco po maestro. E LE ~I ENT O S

DEL GI ROSCOPO DIRECCIONAL

El elemen to del girósco po dir eccion al pue de ir de ntro de un indicad or mon tado en el pan el, O 'pu ede forma r u na u nid ad maes tra independ iente situ ada en un pu n to remoto y tra nsmitir la info rmación a un indicado r esclavo, segú n el tipo de sistema de brújula y la apli cación de la informa ción de ru mbo sincronizada. Los sistemas qu e ad op tan la técnica de refe ren cia de giróscopo maestro so n, sin embargo , los mas empleados, porque al servir como fuente de datos de rum bo cen tra lizad a, proporcio nan una tra nsmisión más eficaz de los datos, particularmente a los siste mas directores de vuelo (véase el Capi tulo 15) y siste mas de co nt ro l de vue lo automático con los qu e están ah ora estrec hamente relac ionad os. En la Fig. 7.1 4 se mu estra un eje mplo de u na unidad de giróscopo mae stro. El ro tor del girósco po tiene form a esférica y está sost en ido en la cuna interio r , que está pro vista de tapas hemisfé ricas que encierran el mo to r de l girósc opo. En la parte superio r de la cuna exterio r van mon tados los ro to res del sinc ro de rumbo esclavo prin cipa l y un sinc ro de datos adicional. El estator de un motor de par de nivelación va fijado a la parte in ferio r de la cuna exte rior y su rotor va un ido a la caja de l giró scopo. Un int e rrup to r de nivel de liq uido sujet o al eje de la cu na interior co n tro la el motor. Una esfera d e ru mbo va tam b ién fijada a la cuna exte rior y se lee co ntra una escala vernie r fija. Ambas escalas se ven a trav és de una ven ta nilla de inspecció n existente en la cara ex terior de l giróscopo . y su finalidad es proporcionar u na indicación de ru mbo arbitraria cuando se prueba el sistema en un avión. T od o el conju nto va montado en mon turas 2 10

ELE~ EN T OS

DE L GIR OSCOPü DIRECC ION AL

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T I.,:S. ')¡ ~ ~ 1,

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Figura

7 . 1 4. ~ Ej e m p lo

de eleme nto de girósco po direc cion al maestro.

2 11

BRUJU LAS D E IN DICA CI ON RE¡..tOTA

antivibratorias co n tenidas en una base que prop orciona la fijación en la posición requerida. y tam bién la con exión de los circ uito s eléctricos necesarios. Tam bién hay un sistema de freno de " parada de giro " para imped ir el efecto oscil ador de l giróscopo (llamad o nutación) suje ta ndo la cun a exterio r dura nte un cort o período de tiempo después de apli car la energía . El fre no se ap lica tamb ién 30 segu ndos aproximadamente des pués de que se haya desconectad o la aliment ación de energía para im pedir que el girósco po gire alreded or de su eje dura n te la parada .

INDICADOR DE RUMBO En la Fig. 7.1 5 se muestra u n ejemplo de la prese ntación en la esfera de un indicador utilizado con un ele mento de girós co po dir eccio nal maes tro . Ad em ás de prese nt ar los dato s de rumbo magnéti co, tamb ién presen ta la ma rSe ñatacor de rum bo Avisado r Aguja de dob le barr a

Botó n select or

Agu ja de una sola barra Botón de sincronizació n

Rosa de la brúju la

Bot ón de ajuste de rumbo Linea de refe re ncia

~ Cada aguja responde a señales procedentes de una esracfó n VOR

La aguja de una sola barra responde a las señales de una estación AOF ; la de doble barra a las de una estación VO R

Cada aguja responde a señales proceden tes de una estación ADF

La aguja de una sola barra responde a las señales procedent es de una estación VOR; la aguja de dob le barra a las proc edent es de una estación AO F

Figura 7 .I S.-Indicador de rumbo.

212

IN DICAD O R DE RU MBO

cación de un avi ón con respe ct o a las estaciones terrestres de los sist emas de rnd io n avcgaci ón ADF (Autorna tic Direction Fi nding o radi o go n i ómetro au tomático) y VO R (Rad io faro Om nidirecci onal de muy alt a frecu encia) . Por est a razón, al indicador se le con oce gen era lmente co mo indicador radio mag nético (R:Vll). Las ind icac io nes de marcación las pro po rcio nan do s agujas montadas co ncént ricarnente , una deno minad a aguja de " d o ble barra" y la otro aguja de " una sola barra " . Am bas señalan co ntra la cart a de brúju la principal, y son sit u adas po r sincro s co ne cta dos a los recepto res ADF y VOR a bo rdo del avión . La pr esentació n se co ntrola mediante aju st e manual de u n mand o selec to r en las pos icio nes mostradas en el diagrama. Las señales transmiti das a los sist emas de sincro s son tales que las agujas siempre señalan o las est ac iones de las que se reciben las señales. Est o puede verse en la F ig. 7.1 6, que es un a representación de có mo puede det ermin arse la posición d e u n avión por las tr es fue ntes de in formación de navegación. N

Jo '

A OF

Figura 7.16 .- Ejemplo s de indicaciones del

f •

R ~lI .

El pilot o, mediante un botón d e " ru mbo ajustado" , puede aju star el rumbo en el que dese a vo lar el avión . Est e bo tó n está acoplad o mecánicamen te a un " se ñalador" de rum bo , de forma q ue cuan do se gira el bo tó n el se ñalado r, ta mbién gira co n resp ecto a la cart a de la brúju la. Ent onces se ha ce qu e el avión vire hasta que se registre co nt ra el " se ñalador" el nu evo rumbo desead o. Para virar en condiciones de vue lo contro lado automáticamente , el giro del bo t ón de rumbo ajus tado sitúa tambié n el roto r de u n sincro ex (véase la Fi g. 7.13 ) qu e suministra en to nces al sistema de pilo to automático señales de orde n de VIraJe. 2 13

¡ 1

BRUJU LA S DE lNDI CACI QN REMOTA

NIVELACION DEL GIROSCO PO Además de utilizar sistema s de transmisión síncronos es también fundamen ta l emplear un sistema que mantenga el eje de giro del giróscopo en una posició n horizontal to do el tiempo. Esto es un req uisit o para que todos los giróscopos direcc io na les venzan la de sviació n casua l (véase también la pág. 193) del alojamien to del roto r del giróscopo deb ido a la fricci ó n de los coj ine tes. El diseño y princ ipio de o peració n de los sist emas de nivelación o erecc ión u ti lizados en los girósc o pos de brújulas de in dicación re mo ta so n similares y co ns tan de un in terrupto r y un mo tor de torsión. El int erruptor sue le ser de l ti po de nivel de líquido y es montado en el alojamiento del ro tor del girósc opo de mo do que se mu eva co n él. El motor de to rsión es un motor b ifásico de inducció n situad o de forma q ue un esta to r esté un ido a la cuna exterio r, y su rotor a la caja del giróscopo. La Fig. 7.17 mues tra esquemáticame nte la dispos ició n d el sist ema. Uno de los elect rod os del interrup tor está conectado a u no fuen te de bajo voltaje alterno y el o tro a u no de los extre mos del devanad o de co ntrol de motor de to rsión . Se observará en el diagrama q ue el devanad o de con tro l co nsta de dos partes ; una de ellas está energizada co n tinuamen te y la o tra sólo a través de l int erruptor de nivel de líqu ido. Los cam po s estab lecidos po r las co rrie n tes en los d os deva nados pr oducen to rsion es, pero puesto que los ca mpos son opuestos entre sí, la p recesión a la posici ón de nivel horizon tal se deb e a una torsió n resultante . Ali ment3ción de e.a . Z al d eva n ado del camp o fijo I

Alimen taci ón de c.a. a -la sección de campo fijo del devanado de cont rol

...

v" Figura 7. 17 .- Siste ma de niv el a-

' v,

ción.

Alfmemaci oo de e.a . al interru pto r de nivel de h'quido

En la Fig. 7. 18 pu ede verse un métod o ut ilizado en un tipo act ua l de unidad de giróscopo maestro para contrarrestar la desviac ión de l sistema cardánico de bid a a las to rsio nes de fricc ión de los cojinetes. La cun a interio r va sos tenida de ntro de la ex terior por do s cojin etes especiales, co no cidos como coj inet es Rotorace. Cada cojine te consta de u na pista de ro dadu ra interior, una in te rrne2 14

MODOS DE O PE RA CION DE LOS SIST EMAS DE BR UJU LAS

Conj un to de unid ad de rot o r de l qrroscopo (cuna Inten or)

oto r de arrastr e Ro to race

\ Co jine te R oto race

Figura 7.18.-Sistema de cojinete Ro torace.

dia y otra exterio r, y dos juegos de cojinetes de bolas; la pista de rodad ura intermedia gira consta nt emen te por la acción de un mo to r de arrastre que funciona a través de un tren de engranajes. El giro de pista de rodadu ra intermedia distribuye uniformemente alred edor del eje del ro tac ión cualq u ier to rsió n fri ccional presen te en el cojinet e . El engra ne a las pistas intermedias de los dos cojine tes es [al q ue las pis tas gir an en dir-icciones opuestas; de este modo, las to rsio nes de fricción de los d os coj inetes ,ce o po ne n ent re sí. La desviación que se pudiese introducir por desalin eación de los cojine tes se anula camb iand o periódicame nt e la dirección de ro ta ción de las pistas de rod ad ura intermedias. Esto se logra invirtiendo la ro tación del motor de arra stre a t ravés de un interrup to r q ue es accionad o por una leva. La leva es, a su vez, accio nada po r un engra naje helicoidal des de el eje de arrastr e en t re lo s dos cojine tes . Unos co n de nsado res co nec tados a trav és del interru ptor suprime n cual q uie r tendencia a qu e se prod uzca la fo rm aci ón de ar co - de los con [actos. ~10 DOS

DE OP ERACION DE LOS SlS TD1AS DE BRU JU LAS

T odos los sistemas de brúju las proporc io na n la selecc ió n de dos cate go r ías mo do s de operac ión : esclavizado, en el q ue el girósco po es su pervis ado por el eleme nto det ect o r de flujo , y giróscopo libre, o girósc opo dire ccional, en el que e l girósco po está aislado del detecto r para que fu ncio ne co mo un giróscopo di reccional recto. Este último mo do de operación se selecta siempre qu e se prod uzca un ma l fu ncio namient o de los circ u itos de señales de O

215

BR UJULA S DE iNDlCACI ON REM OTA

referencia d ire cciona les o cuando se vuela un avión en la t itu des en las que la co mpo nen te ho rizo ntal del campo magnético de la Tierra no sea un a referencia fiable.

Indicado res de sinc ro n izació n La fu nc ión de los indicado res de sincronización, o avisado res co mo se lo s de no mina algunas veces. es in dicar si el gir óscopo de un siste m a de brújula está o n o sincronizad o co n la refe rencia di reccio nal detectada po r el elem ento detecto r de flujo, Lo s in di cadores p ueden formar part e integral de l in dicador d e rumbo prin cipal (v éase la Fig, 7. 15) o pued en se r un a unidad independ ien te mon tad a en el panel prin cipal d e instrumento s. Est os in d ica do res so n accionados por las señ ales de su pe rvisión o contra tación proced em es del de tec to r d e fl ujo y están co ne ctados e n el circ uito esclavizado r del giró scopo. En la F ig. 7. 19 se mu estra un avis ador in t egral t íp ico qu e sirve , gen era lm en te, para e nseñar la fu nció n de los indicadores. Consta de u na ba nd e rit a, marcad a con un punto y u na cru z, que se ve po r u na ven tanilla e n una esq uina d el bisel del in dicad or de rum bo. La ba nde ra va en uno de los e xtre mos de u n eje pivota do . En el o t ro ex t re m o d el eje va m ontado u n peq ue ño im án permanent e q ue , al mi sm o tie mpo, está situa d o ad yace n te a dos bobinas de n úcle o de m etal bla nd o co nectadas en serie co n el circ uito de prec esión.

4", .'

Bobin as y piezas po tares

Figura 7 .19 .-A visador integral típico .

Cuan d o el gir óscopo est á desincronizado, las señales de supervisión y p recesión fl uyen a tr avés de las bobinas de l avisado r e inducen un campo magnético en ella s. El campo reaccio na co n el imá n permanent e haci éndo que gire el eje a un lado, de mod o que aparezc a en la vent anilla el punt o o la cruz de la bande ra. La in di ca ción partic u lar que se m uest re de pe nde d e la dire cción de la pre cesió n de l giró sc o po y se mantendrá has ta q ue vuelva a habe r sincro nismo.

21 6

.'" .:~~

!I 1I

l :-rD ICACION DE R UMBO MAG NE T!CO EN LAS RE GIONES POLA RES

En co nd icio nes sin cronizad as no debe habe r nin guna imagen en la ventanilla del avisado r. Du ran te el vue lo, sin emb argo. la bandera osc ila lentamen te ent re u na in dicació n de un pun to y Una cru z. Est o se debe a los e fec tos de 13 pen dulación so bre el elemento de tecto r de flujo y sirve, en realidad, co rno in dicació n úti l de que está h abiendo su pervisión.

Sinc ron izaci ón ma n ual

Cu and o se aplica inicialmen te ene rgía eléctrica a un siste ma de brúju la q ue o pera en el modo " esclavizado" . e l giróscopo pu ede estar mu y desa lineado. Desde luego , com enzad a sinc ro niza rse. pero co mo los girósco pos no rm almen te tie nen bajos reg ím en es de preces ió n (1.0 a 2.0 po r minuto J. puede tra nscu rr ir mucho tiem po antes de q ue se realice 13 sincro niza ció n. Co n el fin de acele rar el proceso, los siste mas llevan siem pre un a in stalació n de sin cro nizació n rápida q ue se pue de selecc io nar ma nualmente. Ana lizando la Fi g. 7. 13 puede comp ren de rse el princip io de un mé to do aplicado a u n siste ma qu e utiliza un girósco po maestro. El indicador emplea un mando de sincro nizac ión, marcado co n u n punto y u na cru z y aco plad o al estator del sinc ro CT de servo . Si se em puja y gira el mando en la direc ció n indicada por el avisad or, el giro del estato r de l sinc ro CT induce u na señal de vo ltaje de erro r en el ro to r. Esta se env ía al servoarnplifi cad or y al moto r, que sincro niza el rotor de l sin cro de ru mbo esclavo o saté lite y el girósco po , a trav és del amp lificad or escalvizad o r, al sincronismo co n el de tecto r de flujo. Al mismo tiemp o, el rotor del sincro CT es accionad o a la posi c ión " nula " y se su primen toda s las seña les de erro r.

¡ I r

I ,

IN DICACIO N DE RUMBO MAGNETICO EN LAS R EG IONES PO LARES

Con la in tr oducción de o pera ciones de vue lo regu lares en las proximida des y sobr e las regio nes polares po r la aviac ió n milita r y mu chas co mpañías aéreas privadas. la necesidad de crear nuevos mé tod os y eq uipos de navegació n adq uirió gran impo rtanc ia. Las principales dificultades de la navegació n en esta s region es están relacio nadas con lo s siguientes pro blem as: la co nvergenc ia de los meridianos y las is ógo nas, los largos perío dos crepusculares que limitan el uso de la ast ronavegaci ón , las tor me ntas magné ticas , las in te rr up ciones de la radiopro pagación qu e reducen el empleo de las radioayudas a la navegac ión , y las limitac iones en las re feren cias direc cio nales establecida s po r las brúju las magnéticas y algun os sis temas de brúj ulas de indicació n rem o ta . Record arán q ue en el Capítu lo 6 se de cía q ue el nort e magnético no se puede definir co mo un punto exac to , pero puede des cribirse corno la zo na dentro de la cual la component e horizontal H de l campo m agné tico de la T ierr a es cero , siendo to do el campo vert ica l. Po r co nsigu iente , está claro q ue el empleo de una brúj ula de lectura dir ec ta o una de ind icac ión a dist anc ia en esta zo na no puede pro po rcio nar la referen cia direc cio na l exacta requ erida. Ot ra circu nstancia q ue hace la direcc ió n magnéti ca po co práctica en las regiones po lares es el hecho de q u e la desviació n del sistema magn ético del nor t e m agnét ico es muy grande y var ía rá pidame nt e co n la distanc ia . 217

BRU JULAS DE IND1CACION

RE ~'IOTA

Los giróscopos de los siste mas de brúju las actuales están diseñados para que no ten gan apenas desviació n po r causa de la fricció n de los coji netes de las cu nas y el desequ ilibrio, y po r eso su empleo en el mo do de operació n de "giróscopo libre" ofre ce una so lución evidente al pro blema . Sin em bargo, un gir óseopo tien e toda vía un error de velocid ad de la T ierra qu e varia co n la la tit ud en la que o pera y que es mayo r en las regiones po lares. Por consiguiente , para ob tene r una info rmación de rumbo exacta deben eliminarse lo s errores. calculando las correccio nes necesa rias y aplic ándolas directament e a los rum bos ind icados, o bien inco rpo rando un dispositivo de corrección automática en el giróscopo. En los sistemas de brúju las diseñ ados para vuelos po lares se utiliza el método cit ado en ú ltimo lu gar, el cu al to ma la fo rma de un circui to de precesión contr olada. Un circ u ito t ípico consta esencialmente de tre s parte s principales , a saber : (i) un interruptor pa ra seleccion ar el hemisferi o en el qu e se vuela, esto es, No rte o Su r , (ji) un mand o selecto r, potenciómetro y esfe ra calibra da en gra dos de latitud. propo rcionando así el ajuste de la la tit ud en la que el avión vuela , y (iii) dos elec tro imanes pequeños de co rrie nte co n tinua integrados en la cun a ex te rio r, uno a cada lado de la in terior. En la Fig, 7. 20 pu ed e verse el circ uito co n tro lador.

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Al amplificador

esctavtezador

- -l .

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, CUjaint erio r I_ _ :-I~~ " Bobin~ de- - - - i -- - - ---;'!---, OD,G"~,, corrección de no rte

• 115 V

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Bobina de co rrección de sur

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Cuna ext erior "-VVV'-j Estabil .

de volt.

115V

Figura 7. 20.-Circuito co ntrolado r de lati tud.

Cuando se pone el int errupto r selec to r de hem isferio en la po sicio n apropia da deja q ue u n alto vo ltaje di rec to, que pro cede de una uni dad de ene rgía es pecial , fluya a la bobin a de l elec tro imán selectado . La corriente también atra viesa el po te n ció me tro del co mp ensado r de latitud para qu e pu eda ajustarse de forma qu e dé el contro l requeri do en la lati tud selecta da. Cuand o e l girós copo se desvía. el ro tor gira a t ravés del campo ma gnético de la bobina energiz ada, y se ind uce co rrie ntes parásitas en el rotor co n el resultado de que se aplica una to rsión a la cu na interior, la cual imprime un rnovimienro de prece sión a to d o el sistema cardá nico alrededor de su eje vertical, al mismo régimen, pero en senti do opuesto a su desviació n. Cuando se ene rgiza el 218

ER R O RES E.N LOS SISTE MAS DE BR UJ ULAS

imán del hemisferio no rt -.. la precesión es en sentido co ntrario al giro de las agujas del reloj, y en el sen tido de las agujas del reloj cuando se energiza el imán del hem isferio sur . Un circuito est ab ilizado r de voltaje da la seguridad de qu e la corrien te a través de una bob ina en ergizada no será afectada por las variacio nes del voltaje dire cto proceden te de la u nidad de alimentación d e energía.

., \

COMPENSACION DE LAS DESVIACIONES La com pen sación de las desviacio nes resulta nt es de los e fectos del magn eti smo de met al d uro y metal bland o se realiza aplicando uno de los mét od os descritos en el Ca p ítulo 8 (pág. 236) . ERR ORES EN LOS SISTEMAS DE BRUJU LAS Además de los err ores está ticos resultantes de los efec tos magnéticos de m etal blando y metal duro (véase el Cap í tu lo 8) los siste mas de brúj u las de indicación remota están también sujeto s a otros dos err ores principales; un o es está tico y se co noce co mo error de transm ision ; el otro es dinámico y se co noce co mo er ro r de Corio lis. Erro r de transmi sió n

,l r

Este erro r pued e producirse po r varias causas; por eje mplo, si la im pedancia de los devana dos de los sinc ros co necta dos al elemento det ect or de flu jo no están eq u ilibradas exactamen te, la seña l d e salida se verá afectada, de forma que prod ucirá un erro r qu e varía a trav és de dos picos positivos y dos nega0 t .vos en un viraje de 360 del avión. Otras fuen tes de erro r de tran smisión sen el desequ ilibri o de voltaje en el mismo ele men to dete ct or de flujo, y la forma elí p tica de los esta tares de los sinc ros . El erro r de transmisión se co mpensa normalmen te durante la fabricaci ón mediante la introdu cción de impedanc ias en tre el elem ento detector de fluj o y su sinc ro de dat os de rumbo asoc iado .

I ¡

Erro r de Corio lis

Este erro r lo causa una fuerza desviad ora eje r cida po r la rotación de la Ti err a sobre cualquier objeto en movimiento . Por co nsiguient e, cuando un avión esté volando, esta rá sujeto a lo que se deno mina ace leración Ca riolis al seguir una tray ecto ria cu rva desde un punto a ot ro de la supe rficie de la T ierra. Esta acel eración hace que el elemento pend ular del detector de flujo se incli ne de la ho rizo nt al de tal forma que int ercept ad una parte de la compone nte Z del cam po de la T ierr a. Esta com po nente, det ectada en el de tecto r de fl ujo , girará co n el avión durante un viraje, y genera r á un erro r que tendrá su valor máxim o en los ru mbos no rte y su r. La amplitud de l err o r qu ed a regulad a por la velocid ad

21 9

BRUJULAS DE IN DIC AClü N RE MOTA

so bre el su elo y la ruta de l avión, la latitud y la in clinac ió n magnética (véas e la pág. 4 08 ). El método corriente para corregir el error es sit uar en un controlador, una res istencia varia ble po r medio de un mando de "ajuste de la ti tud :' , de mo d o qu e divida una en trada desde u na resis tencia variable de velo cid ad sobre el suelo pre aju stad a. La señ al de corrien te continua resultante se env ía al d etector de flujo, do nde produce un campo que an ula la posició n de la co mp o nente Z detectada como co nsecuencia de la inclinación.

PREGUNTAS 7 .1. 7. 2.

Esbozar y describir la cons trucción de una unidad detectora de rumbo adecuada para su uso en un sistema de brújula de indicación remo ta. Esbozar los lazos de histé resis de muestras de metal blando y Mumetal y explicar la forma de los lazos.

7.3 . Describir , por medio de diagramas, cómo se inducen flujos y voltajes en un elemento detec tor,

7.4. Explicar cómo se obtienen referencias direccionales inequívocas. 7.5. ¿Qué efecto tiene la corriente alterna suministrada a la bobina excitadora de un ele~ mento detector sobre el campo de la Tierra que pasa por el elemento ? .lo'; 7. 6. Ex plicar los efectos que tendrá el montaje pendular de un elemen to detector sobre lo~ rumbos indicados durante los virajes y las aceleraciones. 7.7.

Describir la construcción general de un elemento de giróscopo direccional de brújula de indicación remo ta.

7.8 . Explicar cómo el detecto r de flujo supervisa el elemen to de giróscopo direccional. 7.9. Describir cómo se aplica a un sistema de brújula el principio de un servolazo de sinero. 7 .10 . a) ¿En qué componentes de un elemento de giróscopo direccional están instalados el e rotor y el est at or de un motor de torsión de nivelación? rt. b) Explicar la operación de un sistema de nivelación típico. 7 .11. a) ¿Bajo qué condiciones se selecta el modo de operación de giróscopo direccional? b) Describir cómo se obtienen indicaciones de sincronismo entre los elementos de giróscopo direccional y detector de f1ujo. 7 .12 . Describir cómo se corrige automáticamente el "error de velocidad de la Tierra" en un sistema de brúju la polar. 7.1 3 . ¿Qu é entienden por los término s "error de transmisión" y " erro r de Coriolis"?

220

8. Magnetismo del avión y sus efectos sobre las brújulas

Un hecho que ha sido siempre un desafío para los proyectistas de brújulas de aviación es que todos los aviones tienen de por sí magnetismo en cantidades variables. Tal magnetismo es, desde luego, una fuente potencial de error en las indicaciones de las brújulas instaladas en cualquier tipo de avión y es inevitable. Sin embargo, puede analizarse y puede divid irse para cualquier avión en dos tipos principales y transformarlo también en componentes que actúen en direcciones determinadas, de modo que puedan tomarse medidas para minimizar los errores, o desviaciones como se los llama propiamente, resultantes de tales como ponentes. Los dos tipos de magnetismo de los avion es pueden dividirse siguiendo la misma clasificación de los materiales magnéticos según la capacidad que tienen para ser magnetizados, a saber , metal duro y metal blando (véase también la pág. 179) . Ellnflgnetismo de po ca permeabilidad o metal duro es de naturaleza perma-

nente y lo causa, por ejemplo, la presencia de piezas de hierro o acero utilizadas 'en la estructura del avión, en los grupos motopropuIsores y otros equipos, la misma "integración" del campo de la Tierra en las partes ferrosas de la estructura durante su construcción y cuando el avión vuela durante largos período~ munru~~

'f i

El magnetismo de gran permeabilidad o metal blando tiene naturaléza temporal y lo ocasionan las partes metálicas del avión que son magnéticamente blandas y que se magnetizan debido ala inducción del campo magnético de la Tierra. El efecto de este tipo de magnetismo depende del rumbo y la posición en vuelo del avión y de su situación geográfica. Hay también un tercer tipo de magnetismo debido al magnetismo subpermanente del metal "intermedio" que puede ser retenido durante períodos variables. Tal magnetismo depende no sólo del rumbo, la posición en vuelo del avión y la situación geográfica del mismo, sino también de la naturaleza de su movimiento anterior, las vibraciones, las descargas eléctricas y otros agentes externos. ,

Las diversas componentes que producen desviación se indican con letras mayúsculas cuando se trata de magnetismo permanente, de metal duro opaca permeabilidad, y con minúsculas cuando se refiere a magnetismo inducido , de metal blando o gran permeabilidad. También es importante citar en este momento que las desviaciones positivas se denominan al este y las negativas al oeste.

221

MAGNETISMO DEL AVION y SUS EFECTOS SOBRE LAS BRUJULAS

EFECTOS DE LAS COMPONENTES MAGNETICAS SOBRE LAS BRUJULAS

Componentes del magnetismo de poca permeabilidad o metal duro El efecto total de este tipo de magnetismo en la posición de la brújula se puede considerar originado por imanes rectos que se encuentren longitudinal, lateral y verticalmente. Estos imanes se muestran esquemáticamente en la Fig. 8.1. Para analizar sus efectos se denominan respectivamente componentes P, Q y R . La intensidad de estas componentes no varían con el rumbo o el cambio de latitud pero puede variar con el tiempo debido a una debilitación del magnetismo en el avión . Volviendo a la Fig. 8.1 , debemos citar especialmente que cuando los polos de los imanes están delante, a la derecha y debajo de la brújula respectivamente, las componentes son positivas, y cuando los polos están en las direcciones opuestas, son negativas. Los campos siempre van del polo azul (sur) al polo rojo (norte).

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~ "-e

'-0

w> I

-R Posición de la brújula

¿/

m m

-p -~

Polos rojos

Polos azules

I+R

Fig ura 8.1 .-Componentes del magnetismo de poca permeabilidad (metal duro).

Cuando un avión está en rumbo norte, el imán equivalente debido a la componente P estará, junto con la brújula, alineado con el eje lo ngitudinal del avión y la componente H de la Tierra, y por eso no causará ninguna desviación en el rumbo de brújula Si suponemos ahora que se ha de girar el avión 360°, entonces, cuando comienza el viraje, el sistema magnético del avión (haciendo caso omiso de la fricción del pivote, la turbulencia del líquido, etc .) permanecerá atraído a la componente H de la Tierra. La com j onente tt. sin embargo, se alineará en la posición resultante y producirá una desviación en la lectura del norte magnético de la brújula, haciéndola que marque tantos grados este y oeste del norte, dependiendo de la polaridad de la componente. Esta desviación aumentará durante el viraje, será máxima en el oeste, y luego disminuirá a cero en el sur, aumentando de nuevo a un máximo pero en la dirección opuesta en el oeste, y disminuyendo luego a cero cuando se gira al norte otra vez. Una representación de las desviaciones causadas por una componente P positiva y una negativa en todos los rumbos resulta en las curvas sinusoidales mostradas en la Fig.8.2.

222

EFECTOS DE LAS COMPONENTES MAGNETICAS SOBR E LAS BRUJULAS

/ "...... " _

...... "Q

- "\ "-

13]> .-1

, ~ /

......... .

Rumbo en grados

\ \ "-o -° / / - cz

Figura S.2.-Curvas de desviación debidas a las componentes P y cz.

-p

La componente Q prod uce efectos análogos, pero puesto qu e actúa a lo largo del eje lateral, la desviación es máxima en los rumbos norte y sur y cero en los este y oeste. La representación gráfica de estas desviacio nes para las componentes positiva y negativa resulta en las curvas cosenusoides mostradas en la figura 8.3 ; por tanto, las desviaciones debidas a Q varían como el coseno del rumbo del avión.

,..0- .

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:0·0

.....\ 00:

45 ../..,\) - fZ .'

........./

.1 Figura S.3.-Curvas de desviación debidas a las componentes QyZ.

-Q

La componente R actúa en la dirección vertical, y cuando el avión está en su posición normal de vuelo horizontal, no tiene ningú n efecto sobre' el sistema magnético de la brúju la. Sin embargo, si el avión vuela con su eje longitudinal o lateral en otras posiciones que no sean la horizontal, entonces la componente R no estará en la'vertical y tendrá una componente horizontal, afectando al sistema magnético de la brújula. . ' En la Fig. 8A Ca) pueden verse las componentes horizontales de la componente R cuando un avión está en po sición de encabritado y picado. Cuando el avión está en posición de encabritado, la componente horizontal de una componente R positiva 'actúa en dirección hacia adelante, esto es, en el mismo sentido que una componente P positiva; cuando el avión se encuentra en posición de pi-

223

•

MAGNETISMO DEL AV ION y SUS EFECTOS SO BRE LAS BRUJUL AS

Component e ~- R deb ida a - R ; \ Componente ' \ deb ida a -R I ---~,

Co mponente debida a + R

(a)

Babo r

- R~ I

Compon ent e deb ida a + R

O-R

Compon ente . . . debida a-R

" I

Babor ~/'~..x Estribor

Compon ente de bida a +R

+R lb }

Figura 8A.-Componente R y efe ctos. a ) Efectos en la posición de encabritado y picado. b) Efectos en posiciones inclinadas.

cado , la compo nente horizontal act úa hacia atrás e~' el mismo sentido qu e una componente P negativa. Por tanto , en cualqui era de estas posiciones, la component e R producirá desviación máxima en rumbos este y oeste. La cantidad real de desviación depende del valor de R y del ángulo entre el eje longitudinal del avión y la horizontal. Las curvas resultantes de las desviaciones serán curvas sinusoidales similares a las producidas por la componente P. Si la component e R es negativa, como también puede verse en la F ig, S.4(a ), las componentes hori zontales actuarán en las direcciones opuestas. Cuando un avión está en posición de inclinación lateral o alabeo , según se mu estra en (b ) , la componente R tendrá otra vez una compon ente horizontal COn un efecto análogo a la componente lat eral Q, ocasionando desviacion es máxima s en norte y sur. Una componente R positiva produce un efecto análo go a una componente Q negativa cuando el avión es inclinad o con el ala de estribor baj a. Cuando está inclinado con el ala de babor baja , el efecto es análogo a una compo nent e Q positiva. Si la componente R es negativa, las componentes horiz ontales tendrán los efectos opuesto s. Como ant eriormente, las cantidades reales de desviación dependen de la magnitud de R y del ángulo entre el eje apropiado del avión y la horizontal. Una cuestión qu e se plantea a menudo en con exión con la componente R es ¿so n los efectos lo bastante importantes realmente para que nOS preocupemos? Según se manifestó anteriormente, dep end en de la magn itud de la componente y de los ángulos en que se camb ie la posición de cabeceo y alabeo del avión. Norm almente, el ángulo de subida y descenso de la mayoría de los aviones es razonabiemente poco pronunciado, y por eso las desviacion es suelen ser pequeñas. En algunos aviones con una gran componente R se exp erimenta un gran efecto en la de sviación en la posición de encabritado. Durante los virajes un

224

EFECTOS DE LAS COMPONENTES MAGNETICAS SOBRE LAS BRUJULAS

avión se inclina lateralmente, pero aquí otra vez los ángulos y las desviaciones suelen ser pequeños. Si se usan brújulas de lectura directa, son más propensas a errores debidos a los virajes, de modo que cualquier error adicional que sea consecuencia de los efectos de la componente R tiene poco o ningún interés práctico. La disposición de los elementos detectores de las brújulas de indicación a distancia es tal que se eliminan los errores de viraje y la componente R es despreciable. Componentes de magnetismo de gran permeabilidad o metal blando El magnetismo de gran permeabilidad, o de material magnéticamente blando, que es eficaz en la posición de la brújula, puede considerarse que proviene de una pieza de metal blando en la que el campo magnético de la Tierra ha inducido magnet ismo. Este campo tiene dos componentes H y Z principales, pero con el fin de analizar el magnetismo de gran permeabilidad, es preciso transformar H en dos componentes X e Y horizontales y relacionarlas en unión de la componente vertical Z con los tres ejes principales del avión. Esta relación y las polaridades se dan en la Tabla 8.1. Tabla 8.1 Componentes magnéticos de la Tierra

[{ X Y

Ejesdel avión , con los que están relacionadas Longitudinal Lateral Vertical

Polaridad I

+Anterior - Postcrlor -t-Derechac-lzquierda +Abajo-Abajo

Las polaridades y las intensidades de las componentes X e Y varían, con 'los cambios de rumbo del avión porque éste gira con relación a la dirección fija de la componente H. En la Fig. 8.5 se indican los cambios que se producen a través de los puntos cardinales y cuadrantales. La componente Z actúa verticalmente a través de la brújula y, por consiguiente, no afecta a las propiedades direccionales del sistema magnético de la brújula. Si~e mueve un avión a una posición geográficamente diferente, entonces las trescomponentes variarán debido al cambio en la intensidad y dirección del campo de la Tierra . El signo de la oomponente Z sólo variará con un cambio de hemisferio magnético cuando se invierta la dirección vertical del campo de la Th=.

Cada una de las trescomponentes del campo de la Tierra produce tres componentes de magnetismo de gran permeabilidad que se consideran resultado de la inducción en varias varillas de metal blando dispuestas a lo largo de los tres ejes del avión, y alrededor de la posición de la brújula, de tal forma que su efecto combinado es el. mismo que el magnetismo de gran permeabilidad real que influye en las propiedades direccionales de la brújula. Por consiguiente, hay nueve varillas·de metal blando marcadas oonvencionalmente con las letras a, b, e, d, e,

225 ~~_-----~- - - - -

-- -

- ~ - _~~

MAGNETISMO DEL AVION y SUS E FECTOS SOBRE LAS BRUJULAS

000·

t 045·

#:~tt:=:>'090·

~ r--wJ----'-tN H

-X

-y

Figura S.S.-Cambios de las componentes X, Y Y Z con los cambios de rumbo del avión .

g, h Y k; cuando se relacionan con las componentes X, Y YZ del campo , sus componentes de gran permeabilidad o metal blando se designan aX, bY, cZ; dX, e Y, jZ ; gX, h Y Y kZ. De las nueve varillas hay seis que afectarán siempre a las propiedades direccionales de una brújula, puesto que las componentes de sus campos inducidos están siempre horizontales: tres longitudinales debidas a las varillas a, b y c, y tres laterales debidas a las varillas d, e y f. Estas se muestran en forma gráfica y tabular en la Fig. 8.6. Al pasar podemos observar que los campos inducidos verticalmente de las varillas g, h Y k podrían producir ligeras desviaciones de forma análoga a las resultantes de la componente R de magnetismo de poca permeabilidad o permanente. Con referencia a la Fig, 8.6 hay dos puntos principales que deben citarse . En primer lugar, cada varilla tiene posiciones alternativas, llamadas positiva y negativa. La razón de esto es que cada componente del magnetismo del avión puede actuar en una de dos direcciones recíprocas. La designación de polaridad depende únicamente de la posición de las varillas con relación a la brújula, y no resulta afectada por cualquier polaridad que puedan adquirir las varillas como consecuencia de ser magnetizadas por el campo de la Tierra. El segundo punto a citar es que, con excepción de las varillas - { l y -e, hay dos posiciones con relación a la brújula en las que cada varilla es positiva y dos

226

EFECTOS DE LAS COMPONENT ES MAGN ETICAS SOBRE LAS BRUIULAS

Var illas y polaridad

•

Componente ~n9itudinal

campo inducido

inducido

, , V, V VV=e=

~omponente lateral de

--1 0T---..;-- 1--

Componente magnét ica Ide la Tie rra

campo

:¡

Bab~Est .

_h,)-

----.¡'-'\¡--

Comp. de las arillas Factores de los que penden las polaridades

aX ydX

ce-

bYyeY

eZ y fZ

Hemisferio Rumbo del avi6n

magnético

Figura 8.6.....::;yarillas que afectan a las propiedades direccionales de una brújula.

en las que cada una es negativa; por tanto, los campos vienen de los polos más cercanos a la brújula . Decimos a menudo que estos campos se deben a metal ., blando horizontal asimétrico. J, , En la Fig. 8.7 pueden verse las curvas de desviación debidas a las componen- ' tes aX, e Y, bY Y dX de las varillas. Las componentes cZ y fZ de las varillas tiFnen los mismos efectos que las componentes P y Q de metal duro o poca.psrmeabilidad respectivamente. Otro punto que hay,qu e citar en conexión con cZ y fZ es que sus polaridades y dirección dependen de si el avión está en el hemisferio norte o en el sur. Efectos magnéticos totales Los efectos magnéticos totales de aX y e Y son cuadrantales y pueden sumar las curvas individuales -de desviación mostradas en la Fig. 8.7. La combinación de las curvas de desviación debidas a las componentes b Y y dX produce los efectos totales que se muestran en la Fig. 8 .8; según esto puede v érse que, además de producir desviación que varía como el coseno de dos veces el rumbo, las componentes' b Y y dX pueden producir también desviación constante o una combinación de ambas. El efecto magnético total en la posición de una brújula es la suma de las componentes X, Y y Z del campo de la Tierra, las componentes P, Q y R de metal duro o poca permeabilidad, y las componentes respectivas demetal blando o gran permeabilidad que actúan a lo largo de los tres ejes del avión. Los efectos se muestran esquemáticamente en la Fig. .8.9 , junto con las expresiones para 227

, j

+ aXo-eY

-O

:~ O -f----,-- -')!-- --,-- -'i-- - -,-- - ' i - - --,-- --'I~

/90

•

R umbo en grados

'----~

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+ eY

la)

+ - bY

;"'''' - - < , ,

-o

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,, -,

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-. ---

\--

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<: - -.- - -,-- - ,--3-r<:;-.' -.- - -,-- - ,--';>r , O--jo(:"'

<I.l

135

270

----',,- - -

360 Rumbo en grados

315

+ bY lb)

45/' 90

,\35

180

- / - --":, -

- dX

- . ........... /

¡ /'

225 1

r -

270

' v\315 -

Rumbo en

360 grados

--\.'''-

Figura 8. 7 .-Curva~ de desviación debidas a las componentes de las variHas. a) Componentes aX y eY. b) Componente bY. e) Componente dX.

MAGNETIS MO DEL AVION y SUS EFECTOS SO BRE LAS BRUJULAS

Eje vert ical

TOTAl. X·- X + P + aX + bY + eZ

TOT,A.J. . Y' = Y + O + dX + eY + fZ

TOTAl Z'=Z + A + gX + hY + kZ

Figura 8.9.- Efecto magnético total en la posición de la brújula.

calcular las fuerz as combinadas 'representadas como X', Y' Y Z'. Los signos utili zados en las expresiones indican que las sumas de las cantidades son algebraicas. En la explicación precedente sobr e el magnetismo del avión, sus componentes y efectos, no se hace refere ncia directa a los elementos detectores de las brúju las de indicación a distancia. No deb e interp retarse que tal es elementos son ente ramente inmunes a los campos magnéticos extraños. Todas las brújulas, sea cual fuere su mét odo para det ectar la component e H de la Tierra, deben sufrir el efecto fundamental llamado desviación. La única diferencia es la forma en que las componentes magnéticas del avión afectan a los element os detectores y prod ucen de sviación. El elemento detector de una brújula de lectura directa, como ya sabemo s, es del tipo de imán permanente su spendido libremente; así , la desviación es causada por desviación direc ta del elemento del norte magnético. Esto, desde luego, no se produce en un elemento detector de brújula de indicación remota, de forma que cuando un avión hace un viraje, el elemento detector gira con él y con sus componentes magn éticas asociad as de metal duro y metal blando. ¿Cómo puede producirse entonces la desviación? La respuesta está en el hecho de que el material del elemento detector tiene gran permeabilidad y es, por consiguiente , muy receptor al flujo magnético. Debe recordarse que la indicación exacta de rumbo depende del desplazamiento del eje H , alrededor del cual alterna la fuerza magnetizadora, por la componente del campo de la Tierra : Puesto qu e este material es magneti zado fácilmente por esta componente, es igualmente fácil qu e sea magn etizado por las comp o230

COEFICIENTES DE DESVIACION

nentes del magnetismo del avión. En consecuencia, el eje H es desplazado a un punto de referencia falso en la dirección pos itiva o negativa. Esto, a su vez, cambia el flujo tot al que enlaza las bobinas selectoras secundarias del detector, produciendo así un error en el voltaje inducido. La corriente resultante de este voltaje produce una señal de error correspondiente en el sincro de rumbo o esclavizador y, de este modo, el giróscopo direccional y la carta de rumbo son desviados del rumbo correcto .

COEFICIENTES DE DESVIACION

Antes de que se puedan tomar medidas para minimizar las desviaciones causadas por las componentes de metal duro o poca perme abilidad y metal blanco o gran permeabilidad, deben obtenerse sus valores en cada rumbo y analizarlos cuantitativamente en coeficientes de desviación. Hay cinco coeficientes, designados A. B. e, D y E, denominados posit ivos o negativos según el caso, y expresados en grados. En la Fig , 8.10 se muestra la relación entre el magnetismo del avión y los coeficientes.

•

I Meta l duro, I

I Metal blando

Horizon-tal;

I 1-

Icomponente a ~1 ( Lateral),

Icomponente~!l ILongitu d inal)

Vertical

-,- - 1-,-. - -.-

rcoeficiente C

Desviación máXimi N-s

I I

r-n¡i I

I Horizontal

•

Coeficiente Coeficiente E .D

I Componente R,I

Método de compensación- . . .

I V ertical:

Cantidad de desviación - . . calculada

Mala al¡ neaci6n de la brúúlula

Fue ~te _de ---: desv leclón .

Magnetismo del avión

- - - -l....---...;-

- --

-- _

. _-- --

.- T - ·--- ·-- --.- Coeficiente B

Desviación máxima en E-W

Ir--'--+ Im anes correcto res Electrom agnéticos

Coeficiente A \ Desviac ión

'constante

Realineación de la brúj ula

o mecéntcc/meqnéttcos

.Figu ra 8. 10,- Relación entre el magnetismo del avión y los coeficientes de desviación.

23 1

MAGNETISMO iJEL AV ION y SU S E FECTOS SO BRE LAS BRUJUL AS

Coeficien te A Este coeficiente represent a un a desviación constante deb ido a los. efectos combinados de las compo nentes b Y Y dX de signos distintos. Volviendo ot ra vez a la Fig, 8.7 observa mos que las componentes - bY y +dX causan desviació n este; un a combinació n de estas dos produ cirá un coefícien te +A , mien tras que las component es +b Y Y - dX causan desviación oeste y en combinación producen un coeficient e - A . En cada caso, las dos component es, en lo q ue respecta a sus efectos máximos sobre la brújula, deben ser iguales. El coeficien te de desviación A puede denominarse real o aparente. El coeficiente A real 10 producen las componentes magnét icas inducidas b Y Y dX y lo representa la canti dad de desp lazamiento del eje de la curva de desviación total (véase la Fig. 8.8). El coeficiente aparent e A , por otra parte, es una desviación producida por causas amagnét icas ta les como mala alineación de la brújula o de la un idad detec tora con respec to al eje lo ngitu dinal del avión, descent ram iento del sistema magnético, etc. No es posible o práctico separar los coeficie ntes A real y aparente. El coeficie nt e A se calcula tomando la su ma algebraica de las desviaciones de un os cuantos nimbos de brújulas equidista ntes y dividiend o esta suma por el número de observacio nes hechas. La media se suele tomar en los cuatro rumbos card inales y los cua tro rumb os cuadrantales. De est ~ modo, A

Desviación en N

+ NE + E + SE + S + SW + W + NW 8

Coefic ien te B El coeficiente B representa la desviación resulta nte debida a la presencia, bien juntas o separadamente, de la comp onent e P de metal dur o y la cornponente cZ de met al bland o. Cuand o estas comp onentes tienen signos iguales, causan desviación en la misma dirección (véase la Fig, 8.2), pero cuando son de signos distintos tiende n a contrarrestarse. A + P ó +cZ causan una +B , Y una -p ó un a -cZ causa un a - B. El coeficiente B se calcula tom and o la mitad de la diferen cia algebraica entre las desviacio nes en el rumb o de brújula este y oeste : B = Desviación en E - Desviación en W

2 Puesto que las co mponentes P y cZ producen desviación que varía como el seno del rumbo del avión, la desviación debi da al coeficie nte B puede expresarse también así : Desviación = B X sen (ru mbo) Coeftcte» te C

El coeficiente C represent a la desviación resultante debida a la presen cia, bien jun tas o sepa radamente , de la co mpo nente Q de met al duro y la com po232

COEFlCIENTES DE DESVIACION

nente jZ de metal blando (véase la Fig. 8.3): Estas componentes, cuando tienen signos iguales y distintos, causan desviaciones cuyas direcciones son las mismas que las de las causadas por las componentes P y cZ. Por consiguiente, una +Q o una +jZ causa una +C, y una-Q o una -jZ causa una - G. El coeficiente C se calcula tomando la mitad de la diferencia algebraica entre las desviaciones en los rumbos de brújula norte y sur : C = Desviación en N - Desviación en S 2 Puesto que las componentes Q y Z causan desviación, que varía como el coseno del rumbo del avión, la desviación debida al coeficiente C puede expresarse también así Desviación = C X cos (rumbo)

Coeficiente D El coeficiente D representa la desviación debida a la pre sencia, juntas o separadamente, de las cemponentes aX y eY. Por la Fig. 8.7(a) se verá que estas componentes causan desviaciones del mismo tipo cuando tienen signos distin to s y se contrarrestan cuando las tienen iguales. Cuando predomina una +aX o -e Y, o cuando se presentan ambas, se dice que el coeficiente D es positivo, mientras que cuando predomina - aX o +eY o están juntas el coeficiente D es negativo . 1 El coeficiente D es la cuarta parte de la diferencia algebraica entre la suma dé las desviaciones en los rumbos de brújula norte-este y sur-este y la suma de lis desviaciones en los rumbos sur-este y norte-oeste, esto es ,

(Desviación en NE + Desviación SW) - (Desviación en SE + Desviación en NW) 4

Las desviaciones causadas por las componentes aX y eY varían como el seno de dos veces ei rumbo del avión ; por consiguiente, la desviación puede expresarse támbién como

Desviación = D X sen (dos veces el rumbo)

Coeficiente E · El coeficiente E representa la desviación debida a la presencia de las componentes b Y Y dX de signos iguales. Cuando se combina una +b Y y una +dX, se dice que el coeficiente E es positivo, mientras que una combinación de una -fjY y una -dX dan un coeficiente negativo; las dos componentes deben ser iguales en cada caso.

233

COEFlCIENTES DE DESVIACION

nente fZ de metal blando (véase la Fig. 8.3); Estas componentes, cuando tienen signos iguales y distintos, causan desviaciones cuyas direcciones son las mismas que las de las causadas por las componentes P y cZ. Por consiguiente, una +Q o una .+fZ causa una +C, y una -Q o una -fZ causa una -c. El coeficiente C se calcula tomando la mitad de la diferencia algebraica entre las desviaciones en los rumbos de brújula norte y sur : Desviación en N - Desviación en S C = ...=...c.::..:..:c.:..:..::..:-=---'--'-----:-_'---'---=--"-'-''_=_

2 Puesto que las componentes Q y Z causan desviación , que varía como el coseno del rumbo del avión, la desviación debid a al coeficiente C puede expresarse tambi én así Desviación = C X cos (rumbo)

Coeficiente D El coeficiente D representa la desviación debida a la presencia, juntas o separadamente, de las cernponentes aX y eY. Por la Fig. 8.7(a) se verá que estas componentes causan desviaciones del mismo tip o cuando tienen signos distinto s y se contrarrestan cuando los tienen iguales. Cuando predomina una +aX o I -e Y, o cuando se presentan ambas, se dice que el coeficiente D es positivo, \ mientras que cuando predomlna-aX o +eY o están juntas el coeficiente D es i negativo. ' ~ I El coeficiente D es la cuarta parte de la diferencia algebraica entre la suma de , las desviaciones en los rumbos de brújula norte-este y sur-este y la suma de las desviaciones en los rumbos sur-este y norte-oeste, esto es ~

(Desviación en NE + Desviación SW) - (Desviación en SE + Desviación en NW) 4

Las desviaciones causadas por las componentes aX y eY varían como el seno de dos veces ei rumbo del avión ; por consiguiente, la desviación puede expresarse también como Desviación = D X sen (dos veces el rumbo)

Coeficiente E · El coeficiente E representa la desviación debida a la presencia de las componentes b Y Y dX de signos iguales. Cuando se combina una +b Y Yuna +dX, se dice que el coeficiente E es positivo, mientras que una combinación de una -liY y una -dX dan un coeficiente negativo; las dos componentes deben ser iguales en cada caso. 233 ~-

~AGNETISMO

DEL AVION y SUS EFECTOS SOBR E LAS BRUJULAS

El coeficiente E se calcula tomando la cuarta parte de la diferencia algebraica entre la suma de las desviaciones en los rumbos norte y sur y la suma de las desviaciones en los rumbos este y oeste :

(Desviación en N + Desviación en S) - (Desviación en E + Desviación en W) 4

Las desviaciones causadas por las componentes b y Y dX varían como el coseno de dos veces el rumbo del avión ; por consiguiente, la desviación puede expresarse también como Desviación = E X cos (dos veces el rumbo) La desviación tota l en una brújula no corr egida para cualquier dirección dad a del rumbo del avión por la brújula, puede expresarse por la ecuación Desviación total

= A + B sen O + e cos O + D sen 20 + E cos 20 .

AJUSTE Y COMPENSACION DE DESVIACION DE LAS BRUJULAS Con el fin de determinar en qu é cant idad son afectadas las lecturas de las brújulas por el magnetismo de poca y gran permeabilidad, o de metal duro y blando respectivamen te, se lleva a cabo un procedimiento especial de calibración conocido com o oscilación, qu e posibilita el ajuste y la compensación de la desviación. DISPOSITIVOS DE COMPENSACION DE DESVIACION Estos dispositivos quedan catalogados en dos grupos distintos, mecánicos y electromagnéticos, empleándose el primero con brújulas de lectura directa simples y elementos detectores de cierta s brújulas de indi cación remota, y estando el segundo solamente con elementos det ectores de brújulas de indicación a distancia. En ambos casos, la funci ón es la misma, esto es, neutralizar los efectos de las componentes del magnetismo de metal duro y blando de un avión establecien do campos magnéticos opuestos. Dispositivos mecánicos de compensación Uno de los primeros dispositivos mecánicos es el microajustador mostrado en las Figs, 8.11 y 8. 12. Consta de dos pares de imanes (una característica común de todos los tipos de compensador mecánico); cada par está instalado en engranajes cónicos hechos de material amagnético. Los engranajes están montados uno encima del otro de modo qu e, en la condición neutral, un par de imanes yace longitudinalmente para la corrección del coeficiente e, y el otro par late23 4

DISPOSI TI VOS D E COMPEN S A CION DE OF<>:VIACION

Figura 8. 1l .- Compensador de desviación tipo microaiustador.

ralmente para la correccron del coeficiente B . La producción de los campos magnéticos necesarios para la corrección se obtiene girand o los pifiones cónicos pequ eños que engranan con los engran ajes en direcciones opuestas. De este modo , como puede verse por la Fi g, 8. 12, se hace qu e los imanes se abran como un par de tijeras; los campos se producen entre los polo s y en una dirección que depende de aquélla en que se gira la cabeza de op eración.

Cabeza de oper ación longit udinal (coefi ciente BI

., , I

Lo ngitudin al

~ ..

I~'-~

-, ./

,,J

._--

235

MAGNETIS MO DEL AVIO N y SU S EFECTOS SOBRE LAS BRUJULAS

Consultemos ahora la Fig. 8.13 para ver qué efectos tienen los campos producidos por cada par de imanes sobre un sistema magnético de brúju la. En (a) se supone que el avión está situado en un rumbo norte, y debido a una componente lateral (Q y su metal blando relacionado) de magnetismo del avión, el sistema detector es desviado cierto núm ero de grados del norte, en u na dirección este, po r ejemplo . Para eliminar esta desviación hay que girar la cabeza de operación lateral en una direcci ón que abra longitudinalment e los imanes y cree un campo lateral suficiente Para desviar el sistema magnético de la brúj ula al oeste y de vuelt a al norte. Una compensación análoga para la desviación que se produzca en un rumb o sur sería la qu e se muestra en (c). Sin embargo, en rumb os este u oeste los imanes longitudinales son ineficaces porque sus campos están entonces alineados con el sistema magnético de la brújula y de esta forma no pueden causar desviación (Fig . 8.13(b ) Y (e)) . , I m anes cor rectores longitudinales

Ru mb o norte

Rumbo este

-+~

-~I

(a) compe nsación efica z

lb) compensación inefi caz

Rumbo sur

Rumb o oeste

-+~

'r 1, I

* I

)( I ; t

.lc) comp ensación eficaz

Id ) compensación inef icaz

Rum bo sur

Rumbo oeste

I m anes co rrect ores late rales R umbo norte

Rum bo este

~ -xI

le) compensación i!1efi caz ~ C omp on en tes

del avión

(1) comp ensación ef icaz

magnét icas _

-t-~":1

1J 1

~ 1t t

(g) compe nsación ineficaz

- - __ Camp os

neutrallza dores

[h ] comp ensación

efica z

---f- Sistema imá n de la brúj ul a

Figura 8. 13.-Efectos de los campos producidos por los imanes.

Por la serie de diagramas relativos a la componente P y los imanes correctores lat erales (Fig. 8.13(e) a (lz)) se observará que sus campos longitudinales son eficaces en rumbos este u oeste . Por tanto , para cada par de imanes la compensación sólo es eficaz en dos rumbos cardinales, a saber, imanes longitudinales, norte y sur, e imanes laterales, este y oeste. En la Fig , 8.14 se muestra n otras dos versiones de comperisador mecánico, una en (a) que se emplea con ciertos tipos de brújula de lectura directa (véase la pág. 186 ), Y la otra en (b ) con cierta s unidades detectoras de flujo. Aunque son 236

DISPOSITIVOS DE COMPENSAClON DE DESVIACION

Figura 8. 14.-Dispositivos mecamcos de compensaci6n. a) Brújula de lectura directa. b) Elemento detector de flujo.

Ajustador N/S .

Ajustador E/W

lal

Diagrama mostrando los polos N/S de imanes permanentes en engranajes lb) J

de tamaño y construcción diferentes, ambas versiones emplean disposiciqnjjs de imanes correctores accionados por engranajes, estando los imanes adosa"<ills y no uno encima de otro corno en el mícroajustador, . Los imanes están montados en engranajes ' planos que engranan entre sí y conectados a cabezas de accionamiento, que en el compensador mostrado en (a) son accionadas por una llave y en el de (b) por medio de un destornillador. Cuando se giran los imanes, sus campos se combinan para establecer componentes neutralizadoras exactamente de igual forma que los del microajustador. La compensación máxima de desviación a cada lado de un rumbo cuadrantal se obtiene cuando los imanes están alineados completamente. La indicación de la posición neutral de los imanes se da alineando las marcas de referencia en los extremos de los ejes de accionamiento de los imanes y en la caja: ' Dispositivos electromagnéticos de compensación El diseño y la construcción de estos dispositivos varían según el tipo de brúju la de indicación remota, pero en general se componen de dos potenciómetros variables que están conectados eléctricamente a las bobinas', del detector..de flujo según se muestra en la Fig, 8.15 .' Los potenciómetros corresponden a los ,237

.MAGNETIS MO DEL AVIO N y SUS EFECTOS SOBRE LAS BRUJULAS

Compensad or

í· - --J- --~L;\-=1

. r-V . t - ---E} -wI

l. . .

J /n'__ ---+-}"., <---J-l----- ''===========j~ -I'-- - - f--- I ~

A l ¡ndiCadOr{ de rum bo

Det ecto r de flujo

-1 I

+Fuen te d e alimentación

AC .

• Resistenc ia reducto ra de vohaj e

Figura B. 1S.-Compensación ele ctromagnética.

imanes de coeficiente "B" y "e" de un compensador mecaru co, que, cuando se les hace girar con respect o a esferas calibradas; inyectan señales muy pequeñas dentro de las bobinas del detector de flujo. Los campos producidos por las señales son suficientes para oponerse a los que causan desviaciones, y modifican en concordancia la salida del detector, que vía la articulación de transmisión síncrona, accionará el indicador de la brújula a las lecturas corregidas . -

PREGUNTAS 8.1.

En conexión con los efectos de la componente Q ¿cuál de las siguientes afírmac íones es verdadera? a) Corresponden a los de un imán que yace longitudinalmente y producen desviación máxima en norte y sur. b) Corre spond en a un imán magnético que yace lateralmente y producen desviación máxima en norte y sur. e) Corre spond en a un imán que yace lateralmente y produ ce desviación máxima en

. este y oeste . ¿Bajo qué condicion es de posición en vuelo de un avión la componente R producirá los mismos efectos que las compon entes positiva y negativa P y Q? 8.3. a) ¿Cómo se designan las nueve componentes de magnetismo de metal blando o gran permeabilidad, y en qué ejes yacen sus campos inducidos'! b) -¿Qué componentes de metal blando tienen los mismo s efectos que las componentesPy Q? 8.4. . Explicar cómo el elemento detector de flujo de un sistema de brújula de indicación remota puede ser afectado por las componentes del magnetismo del avión. 8.5. a) ¿Cuáles son los coeficientes A , B, e, D y El b) Nombrar las componentes de magnetismo asociadas con cada coeficiente. e) ¿Cuál es la diferencia entre los coeficientes A real y A aparente? 8.6. a) Expresar las fórmulas utilizadas para el cálculode los coeficiente"sA, B y C. b) Dada la inform ación siguiente , hallar los valores para cada uno de los tres coeficientes :

8.2 .

238

PREGUNTAS

Rumbo magnético

000° 045° 090° 135°

Desviación de la brújula +4° +2° +4° +3°

Rumbo magnético

180° 225° 270° 315°

Desviación de la brújula _ 1° _ 2° _ 2° 0°

8.?

Un avión tiene una componente - P y una componente +Q. a) Dibujar [as curvas separadas de la desviación causada por ellas. b) ¿Qué efecto tendría la -P sobre la brújula cuando el rumbo fuese 360° y la +Q cuando el rumbo fuese 270°?

8.8.

¿Qué se entiende por "oscilación" de la brújula?

8.9. Explicar con la ayuda de diagramas cómo un dispositivo compensador de desviación neutraliza los campos debidos a las componentes magnéticas del avión.

239

PREGUN TAS

Desviación

Rumbo magnético

de la brújula

Rumbo magnético

de la brújula

000° 045° 090° 135°

+4° +2° +4° +3°

180° 225° 270° 3 15°

_l° _ 2° _ 2° 0°

8.7. Un avión tiene una componente - P y una componente +Q. a) Dibujar las curvas separadas de la desviación causada por ellas. b) ¿Qué efecto tendría la - P sobre la brújula cuando el rumbo fuese 360° y la +Q

cuando el rumbo fuese 270°? 8.8. ¿Qué se entiende por " oscilación" de la brújula? 8.9. Explicar con la ayuda de diagramas cómo un dispositivo compensador de desviación neutraliza los campos debidos a las componentes magnéticas del avión.

239

9. Sistemas síncronos de transmisión de datos

Con la llegada de los grandes avion es polimotores se presentó el problema de cómo medir diversas cantidades, como la presión , temperatura, velocidad de los motores y contenid o de los depó sitos de combustible en puntos situados a mayores distancias de la cabina de vuelo. Muchos de los instrumentos disponibles por entonces fun cionaban basándose en principio s mecánicos qu e podrían adaptarse para transmitir adecuadamente la informa ción requ erida. Por ejemplo, en un avión bimo tor muy anti guo, los indicadores de velocidad de los moto res accio nados mecánicament e estaban diseñados con esferas de gran diámetro , de mod o que montando los indicadores en las góndolas de los motores se pod ían leer desde la cabina de vuelo. Sin emb argo, a medida qu e los aviones aumentaron de tamañ o y en complejidad , la adaptació n de instrumentos accion ados mecánicament e qu edó notablemen te limitada. Por consiguient e, surgió una demanda de métodos mejorados para medir en puntos distantes. Esto se solucionó mediante el uso de sistemas eléctricos en los qu e un elemento detecta las variaciones en la cantidad medida y transmit e la infomiación eléctricamente a.: un elemento indicador. Por consiguiente, puede considerarse que la mayoría de los instrumentos ut ilizados en un avión moderno son del tip o de indicación remota, pero muchos de ellos tienen un diseño en el qu e la transmisión de datos se efectúa a través de un sistema sín cron o especial. Los sistemas síncron os se agrupan en dos clases: corriente continua y corriente alterna. El contenido de este capítulo se centra en los prin cipios de algunos de los sistemas síncro nos de uso más corriente. Aunqu e var ían en lo qu e respecta al métod o de transmisión de datos, todos los sistemas tienen un a característica común: con stan de un transmisor situado en la fuente de medición y de un recep tor qu e se emplea para sit uar el element o indicado r. SISTEMAS SINCRONOS DE CORRIENTE CONTINUA

El sistema Desynn Este sistema, uno de los primeros qu e se empleó en los aviones, puede tom ar un a de estas tres forma s, a saber: movimiento giratorio o resistencia toroidal para indicaciones de posición y contenid o de líquido; movim iento lineal o micro-Desy nn para indicación de presión , y Desynn en plancha también para indicación de presión. El prin cipio de funcionamiento es el mismo en todos los casos, pero la disposición de movimiento giratorio puede considera rse el sistema básico del cual han evolucionado los otros. 240

SISTEMAS SINCRONOS DE CORRIENTE CONTINUA

El sistema básico

El .elemento eléctrico del transmisor consta de una resistencia arrollada en un conformador circular (llamada "resistencia toroidal") y derivada en tres puntos separados 120 0 • Dos brazos de contacto de fricción diametralmente opuestos, uno positivo y el otro negativo, están aislados entre sí por un brazo ranurado que engrana en un pasador accionado por el elemento mecánico apropiado del transmisor. Los brazos de contacto de fricción están montados en forma de barra'y tienen libertad de rotación alrededor de un pivote que lleva corriente al brazo positivo. La corriente al lado negativo va vía un resalto de fricción cuyo lado inferior está en contacto con un anillo instalado en el lado interior de la moldura de terminales. Un resorte circular, instalado en el extremo del pivote, mantiene todo el conjunto en su lugar contra un muelle que da la presión de contacto requerida en la resistencia toroidal. El elemento receptor consta de un rotor de imán permanente bipolar cilíndrico pivotado para que gire dentro del campo de un estator de metal blando laminado, que lleva un devanado distribuido en tres fases, conectado en estrella y alimentado desde las derivaciones de la resistencia toroidal. En el interior del estator va instalado un alojamiento tubular de latón que, junto con su tapa, proporciona un soporte de pivote de rubí para el eje del rotor. El extremo delantero del eje sobresale a través de la tapa y de una placa de montaje de la esfera para llevar li aguja. La conexión eléctrica entre los elementos de transmisión y recepción puede hacerse mediante tomillos terminales o conectores tipo enchufe. ' Los elementos eléctricos delos receptores son comunes a las tres disposiciones de circuito del sistema Desynn. , ;

Operación

Cuando se aplica corriente continua a los brazos de contacto del transmisor, que están en contacto con la resistencia toroidal, circulan corrientes en la resistencia que hacen que los tres puntos de derivación o toma tengan potenciales diferentes. Por ejemplo, con los brazos de contacto en la posición mostrada en la Fig, 9.1 el potencial en la derivación n.? 2 es mayor que en la n." 1 porque hay resistencia en el circuito entre el brazo positivo y la derivación n.? 2. Por tanto, se hace que circulen corrientes en las líneas entre el transmisor y el receptor, cuya magnitud y dirección dependen de la posición de los brazos de contacto en la resistencia toroidal. Estas corrientes, a su vez, circulan a través de las bobinas del .e stator del receptor y producen un campo magnético alrededor de cada bobina similar al de un imán recto; por tanto, cualquier extremo de una bobina puede designarse como polo norte o polo sur, dependiendo de la dirección de la corriente, a - . través de la bobina, Los campos combinados 'se extienden a través del entrehierro del estator y hacen que el rotor de imán permanente se alinee con su resultante. . En la placa .final va instalado un imán desviador, cuya fmalidad es actuar como un dispositivo de fallo de energía ejerciendo una fuerza de atracción sobre

241

, \

S ISTEMAS SINCRONOS DE TRANSM ISION DE DATOS

Transmisor

Receptor N ,,

1 .; .

;:;. ..;:;:

. . ::;. J N\

}-----{3

, t

, ,

28V

Figura 9. l. -Diagrama del circuito del sistema Desynn básico.

el rotor de imán perm anent e at rayé ndo lo a él y a la aguja a una posición fuera de escala cuando se interrumpe la corriente al esta tor. La fuerza de este imán es tal qu e, cuand o fun ciona , no distorsion a el campo de control principal. ~

E l sistema m icro-Desy nn

Cuando el movimiento de un mot or o fuerza motriz es pequeño y lineal, el empleo de un elemento de transmisión de sistema básico está estrictam ente limitado. Por con siguiente, se creó el transmisor micro-Desynn para que pudiera aumentar estos pequeños movimientos y producir, por movimient o lineal de los contactos, los mismo s resultados eléctricos qu e la rotación completa de los brazos de contacto del transmisor básico. Para comprender el desarrollo de este elemento de transmisión, imaginémo- . nos que se ha cortado en dos una resistencia toroidal, se ha puesto plana con sus ex tremos unid os, y se han hecho tres derivaciones como antes junto con los brazos positivo y negativo en contacto con ella. El movimient o de los brazos de cont acto producirá potenciales variantes en la derivación, pero como se verá claramente de la Fig, 9.2(a), no se cubrirá to da la gama, porque uno u otro brazo derivará la resistencia. Si cogemos ahora dos resistencias toroidales y las unimo s en paralelo, y luego las cortamos en dos y las colocamos planas, obtenemos la disposición de circuit o mostrada en (h) . Enlazando los brazos de contacto y aislándolos, ·podrán moverse en tod a la lon gitud de cada resiste ncia para producir combinaciones de voltaje y corriente qu e hagan girar el receptor 36 0°. Puesto qu e los brazos de con tac to tienen qu e recorrer una trayectoria mucho más corta, su movimien to angular puede seguir siendo pequeño (generalment e 45°), característica qu e ayuda a reducir la energía requerida para accion ar el transmisor. Las resistencias van arro lladas en bobina s qu e pued en ser de sección redonda o cuadrada; las de último tipo están diseñadas para ayudar a reduc ir los erro res cíclicos y de fricción. . 242

SISTEMAS SINCRON OS DE CORRIENTE CONTINUA

la)

-4 ~+

•,

lb)

lel Figura 9.2.-Diagrama del circuito del sistema mícro-Desynn,

Cada bobina de resistencia está sujeta en su lugar contra un conjunto de cursores de contacto de muelle minúsculos situados de forma que proporcionen los puntos de derivación necesarios. Los brazos de contacto están montados en un eje de balancí n sostenido entre las partes verticales de un soporte en forma de " U" , y el movimiento del elemento mecánico del trans misor se transmite a los brazos a través de un pasador de accionamiento cargado por resorte y un brazo de manivela conectado al eje del -balancín. Dos muelles en espiral de cobre de berilio conducen corriente a los brazos del contacto y también actúan para devolver el eje del balancín y los brazos de contacto a su posición inicial.

Sistema Desynn tipo plancha Además del error cíclico presente en los sistemas básico y micro, también aparecen errores pequeños debidos a la fricción establecida por los brazos de , contacto que tienen que moverse en u na superficie considerable de resistencia 243

S ISTEMAs SINCRO NOS DE TRA NSMISIO N DE DATOS

de alambre. Aunque tales errores pueden redu cirse empleando un buen material de cont acto y pulimenta ndo la supe rficie de hilo de resistencia, el erro r cíclico sigue siendo , en ciert a medida, indeseable. Para solucionar este problema se recurrió a modificar el sistema básico de forma qu e cambias e sus tres form as de ondas en diente de sierra en onda s sinusoidales, cuya suma instantánea es siempre cero. El transm isor creado así se muestra esquemáticamente en la Fig , 9.3, en la cual se observará qu e la resistencia y los brazos de contacto , en lo que a conexiones eléctr icas se refiere, han cambiado virtualmente sus lugares. La resistenci a está arrollada ahora en un conformador de plan chas, de aquí el término " Desynn tip o plancha" , y está conectada a la alimentación de corriente continua, mientras qu e los brazos de contacto proporcionan los tres pu ntos de toma de corriente para el estato r del ind icador. Resistencia tipo p lanc ha

28V

o c,

Contacto

Arrastre desd e el elemento mecánico

Figura 9.3. - Transmisor de Desynn tipo plancha.

Los tres brazos de contacto está n aislados y pivotados sobre el cent ro de la plancha y está n con ectad os a un anillo de deslizamiento. Las escobillas se apoyan contra estos anillos de deslizamiento y llevan las corrientes de salida a las bobinas del estato r. El movimiento del elemento mecánico se transmit e a las escobillas a través de un sistema de engranajes.

SISTEMAS SINCRONOS DE CORRIENTE ALTERNA Los siste mas que fun cion an con corriente alterna se clasifican generalmente bajo el término genérico sincro y se fabrican con varios nombres comerciales, Autosyn y Selsyn , por ejemplo. To dos estos sistemas funcionan bajo el mismo principio y se dividen en cuat ro grupos principales según su función: (i) sincros de to rsión, (ii) sineros de control, (üi) sincros diferenciales y (iv) sincros de resolució n. Antes de ent rar en los principi os de op eración de los sincros, es necesario comprender claramente primero el proceso de la inducción electromagnética y luego su aplicación a un ti po de transformador está ndar.

244

SISTEMAS SINCRON OS DE CORRIENTE ALTERNA

Inducción electromagnética La indu cción electromagnética se refiere en términos generales a la producción de una fuerza electromotriz dentro de un conducto r cuando hay movimiento relativo entre él y un campo magnético. Si un conductor se mueve en un campo magnétic o, las líneas de fuerza se cort arán y se inducirá una fuerza electromotriz en el conducto de una magnitud proporcional al régimen en el que se corten las lín eas. Si los ex tremos del conductor están conectados, formando así un circuito cerrado , circulará una corrient e resultante de la fuerza electromotr iz en tanto en cuanto el conductor se mueva. El efecto sería el mismo si el conductor estuviese quieto y fuese el campo el que se moviese. Cuando se pasa corriente a través de un conductor y se aum enta o disminuye, el campo aumentará o disminuirá prop orcionalmente, haciend o que las líneas de flujo alrededor de cada vuelta de la bobin a se expandan y contraigan, corta ndo , de este modo, las vueltas ad yacentes e induciend o una fuerz a electromotriz en la bobin a. Si la corriente es constante, no se indu cirá fuerz a electromotriz. La propi edad qu e se describe en los párrafos siguientes se cono ce como autoinductancia y es el principio fundamental en base al cual funcionan los motores y los generadores. Otro efecto indu ctor qu e pod emos considerar ahora se produce cuando dos bobinas portadoras de corriente se colocan muy pr óximas y quedan enlazada s por los flujos que producen, de modo que, cuando se cambi a la corriente a través de una bob ina, se inducirá una fuerza electromotriz no sólo en esa bobina sino tamb ién en la adyacente. Esta propiedad es cono cida como inductancia ~ mútua y se utili za en el transformador. f

Principio del tra nsformador Un tran sforma dor, como el mostrado en la figura 9.4 , emplea dos bobinfs eléctricamente separadas en un núcleo de hierr o. Una de las bobinas; él primario, está conectad a a una alimentación de corriente alte rna y la otra, conocida Núcleo de hierro laminado

Ns vueltas del devanado secundar io

Figura 9.4.-Principio del tran sformador.

Np vueltas del

dévanedc primario

245

SISTEMAS SINCRONOS DE TRANSMISION DE DATO S

como secundario , está provista de terminales de los cuales se toma un voltaje de salida . El voltaj e alterno aplicad o al primario hace que circul e una corriente alterna en este devanad o, dependi endo la corriente de la inductancia del devanad o. El efect o de la corri ent e alterna es establecer un flujo magnéti co altern o en el núcl eo, y pu esto qu e la may or parte de este flujo enlaza con el devanado secundario, se produce una fuerza electromotriz en el secundario por inducción mútua. Si los terminales del secu ndario se con ectan a un circuito cerrado, fluirá un a corriente y toda la energía consumida en el circuito se transferirá magnéticamente a través del núcleo desde la fuente de alimentación conectada a los terminales del primario . Por tanto, se establece una fuerza electromotriz en el devanado primario que, despreciando la resistencia, puede cons iderarse para fines prácticos como igual y o puesta al voltaje aplicado al primario. Si el devanado primario tiene las vueltas N p , el voltaj e por vuelta es Vp /N p. Puesto que el mismo flujo corta el secundan o, inducirá en él el mismo voltaje por vuelta ; por tanto, el voltaj e del secundario será,

de modo qu e Voltaje del primario - !L = ~ Voltaj e del secundario V, N , La relación de los voltajes en los dos devanados es proporcional, por con siguiente, a' la relación de las vueltas, conocida como la relación de vueltas del transformador, Hay otro efec to qu e afecta a la corriente del secundario y que debe cons iderarse. Cuando la corriente fluye, establece también un flujo que se opone al flujo del núcleo prin cipal. Una reducción del flujo del núcleo redu ce la fuerza electromotriz del primario que se op one al voltaje ap licado, y así deja qu e circule corriente aum entada en el devanado primario. Esta corriente aumentada restablece entonces el flujo del núcleo a un valor qu e es sólo ligeramente menor qu e su valor sin carga. Despreciand o las pérdidas del transformador, qu e generalmente son muy pequeña s, la energí a de entrada puede compararse a la de salida: Vplp; = V,I,

de modo que

Ip = V, "" N, 1, Vi> Np de lo sual se ve claramente que las corrientes son inversamente proporcionales al número de vuelta s. Sincros de torsión Son la forma más simple de sincro y se usan para la transmisión de información de posición angular por medio de señales inducidas, y para la reproducción 246

SISTEMAS SINCRONOS DE CORRIENTE ALTERNA

de esta información por la posición de un eje en un elemento de salida o receptor . Estos sincros de torsión suelen encontrarse en los sistemas de instrumentos de vuelo. Un sistema de sincros de torsión comprende dos unidades eléctricamente similares, como se muestra en la figura 9.5; por conveniencia a una de las unidades se la denomina transmisor (TX) y a la otra receptor (TR)..Cada unidad consta de un rotor que lleva un devanado o arrollamiento, y está montada concéntricamente en un estator que lleva tres devanados cuyos ejes están separados 1200 • Las principales diferencias físicas entre el TR y el TX son que el rotor del TX está acoplado mecánicamente a un eje de salida,' mientras que el rotor del TR puede girar libremente. Los devanados del rotor están conectados a ·una fuente de alimentación de corriente alterna monofásica, y las conexiones correspondientes del estator están unidas por líneas de transmisión. Puede observarse también la similitud entre estas disposiciones de conexiones y un transCero eléctrico

Cero eléctrico

,) I

Eje de salida

Eje de entrada

Alimentación de corriente alterna

~ CorrieiÍte ......

Campos del rotor

t::::::::C>

Campos del estator Sfmbo!o

et~l

circuito

Figura 9.S.-Sistema de sineros de torsión

247

SISTEMAS SINCRONOS DE TRANSMISION DE DATOS

formador convencional; los rotores corresponden a los devanados primarios y los estatores a los secundarios. Cuando los rotores están alineados con sus estatores respectivos en la posición indicada, se dice que están "cero eléctrico"; esto se refiere al ángulo de referencia normalizado para sincros al que se producirá un ajuste dado de voltajes de los estatores; por este acuerdo se pueden emparejar los sincros de sustitución. Con energía aplicada a los rotores, se inducirá por acción del transformador cierto voltaje en las bobinas de los estatares, cuyo valor será regulado, como en cualquier transformador, por la relación del número de vueltas de las bobinas del rotor (primario) y estator (secundario). Cuando los rotores del TX y TR ocupan las mismas posiciones angulares, y se aplica potencia, se producirán voltajes iguales y opuestos y, por consiguiente, no puede circular ninguna corriente en las bobinas de los estatores. Se dice entonces que el sistema (y cualquier otro tipo de sincro) está en "nulo". Cuando los rotores ocupan posiciones angulares diferentes, por ejemplo cuando el rotor TX está en la posición de 30° y el rotor del TR está en el cero eléctrico, se produce un desequilibrio entre los voltajes de las bobinas de los estatores que hace que circule corriente en las líneas y las bobinas de los estatares. Las corrientes son más grandes en los circuitos donde el desequilibrio de voltaje es mayor y su efecto produce campos magnéticos que ejercen torsiones para girar el rotor del TR a la misma posición que tiene el del TX. Según sigue girando el rotor del TR, la desalineación; el desequilibrio de voltaje y las corrientes disminuyen hasta que se alcanza la posición de 30° y no se ejerce ninguna torsión más sobre el rotor. Al considerar esta acción sincronizadora se podría suponer que su rotor sería devuelto a "nulo", puesto que también fluyen corrientes en las bobinas del estator de TX. Es una suposición razonable, porque en realidad se está estableciendo una torsión que tiende a girar el rotor en el sentido de las agujas del reloj. Sin embargo, debe recordarse que al rotor lo está accionando alguna máquina motriz que ejerce cargas demasiado grandes que las torsiones de los rotores ' no pueden vencer. . Síncros de control Los sincros de control se diferencian de los de torsión en que su función es producir una señal de voltaje de error en el elemento receptor, como oposición a la.producción de una torsión de rotor. Los sincros de control se suelen utilizar en altímetros servoaccionados que funcionan en conjunción con los calculadores centrales de datos de aire (véase la página 123). En la figura 9.6 se muestra la interconexión de los dos elementos de un sistema de sincro de control. Por conveniencia, altransmisor se le designa con las siglas XX y al receptor se le considera un transformador de control (CT). El CX es similar a un transmisor de torsión; en el diagrama se observará que la alimentación de corriente alterna sólo está conectada al rotor del CX. El rotor del CT no se energiza, puesto que actúa meramente como un devanado inductor para detactar la fase y la magnitud de los voltajes de señal de error que se suministran a .un amplificador. Las señales amplicadas se envían entonces a un motor

248

SISTEMAS SINCRONOS DE CORRIENTE ALTERNA

Cero eléctr ico

• eT 51

A limentación de e.a .

Eje de ent rada

A limentación de c.a. a la fase de -----+ referencia

Voltaje /\ ( aPl icado ~

V olt aje de error de amplitu d a la fase de cont rol

Voltaje de ~-f-l,r-++-I- salida Voltaje de error C-W en f ase

Vo ltaje -o¡..,.,-'.,-'z, _."..,---,--de sali da No hay señal de error

--+

Corriente

Campo del rotor

==:>

Campo del estetor

Vo lta je de salida

~ Voltaje de error de AC-W desfasado

51~

::~

:::

Símbolo del circuito

Fig. 9.6.-Sistema de sincros de control,

bifásico que está acoplado mecánicamente al rotor del CT. Otra diferencia que se debe citar es que un sistema de sincro de control está en un cero eléctrico cuando el rotor del CT está a 90° con respecto al rotor del CX. Si se gira el rotor aercx en cierto ángulo, el flujo resultante en el estator del CT será desplazado de su punto de referencia en el mismo ángulo, ,y con relación a la posición del rotor del CT en ese instante. Por consiguien te, se induce un voltaje de error en el rotor, dependiendo la fase y la magnitud d él voltaje de la dirección de rotación del rotor y del grado de desalineación entre este rotor y el del CT. El voltaje de error se amplifica entonces y se envía a la fase de control del motor; la otra fase (fase de referencia) es alimentada continuamente con corriente alterna. Puesto que el voltaje de la fase de control de un motor bifásico puede avanzar o retrasar el voltaje de la fase de referencia, la fase del voltaje de error determinará la dirección en la que girará el motor, y su magnitud determinará su velocidad de rotación. Cuando el motor gira hace que gire el ro-

249

! ¡

I ¡

S ISTEMAS SINCRONOS DE TRANSMISION DE DATOS

tor del Cf en la dirección apropiada, redu ciend o con ello su desplazamiento con respecto al ro tor del ex. La rota ción continúa hasta qu e ambos rotores están alineado s (ten iendo present e, desde luego, qu e los puntos del cero eléctrico está n a 90° un o del otro) en cuya posició n ya no se indu ce más voltaje de error. Sincros diferenci ales En algunos casos, es necesario det ectar y tra nsmitir señales de erro r representativa s de dos posicion es angulares, y de tal forma que el elemento recep tor de un siste ma de sincros indique la diferencia de la suma de los dos ángul os. Esto se logra int roduciendo un tercer sincro en un sistema de torsión o control, y utilizándolo com o transmisor diferencial. A diferencia de los sincros del TX o e x, un transmisor diferencial (designado TDX o eDX) tiene un rotor y un estator devanado s idénticament e, que, cuando se tr ata de un sistema de sincro de to rsión, está n int ercon ectado s según se muestra en la figura 9.7 . En (a) se muestra el rot or del TX girado 60° en el sentido de las agujas del reloj mientras qu e el rot or del TDX permanece en el cero eléctrico; todos los campos magnét icos giran, y el rotor del TR ad opta la misma posición angular q ue el rot or del TX. Si ahora el rot or del TX permanece en el cero eléctrico, y se gira el rotor del T DX 15" en el sentido de las agujas del reloj, los campo s de ambos sincros permanecen en la posición de cero eléctrico porqu e su posición está determin ada por la orientación del ro to r del 'fX (diagrama (b)). Sin embargo, una ro tació n de 15° en el sent ido de las agujas del reloj del rotor del TDX sin cambio en la po sición de su campo equivale a mover el campo del rotor 15° en sentido cont rario al giro d e las agujas del reloj mientras se deja el rotor en el cero eléctrico. Este cambio angular relat ivo se duplica en el estator del TR y así su rotor se alineará con el camp o, es decir, para una rotación de 15° en el sentido de las agujas del reloj del rotor del TDX, el rotor del TR girará 15° en sentid o contrario al giro de las agujas del reloj. Supongamos ahora qu e el rotor del TX se gira 60° en el sentido de las agujas del reloj , y elrotor del TDX 15° en el mismo sentid o ; ento nces, debido a que el rotor del T R girará 15°· en sentido contrario al de las agujas del reloj, su movimiento angular final será igual a la diferencia entre los dos ángulos de entrada, es decir, girará 45 ° (diagrama (e)). El efecto diferencial se invierte , desde luego, cuando se gira el ro to r del TDX en direcc ión opuesta al rot or del TX , de mod o que el ro tor del T R gira en un ángulo igual a la suma de los dos ángulos de ent rada. Invirtiendo parejas de cables bien entre TX y TDX, o bien entre T DX y TR, se pu ede hacer qu e un o cualquiera de los rotores asuma un a posición igual a la suma o diferen cia de las posicion es angular es de los ot ros rotores. Los sincro s de tran smisor diferencial se pu eden usar en sistemas que utilicen sincro s de contro l para tran smitir información de señales de control sobre la suma o diferencia de dos ángulos, de la misma forma qu e se usan en los siste mas de sincros de to rsión. En la Fig. 9.8 se muestra la instalación básica. Servosincro nizad ores La fun ción de los servosíncro nízadores (RS) es convertir los voltajes alte rnos, qu e representan las coord enadas cartesianas de un punto, en una posición de un

250

SIST EMAS SIN CR ON OS DE CORRI EN TE AL TERNA TOX

•• " ea

Eje de en trada

Eje de salida

Stnc ros en ce ro eléctrico A liment ación de e .a. 60 ·

60 ·

(al

,J Cero eléctrico

lb)

(el

"3Q)=:s

-+ Campos

de ro to r c::=t> Cam pos d e estator

Símbo lo d e circuito de sinero di fe rencial

Fig. 9.7.-Sincro diferencial en un sistema de sineros de torsión .

251

SISTEMAS SINCRüNOS DE TRANSMISION DE DATOS

" " Señal de error

Ali ment aci ó n

de e .a.

•: proporcional 11 R2 8) - 8 2

~ c-w

Eje de en t rada

/.L

salida

Angula del c am po proporc iona ! 11 8 I - 82

..... Cam pos d e ro to r

c=:<> Cam pos de estat or

Figura 9.8 .-Sincro diferencial en un sistema de sineros de control.

eje y un voltaje, que juntos representan las coordenadas polares de ese punto. Pueden utilizarse también de forma inversa para convertir el voltaje de coordenadas polares a cartesianas. Estos servosincronizadores se emplean generalmente en los sistemas de director de vuelo e instru mentos integrados (véase el Capítulo 15) . En la Fig, 9.9 se muestra una instalación típica de un RS para conversión de coordenadas polares a cartesianas; se observará que el estator y el rotor tienen cada uno dos devanados dispuestos en cuadratura de fase, proporcionando así un sincro de ocho terminales. Al devanado R, ~ R 2 se le aplica un voltaje alterno , cuya magnitud, junto con el ángulo en el que gira el rotor, representa las coordenadas polares. En este caso, no se utiliza el segundo devanado , y como suele ocurrir en estos casos, está cortocircuitado para mejorar la exactitud del RS y limit ar la respuesta no selectiva. En la posición mostrada, el flujo alterno producido por la corriente a través del devanado R, -1<2 del rotor enlaza con ambos devanados del estator, pero, puesto que el devanado del rotor está alineado únicamente con S, -S2 ' se inducirá voltaje máx imo en este devanado. El devanado S3-S4 está en cuadraturade fase, de forma -que no se induce ningún voltaje en él. Cuando el rotor está a una velocidad constante se inducirán voltajes en ambos devanados del estator que varí an sinusoidalmente. El voltaje a través del devanado del estator que esté alineado con el rotor en el cero eléctrico será máximo en esa posición y caerá a cero después de un desplazamiento de 90° del rotor; por consiguiente, este volt aje es una med ida del coseno del desplazamiento. El voltaje está en fase con el voltaje aplicado a R, -1<2 durante los primeros 90° de deSflazamien to, y en antifase de 90° a 270°, elevándose finalmen te a cero en 270 a máximo en fase en 360°. Cualquier desplazamiento angular puede iden tificarse , por consiguien252

SISTEMAS SINCRONOS DE CORRIENTE ALTERNA

Rotor

Estator

~~~k ~

"'fJ? el.. Eje de entrada

84 82

R4 R2

Símbolo de circuito

de servostncronlzadcr

.>;.

r----<---- ~~ I -t r-___ o

Allmen<tación < de c.a. A2

Flujo

•

r : 1

,., •

L.-'!J

I I

Ifn~ fJ A3

m . r r n I D I J I J l J l J: l

0,,1

..54 - -- - - - 0

I 90 ..1

1800 J

RCoseno;

,_f 1 I ,. 270) 360..•. 1 Valor .d,e'

-jI

I~ II-

. Rseno9

r.,.-.

I I

Figura 9.9.-Servosincronizador.

te, por la amplitud y fase de los voltajes de estator inducidos. En el cero eléctrico, se inducirá voltaje cero en el devanado S3·S4 del estator, pero en desplazamiento de 90 0 del devanado R I -R 2 del rotor. se inducirá voltaje máximo en fase y variará sinusoidalmente durante los 360 ; por tanto, el voltaje S3-S4 es directamente proporcional al seno del desplazamiento del rotor. La fase depende del ángulo de desplazamiento, identificándose cualquier ángulo por la amplitud y la fase de los voltajes inducidos en el devanado S,-S4 del estator. La suma de las salidas de ambos estatores, esto es, r cos () más r seno (), define, por consiguiente, el voltaje de entrada y la rotación del rotor en coordenadas cartesianas. En la Fig, 9.10 puede verse una instlación por la cual las coordenadas cartesianas pueden convertirse en coordenadas polares. Al devanado SI -S2 cosenoi<

•

253

SISTEMAS SINCRONOS DE TRANSMISION DE DATOS

v. -""e~ ~I

j l.

V~ -r$ina

81;------<0---'

e R4

e I:J:J:

Arrastre mecánico

J v/+ v/

Figura 9. 1O.-Conversión de coordenadas cartesianas en coordenadas polares.

dal del estator se aplica un voltaje alterno Vx . r cos e, mientras que al devanado S3-S, senosoidal del estator se aplica un voltaje Vy = r seno e. Por lo tanto, se produce en el interior de todo el estator un flujo alterno que representa coordenadas cartesianas. Uno de los devanados del rotor, en este caso R¡ -R 2 , está conectado a un amplificador, y en la posición que se muestra se le inducirá voltaje máximo, el cual se aplicará al amplificador. La salida del amplificador se aplica a un servomotor que está acoplado mecánicamente a una carga y al rotor. Cuando se gira 9Qo el rotor, el voltaje inducido en el devanado R¡ -R 2 se reduce a cero y el servomotor se detendrá. El devanado R 3-R. estará alineado ahora con el flujo del estator, y se ·le inducirá un voltaje que es proporcional a la amplitud del flujo alterno según se representa por el vector r, esto es, un voltaje proporcional a vi 01 + V;) . Este voltaje, junto con la posición angular del rotor, representa, por consiguiente, una salida en términos de coordenadas polares. Sincrotel Un sincrotel se usa generahnente como un transformador de control de baja torsión o transmisor. Emplea un estator trifásico convencional, pero como se observará en la Fig. 9.11, a diferencia de un sincro convencional la sección de rotor está en tres partes independientes: un rotor cilíndrico hueco de aluminio de sección oblicua, un devanado de rotor monofásico fijo y un núcleo cilíndrico a cuyo alrededor gira el rotor. El eje del rotor está soportado en pivotes de rubí y conectado al elemento detector de presión o cualquiera que sea el elemento que exija el uso. En su aplicación típica para medir presión, ~l sincrotel está conectado eléctricamente a un sincrotransrnisor de control cuyo rotor se ve obligado a seguir la posición del rotor del síncrotel; en otras palabras, actúa como un sistema de servocircuito. El rotor del sincrotransmisor es act ivado por una alimenf¡lción monofásica de 26 voltios y 400 Hz que induce voltajes en el estator del transmisor. Como este estator está conectado al estator del sincrotel, se establece a través de él un 254

PREGUNTAS

>--

Señales trifásicas -del estator del t ransmisor de control

Bobina del rotor

fIEC f,. P I

I o' I

1I01l~¡

tl E MMtK~

'. ;I ¡,

Ni ík~ DA 0:_ MEX!CO Núc leo cilf ndr ico f ijo l'0' í. e: p,.. ,\ n!. : o;; t'E C·11'g 0 . " , ,, fl

i"i' ~¡¿¡U\

--+--~

Señales

i ~1

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;::UZ 1

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U laEC ~ ¡ \l\l

al motor bifásico

Estator trifásico Amplificador

Figura 9.II.-Sincrotel.

flujo alterno radial resultante. Para cualquier presión especial aplicada al elemento detector, habrá una posición correspondiente del rotor del sincrotel y, debido a su forma oblicua, el flujo radial del estator cortará sus secciones. Por tanto, se producen corrientes en el rotor, y puesto que pivota alrededor del : núcleo cilíndrico, se creará una componente del flujo axial en el núcleo . El de- i vanado del rotor está también fijo alrededor del núcleo y, por consiguiente, eil' flujo del núcleo inducirá un voltaje alterno en el devanado; la amplitud de es,! voltaje será función sinusoidal de las posiciones relativas del flujo del rotor estator. Este voltaje se envía, a través de un amplificador, a la fase de control de un servomotor bifásico que acciona el rotor del sincrotransmisor alrededor en su estator, produciendo con ello un cambio en el flujo del estator del sincrotel, . hasta el punto en que no se induce ningún voltaje en el devanado del rotor; es decir, el sincrotransmisor es accionado a la posición nula . Esta posición corresponde a la presión medida por la unidad detectora en ese instante. PREGUNTAS 9.1. Dibujar un diagrama del circuito del sistema Desynn básico y explicar su'principio de funcionamiento . 9 ..2. Explicar cómo se desarrolla el sistema básico, por ejemplo, para medición de presión. 9.3 . ¿Cómo vuelve la aguja de un indicador Desynn a la posición "fuera de escala"? 9.4 . Explicar la diferencia entre los sistemas Desynn básico y el de tipo plancha. 9.5 . ¿Qué diferencia hay entre autoinducción e inducción mutua? 9.6. Explicar por medio de un diagrama esquemático el funcionamiento de un sistema sin' cro de torsión.

255

SISTEMAS SINCRONOS DE TRANSMISION DE DATOS

9.7. ¿En qué lipa de sistema síncrono se utiliza un transformador de control? Explicar el principio de-funcionamiento. 9.8. ¿En qué se diferencia la construcción y el funcionamiento de un Sincrolel de la mayoría de los sistemas síncronos convencionales? 9.9. Explicar c ómo se aplica un sincro a los sistemas que implican la medición de las componentes de sen~ y coseno de los ángulos. 9.10. ¿Para qué se utilizan los sineros diferenciales?

256

I I

1 0. Medición de la veloc idad del motor

¡ t

1 La me d ición d e la velo cid ad del mo to r tiene gran importancia , puesto qu e jun to con par.imetro s tal es como la presió n de adm isión, la presión d e t o rsi ó n y la temp er.uura de lo s gase s de esca pe , perm ite ma nt c ner u n contro l exacto sobr e la ac tu ación del moto r. En los m otores alternativos, la vel o cid a d me di d a es la del cigü eña l, m ien tras qu e en mo to res tu rbo hélices y turborreac to res se mide la velo cid ad de ro taci ón del eje del co m p resor, y [al m e dida sirve de in d ica ció n útil d el empuje que se prod u ce . Lo s in strumen tos in d icadores reciben el nombre de ta có metros . El método qu e se usa con más frecu en cia para medir est as velocidades es el eléctrico, aunque en vario s típo s de aviones de avi ació n general, se emplean t acórnetros ac cionados me cá nic a ment e.

TACO METROS 'vIECANICOS Los tacómetro s de este tipo constan d e u n im án que gira continuamente por la acción de un eje flex ib le acoplado a una sa lida d e arrastre del motor. Alrededor de l imán va in st alad o un elemento de aleaci ón en fo rma de copa (co n o cid o como copa de arrastre ) de tal for ma que quede una pequeña separación entre los dos. La copa de arrastre va soportada en un eje al que va unida una aguja y un muelle de mando. Cu ando el iman gira, induce corrientes parásitas en la copa de arrastre o mando, que tiende agirar a la misma ve locidad que el imán. Sin embargo, está limitado por el muelle de mando o control. detal form a que para cualquier velocidad, el arrastre de las corrien te s parásitas y la tensión d el muelle están equilibradas y la aguja indica en tonces la velo cid ad correspondiente en la esfera de! t acómetro.

SISTHIAS DE TACOMET ROS ELECT RIC OS

----_._-------......

sistemasde este ti po se d a5ifk.a~n~ca-t~gorías rador e indicador, y (ii) sonda d e tacómetro.e indicador.. Q

--- -

orin (;ip~l~~:

'(i) gen e-

- - --

Sistemas de generador e indicador

Un generad or consta de un ro to r d e imán perm a ne nte que gira dentro d e un estator ran urado que lleva un de vanad o trifásic o con ectad o en es trella. El ro tor puede ser b ipolar o te t rapolar , según se mues tra en la Fig. 1O.] ; en algunos casos puede u tilizarse u n ro tor dodecapo lar. Se o bserv ar á que los polos de l roto r tetrap o lar están sesgados, de for m a que cuando un extremo de un polo dej a un

257

MEDlCl ON DE LA VE LO CI Do-\ D DE L MOTOR

Figur a lO.!. - Tipos de rot or de gen erador

Bicota r

Tet raco rar

diente del csrato r. d o tro extre mo entra en d diente siguiente . Esto pr oduce la mejo r fo rma de o nda y permite un a to rsió n de accionamien to con st ante. Con el ro tor bipo lar se o b tie ne el mism o efe c to . sesgando los dientes de l esta tor y las bob inas individ uales q ue co mponen u na fase. El mé todo qu e se usa co n más fre cuen cia para acc io nar un roto r se basa en un aco pla miento de. eje estriado: e l generado r como un conju nto , -está suje to directamen te po r pernos a u n soporte de montaje apropiado del motor en la salida dei .::je de arr astre de acc esorios. Con el fin de limit ar las cargas mec ánicas en los gen era do res: la velo cidad de o perac ión de lor roto res se re duce po r medio de engranajes de re lac i ón cuat ro-auno y dos -a- mo en el sistem a de arrast re del mo to r. En la Fig. 10.2 se muestra una vista en ::o rt e de un gen era d or de arrastre po r estrías.

Figura lO. ": .-VistJ. en corte .íet generado r accio nado por est r ías, , .-Co jincre de bo las. 2.- .-\.:i.illc de retención del ret én de acei te. 3.-Retén de acei te. -r.c-Ro tor de im án perm an ente bipolar . 5.- Ret én de grasa. é.c-Cojin eres de boias. 7. - Tapa ob tu rado ra. B.-E n chufe. 9.- Esu i a de acc ionamiento.

258

,'1 Figura 10.3 .< Gen erador ligero .

En la Fig. 10. 3 se muestru otro ejemp lo de un generador Je corriente alterna de arras tre dire ct o. Es más pequeño, el rotor es bipolar o dodccapolar, y es acc io nud o por un eje de ex t remo cuadrado, El generador bipolarseuuliza en conjun-ción ccn un tipo de indicador de motor síncrono rrifásicc. mientra s que el dod ecapolur, q ue p roduce una salida monorasica J. una frecuencia '/ sensib ilid ad mucho más altas. se utiliza en conjunción con indicadores servoaccionados de co nu. d or y aguja y para suministrar señales a las unida des de contro l del mo to r. El indic ado r tí pico que se muestra 'en la Fig. 10.4 consta de Jos eleme n to s : interconectados: un demento de ac cionamiento y un elemento indicado r 'le velocidad de arrastre por corriente parásita.

, 2

Figura 10 .4 .- Vista en corte de un ind icador de ta cómet ro típic o tipo mo to r smcr ono. L e-Eje en vo ladizo . l. -Conjunto de bloque de terminales. J. - Cojin ete de bol as postericr. 4.-ConJunto de ta za magnética. 5. - Con junto de demento de resistenc ia al arr astre. ó.c-Husillc y engranaje de la- aguj a pequ eñ a. 7.- CojineIe ex te rior del husillo. 8.-0 reje[a de blccaje del cojin ete. 9.-Engr:m aje interme dio . lO.-Placa de apoyo . l L e-Orejeta de suje ción de¡ mue lle en esp ira l. 12. <Cci íne te interio r del husillo. 13.-C ojin et e de bolas de lantero . 14.- Ro tor..lS .-Es tator.

259

:'vIEDIC ON DE LA VELOCIDAD DEL

~tOTO R

------

Co nsid erem os p rime ro el elem en to de accio na m iento . Se t:at_~,. en ~~q!id :ld, U!1 meter sí ncro no que tie ne un devana do trifásico d e ~S t3 tor conectado -=ñ=: ---... "-- - - -- .. --_?~ti~_ Y u n:Jp tor qJ1 e 2jI;L=9td.o.s-cojin~~s d~_b...cl;l.L La const ruc ción c et ro t or es co m p u esta , en una parte cha pas estampadas de metal blando, y en 12. otra un imán perman en te bipolar laminado . Un disc o de alu min io separa las dos panes, y una serie de barras de cobre lo n git u d inales atraviesan el rotor fo rm ando u na jau la de ardilla. El motivo d e que se construya el rotor de esta fo rma es combinar las propiedades d e arranque autom ático y alta to rsión de u n motor en ja ula de ar dilla co n las pro pie d ades au to s ín cro nas aso ciada s con un tipo de moto r de im á n perm an en te. de

El elemen to indicado r de velocidad corista de un rotor de imán permanente cilínd rico insertado en un tambor de moco que quede un pequeñ o entr ehierrc entre la periferia del imán y el tambor. CnJ. copa metálica, de no min ad a ,:o pa de arrastr e, va montada en un eje y soportada en pivotes de ru bí d e modo que se reduzcan las fuerzas de fricci ón, de tal fo rm a que aju st a en el ro tor d e imá n pa ra reducir al mínimo '-=1 en tre hierro . En un ex tre mo a l eje de: la copa d e arrastre va unido un muelle en espiral calibrad o , y e n el o tro , al armaz ón d el mecanism o. En el extremo del eje de la copa de arrastre hay un engranaj e acoplad o a dos agujas montadas concéntricamente ; la p e Llu ~-ªk3.-c.ente.n~a-ZTa n ®.Jn;

~er.p .m.

Funcionamiento del sistema

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Cuan,:0 3 1--,".()[QI del g=J:mOLg;DLelLd-int"noLdLsu .eszaror, los polos , pasan r ápidamente má s allá d e cad a devanado de esta ror en sucesi ón , de m odo .' que se ~~ondas ~~eFZ·a-clectromotrÍZ-3-Lter..A.a.; estas on das I ".st:irin-se paLad~2.Q:...cvéase la Fig. 10,21. ~:l m) gnitud..de-..liL íuerza electroJ ~Jll.2J:J:iz.jnducid a por el imán depende deQ.~z_::uáSU'll,,-y_¡jil numerojje vue.G> ,;:,ta~';il í c:Sb051ñ as drt:rsp A'demas, como cada bobin a es pasada por un par de polos <recatar. laTuerz a elec tro mo triz in du cida completa un ciclo en una frecuencia determina da po r la velo cidad de rotación del roto r. Po r consigu iente.Ji¡. ~º-cid3d _de l roto r y. la f~e.cJle nci3-.?on direct:mlcn.t.e.....prº.QQr.cio.nales.,..:j-p-u~ illl~~LrOi:or es accicnado po r el.motnren alguna relación fija, 1J frecuencia de tromotnz inducida es una medida de 13. velocida-d Jel--mo tor. la fu erza ejec ---- -

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k:l~ ,.lu.~r~~s ~1~;lr:?_~S'~rtc:cs de los ~erado~s se sumini5.t:'}rL;zjasJx)J:Üri~;s~deJ

faSiy_ co rr~~í?n d}~I1jes .-d~l . es t'!JQLdet:ih}Ec_~::._lli.U:..<LP-Wd.U1: Lt-~e n te§: cu ya '" .'Il.<l.gnillll'lj'if.!Í"..s:;jón, d~"n.d.en-de0Lchas JÜerz a~7lmmlDo trice ') La distrib ució n de las ccrrientes d el es taro r prod uc en u n campo magné tico resul ta nte qu e ,_, gira a una velocidad que de pen de de la fre cuen cia del generador. Cuando el campo gira. corta :1 través d e las ba rras d e cobre del ro to r en jaula de ardilla, induciendo una corriente en ellas que, a su--vtfl~"'~s tablece u n campo ma gné tico alrededor de .:adJ barr a. LJ. re acción d e e5105 campos con el campo giratorio principa! pro d uc e una [0 r5i 6 :1 en el roro r que le hace pr:.lr en la íTÚSTi1;l di reccióri que el camp o principal y a la misma velocidad. Cuand o d rOLOr JIra . acciona el i.!11án p erm.J.~n~nle. _Je_lª-J:!.!11dad indic~.J-J.e ' veloc{c:Hi. y deoiaü-")l mOVlmicmto relativo entre eYlmán y la copa d¿ -Jri:J-stre-: __C - -s-etl1Qü:en co rrientes parásitas en es ta últ irn a. _E s ¡asc--ome ~c·f~;lIl llnCa m.Eo magn~!..i_~ ,?_ que reaccio na con el campo magné tic o penna nente, y puesto que siemp re hay una tende n cia a oponerse a la creación de corrie n tes inducidas (le y

260

:31STE::VL...S DE T A CO ME 'LR OS

.s ::"' .E Cr ~I C O S

-360 "

.c.coot arnientc al m otor

Ro i:g~::de-:-i man permañenfe'·

,; ~ Figu ra l O,5.-Prin cipi o de un sistem a de gener ado r e indicador.

de Lenz ), la reacción de to rsi ón d e los camp os hace que la co pa de arrastre gire continuamente en la mism a dire cc ión que el im án . Sin emb argo, esta rotación de la copa de arrastre está lim it ad a por el muelle en espiral calibrado , de ta l forma que dicha copa se moverá a una posición en la que la torsión de arras tre de corrientes parásitas está equilibrada por la tensión del muelle, De este m odo, el m ovim ien to resultante del eje de la copa de arrastre y el 'tren de engranajes sitúa las agujas en la esfe ra para que indiquen la velo cid ad de l motor predominante en ese instante. Los in dicad ores se COIIlP_E@~9_u.~e_nJo_q1l9-Se_Le.fierg_~_LLQ.~~eJ~"~!.Q.§.Qe.ja,.temp.era~

,J}.H U D e r.ÜnáJlJ?~illian_~Il.te..,.ds; L~.l.e.me_nlíLin.dica{tQ r_d_~_.:{E;Jºf:; if.iª_q;:ifi~ta!ªnd o-un

\ .91sp o s.ftivo-,- ~,~:~_d e~_t~ ~c i9!l t_cTQ!q.rp~gnético adyacente al imán. Fu nciona-de f¿r----'--ma análoga al com pensad or descrito en la página 34. La Fig . 10.6 muestra ot r a versión de ele mentoindicad or d e velo cidad que se usa en algu nos tip os de in dicad or. Consta de seis pares de pequeñ os imanes perma nen tes montados en plac as sujetas po r pernos, de tal fo rm a que los imanes están directamente opuestos con un pe que ño en tre hierro entr e las superfi -

26 1

:..IE~ lC:ON QE :..;.. ·...ELOCDAO DE L :v.OT0R

Figur a 10. 6. <El em ento de resistencia Ji arr astre tipo disco. Pare res

:] 8

im an es ¡ ,

Hu sii lc

¡©o .I I O' @,\ ! :0 10 \ e , i \ ' , 0 '-J 0 /"/'

\. ' - .>. ~

Corn oensad c r de tem pe r-at u ra

Esoac-eoores .31

cíes de los po lo s p ara uccrnodur un disc o de arrast re. La rotació n d el dis co se transmite a las agujas de: fo rm a aná loga al m ét odo de copa d e arra st r e . Tac óme tr os de porcentaje de r.p.m.

·:...3. medida de la velocidad de l mo tor en térmi n os de porcentaje se adopta pai.i la o pera ció n de los motores t urborr eactores, y se introdujo pan. qu e varios tip is de m otor pudieran se r o pe ra d os sobre la misma base de comparación . En la Fig. 10 .7 se mu estran las pre sentacio n es de tres tacó m e tros de por ce ntaje utilizados actualmente. La s es calas p rin cip ales están graduadas de O a l OO::; en aumentos del ¡ 0 %; el 100% corr espo nde a la velocidad óptima de la turbina. Con el fin de rea lizar esta p re se n ta ció n, el fabricante del motor elige una re lac ió n entre la velo cidad rea l de la turbina y el arr astre del ge n er ad or, de forma que la velocidad ó p tima produzca 4.200 r.p.m , en el arras tr e del generad o r. Un J segu n da aguja o co nta d or d igita l presenta la velocidad en aumentos

del

I~ .

Figura 10.7. - Prese ntaciones en ~3 estera de tacómetros de po r cen taje. Ll) Tipo moto r sfncrono. b) In dicador de motor ce to rsión de e.e . e) In dicador servoacci onado de contador y aguja.

26 2

SISTEMAS DE TACOMETRüS ELECTRICüS

Indicador de tacómetro servoaccionado

En diversos tipos de aviones de transporte público se utilizan actualmente indicadores de este tipo en conjunción con generadores de corriente alterna. En las F igs. 10.8 y 10.9 se muestra un diagrama esquemático de la disposición del circuito interno y la construcción de un indicador respectivamente.

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j M ód u l9 monitor '! ,ervoamP I~j.

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11 5vo ltlos I

4 00 "' z 0-+1

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MÓdulo de alimentaciÓn de ~ n e rg {a

28 voltios c.c:.

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[t> Cuadratura de [t> Separador

la ,eñal

ft> Servomando B>Se parador de realrmentacrón J::I:

Mando mecánico

Figura lO.S.- Indicador de tacómetro se rvo accio nado .

Las señales del generador se convie rten primeramente en una fo rma de onda rectangular po r un amplificador de cuadratura dentro del módulo de proceso de señales, y con el fin de obtener impulsos activadores pos itivos y negativos para cada semiciclo de la forma de onda, es diferenciada por un circuito confo rmador de señales. Los impulsos pasan por un monostable que produce entonces un tren de impulsos de amplitud y anchura constantes, y al doble de la frecuencia de la señal del generador. Para derivar la señal de frecuencia para poner en funcionamiento el motor de corriente continua a lo que se denomina la condición de velocidad de demanda, la salida del monostable se suministra a un integrador . vía un amplificador sepa rador. La señal de demanda se aplica entonces a una red detectora en un módulo servoamplificador y monitor, donde se la compara con una salida de corriente continua procedente del cursor de un potenciómetro de realimentación posicional. Puesto que el cursor está engranado a la aguja principal del indicador, su salida representa, por consiguiente, la velocidad indicada. Cualquier diferencia entre la velocidad de demanda y la indicada resulta en una señal de error que se suministra a las etapas de entrada y salida del servoamplificador, y luego al devanado del inducido del motor; la aguja del indicador y el contador digital son accionados entonces a la posición de velocidad de demanda. Al mismo tiempo, el cursor del potenciómetro de realimentación es reposicionado también para que propo rcione voltaje para rebajar la señal de

263

1 Figuru 1 1; . 9. <Constru cción del ind icador .íe ~ J. G 6 m e t! 'J servc a rcron ac c .

1 1

!] 1

velocidad req ueri da ha sta qu e la seña! de error sea cero ; en este punto, el indicad or presen t:::.rá en te rrees la velo c idad re que rid a. El vo ltaje de salida d e la et ap a de en trad a de i servoarnplificador se env ía tambien a un mo ni tor de servocircuito, cuy a finalidad es d et ect ar cu alquier fallo del servccirc uit o pa ra rebaj ar el voltaje de la se ñal de error. Si se produce ta l fallo) el monitor funciona co mo un in terru p t or de "conexi ón-desconex ió¡ :!1 la po sición de " descon exió n " desactiva un a bandera de 8.'/IS O contrcla.. .. .cr solenoide que aparece a tra vés de 1:J p resentación dei co ntado r d igital. T ambién ha y una agu ja de sobrevelocid ad que está in stalad a concéntricamente co n la aguja principa l : dic h a aguja está situada inicia lmente en la gr ad uació n de la escala ap ro piada. Si la aguja prin cipal sobrepasa 2St 3. po sición, la aguja de lnnite tambi én lo hace . Cua n d o se r ed uce la velo cid ad , la aguja p rincipal se mo verá en consecuencia. pero la aguja de .ímit» permanecer á en la velo cid ad. máx ima alcan zada puesto qU 2 ·':3stá con trolada po r un meCaniSITIC de trinquete. Puede d evolverse 3. su posición in icial aplicando una alimentación d e 28 voltios de co rriente con tinuaconectada separad amente a un solenoide de reposición eentro del indicador. Sist ema de in dic ador y so n da

' , .~

ta có m e tro

Es te sistema se utiliza en diversos tipos de granees aviones de transporte público. y tien e la ventaja d e oroco rcionar salidas el éc tricas inde pen d ien t es

264

SISTEMAS DE TACOMETRQS ELECTRICOS

adicionales a las que se necesitan para la indicación de velocidad, por ejemplo, registro de datos de vuelo y con trol del motor. Además, tiene la ventaja de que una sonda (véase la Fig . 10 .10) no tiene piezas móviles. La sonda de acero inoxidable herméticamente cerrada comprende un imán permanente, una pieza polar y vari as bobin as de cuproníque l o n íquel/cro mo alrededor de un n úcleo ferromagnético. Unos dev anados independientes (entre cinco y siete según el tipo de so nd a) proporciona n salidas al indicador y otros equipos que precisen datos de la velocidad del moto r. La sonda está montada po r pestaña en la sección del compresor de alta presión del moto r, de fo rma que penetre en est a sección. En algunos mo to res turbofá n, tamb ién se p uede montar una sonda en la sec ción del fan para medir la velocidad de éste. Las piezas polares, cuando están en su sitio, se e ncue ntran muy cerca de los dien tes de una rueda dentada (llamada a veces rueda fónica) que gira a la misma velocidad que el eje del comp reso r o del fan, según corresponda. Para asegurar la orientación correcta d e la sonda, existe una clavij a de lo calización en la pestaña de montaje . El im án pe rrn an en te produce un campo magnéti co alr ed ed or de las bobin as de tecto ras, y cuand o los d ientes d e la rueda d en tada pasan las pie zas polares, la Conector elé ct ric o

Im án

Eje de polariz ación

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Sond a de tac ómetro ' ~-L---~

f/" · • l""llI // '.~ . ":/ -l '::=;2:::::-L . . . . -: h===~ ~---- Rueda dentada 'l - - ---:- - - ---.3t::::-

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Im án / - - - - - - - . - - perma nent e

Piezas po lares

Bobin as

dete cto ras

Figura 19.1 u.e-Sonda de tacó met ro.

265

:vlE D I C: O N

LA VELOCDAD DEL \10TOR

intensid ad del flujo a través -:3.e: cada ~o10 varía inversamente -':CD b .i nchura del entrehie rro en tre 10$ pOlOS ~I los dientes de 1:.:. =-~ e¿ a. Cuando la dens id ad del .lujo cambia . S~ incuce una :·~.:. eiZ J. ele ctromctriz en iU:3 bobinas ':er:ectoras. ':;~Y3. amplitud 'iar ::l ~Ofi d récimen de cambio de densidad del fluio. Por ta n t o . :Ú tornar 13. posición mostrada ~;¡ la Fi g. lO .! O corno la posición inicia] . hab r ía i:1t~n.3il~;l¿ máxima . pero e! r égime n de cambio Ce densidad seria ce ro "y" , ::!e este ~JOli0. .a um p iiruc le la fue rza ele ctrornot riz .ncu cid a sed cero. Cuando los .iientes id engra naje se c cspiazun d~ esta pos ició n. la densidad .iei fiujo empieZ:J. orirne rurnente J disminuir .ilcan za nd c un ré 2:':""'":1¿TI máx im o J.e cambio ~ in du cier1dc co n ello una fuerza el ectromotriz de má xi m a amplitud. En la posición en la que .15 PlCZ;:¡S polures se alinean con .os "valles entr e los .i ienr es de erigra·¡.lje. .a densidad del flujo esta r á en eí máxime , y cerno el régimen le ca m bio ~s:ero , ~ ll am p litud de la :\l erza electromotriz "2 5 cero. LJ .ie r.s.dad d el flujo ll:men mri otra Vi::Z cuando lo s dientes próximos .ic l en gra naje se alin een con las piezas J ola:::s. Y' la am clitu.i de la tuerza electrom otriz inducica 'l k:lnza LIn m.íximo .ui end te .. ~,~.. '..>J réuím ":1 _'1'" cambio ,.¡..> . :'~'J':"~ Por "uu, "-'Yin ... ,-, .... _V ... .rnavcr . , • , := •• c. ..... I1 -, _'- J. ..... "'. _~'-'> .... '('lJ'O .onsigu .en ;e. ::.l.mnC:l y los .iientes J.~ engranaje pueden ccnsic erarse cerne un irr:~r:-:"':'p~0r ...:~ .lujo .:112.g~étic{) que induce :'t:2iZ.2S e.ectrcn.. . otr.ces .iirecta-ne','-~' oro corcicnaies J '1 veíocidao ,"!e '3. ,:.•..; ..-1 ienrada / .:.;,~ ~.,.1 '. < '~O!"!p"'r~<:or _" •• ... ~,-

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) :3.:1. !...J.$ se ñales ¿e salida para inc icación ":c veiocicuc se suministrar- a un indicado r Jet .ip o .ie torsión d e corriente continua. CU Y2. presentación se mu estra en ::.1 ~:¿. iO. -(b). Las se ñales casan por .in módulo d e procesado .ie señales . v éase la Fi g. : C.l l ) y se suma n con .ina salida del po ten ciómetro servo y un arnplificor separado r. Después de la su ma . la señal pa sa po r un servoarnpiificador al disposi tivo de to rsió n, que gira ento nces las agujas d el indicado r para que in d iquen lo s cam bio s en las se ñales de la so nd a en t érminos d e velo cid ad , El serv opotenciómet ro recibe voltaj e d e referen cia , y puesto que el disposi tivo d e to rsió n tam bi én sit úa su cursor, el po te nció me tro contro lad, la suma d e las señales al servc arnpufica do r para asegurar el equilibrado d e las señales en las diversas co nd icio n es de velo cidad co nstante. Si hay failo de la fuente de alim en ta ci ón o se ñales. Í2. aguja principal de l ind icad or es devuelt a a la posic ió n d e " fu era de escala " po r la ac ció n de un mue lle he licoi d al p recargado .

vou.c s ce rer. o1. r:10i i f k 3fl cr

seo arsc o -

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Figura

-+- 266

le 11 .-Esuu e ma sim plificado de un tacómetr -o de

-nor cr de

~ 0 !'5 1Ó !l

de zs,

SINCROSCOPIOS

En aviones impulsados por varios motores de émb olo, o turbohélices, se pre sen ta el problema de mantener sin cronizadas las velo cidades de los motores en condiciones " en velocidad" y minimizar así los efectos de la vib ra ció n estructural y el ruido . El mé todo más sencillo para man tener sincronizados los mo tores ser ía ajustar ma nu almente los sistemas de control de gases y velocidad de los mo tor es hasta que los indicado res tacómetros pertinentes indiquen lo mismo. Esto, sin embargo, no es muy práctico. por la sencilla razón de que los inst ru men tos individuales pueden tener errores y dar indicaciones diferen tes: por consiguiente, aun señalando las mismas velocidades de funcionami ento, los mo to res estarían en rea lidad fu nci on ando a velo cidad es que difie ren por los errores de indicación. Además, la sincro nización de los motores por com paración directa de las lecturas de los in dicado res tacómetros se hace algo difícil po r la sensibilidad de los instrumento s, que hace que un pilo to o un mecánico se exceda o no llegue a una condición de velocidad por te ner que "perseguir las agujas" . Con el fin de facilitar el ajuste m anual de velocidad se introdujo un instrumento adicional conocido co mo sincroscopio, Este instrumento propo rciona una indicación cualitat iva de las difere ncias de velocidades entre dos o más m oto res; al utilizar la técnica de establecer las con diciones de velocidad requeridas en un mo tor prin cipal seleccionado , el in st ru mento tam bién proporciona una indicación clara e inconfundible de si el motor subordinado fun ciona más rápido o más lento que el principal. El instrumento fue diseñado al principio para que funcionase con corriente alterna generada por el siste ma de tacómetro y, por consiguiente, como una parte eléc t rica de este sist ema , Las presentaciones en las esfe ras de los sincroscop ias diseñados para su empleo en bimotores y cuatrimotores pueden verse en las figuras 10. 12 (a) y (b ) respectivamente, mientras que en (e ) se muestra una comb inación de pr esentación doble de r.p .m. y sincrosc opio. El funcio nami ento se' basa en el principio del mo tor d e induc ción , que, para este uso, consta de un estator laminado de devanado en estrella trifásico y un rotor laminado de devanado en estrella trifásico pivotado en pivotes de rub í den tr o del est at or. Las fases del est ato r están conectadas al gene rador de tacóme tro de l mo tor sub ordinado, mient ras que las fases del ro tor lo est án al gene rador del mot or principal a t ravés de anillos colectores y escob illas de hilos me, tálicos . Un disco en el extremo an terior del ej e del ro to r p ropo rcio na el equilib rad o de éste . La aguja , que tien e dos extremos represen tan do una hé lice, va fijada al ext remo ante rior del eje del rotor y puede girar sob re una esfera ma rcada l NCR EASE (aument o) en su lado izquierdo y DECREA5E (di smin ución) en el de recho. En algunos sincroscopios, los lados izq uierdo y dere cho pueden estar marcados SLOW (len to ) y FAST (rápido) respectivamente. Lo s sincroscopios diseñados para su empleo en cuatrimotores utilizan t res mo tor es de in du cció n in dependientes ; el rotor de cada un o está con ectado al gen erad or de tacómetro del motor principal, mientras que cada estat or está cone ctado a uno de lo s otros tres generadores.

267

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Figu ra iO . 1 2 .-?r~ s e nt ac i ones e n esferas de sinc roscop ios . J ) Bimoto r. b) Cuat rim ot o r. '.') Tacómetro dob le y sin cros copio com binado s,

Func.onamieruc Para co m pren..de r .:1 .uncionarmenr.. .ie .i n smcroscopic , co nsid eremos la ins::üación de un sistema t ípico de ta c óm et r o de bi mo to r, cuyo circuito se d a en la Fig. 10. i 3...x.íemas, supongamos q ue :=~ moler principal. q ue generalment e es el numero 1, se ha ajustado a la co ndición "e n velocidad" requerida y que ·: 1 me ter subordinado se ha sin cro nizado so n ¿L En este momento, ambo s generadcres est án p roduciendo una co rriente alterna trif ásica para el funcicnamienro de sus indicad o res respectivos y est án alimentand o tarnbi én al sin crosco oio . el '2: enerador n úmero 1 alimentando al rotor 'V.:> ' l~i. C" "e o:t~ _", establece mazn ético ~ e'. ~ .... .1 i1 úrne..o . 11...... _' al _'S-~ ... 1-1 _:s ... :P.v-..,.; ....-O .. :>.... ...~~ .... l......... ... ..... L.;..~ camp u. e U .H ~~ .... 1 e ... =-OlCT y el ;¿:S1J.[Or: cad a campo grra duna ::-':C'..lenOJ proporciona! 3. la de su generador corresuondie nte . v dura nte la ~·3.se de rota ci ón d el sistema. gir a en 'a misma d ire cción . Para las condiciones supuestas. y po rq ue las frecu encias ce los generadores son prop orcionales J ia velccicad , est á claro q ue la frecuencia del campo del estatcr de l sincroscopio es igual que ;3. cel campo del rotor. Esto quiere cecir qu e amb os ca mpos alcanzan su intensidad máx ima en -=.1 mismo inst ante ; las torsiones d eb idas a estos cam pos est án equilibradas. y la atracció n l .

268

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SI:-lCR OSC OPIOS

entre los polos op uestos mantiene al ro to r "i nmoviliz ado" en algu na posici ón fija, indicando , así , sincro nismo entre las velocidades de los mo tores. Con side remos ah ora el efecto que se produ ce cuando el mot or subordinado funcio na más lento que el princ ipal. La frecuencia del generad or del motor subordin ad o será más len ta qu e la del gene rado r de l motor prin cipal y, en consecuencia , el campo de l estato r est ará retrasado con respecto al campo de l ro tor ; en otras palabras, alcanz ando su inte nsidad máxim a u n instante más ta rd e en, digamos, el pu nto a en la Fig. 10.13. El rotor, al ser magnetizado más rápi do que el estato r, t rata de girar el estat or y alinear el campo de ést e, pe ro el est ator es una u nid ad fija; po r consiguien te , se estab lece un a tors ión rea ctiva po r la inte racció n de la t orsión may o r del ro to r con el estator. Esta to rsión hac e que el rotor gire e n direcció n op ues ta a la de su cam po, d e mod o que es ob ligado a realinearse co nti nua men te co n el campo retardad o de l estat or. El giro co nti nuo del ro to r acc iona la aguja en form a de hélice para que indiqu e que el motor subordinad o func iona LENT O (SLOW) y que se necesita un AUMENTO (INCREA SE) de velocidad para sin cron izarlo con e l principal. Si el moto r subo rd ina do fu ncio nase má s rápido que el principal, ento nce s el cam po del estator del sinc ro scopio iría delante de l campo del roto r, alcanzando la int ensidad má xim a en, digamos, el punto b . El cam po de l est ator pro duciría entonces la to rsión mayor, la cual llevarí a al ro to r a realínearse con el campo adelan tado d el estator, ind icando la aguja que el mo tor subo rd inado funcio na

Campos resu ltan tes

Gener ado r nO 1

Direc ción de rotac ión del re to r debida a to rsión react iva

Sincroscc o tc

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Resul tan te de l carneo de l re tor

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Gene rad c r nO 2

Direcci ó n de rotació n del roto r debida a to rsión de l es tato r

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Resul tan te de l campo del estetcr en avance

Resultante del campo del roto r

Figura 10. 13.- Funcio namiento de un sincro scc pio.

262

.:v[E D I C!O ~

DE L \ 'y'I:':"'OC!D A[) DEL MOTOR

~,.'\P~D() (F ,~ ST) y

q ue se -iecesi:a ur;a Di S".\fI NUCI ON (D ECREASE) ce velopera sin c. o ruzarlo . CL:an GO .a velo cid ad Q'c,t m o tor su co rdinad o se sm cro n íza otra 'fez, la f T<;; cuencia del generador se carnbia de mcdo que se restablezca ~.H12. v«: m ás un equili brio cn t:;,-;:; lo s cam po s y' las to rsiones y cue el roto r d e l sin crcsccp ío y la J.9j :l adopten u na po sic ión fija. Por .a d escrip cic n an tcrio r V';';:"7l0 S o:e .m sinc rosco pie .:':$, en l" ca'¡id.ld: un h e cuenc.rnc t ro. Y 3U actua ci ón se .iebe únicam en te d las .r e cue ncia s relativas de ces o mas genera dores . Los vol taj es .i e .o s gene rad o res no repre sen ta n run gu n papel en 21 t.mcionarníen- o de! sinc rc sco u io ex cep t o para dete rminar la gam a .ie op erJ.clén por encima ;i por ,':,:: b.:ljo del sincronismo. ~id;}d

I"iDlCADOR ES DE ROT AC¡O''; E~ algunos aviones que '_ ~ TiEZ 2.Il mc tores .le .í erivación de turbina, ex ist cr; indicadores qu e dan 2. conoce; que .::1 eje de lo s cc rnprescres .ie b aja presi ón cornicn za J. girar duran te ei ciclo de pu esta .~ ;j ma rcha, y que es segu ro que ':: on t inú e el ciclo . La base de est e ind.cado r es un am p lifi cad or magnét ico ci e dos et apas que opera con una alimentación ,~~ e 11 5 voltios .:1 00 Hz y que está conectado J una tas e de un generador de tacómetro normal. Las seriales del gene rador se alimen.an :11 amplific ador cerno en trada d.e re ferencia e:- .evclnciones po r minuto Ea el pan el de in strumentos p rin cipal . o panel d el mecánico d e vuel o, '/a. montad a u na lámpara in di cado ra conectada J la etapa de salida d ei am c lifi ca dc r. Cuando la señal de en trada de vol taje de velo cid ad alcanza un ni'· ei cri tico . po r lo general 6 mV , que corresponden a una velocidad de ro tación de un a fr acc ión de i r.p.rn ., se produce corriente de salid a su ficien t e pa ra encend er la lárnpara in d icad ora. La ve locidad se alcanza en los prim ero s grados de ro tación; por consiguien te. la lám para pro po rcio na una in dicación in med iata de q ue "2l eje d e baja presión ha girado . L 1S señales q ue pasan del nivel critico ha cen q u e el arn plificador se sature y qu e la lám p ara permanez ca encendida pero sin ser sobrecargada . La alimentación G;"· :; ne rgi a se envía al nmplif.ca d or ví a un circ u ito d e puest a sil m archa del mo t or y se aísla u na vez que se con cluye de form a sa tisfac t oria ~ ¡ cir cu ito d e puesta en marcha. En las in st alacio n es de po limorcres, u n 30 10 arnp lifi cad or y una so la lámpara sirve n para.. indi car la rotación de cada meter. seteccicn ándose auto m áticam ente .iuran te cad a cicle d e puesta en marcha.

PREGUNTAS 10. i .

Describ ir

!JI:.

m étodo mec ánico para indicar la velcc idad del moto r.

Explicar cómo se transm ite al elem en to indicador la ro tación de un mo tor de indicade tac ómet ro de corriente alt erna.

(l OI

l O.3 .

Exp licar, con la ayuda de un diagram a de ClrCUiTO. e! funcionamiento de un SIs tema de sincroscopíos instalado en un avión po limctcr.

l C.J.. :1) ¿Cómü :>e ob tiene la reducci ón de velocidad nec esaria entre ei motor y el genera.io r de tacó me tro cuando se emp iean generadores de arrastre direct o"?

270

PREGUNTAS

10.5. 10.6': 10.7. 10.8 . 10.9. 10.10.

b) ¿Por qué son fundamentales los generado res de arrastre directo para medir las velocidades de los motores de turbina? Describir un método para compensar los efectos de la temperatura en un tipo de indicador de tacóm etro de moto r síncrono. ¿Cuál es el objeto de un a. sonda de tacómetro? Describ ir brevemente la const rucción y el funcion amiento de una sonda de tac ómetro . Explicar, con la ayu da de un diagrama, el func ionamiento del indica do r utilizado en conjunción con una sonda de tacómet~o. ¿Cómo se presenta el fallo de las señales de la sonda de tac ómetro en un indicado r? Describir el funcionamien to de un tip o de indicador de tacómetro servoaccion ado .

11 I

11 . Med ición de la tempera tura

.Y1ETO DOS

y usos

En .a rnavcr 92.rt-;; de lo s mé to do s 2.: .:J~ e c.ic¡/: n .j e . emp e ra.ur a, se utili za la v ariac ión cie alguna ) :ro;:nec.ad d e una i:'l:st:J.ncia-': ~) :l la ;: ~ r:llJe r a tuTa . ESl:.lS "-'2.na cic nes ;J'..:ed:2n resu .ni rse -i e la fo rma Sig:..Ü2 IH 2:

.¡

1 1

1 . La mayoria d,= las sust ar.cia s se .iilaran cu and o au menta su te rnperutur a: por tanto . se pu e,i e obt en er una .n ed i.:u de temp erat u ra tc manco iguales cantidad es ce dilataci ón para inci car aumentos iguales de TeP.1p eratura.

2. Mu cho s líq uidos, cuando so n somet id os

:l un a umen to de tem per at ura, ex ;:;erüne nran tal movimiento d e su s rnc i éculas qu e se prod u ce un carnb io .ie estaco de liqu ido a vapor. Por co nsigu ient e . pued en in dicars e aume n te s igu ales de tem pe rat u ra rnidier-d o aument os igu ales de la pr esió n d el vap or.

3 . Las sustancias cambian su resistencia eléct ri ca cuando sen some tidas a temperaturas variantes , de modo que se puede obtener un a m edid a de las t emperaturas tomando aume nto s igu ales de resistencia p a ra indicar aume nto s igu ales de temp eratu ra. 4. Cuando se unen m etales difer ent es en sus extremos , producen u na fu er za electromo tri z (f u erza termoelec tr crnotriz i que d ep ende d e la dife rencia de te m n era t ura entre las uniones. Pues to q ue sólo se pre cisan aumentos igua-s d e temperatura en una unión, una medida de la fuerza electro motriz cducid a será un a medida d e la t em per atura d e la u nión. "'

i..,::i rad iaci ón em itida por cualquier cu e rpo en cualq uie r lo n git u d de onda es fun ció n de la tern peratu-a de l cu er po , y se denomina ernisividad. P Oi" consigu iente, si se mide la radiaci ón y se conoce la ernisividad, puede d eterminarse la temp eratu ra d el cuerpo : a esta t écni ca de med ición se la -:':Gnoce ':080 p ircmetr ía de racaci ór..

La u tilización de estos métodos nos prc corcicna un In ed ia muy conveniente para clas ificar les .nstrumentos medidores de temperatu ra : a ) tio o ele expansión (líq uid a o sólida). b) tipo de presión de vapor, e) tipo eléc trico (resist en cia 1] terrnoei éctrico ) y d ) tipo de radiación. Sin emba rgo, ia mayoría de lo s in st r umento s que se utilizan en la actualidad son del tip o de resist en cia y term oe léct rico s y se emplean pa ra medir la temper atura de lí qu id o s y gase s tale s como combustib le: aceite de lub ricación del moto r; air e exte rio r, aire ,d el carb urador y gas de escap e de ia t ur b ina. En ciert os tipos d e motor turborreactor, ta m bi én se usa la t écnica de piromet ria d e radiació n p ara medir la temp er at ura real de lo s álab es d e la t urbina.

2'72

,"~

CALOR Y TEMPE RATURA

CALO R Y TDIPERAT URA Calo r El calor es una fonna de energía que posee una sustancia, y est á asoci ado con el mo vimiento de las moléculas de esa sustancia. Cuanto más caliente sea la sustancia más fue rte será la vibración y el movimiento de sus moléculas. Por consiguiente, podemos considerar al calor co mo energía molecu lar. La can tida d de calo r qu e co ntiene un a sustancia depende de su temperat ura, de la masa y de la nat ural eza del material del que está hecho el cue rp o. Un cubo de agua tem plad a derret irá más hie lo que una taza de agua hirviendo; el cubo contie ne , p or consiguiente, ma yor cantidad de calor aunque su te m perat ur a sea infe rio r. La tra nsferencia de calor de una sustan cia a otra pu ede realizarse por con du cción, co nvecc ió n y rad iación. La conducción requiere un med io mat erial, que puede ser só lido , líq u ido o gaseoso . Las su st ancias calien tes y frías en contacto int ercam bia n calo r por conducc ió n. La convec ción es la transmisión de calor de u n lugar a otro po r co rrientes circu lantes y puede darse ú nicame nte en líqui dos y gases. La radiación es la energía emit ida po r todas las sustancias, ya sea n líquidas, só lid as o gaseosas. Temperatura La temperatura es una medid a del " calor" o la "frialda d" de una sust anc ia, o la calida d de calor. ' Por consiguiente, en el sentido más estricto de la p alab ra, la te mpe rat ur a no se puede med ir. Las te mpe rat uras de las sustancias pu ed en únicam ente compararse y observar las diferenc ias; la medi ción práctica de la temperatura es realmente la comparación de las diferencias de temperatura. Para ha cer tal comparación, se neces ita la selecc ión de una diferencia de tem peratura est ándar, un int ervalo fundamental y un instrumento para comp arar con ésta o tras dife re ncias de temperatura . Punto de fusión y punto de eb ullición Para sustancias pu ras, el cambio de estado de sólido a líq uid o y de líqui do a vapor tiene lu gar a temperat uras que, bajo las mismas condiciones de presión, pu eden reproducirse siempre. Por lo tanto, hay dos temperaturas de equilibrio co noc idas com o (i) p un to de fusión . la temperatura a la que el sólido y el líquido pued en estar en eq uilib rio , y (j i) p unto de ebullición, la tem perat ura a la qu e el líquido y el vapo r pueden estar en equilib rio . Intervalo fu ndamen tal y p untos fijos El intervalo fundament al es el intervalo o gama de tem peratur a entre dos puntos fijos : pu n to de fusió n d el hielo (O OC) en el que ex ist e eq uilibrio entre el . hielo y el aire saturado de vapo r a una presió n de 76 0 mm Hg, y el pu n to de vapo rización (lOO " C), en el que existe eq uilibrio entre el agua líquid a y su vapo r; el agua hierve ta mbién a una presión de 76 0 mm Hg.

273

él t érrr.inc intervaic fundcrnen tal s::' ~cri~ r;,;

al au mento de re sist e ncia de: plll1tO S rijo s.

.1:::2

en la te rmomer ra c e resistencia; se de tem peratura en tre lo s

~¡ em~I:~ o cict ~c tGr

.nrer.alc :'undJ.fficni.:::.l se .iivid e e n van as partes iguales G grados: .a ': ivisien se rea iiz a de acuerde con do s n o t acio nes de escalas : Celsius t cent ígra d o) :/ Fah renheit . 1='~ la escala Cels ius ,"1''-- ':' '-' 110 rundamenta¡ se .iivid e en 100 zrados como ~l:-:l~.~-""'_.>':"": c..;~., t,.;",;'.., .~~L~<.',~, . ") -~';-~ !' .. '~ 1u. ;'::, ..~l -.,..; : : ;-'-~ -:.. ~v~:l :, .... ' '--'"' ,.ls.cn L: .... J ,:.-..0 .. V '_ . , . ~ ,-.1 ",,),,;0 pUniJ _(;;: 'a.pc.•. l.:,~.Gn .CU C . p '.10 ~ J n t o , "...r I: 5!"a~o Ce.sn.. IS es : : JC' ¿el int ervalo funua.n enta. En la escala F ah re nh ei t , ~ : :~H·~¡-i:1k ú::""~Ja2enral se .iivicic:: en ! 80 grados. y 'eS\:'2 C~!SO el pu n t e c e rus io n ":,.:d .iielo :¡ d i e vaporiz ació n se encu e n tran 'e n 3~ ) F Y 2 12 'JF re spec tivamen te. Po r le . an ;c, un grad e Fahren hei: es 1/1 80 :;c! in ter valo .unce me nt.n. ::;1

Si se ext raj era 'LOQC =: calo r .ie un cuerpo . su tem peratu ra seria lo más baja posible. E:SI::l ler:j~~cral'J.ra es - ::- :;, . : ,; =~ 3, 1 S :) po r de bajo de! punto d e con ge .ación. Y' S¿ cer-cee ':Ori10 cero absoiu :o 6 O en la escala Kelvi n ":

En la escala Fa hre r.hei t. el ce ro ab soluto es -45 9,67 ) F Ra n ki ne :

O °R en la escala

= -4.:59 6,"JF == O K =: 27 3,15"C 1

32 ° F

= 491,67

= ·2 7 3 , 15

= O Oc.

F:lC cures de converston Puesto q ue 100 divisiones d e la escala Celsius co rr espo nd en a 180 de la es· cala Fah re nh eit , loe

= 1SO/ l OO = 1,3 y

' F = 1/1,8 =0 .55 Oc.

i :;F=5 ;9°C.

El hecho de q ue lo s pu ntos cero de las Jos escalas no coincidan ha ce que la co nversión .i e una escala J O C;} sea má s difí cil que d ividir por lo s fac tores ce conversi ón 1,8 y 0, 5: . Por ejemp lo, si desea rnos co nvertir 10 :;C a :: F ylo m u ít ip lic arnos simp lemente po r 1,8 Ó su equivalente 9/ ~; obten dremo s 13~, pero -= 5tO es solamente ! ,3° no r encim a d e! ou nto de congelació n v el valor req uerid o Jebe ser co n re fere ncia ,11 cero de la "esc:lla Fahr ~;heit. Po; consigu ient e, a ña'~

SC:.1!3s de te rnpe ra turc

O~R

SI nomb re de " grado Kelvm'' j·.;lK ) fu e susti tuido 90r "ke lvm' I X) .:::1 196 -.

, I

SISTEI'.íA S ELECTRICQS DE lN DICA CION DE TEMPERATURA

diremo s 32° Y ob te ndremos +50 ° F . Por tanto, la fó rm ula para convertir a °F es

La co nversión de °F en O c se reali za simplemente por el procedi mien to inverso. De 50°F restamo s 32 pa ra determinar el número de grados po r en cim a de l.> pun to de conge lación (1 8°) y dividimos por 1,8 ó 9/5. Po r tan to, la fó rmulade conversión de ° F a O c es

Cu ando se co nvierte n valo res en el lado menos de la escala debe n observarse los signos co n cu ida do . Por ejemp lo, al convertir -lO Oc a ° F o bt enemos (- 18) + (+32) lo que nos da una d iferencia de + 14, el eq uivalente de - 10° C en ° F. c y ° F en grados ab solutos añadi mo s simpleme nt e 27 3 ó 460 Para co nvertir O respectivamente.

SISTEl>lAS ELECT RICOS DE INDI CACION DETEMPE RATURA Como ya hemos citad o, esros sistemas entran de nt ro de dos categorías principales: resisten cia varia ble y termoeléctrica; lo s mé todos se de nominan term ometria y p irometrta de la resistencia. En ambos casos, la comprens ión de los princ ipios imp licados prec isa un cono cimiento de ciertas leyes eléct ricas fundamen tales y sus apli cac iones. Ley de Ohm

Est a ley puede definirse de l mo do siguie n te: Cuando una corriente circula en un conduct or, la dif erencia de potencial entre los extremos del mismo , di vidida po r la corriente que circula po r él, es una constante con tal que su condició n f(sica no camb ie. La constante se llama la resistencia (R ) del co ndu cto r y se mid e en ohmios ( Q). En símbo los, V/I =R

(1)

donde V es la dife rencia de potencia l en voltio s (V) , e I la co rrie nte en amper ios (A ). Los cálcu los relacio nad o s con la mayo ría de los co nducto res puede n resolverse fáci lmente con esta ley , po rq ue si de las t res cantidades (V, I y R ) se co no cen do s cualesq uiera, la tercera pu ede hallarse siemp re. Por tamo , de la ecuació n ( 1), IR = V

(2)

V/R = 1.

(3)

Una característi ca de la mayoría de los co nd ucto res metálicos es que su resi ste n cia au ment a cuando está suje ta a au mentos de temper atu ra.

275

\.[ED K IO N QE LA T E M ? E R.o)., T UR}'.

Resiste nci as en serie En todos los instrumentos el éciricos :.,i los circuitos JSOC~;l¿OS, en co nt ra rnos siemp re ciertas secciones e:;. las cue los ccnducrc res escán unidos c xtren o :';'TI ex tremo . Por ejemplo. en l.:TI sistem a te rmceiéctricc :k indicación de te mpe: :;'[ :.1:-3.. a.guncs ce los concuctores esenciales van unidos según se m uestra en la F : ~ _ 11.1. A este :;rcu ito se le denomina circuito en serie v su resistenc ia -::omb-ir.ad:l o total ( R T .l es ~ gu al a .a SUn13 J e las resistencias i;¿ivic.uales . Por

lo canto

_ _ Cooo vctores_ _

d I

.noícac cr

er rn c o ar

.ar

lb}

Figura 1 L l.- ü : cuito en serie. '1) Circui to oráct íco. .» ) Circuito ecuivalente RT = Rrh + R¡ . .). . R7 -t- R s, .

Mediante u na aplicació n dire ct a de la ley de Ohm también puede cono cerse la co rrien t e y la diferencia de po te ncia l:

siendo ésta la corrien te en cualquier punto dei circuito. El voltaje [D I a l (VT ) es igual J la suma de las caída s d e voltaje a t ravés de los co nducto res individuales y es siempr e igual 11 vc ltaje aplicado. qu e en este caso es la fuerza termoe lectromotriz. Por tanto

Ejemplo . En un circuito típico te rmoeléctrico de indica ción de temperatura se aplican los valores de resistencia siguient es : R th = O~ 79 n, R! : '+ ,37 Q, R; = -; 0 , y R¡ = 23 n. de modo q ue

:, 6

SISTE MAS ELECTR ICQS DE IND lCA CIQN DE TEM PE R.A. Tü RA

R T = 0,7 9 + 24,87 + 7 + 23 = 55,66

El volt aje to tal VT está regulad o po r la t emperatura e n el term opar; por con siguient e, V T y la corrient e total Ir qu e circ ula po r el ind icador so n variables. Suponiendo q ue la temperatura sea 500 -c, el voltaje gene rad o po r un termopa r tí pico será 20 .64 mV. Por tanto, - -V T -- 20,64 JT RT 55,66

0,37 mA muy aproximad amente.

Resistencias e n paralelo Cua ndo do s o más con ductores están conectados de forma que se aplica el mismo vo lt aje a través de cada uno de ellos, se d ice que forman un circuito en paralelo . La resisten cia to tal de ta l circ uito pue de o bte nerse med ian te la regla siguien te. La recí proca de la resisten cia to tal (RT) es igual a la suma de las recípro cas de las resistencias individuales de los co nducto res. En la Fig. 11.2 puede verse un circuito en paralelo compuesto po r seis te rmopares, una in st alaci ón que se emp lea para medir los gases de escape de l moto r de turbina .

Figura 11.2. - Circuito en paralelo.

v'" R{'" R ¡

-,'" Si la resist en cia to ta l de la secció n de termopares d el cir cuito se rep resenta por RTH, entonces _ 1_ = ---;:--_ R TH

R th 1

+ ---;:--=--- + ... + _ _1 _. R th 6

Las resistencias de los cab les que van desde la caja de conexiones de te rmopares a los termi nales del inst ru mento y la resistencia de éste se representan po r R ¡ y R¡ respectivamente, y e l circuito se reduce al circuito "e n serie sim ple que

277

:v{E ;) I CI 0N

1 LA

TL~lPE ?..-\ ~'~ }R A

se mues tra , Por cc nsiguien ;e. la resistencia to tal R¡ cid pue:.k calcu larse de

(~jcuito

com plet o

Supon iendo .:;.t.:.c :OI':;lS ~3S f·...;. ~ :-::ls rerrnce .ectromotrices sean igu ale s. ~ l volta~::..:.c actúa en ~t circuito se :-i igual a :3 tuerza termoele ct rcmot rz. V~f: Je un 5011J termopar. ce modo que .a ccrrienre vendrá dad a por

~.;e·.;:pj;.

:...':"

:-eSi:3L ':::"':~~

:2 ::::da '1:10 :¿ _05

termopar es ~: 3US :OLi .

:a:::: 1',:s. ::. OSI':-:.lC.J. R -:-H .j ¿ ':5: :1 par-

:20 F:g. : :. :, es G - 9 ~ : pcr ccr.si guier.te. la resisrencia .e ie: circ uito S-= calcula .ie ~2. :-GE:l3. '3ig:J.~e :1 I-=·

.;!1

1 = _0_;<

R T3

P. th:

de modo que

La resistencia de los cables R{ es 2,J,37 n y ; 3 resis tencia del .nstrumento R { es 23 r2¡ de modo que :<1 resistencia total del circuito es

R r = R r H +RI + R ,=

1317

+ 'ld.,87

-t-

= 48 f2

m uy ap roximadam ent e .

Suponiendo que los termopares generen un voltaje 500 ' C) lo co rriente total ser.i

V¡h

Cuando sólo hJY jos con d uct ores co nectados en parale!c. cada po r

de 20 6.1 mV 0

resistencia viene

de mo do que

Eiemplo . Dos conductores q ue tien en resistencias de l 4 r1 Y l O ~ estar, u n í.ícs en par ale lo. Por consiguie nte. su resiste ncia co mbinad a es

SISTE11AS ELECT RICOS DE INDIC ACON DE TEMPERA TU RA

= 14X 14

l O _140 =5 833D. 24 '

+ 10

Un punto imp ortante que hay que citar sobre los circuitos en paralelo es qu e la resisten cia to tal es meno r qu e la resist en cia de cu alquier con ductor individual. Resistencias en serie-paralelo En la Fig. 11.3 se muestra u n circ uito comp u esto de resist en cias en seriepa ralelo y qu e se basa en un ind icador u tilizado en co nju nció n con el circuito de termo pares de la Fig. 11.2. La resolu ción de tal circuito en serie-paralel o se hace por medio de los mét odos ya ilustrados y (i) red uciendo cad a grupo en paralelo a una resistencia única equivalente, (ii) ha llando el circuito en serie resu ltante para resist encia to tal (R T) Y la corriente total (lT), (iii) obteniendo la caída de voltaje a trav és de cada gru po en paralelo, (iv) hallando to das las de más cantidades . Resistencia en derivación

R'h

' ..Resistencia en serie Bobina

m óvfl

R mo

Figura 11.3 .-Circuito serie-paralelo.

Terrnlstor

Circuito en serie equival ente

Ejem plo. Las resiste nc ias de los cuatro conductores en un in dicador típico son R mc = 15,5 D ; R se = 2 D ; R,¡, = 14 D y R , = l a D . R mc y R se forman la par te en serie de l circuito, po r tanto ,

R¡

<s-:

'+R se = 15,5 + 2= 17,5 D.

La parte en paralelo del circu ito está formada por R ,¡, y R" por tanto ,

R. = R'il R, • R,¡, + R,

14 X la

= -:1--'4--'+:'--0-:100-

140 - -_ :>- 83 ".J 14

"\l. .

Reduciend o el circuito a un circuito en serie equivalente, la resistencia total R T es RT = R

+ Ro = 17,5 + 5,833 = 23, 332 D .

Factores qu e regulan la resiste ncia La resist en cia de un solo conducto r es regulada por tres factores prin cip ales : (i) el material de l qu e está co mpuesto, (ii) su s dim ens iones (longitud y 27 9

j:--:-3. .ie 5c.~':iCI: :':-::'::'.s'::::S:":'~', y r j i 1 su ;:5'( 3.0 0 f'isico. particulcrmcnte su te meerztura. Ld resistividac: p de Jr: conductor es la rcsistenc'a .ie :.:nll muestra l~el mate:-::.:.1 '-1lic ~'~n:p .ongítuc u nita ria y 1 1'21 de sección transve- sal un.r.ir:a. .'-\ U!1a .cmperat.ira j..!L:!_ ~S . ;:'1); ":Gcsigt..::-.:n:::, ,-IDa cor.stanre ::2.!"~ '.:r: material cace y 5e SI.:..:::le expresar en mícrohrníos po r cent .me tro .úbico. A .ina :.;;:;,;:ci"<.!.=1..~~J ': :.lG:l. :<1 resi sten cia A d~ un .na terial es (~ircct.:l í:1 ent c pro;or..:~'.)¡:;.ü :l .a .cngituc ' en cenr trnetros e .nversa.ne nte proporcionar ai .irea ,:.:e

La -esistencra de un conductor depende de la tempe ra tura. ya que és;a "::.1111ci a las dimensiones puf expansi ón térmica y varía .a resistividad. E: primer erec:c es ccmpararivamente pequeño, :05 cambios principales de resistencia se d ebe n J. vari acio nes de p. Cuan do se trata de co ndu ctores metálicos pu ros , [;1 resistencia aumenta cuando lo ha ce la temperatu ra : ést a es la base de 12. ~edi .i ón de .emperatura en la termo met rfa de 13 resistencia . Los Jos me t:.ríes qu e se U $:J.n CO n má s fre c.ien cia en la te rmome tr ía d e la tesisten cia de los avien es son el níquel y el p latn o, fa oricándose am bos co n un al to grad o de pureza y re productiuilidad d e las características d e resistencia . La resiste n cia ap roximad a de un. me tal a un tempe ratu ra t viene da d a por la ecuaci ón line al

R , =Ro(! -aI)

(1)

donde R, es la resist encia a u na tem pera tu ra t oC. Ro la resistencia J O Oc y a el coeticien:e de resistencia a la. tempera tura. Sin embargo . al d esa rro llar las leyes d e cal íbraciór; Ge te m pera tura / res istenc ía, la relació n lin eal simp le cit ad a no p uede aplicarse po rque los co efíc íen tes cel níquel y ,;1 platino 5010 pu ed en consid era rse co mo constant es en la gama de tcmneratura de O J 100 -c. Por consis u ien t e. cara ob t ener mavor exac t itu d v un a -ampli ficaci ón d e b sanlel de te mpe ratu ra ~ que se na ck medir . es preciso in tr oducir otra const ante (;3) en 1J. ecuación (1). de me co qu e la resist e ncia se2 re prese n tada po r la ecuación cuadrática

El número d e constantes implicad as depende .ie la ga ma de temperatu ra, pe ro en gen eral , se n su ficien te do s hasta unos 6 00 :J C.

Los valo res de las constante s que se aju s tan ;1 los req uisitos típicos de esp ecificació n est ándar pa ra L:1 cali braci ón de elemen to s de res ístenc:a y 105 indicadores asociados, 50n los siguientes:

~ ~

PUENTE DE WHEATST ONE

Ley d el n íquel: Ley del plat ino:

Q Q

= 0,438 il = 0,006 = 0,0 039583 il = 0,0000 00583. ., I

En la página 4 12 se dan los valor es de resistencia para diferentes gama s de tempe ra tura.

/ PUENTE DE WHEATST ü NE

El mét odo más comú n para medir la resistencia se basa en la red bien conoci da de pu en te de wh eatstone mostrad a en la Fig. I I .4( a) . El circuito se compone de cu at ro brazos de resist en cia. R 1 , R 1 , R, y R x . El galvanó metro de bo bina móv il o seña lado r móvil está conectad o a través de los pun tos B y e, y una fuente de bajo voltaje va co nec tad a a través de los puntos A y C. La co rrien te circula en las dir ec ciones indicadas por las flechas, dividi éndose en el punto A y circ u lando por R 3 y R x , en intensidades que podemos designar com o t, e [2 respectivamente. En el punto e se reúne n las corr ientes y vuelven a la fu ente de voltaje . Supongamos que la resiste ncia de los cua tro bra zos del puente están ajustadas de mod o qu e B y e tengan el mismo poten cial; ento nces no circulará ninguna co rriente a través del galvanómetro y po r eso señalará cero. En estas condiciones se dice que el pue nt e está " equ ilibrado" . Esto puede de mostrarse apli cando la ley de O hm; si la dife renc ia de po te ncia l entre A y B ó A y D es, digamo s, VI, 'y la difer encia de potencial entr e B y e ó D y C es V 2 , en tonces (3) y

(4) Si aho ra se divide la ecu ación (3) por la (4), ten em os

..!:í- =R, · = R x V2 R2 R, de lo cu al

R x = R IR,

Por consigu iente, u na resistencia des con ocida pue de calcularse ajustando los valores de las otras tres hasta que no circu le ningu na corr iente a través de l galvanóm etr o , según queda ind icad o al no mov erse su aguja o seña lador. Se verá claramente que, si la resist en cia R¿ está sujeta a temperatu ras vari antes y se determinan sus resistencias corr espondientes, es factib le que la red sirva de sist ema de te rmó metro de resistencia eléct rica . Es evidente que habrá qu e hacer algún arreglo de l circuito pa ra ob tener respuesta automática a las variaciones en la relación te mpera tura/ resisten cia ; enla 281

, .. 1

Figura ! ~.+.-R,;;j .ie pue nte de Whea tatcne. G) Cir cu ito básico. f;) Ltiiización ea la medició nd e te mperatura.

,---- ----i!11--

- - - - -

(bl

Eiernento ·::e! p.c:ú r

c e temce -atura

Fig. 11.4tb) se muest .a la forma de ha cerlo. La resistencia, ·_: ~ $c o no cid a R¿ fo rma el elemen to dete ct or de temperatu ra ~¡ va .netida -=:1 una tu nda pr otectora metálica: di conjunto se le llama bulbo. Las otras tres resistencias. en vez de ser

232

E LEMENT OS DETECT ORES DE TEMPERATURA

(

ajustables, son fijas y van den tro de la caja de un elemento de ind icac ión de bo bin a móvil calib rado en unidades de tempera tura . Amb os componentes están interconectados ad ecuadamente y alimentad os con co rriente continua. Cuan do el bu lbo es sometido a variacio nes de te mperatura , habrá u na variación correspondiente en R x . Esto alt era el equilibrio del circui to del in dicad o r ; el valor de R¿ a cualq uier tempe rat ura parti cu lar regu lará la can tida d de corr iente que circu la a tr avés de la bobina móvil. Por tanto. pa ra un valor dado de R x , la corriente d e desequ ilib rio es un a medida de la temp eratura pred ominante . Se observará q ue hay una im por tan te d ifere nc ia entre los do s usos de esta red de puente . En uno la med ición de una resis tencia depend e de que la co rriente del cir cuito esté equ ilib rada, mien tr as q ue en el o tro se mide en té rminos de co rrient e de dese q uilibrio . En realid ad , sólo hay un punto en un indicador de temperatura ti po pu ente en el que el circuit o está eq uilibrado y en el q ue no circu lará nin guna co rriente a través de la bo bin a móvil; éste se conoce como el punto nulo . Ge ne ralmente se indica en la escala del inst ru men to po r me dio de una pequeña marca de referencia ; la aguja ad opta esta posición cua ndo se desconecta la fu ente de alimentación . Sin embargo , cuando se requiere una medida exacta de la te mpera tura, esta fo rm a de cir cuito de indicació n tie ne el inc onv eni ent e de que la co rrien te deseq uilib rad a tam bién dep end e del vo ltaje de la fuente de alim entación . Por consiguiente, hab rá erro res en las lecturas indicadas si el vo ltaje difiere de aq uél para el q ue se calibró inicialmente el instrumento . Por esta raz ón, lo s termómetr os t ipo puente se ha n su primido en gran part e por los que funcionan ba sándose en el llamado principio de l med id or de rela ción descri to en la página 290 .

I I

ELE\IENTO S DETE CT ORES DE TEMPERATURA

En la Fig . 11.5 se mu estra la d isposició n gene ral de un elemento de tecto r de temp eratura utilizado co rrie nte me n te para medi r las temperaturas de los líquidos . La bo bina de resistencia está devanada en un confo rmado r aislado y sus ex tremos están co nec tados a un en chufe de dos patillas a t ravés de tiras de contacto . El bulbo, que sirve pa ra proteger y gu ardar he rmé tic amente el ele me n to , pue de ser un tubo de lató n o acero ino xid able cerra do en un extremo y so ld ado a una tuerca de un ión en el otr o. La tuerca de unión se utiliza para sujetar todo Tu erca de unión

•

Confor mador

Bulbo

T iras de cont acto

j 1

Figura 1 1.5 .- Esquem a de un ele ment o tí pico de detec ció n de temperatura. Clavija de do s pat illas

Bobina de calibración o equi librado

283

Y.EDiCON::: t: ':".-\

rl::M P ~p.... j,. T :.JR .~

el -:l~m<:::--.:.:- -=;1 c. :onJ1..:CíC e cc m co nerte de! :;.iS ~ ~L'3 r::0r:d e 5e recu.era ::.1 ternperatura 1;;;1 L·~.uid0_ = ~ enchufe de COS patillas ajusta her.néti carne nte en ia parte :r: " d~c~ de 1:1 t:':~T::3 de umó n C'..lYC reccpt i cu io asegura la colocación G ) ,T2C :~1 de la ciavija cc in cide nte del en ch ufe

Se observara en =1 d iagrama que la bo bina esté d ¿ V~1.I1 :l¿ ~1 en el extremo infe . ior ce su coutor.na cor y nc :! lo largo .le toda su longitud . Est e asegu ra cue 13. oc oma ~uec ,:; cien sumergid a en la carte más ::l!icrl ~ c del :ú~uido. -n :..n irniz ando .is: 'o .. errores .iebicos J ' a s pérdidas d e :-a c i:l<2ió n y conducción en ci cu.bo. !:'¡cii.11al~:l¡;;iHe ~:lY

una bobin a calib radora e 2cp..ilibrario ra para que tJu~(~a ca racte r .s tica consrant e estándar de te mp eratu ra/ r esistenci a . ~X :':1: ¡~¡..::n c0, Je -::ste m OG O, e! inte rc a mbio de 'cs clerncnros de tect ores. Ade ~l ;b , la bc h{na co m pen sa 1:':"lal<~'J icr cam bio .iger o .ie las cara cteristicas ¡'(:;ica s del :.:k'l~e EtG La bob ina . qu e puede ser -:: e \,fJ:-':. ~ 3. ;1jn ) Eurek a , est á conect ad a en ser.e co n =1 r lernent c det ecto r y la ajusta e i 7'ao r:C:1!ii c durante la calio ración J i:: ;: ~:--' ~ ;'5e

'.~ :-'.:l

irncia. .

SENSO RES DE L.-\. TDI PERATURA DE L AIRE LJ. te m p er a tu ra del Jire es un o de los pa r ámetros besicos utilizados para est ablecer d:.iLOS vitales pa ra la supervisión de la actuación del avión y lo s motores.

por ejem p lo . ti medició n de la velocid ad ve rdadera. el contr ol de tem pera tura , los ajustes de empuje, los ajustes le re lació n comb ustible/ aire, etc . de los mo tores de tu rb ina: Por co nsiguierin. es necesario pr o porcionar un me dio par a med ir ia en vuelo . 1-;1 terrroe ratrr- que -;;1: conjunto ser ia la más idea l es la del Jir e en condicio nes está ti cas pu rt.s los diversos nive les de vuelo : de ac uerdo con las caract er íst icas o peracio nales del avió n de que se trate . Sin em bargo , la temp eratura del aire estático (SAT) no se pued e medir por medios dir ec tos para t odos los tipos de avion es 0, en mu chos casos, para un tipo de avió n , P9 r la sencill a raz ón de q ue las mediciones pueden ser afectadas po r la compre sión adiabática d,~ l aire res ulta nte de los au m en to s d e la vel ocidad. En general, la capa límite en las supe rficies ext eriores de U:1 avión que vu ele a velo cid ades por de -

bajo de un núme ro -:: e Mac a de 0, 2 está !!1U Y próxim a a la SAT . SL""1 em bargo, :1 n úmero de Mac h mis altos . la cap a limite pued e hacerse mas le nta Q par arse con relaci ón :11 av.ó ri, y producir co n ello compresió n ad iab ática que ele var á la tem pera tu ra d el air e a un valo r a preciab le m en te más alt o que la SAT. La frieci ón del fluj o de gran velocidad a io largo ce las superficies del avió n ele vará tamb ién la temperatu ra del aire , Est e aumen to se denomin a comúnmente " de-

vacié n dir.árnica ": ~ s. .emccratura md.cada en : :: ~es condicion es se co noce cerno t emperatura d el sire ,1 prisión dinámica C~AT)_ esto cs . la SA T más ~2. elevación d inámica . La elevaci ón c in árníca d e bida 3. gran compresió n ad ia b ática se prec alcula siem pre rna temát icamen te como una fu nció n de l nú mero de Mach; pa ra cada t ip o de avión se pres entan valo res en fo rm a tabu lar o gráfica en el manual de

oper aciones

el man ual de vu elo . Por lo tanto: cuando se tra ta d e senso res ce

temp eratura del air e su jet o s a elevac ión diná mica, la lectu ra d e la R AT de los indicadores asociad o s p ue d e corregirse p ara obtener la SAT . b ien por re sra directa de los valo res de eleva ció n din ámica ta bu lados. cu ad ros de conversión. 0 :

en el C:lSC de los calculadores de da tos de aire (véase la pá g. 1:3), mediante la aplicación aur orn árica de un a sedal de ..o rrecci ón . L'1 proporci ón de la elevaci ón 2 84

) ELE ~1 E !'J TO S

DETECTORES D E TEMPERATURA.

dinámi ca de pen de de la capacidad del sensor para det ecta r o recu pera r la elevación de temp era tura , expresándose en est e. caso la sensib ilidad como un porcentaje y denominándolo facto r de recup eración . Po r ejemplo , si un senso r tiene un facto r d e recuperación d e 0 ,8 0 se medirá la SAT más el 80 %de la elevación dinámi ca. Se pueden ado ptar varios tipos de sensores de temperatura de l aire , dependiendo de las ind icac iones que se n ecesiten , SAT o RAT. El tipo más sencillo, y qu e se emplea en algu no s peq ueñ os aviones privados para indicar la SAT , es un termóm etro de lectu ra direc ta qu e funciona po r el princip io de dilatación y cotracció n de un demento b ime t.ilico cuando se le somete a variacio nes de tem peratura, El eleme nto tiene la forma de u na espira l sujeta en u n extre mo de u na fund a de metal o son da ; el extremo libre de la esp ira l V" unido al eje de la aguja . Cuando la espi ra l se exp ande o co ntrae , se enro lla o se desenrolla hacie ndo q ue la aguja gire en la escala de u na esfe ra fijada a la fund a o puesta al extremo fijo de la esp iral, El termómetro va sujeto a través de un o rificio de fija ción en una de las ven ta nillas la te ra les de la cabina de vu elo . o en la parte ex te rio r de un parab risas, de modo qu e la sonda pene tre en la co rriente de aire . Sin embargo , la mayoría de lo s senso res son del tipo de resistencia de alambre de pla tino, y el demento va en una so nda similar a la adoptada para medir la temperatura de líquidos, o mo ntados en lo q ue se denomina una co nfigu ración de "bulbo emb u tid o" . Para m edir la SAT se usa generalmente un elemen to de sonda en el q ue ésta pe ne tra en la corrie nte de air e a través de un orifici o de fija ción en el later al del fuselaje . Un " bu lbo emb utido" (véase la Fig. 11.6) va mo ntado al ras co n el revest imi en to del avión y de tec ta la RAT . El factor de rec uperació n varía de 0,75 a 0 ,90 segú n la geo me tría de l avión y el lugar en qu e va colocad o el bu lbo. Cuando' se ha d e ut ilizar a números de Mach altos, es cost um bre d etect ar y m edir la tempe ratu ra máxima q ue se pu ed e alcanzar. Est a recibe el no mbr e d e temperatura to tal del aire (TAT) y se ob tiene cuan do el air e es pues to en reposo (o casi) sin añadir O q uit ar calo r. Para este fin, se introdujeron so ndas de l t ipo mo strad o en la F ig. 11.7 , las cuales se pueden en con trar en varios aviones actuales de transpo rt e público. Tien en varias ventajas so b re los " b ulbos em butidos" , entre las qu e se' pu ede des tacar un retardo de tie mpo casi insignific ante y un elevado fac to r d e recuperación ( 1.00 aproxima da men t e) . La sonda suele ir conectada a un in dicador situado en el pane l de instru mentos de la cab ina de vue lo y a un módulo de número de Mach d e un calcu lado r cent ra l de datos de air e (véase la pág. 129 ).

Figu ra 11.6.-Sensor (" bulbo embutido") de te mperatura del aire a presió n dinámic a (RAT) ,

285

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¡ u

~.1EDiC!ON

Di:: LA

TE~PERAT:';RA

:1 61.:T2 l¡.~. -Sonda de te m peratur a to tal del aire. -

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.~ ' '[I !J~ ~

Ench u te pe otaootar

N , u . 1 ..

La so nda ti ene la torrna de un pequeño montaje y su entrad a de aire es de cob re de beriiio nicueiado . Que da buena conductivid ad v resis t encia t érm ica . Va sujeta ai revestimiento del avión, en un sitio predeterminado en la sección de m OI":"O del fu selaje, y tue ra de cualquier capa límit e que pueda existir . En vuelo. la pres ió n de aire dentro de la sonda es .nayo r q ue la del exterior, y el aire circula segú n se indica : la separ ació n d e las purt ícuius de agua d el aire ::ie efectúa h aciendo que el flujo de air e gire en ángulo rene antes de pasar alr ed edo r del elemento d etector. Los orificios de !Jur2:3. en la C3rC :l Sa de en trada ve rmi ren que ei aire C ~ 1:::. capa límite sea extraico -bajo la influen cia de la dife~en cia de presión 3. través de la carcasa. Se utiliza también un elem en to de resisten cia de hilo de pla tino puro q ue. va cerr ado hermética men te dentro de d os tub os co ncéntricos d e platin o. El tubo in ferio r de p la tino se em plea como conform ado r del elemen to, asegurando así un buen eq ilibrio de la expansió n té rmica y red u ciend o la d eformac ión té rmica. en element o cale fa cto r e e a lamb re axial, alimentario co n co rri ente alterna de 115 vo lti os y 400 Hz , va montado integral con la sonda para impedir la

286

INDICADORES ELECTRlCOS DE TE1I PE RA T UR A

formación de hielo . y es del tipo autocompensador en el que cuando la ternperatura aumenta también lo hace la resistencia del elemento, reduciendo con ello la corriente del filamento. El filamento disipa un no minal de 260 W en condiciones de formación de hielo en vuelo, y puede afectar a las lecturas ind icadas de tempera tura del aire. No obsta nte, los erro res son pequeños; algu nos valores típicos obtenidos expe rimentalmente son 0,9 Oc a Mach 0, 1 d ismin uyend o a 0,15 a Mach 1,0. INDICADORES ELE CTR ICOS DE TEMPERATURA Los elementos de medición emplead os en los indicadores de tipo resistencia y en la mayo rí a de los sistemas termoeléctricos de indicación de temperatura, dependen para su funcionamiento del hecho de que la co rrien te eléctrica que circu la po r un conducto r produce un campo magnético en y alrededor del mismo . • Para ut ilizar este efe cto com o mé todo de med ición , es preciso tener un conductor de movimiento libre en un campo magn ético que sea permanente y de int ensidad uniforme . De est a forma, según se mostrará, puede apro vecharse la interacción entre los dos campos magnéti cos y las fue rzas resultantes para mo ver el .conductor y su elemen to de indicación para determinar las posici ones. Cond ucto r po rtador de corriente en un campo magnético) Cuando se coloca un con ducto r po rtado r de co rrie nti en un campo magnético, la interacción del campo pro ducid a po r la co rrient e y el campo en el que se coloca el co nduc to r ejerce una fu erza sobre el conductor. Esta fuerza está en proporción direc ta a la densidad d el fl ujo, la corriente y la longitud del con ductor. En la Fig. 11.8 el campo establecido alrededor del conductor se muestra en la misma direc ción que el campo principal en cima del con ducto r y en dir ección inversa al campo princ ipal debajo de l conductor. Por tan to, la interacció n o acción recí proca es similar a la de polos iguales o desiguales de dos imanes rectos, esto es, líneas de fuerza ma gnética que fluye n en la misma d irección se atraen mien tras que las qu e t1uyen en direcciones opuestas se repelen .

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Figura 11.8 .-Cam po magné tico alrededor del con ductor.

Fuerz a

287

Por tanto .as líneas de fu erza de i .ampo ?rin::ipal se .iisro rsio na n de icr:na '.lt:e es más fu e rte e r; u n lace de l -:0:. .. retor qi.e en el otro; e l e re cto De [Q es que ~ l CO ECLlc tOf ';; 5 sorn et id o u tina :\lerz3 ;:'!1 l:l dir e cci ón d e l campo má s d éb iL Si el ..::.) r. .j,_~ c ~ ,:;:- t.er.e ;~b ~nad para rncve r se :r~ ::: campo :¿rin cip :j.l, corno ocurre COn les .nctc re s e léctricos / los .nst r .• .n e n to s de 000 i::12 móvil. entonces DO hay ,:l...:d<.: cue e l rao . .·;;:1Íe :1to se produci rá ~:- :2 m isma dir ección qu:: ia ruerza. La ruerz.i c. C' p e TId ~ t arr-bié-i del á;-.g'.l!c ~r.::-'= e i :o r:'.: l.!ct or :; el carne e magnético principal. sie.idc má x ima cua ndo l ;-gu lc:: ;;;s recto.

Indicador de bobina .n óvil DJ.S:3. l::cr:l s,: .~3 :c::.s¡d e =-~':o ;"::. .; :; r:... u c rc r re ct O 'pO ~ :.1COí d e .: or:- : ~r~ t ·.; f:j.idc e:¡ un campo :lH ~:1¿tico pe;-;::¡:li1ci"'i,(c. Si ::1 conducto r est tc rmado en 'J.P.:.J. sola bobina y p ivo t ado en un p unto P segú n se muestra en la F ig. 1 1 :J , en to nces, para la dirección de co r riente inc .ca da. las fu erzas F . F se ej ercerán e n ...:aja lado de ¡d bobin a. produciendo lIllD<.1 S u na to rsi ón Fr, de mece que .a tor5¡Ól, ro tal se rá : Fr y hará qu e la bobina g !r ~ en el sen ti do de las agujas del re lo]. Esra es la ba se de cualquier indicador d e bobina mó vil. á

Figura 11.9.-Cam po magnético '11reded or de un con ductor arr ollad o.

Sin emb argo. en la prac tica es riece sar:o inte nsific ar las fuerz as que act úan sobre :z bobina ::O!1 -:- 1 fin de Jc[e:l-= : fesvia cíones razonablemen te gran.i es de ía bobina ;1 su eie rnento d e indicación pa ra valores ;;e G t:~ r. O s de ccrriente. Est e se rea líz a colocan do u n nú cl e o d e metal bl and o en t re .as piezas pola res d el imá r; permanente , y ta m bién au m e n t and o el nú m ero de vueltas de la bo bina, El metal ;J hie rr o blando tien e me nos re luctancia J las líneas d e tuerza Que el aire; po r consiguient e. cuando se coloca en U:1 C:..u:1DO masné tic o :... .ifo rme seg ún ~e indica e-n la Fig. 11.10~ las lineas de tuerza d·¡: sus alre dedores son atru ída s al int erio r d el hierro y se magn eti za n po r ind u cci ón. Consu ltand o la F ig. 11.1 1 ve mo s que, dan d o fo rm a cilí n drica a las pi e zas pe lares y al nú cleo de hierro bl and o , se obtiene un campo m agnético radia l d e mayor intensidad y uniformidad aún en el en trehierro estre cho en el q ue gira n los

lad o s de la bobina.

288

1 'l·

, .

L'lDIC..... DO RES ELECTRICOS DE TEMPERA TU RA

Fig. 11.11. - Efecto de un núcleo cilíndrico de metal blando .

Figura 1 1.10.- Efect o del met al blando en un campo magn ético.

M ateria l no m agnético

En la Fig. 11. 12 se muestr an los de la co n stru cció n de un indicad or típico de bo bina móvil. El imán perma nente es de una aleación especial que pos ee gran reman encia ma gnética y fuerza coe rci tiva, y puede te ner forma circ u lar o rectang ular, y" un tama ño dentro de u nas to leran cias mu y est rechas. A través de las piezas po la res se sujeta una derivació n ajustable para variar el campo en el entrehierro durante la calibr ación del indicador. El núcleo de hierro blando cilíndrico y el conjunto de bob ina m óvil form an gene ralmente una sola unidad que se pued e situar en el entre hierro del imán. En el ejemp lo que se muestra, la un idad se sujeta atornillando una pieza de puen te a las piezas polares del imán. La bobin a con st a de varias vueltas de alam bre fino de cobre arrollado en un conform ado r de alum in io rectangular, pivotado en pivo tes de rub í de modo Aguja

Muerte -: ,1 espiral \

Im án perm anente

Dispositivo

de ajuste

I I

Núcl eo Mu elle en espiral

Figura lt .12.- Const rucción de un indicad or tí pico de bobina móvil.

289

\-lE;::;ICION DE L lo.

TE:\'IPER_-\ TU~_-\

-iU~

cuando :'.U~:a .crr.enre '1 través de la bo tin a. la (:Jr:"'!Oi:1:! ';lÓTi d ~ campos m.rgnéticos estaclec.dcs 2::--=dedor Je cada VUelt a aurnent r rá la ::-'.::::-=3. req u e:¡d3 para d esviar J~ COCi:13 . _j,~ la cobina móvil seia suministra corriente a : ~2.v¿S ':e dos muelles en esciral .íe ocbína p lana , cuya función p rincipal es asegurar {~u-= '.:or:-~e~H~s de :T::l~:1~t-:J. .ies variables prcduzcan desviacio nes proporcionales G'2 1;1 cecina . E :-¡ otras pa.ar-ras. .o rrn un el SiSl¿J;1 :.l .íe cc nr ro l, una ~:Hr: ;:, run camenr n .íe -:U :"llqui~r ins.rcrnento de bobina .nóvil sin el ;::1:.11 la oc oina se mcvería a su posición de rnáxima .iesviac ión sin tene r en cuenta para riad a la magnit ud de la cociente . y además :10 vc lver ia a su posición ·-:e1'C al c esar el flujo d e co rrie n te. l es muelles e n ,;s¡Jini soride m ateriales ~:le tien en bajo s coe ficie n te s .i e resisten cia y tempe ra.ur«, siendo le s mis CO!1l U ;l :cS :::l bron ce to sfc ro sc ~I ei bronc e d e oerii io . Los e tectc s de las varia cienes ;X l:-~!T1as J ~ la temperatu ra S ~ redu cen 11 rmnim o e nrollando lo s m u e lles ::1 ~:; ;: C ;:: :;"J -ies o puestas d e m C:~ 0 cue 1..::~1~:er'. un o ce nt ra :=1 otre. El aju st e de la bcb.na ::10Vil y la aguja en cero se realiza por m ed io ·':e un dis positivo de aju st e sirnüar al -i L:c se de scrib e en e l Ca p írulo 2 (pá gina 3 1). Cc rr.o er; redes les .nstrum e ntcs de índicacic n, se necesit a equili brado mecá nico del sist ema móvil para asegura r un de sgast e uniform e y simét ri c o en los pivotes / puntos ce lPOYO , evit an do así q u e ~-uerz:'!.s deseq uilib rad as ca use n erro re s e e indicación•. Esto se e fec t úa gener aim cnre fijando bra zos d e ec u ili braCO en el ej e de soporte y prcpor cio ándoles contra peso s ajustables o enro ilando a lamb re alr ededor y soldado a lo s brazos. Un requisit o runda me t ; al en cualquier in st ru m e n to .i e bobi n a mó vil es q u e la bob in a deb e j,.capt ar ;ji.: posición desviada sin oscilación y exceso de r ec orrído, esto es, debe ser amortiguada y sin retro ceso eii sus in dica cio ne s. En est e ti p o d e instrum en to la amortigu ac ió n la efe ct úa aurom úricame nt e el conformado r d e alum inio en el que va arrollad a la bobin a. Cuando el con form ador se mueve en el enr re hierrc, co rt a el flujo magnético, estableciendo as í co rri e nt es parásitas dentro de él para p roducir una fue r za opuesta a la que produce el movim ien to d e la bobina. Puesto q u e la fu er za es proporcio nal a :a velo cida d d e la bobin a mó vil. ésta será retardada. de fo rm a q u e .~. o pte su posició n d esviad a sin re base. Todo el mo vimiento del in srrume ruo tiene lugar de ntro d e un a 22.j a Q ~ metal bla nde p ara p rcteger!c cc nt -a les efe ctos de ;0 $ cam pos ma gn ético s exteriores, Siste111:1 medid or de relación

Un stste ma de indica ción de temper at u ra del tipo medidor de re laci ón cc nst a d e un elemen to det ecto r y de un in dica do r de bob in a móvil, que a diferencia d e ! ti p o co nven cio nal ti en e dos bobinas que se mueven a 1:1 VeZ ea u n campo de im á n pe r m anen te de int ensid ad TiO uniforme. Las instalaciones de las bo bin as y lo s méto d os para obtener el ca m p o no un iforme dependen de ! dise ño del fab ricante : e n la Fig. 11.13 se muestran tres méto dos que se u san actualmente. La Fi g. 1 1. 14 m ue st ra el cir cu it o en su forma básica i se observará que se man dos Df3.2 0f. de res istencia e n parale lo; U:lO que contiene una bobina y resistencia de calibraci ón fija R 1 , Y la OLTa que contiene una bo b in a en serie u n a resistencia de ca lib ració n R~ y el e lemento detect or de t em perat u ra

290

fo ro una co n R-.: .

I j J

'1 I)rDICA DORES ELECTRIC es DE TEMPERATURA

Ambos brazos reciben corrie nte cont inua de la fuente d e alimentac ión principa l del avión, pero las bobinas están arrolladas de form a que la corriente circule por ellas en direcc iones opuestas (véase la Fig. 11.1 3). Igual que en cualquier indicador de bobina móvi l, la rotación del elemento medid or la producen fuerzas que son proporciona les al produ cto d e la corriente y la intensidad del campo; la dirección de rotación depende de la direcc ión de la corriente con relación al campo magn ético. Por consigu iente, en un medid or de rela ción se da la circu nstancia de que la fuerza producida por una bo bina tend erá siempre a girar el elemento medidor en la dirección opuest a -a la fue rza producida por la segu nda bobina y, además, como la intensidad del cam po magnético no es unifo rme, la bo bina q ue lleve la corr iente may or se mo verá siem pre hacia la zona del campo más débil, y viceversa.

Devan ad o " A "

Devanado " 3"

Devanado " S'· Devanado" A"

Flu,od, ccrneo te

--~

F lujo de corri ente

Con formado r

Conform ador

Campo rn aqné tico

Pieza polar

Pieza del núcleo

/ / t".x~(f jI \

I ntensidad del c arneo rnaqn ét.co

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Sobina móv il'

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Aguja del indicador Bobina l am po D evanado '"A"

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Ag~ja del indicad or

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Campo maq n énco Devanado " S" Pieza de núcleo de hi erro ( fija)

lO'

Figura 1 1. 13.-Métodos para obtener un campo magnétic o no unifo rme. a ) Bobina en paralelo. b) Bobina transversal. e) Con formador do ble.

Co mo exp licació n, sup o ngamos qu e el circuito básico de la Fig. 11.14 emplea un ins tru mento que ut iliza el método de devanado de bobina cruzada mostrado en la Fig. 11.13 (b ), y que el devanado B est á en el braz o de resiste n cia variable v el devana do A en el brazo de resiste ncia fija. Las resist encias de los brazos se eligen de forma q ue en la posició n cero de l instrumento las fuerzas producidas po r las co rrientes que circ ula n en cada devanado esté n eq u ilib radas . Aunque las co rrient es son desiguales en este punto, y realmen t e en todos los demás puntos except o la escala med ia, la inten sidad del cam po en el q ue est án situ ado s los devanados produce siempre el equilibrado de los pares.

29 1

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:.1EDiCTON" DE LA TE.vIPSRA TUR•.\.

Pieza ce¡ núcteo

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Eleme nt o de t ec to r

de ternceraeu-a I nd icad o r

Figura 1 1.14.- Crcuito básico del medidor de relació n.

Cuando la te mpe ratura en e' elemento detector R¿ aumenta; entonces. de acuerdo con la relación t ernr . cura/ resist encia del material utilizado para el elemer.to, su resistencia :.!iJITIe_ lr <i ~I o casi o nará cc n elle una disminución en la co rr iente cue circu la -:.:1 el .Ievanadc B v una reducci ón correspondiente en la co rriente y la fu erza creada por ella, Por consiguiente, se altera la relación fuerza en el devanado A hará gir ar ei elemento medidor de fo rma q ue am bos devanados sean llevados alreded or del entrehierro ; el de vanado B se avanza m ás dentro de la parte m ás ruert e dd CJITlp O magn ético mientras ei de vanado A Se avanza a un pu nto más débil. Cuando ia temperatura en ~t elemento detector se estabiliza en su nuevo valor, las fuerzas producidas po r ambos devanados se eq uilib ra r án una vez más, en U:1a nueva relación de corriente: y la des viación angu lar del eleme nto medidor será propo rcio nal al carnoio de te mperatura. Cuando ei elemen to medído r está en la posición media de su rot ació n, las co rrient es en ambos devanados son iguales: puesto que es la úni ca posició n en la que lo s dos devanad os pueden est ar simult án ea ment e en ia mi STI1 :l in t en sidad del cam po. En un indic ador conven cional de bobina mó vil. d sistema de control se compone de muelles en espi ral que ejerc en un a t orsi ón de co nt rol pro por cio nal a la

"1 INDICADORES ELE CTRICes D E TEMPERATURA

corriente que circula por la bob in a. Por co nsiguie nte, si la corrient e disminuye po r u n cambio de la alimentació n de ene rgí a aplicada al indicador, la torsión de desviac ión será menor que la torsió n de con trol de los muelles y por eso la bobina retrocederá a u na pos ició n en la que se esta ble zca otra vez el equ ilibrio ent re las torsio nes. Por lo ta nto, la aguja indicar á una lect ura infe rio r. Sin embargo, un sistema me dido r de relació n no necesit a mue lles en esp iral par a ejercer un a torsión de control. que es p roporcionado ún icam ente po r el de vanado apro piado de la bobina y las inst alaciones de campos no un ifo rmes. Si se prod uce n variac io nes en la alime ntació n de energía, éstas afect ar án a amb as bobinas igualmente, de forma que la re lació n de las corrie ntes que circulan en las bob inas sigue siendo la misma y su s tendencias a move rse a posiciones de intensidad de campo diferente se equilib ran. En las ut ilizacio nes prá ct icas del sist em a medidor de relación se em plea en real idad un mue lle, y por eso a pr imera vista esto pued e parecer qu e an ula todo el objeto d el princip io de l med idor de relación. Sin embargo, es esencial que el confo rmador de bobina móvil y la aguja adopten u na posi ción fue ra de esca la cuando se descon ecta la aliment ación de ene rgía; ésta es la única funció n de l mu elle. Puesto que ej erce una to rsión mu chísimo menor que un mu elle de co ntrol de ind icado r de bobina móvil co nvencio nal, sus efectos sob re el sistema de co ntrol del medi dor de relació n y la exactitu d de ind icación, en los camb ios de alimentación de energía encontrados normalme nte, son muy poco impo rtantes.

La energía de las seña les de salida de los elementos detectores de temperatura t ipo resistencia es mu y ' limi tad a, po r lo qu e es necesario qu e la const rucció n de los mecanismos de bobina móvil de los indic adores sea delicada, con el fin de propo rcio nar la exactitu d y respu est a necesarias. No ob sta nte, para algu nos u sos, pued e ser necesario qu e los indicado res funcionen en condicione s am bientales ex tre mas, 10 que puede exigir un mecanismo más fuerte . Por consiguiente, se ha n in troducido indi cadores que em plean una bo bina móvi l ac tivada; la ind icació n de uno de ést os servía una doble fun ció n, según puede verse en la figura 11. 15. La señal de baja salida de energía del eleme nto detect or de te mper at ura se sum inistra a circuit os procesado res de señ ales discret as dentro del indicado r, los cuales ampli fican la salida para sit u ar la bo bina m óvil del indicador inferior en la form a co nvencio nal.

Luces de aviso

F igu ra 11.1 5.- Indicado r de ha bina m óvil activado.

293

I J

:o.'!:EDICiON DE :' A : EI,1PE R A :, i; i-\.;\

TER" IOMETROS TER..'''¡OELECTRICOS

L.JS te rmómetros ter.noeléctncos juegan '..!:1 papel importante en la -su¡;:~nr:si ón J. ~ \:1 integridad estructura! do:: :05 componentes vitales ce los moto res de émnolc ~r:_úi2.do"i por Ü:2 y .ie .cs .notorcs de t.i rb ina -:ua::~ic f:.:::n~ionan a 'litas tenperat:..iras. E:1 los primeros. lOS ccrnconent es J que nos ·~ e I·~ ~i m c s 50r:' :05 cilindros . mient ras que =:1 lo s segundos so n los r o tores de la turbina y los ála0:=5. LJS sis te m as constan oásicame nte de '--:.n eiernen to ''':':Lcctor ·ie rermopar que , según d uso. está sujeto 3. la culata de c iclindrcs .ie un :i1C[0r o ex puesto a les gases de escape de 1:.1 rurbin u. y el HE ind icad or de bobina móv ii conec tado Ji eleme nto de tector por cabics especiales. Principio de termopar L.JS ínstrurnen.os tcr.nocléctricos medidores d e temperatura dependen para su f:l~.c.onamíen:o de 1:J. ene rg ía eléctrica producida por 'a conversión directa ce la erierg ía térmica .::;: .a ruenre medidora. Por consiguiente . a diferencia de íos .ermómetros .ie resistencia. sor: independientes de cualquier alimentación eléctrica exterior. Esta ~'0[8a ...:~ conversión .ie energia, conocida como ~1 efecto Seebeck, fue demostrada primero por Seebeck e n ! 9 - l , cuando descubrió que cogiendo dos

alambres de metales diferentes y uniéndoios en sus extremes, de meco que se formase n dos .miones indcpendien tes . A y B corn o en la F ig. i ! . 16, se producía una fu erza te rrnoelectromo triz cuan do las uniones se mantenían 3. te mperatura s dife rentes. hacie nd o que cir culara co rri en te alre d ed o r dei circ uito . La in st alación d e dos hilo s de meta l d ife rente u nidos a esta fo rma se llamó t er mo par ; la unión a la tem p er a tu ra mas alta se deno m ina co nv en cio nalmente uni ón calie nte o d e me d ici ó n, y a la de tem per a tu ra m ás baj a un ió n fría o de referencia . (E n la prácti ca , la unión cali ente es una unidad in d ep en d ie nte par a de t ect ar la te mperatura, y se considera gene ra lm ente como el pro pio t ermopar. ) Lo s ex p er im e n te s que sigu iero n 2.1 descubrim ien t o de Se ebeck demost rar on la exi st e ncia de o t : 'os efecto s.

Unió n cali en t e

I...n ión rr12

Unión caü e n t e

Fi gur a Unión fr;'a

l Ll é.c- Prin cip io me par.

del

ter -

TE RMQMET ROS TERMOELECTRIC CS

Cuando circula un a corriente eléc trica por la unión de dos susta nc ias diferentes, el calor es absorbido o libe rado en la unión, dependiendo de la direcció n de la co rrient e. A esto se le conoce como efecto Peltier, En un circuito en el que el úni co voltaje gene rado es una fue rza termoelectromotriz, la corrien te circ ula po r u na unión calentada en cierta dirección . Si, en vez de suministrar calor al sist ema, se in tro duce una pila eléc tr ica en el circuito, de tal po laridad qu e se arrastre una co rrie nte en la misma dirección que la te nnoeorriente , la unió n que se calentó anterio rme nte se en friará . y la u nión qu e se mantuvo ante riorm ente a una temperatu ra co nstante, se calen tará. Lo rd Kelvin (cuando era Sir Williarn T ho mso n) desc ub rió que en un monocondu ctor hom ogéneo se pro d ucían efectos similar es a los efecto s Seebe ck y Peltier : si dos partes de un cond uct or están a te mperaturas difer entes, se gen era una fuerz a electro mo triz; cuan do fluye co rri en te de una parte del con ducto r a o tra que esté a un a temp eratu ra diferen te, se puede absorber o libe ra r calor. Esto s fenómenos son aspectos di fere ntes de un efecto Thomson simple . Materiales y combinacio nes de term opares

Los materiales seleccionados para su u so co mo eleme nt os detec to res te rmoeléctricos se clasifican en dos grupos p rin cipa les, m etal no no ble y meta l no ble , y se enume ran en la Tab la 1 1. 1. La elección de un te rmopar part icu lar viene dictada por la temperatura máxima que es prob ab le encon trar dur ante el servicio. Los termo pares q ue se han de utilizar en los aviones qu ed an limit ados a los del grupo de metales comun es o no no bles. T abl a J I.l .- Combinaciones de termopares.

Utilizació n

Medición de la tempe ratura de la culata de cilindros

Med ici ón de la te mpe ratura de los gases de escap e

No se utilizan los sistemas de indicación de te mperatura de los avio nes

Cr, cro mo t Ni, níquel; Al, aluminio ; Si. silici o; Mn, manganeso.

295

~ED ¡ C ION

:>E

!..~.

7EMPSRATURA

Para utilizar el principio termoeléctrico para medir ~2. temperatura , se necesievid entemente medir las fue rzas electromotrices ceneradas a las diversas ternpe raturas. Est o se hace :O.l1,:c::l!1do un müivoi:frllet:-o de bobina móvil, calibrado en gr ades Celsius, ':::1 serie con les circuitos . d~ :TioJo que form e la unión fria. La introducción del .nstrurnen to en ci circuito .mplica la presencia ~e uniones adicionales que producen sus propias :'U;=;fZ:lS electrornotrices e inrroducen erro res en la medición . SLi em bargo . cuando Se dise ñan circuit os prácticos de: termopares. se tienen en cuen ta estos ete ctcs. con .::1 fin de eliminar cualquier error que resulte do: L:1S "fuerzas elcctrorncr-ices parásitas", como se las deno mina . En La Fig. ~ 1. 17 pu ed en verse Las presentacio nes en este ras de in dicad ores típico s. La mar ca SET (aj ust e) en la esfe ra Jd in dicado r de tem pera tu ra de los gases de escape indica la tem peratura a la que se sit úa la aguja d urant e el procedimiento dt: ajuste realizado d espués de :3. inst.riación.

t.;

Fi gura ~ 1.! i .v-Pr esent aciones dobles ce los indicad or es ..ie tempe ratu ra termoel éct r icos {bobina mó .... il). a ) In dic ador d e temper atura de la culata de cilindro s del motor. b) In dicad or de te mpera tu ra d e lo:.. gases del motor de turbina.

(a)

Tipos de t erm o par

s termopares empleado s en los sistemas termoeléctricos de in dicació n de los .iv.cnes son de dos tipos básicos: (i) contacto superficial y (ii) inmersion, En ias Figs . ~ l . ~ Sea) :,. (o) se muestra n ejemplos :i piccs. El tipo de con tacto supe rfic ial esta diseñado para medir 1:1 t empera tu ra de 1J.n co mpone nte sólido y se l.~ S3. co mo el elemento d etector de tempe ratu ra de los sist emas de indicación de t ernc er aru ra de ia cul ata de cilindro s ': ei mo tar entr:ado pOT aire . El elernen ;o d¿ cob re/constantan o hie r:-o/cons untan p ue d e tener la terma de un "zapato" suje to por pe rnos en bu en co ntacto té rm ico co n u na cula ta de cilind ros represen t ante d e la más alta tempera tu ra. o la forma de una ara nd ela sujet a por pernos entre la culata de cilind ros y una bujía. El t erm o par tipo in m e rsi ón está dis eñado para medir gases Yl por consiguie nte, se utiliza como el ele me n to detector de los sistemas de indicación de rernperatura de los gases de los motores d e tu rbi n a. La unión calie n te d e crcrne l/ a lumel y los hilos suelen est ar encerrados en aislamie n to ce cerámica den tro de una fu n da prote cto ra met álica (c asi siempre Inco nel), fo rma ndo el co njunto com plete una so nda que se puede su mer gir en la corrie n te d e gases en lo s p un¡OS seleccio nados para medir .

296

, 1

T E RMOMET RüS TE RMOE LECTRI C OS

., 1t

Ent re las técn icas para montar los elementos de te rmopares se encuentra la cob resoldadura po r vacío, la cob resoldadu ra po r co rrie nte .induc ida y argón y la técnica de soldadura por electrohaz , Los termopares tip o in mersió n se clasifi can ade más como de rema nso y como de respuesta rápida, de pend iend o su uso de la veloci dad de los gases de escape del mo tor. En los motores reacto res p uros, las velocidades de los gases son alt as, y por eso se utilizan e n ellos los term o pares de remanso. La raz ón 'l e su empleo se verá clara consu ltan do la Fi g, 11. 1S(c), q ue mu estra qu e los orificios de entrada y salida de gases, llamad os gene ralmen te orificios de mu estreo, están escalo nados y so n de tam añ o desigual, redu ciendo así la velo cidad de los gases y hacién dolos detenerse en la unió n ca liente, da nd o así tie mpo a qu e respondan a los cambios de temperatura de los gases. Los termopares de respuesta rápida se emplean en los mo to res turb orr ea ctores, puesto que las veloci dades de su s gases de escape so n menores qu e las de los

¡ ¡

la) Funda

lb )

Par

le) A islado r

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Funda

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A islador

Entrada de gases <,

1 \)

Eleme ntos 1 ~

• Figura 11. 18.- Tipos de sondas de termo pares. a ) Con tacto superficial. b) Inmersión. e) Rem anso . d ) Respuesta rápida. e) sonda de eleme nto triple.

•

A islam iento

/ /

Iel

Salida de gases

297

ME~IC10i"

DE LA TE ;"fF ER .·\ T U R.A.

reactores pu ros. Como puede verse en ~J. Fig:. i ¡ . I S,..[ ¡, los orificios J02 mu estreo ;::;t i::1 d. amct r ulm ente cpuestc s y ::;0:1 ¡':el m ismo t ama ño; por consiguien te, !() S "'1 "5 -JU ~ ! ' I r ...... "; ;.. r '" • .-.~ -"'e .. - ve;:¡'0"'.~-..,e '_" ",;, 11 1·e "llC_, . """"'lr 'o ;; --- .. '1 PU'\. ~_ ~.... • .. . l' -.. '~ ¡1 ,,"""" ~ , .. ......I 1"-¿ '- ....... ..l.:., ..........~ .1'1 " 11 "1' L" tJU .. l."Ie ~, ",,:'ll C ~ respon oe r cor: '"T,: a :¡tJr rc p .c ez. Los r.e mpcs normales ce . esp u esta pa ra lo s ~ -,~ :: ~~c~~a ;:: ~ ,.i~ remanso y respuesta :- i pic:.!. con 1 3. .= segundos / \.:: .5 J. i segu np,

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:- G s g e¡,,; t ¡ -.r 2.m ~;lt.:.

:"J.s scn ua s .ie re r.ncpar es están ta.r.bién :::iseG.:ldas ~2.:- :": con ten e r doble, t ri.;:le .v· en a lgu n os ":::':'S0 5 , :l:.!. S~J. l e!"]:) elerneutcs ~: e te rmopa r .ientro j~ '.:n2 so la sond a. En la Fi g. j :.! ~l¿ :5;:' mues tra .ma :r:st:duc:ér: i = -: ;c;,le n:o triple El ;:-j~~ü de tJI varie d ad d..: 'nstulac io ne s es prop o rciona r sen aie s adicionales lJ e :..:m~tr1t'. ~:r:l p 3.T'2 :cs S~;'i ::~:7j,lS .:.-= :T1.lH :;res que .u ilicen .ns talacícnes separada s: .a íes ce rno con tr c ! .ie ;;.:. :Ci1,P':: I:iI 1.l f :J. rie le s s2S ~S ce esc ape ¡ véa se la pá g 363 )

_ análisis ,i~ ccmo ustic: jc: rnc.c r. El ais.amiento de los d emente s de .erm ose : :~J.liz:.l co ro ~x: d,.:- Je ::;a g:l=sio cc mpact uco t~f g:O): que rarnc.en sirve pa :-3 .ne n tene r :C:3 eierr;e..... ")S~:;' su pc;:¡;c:{'n. p2. I"

Cuan do 12.'5 unio nes ":: ;.llicnI~) ~:e los te rmcpares del t.po Je in mersió n es tán e n ccn rac:» con b corriente d::: .s:.lses . ~:3 ~vi.l:eD.;:c que !10 ;;,.)10 s,; red uc ir á la veic cid ad J.e 18. corre nte sino tambi én qu e d gas se ccrnp rirni r.i po r d co nsu m o .ie ,>f.¿ rg: J. cinética . .iando lug ar J U T1 aumento de ::1 tem pe ratu ra de la u ni ón ca lie nte. En re lac ió n con est o se u tiliza el té r mino fa cto r de recuperacion , ·21 cual .íerir.e la p rop~r~iér~. .Ie ~:'5 rgí:l. ci nética de l gas rec uperaca cuando ha ce con tact o con la a me n caue nte. e ste i :.l"::O f , por supue sto. se tiene en cue n ta en ~ l .:!ise r'io d e te s te rmopares . de fc nna q ue .a "termc tr acsrerenc¡a" , '20m·) la llamames, haga que ia lect u ra tin a! es té lo más cerca po si b ie d e u na in di ca ció n ve rdad er a de la te m p eratura ce lo s gase s d e escape. En la F ig. ll .19 puede verse con detalle la forma en q u e est .i c onstruid o un ter cer tipo de termo par de inmersión di se ña do para medir la s temperaturas de los gases entre 10 $ escalones de la tu r bin a. La u ni ón calie n te va alojada d en tro d e u na fun da que est á p erfilada para q ue fo rm e el bor de de ataque de un ála be

Figura 11. 19. So nda de term op ar de los álabes gu ía de tobera . 1.- Termi n ales. 2.Con ductor ce n fuuel-aluminio . 3.-C.lsQuete. -i.c-Filrro de' silicona. 5.-T l pó n . 6..Arandelas de 0110.:3.. 7. -.-\orazadcn su perior de cerá mica, 8.-eAbra zadera in ferio r de cerámica. 9. <Junta de cristal. 10. - Cuero o. 1 Le-Pestaña ce monuje. 12.-vnión del par. i3.-Sonda. Id .-Aislador dS' ceramica. 15.- Arande!a . 16.-Casquillo. 17.-Con ductor de <1íqud-Gomo. -e

1&l!---:1 13--4"

TER..\10MET ROS TERMOELECT RICOS

guía de estato r, y po r esta razón el co njunto recibe generalm ent e el nombre de te rmopar de álabe guia de tobera. Los gases circulan sobre la u nió n calien te que está situada entre los orifi cio s de mu estr eo, de igual diámetro que en un te rmo par de respuesta rápida. Sin embargo, a d iferencia del último, los termo pares de álabes gu ía de to bera no presen tan las mismas carac terísticas, por que los orifi cios de muestre o tie nen un diámetro mucho más pequ eño y, además, la masa de la funda y su pro xim idad el álabe guía hacen qu e la respuesta d el par sea más lenta. En algunos tipo s d e mo tor de turbina Se neces ita detectar la temperatura del aire que circu la int ernamen te para enfriar el mo to r. El sensor de temperatu ra en este caso es tamb ién un elemento de termopar de cro mel/alumel, pero dispuesto de forma qu e se le pueda situar sob re u n orific io de ventilación , y entre un resalto de montaje en el motor y u n interruptor de tector de sob recalo r. En la Fig. 11.20 se facilita un ejemp lo de un senso r. T erm inal oosuivo Te rminal negati vo

Termopa r ' y funda

Figura 11.20.-Son da de de tección de temperatura del aire de refrigeración.

Cuerpo de acero ino xid able

Situación de las so ndas de termopares de los gases de escape Los puntos en los qu e se ha de medir la te mperatura de los gases de un mo tor tienen gran importancia, puesto que dete rminarán la exactitud con que la temperatura med ida pu ede relacionarse con la act ua ción del motor. La posición ideal para medir es en los mismos álab es de la tur bina o en la entrada de ésta, pero en la prác tica se tropieza con ciertas difi cultades que impiden el uso de termopares en tales lugares (véase también la pág. 308) . En co nsecuenc ia, las sondas de termo pares está n situ adas generalm en te en el escape, o tu bo de chorro , y .entre los escalon es de la turbina en u na de las posiciones de los estatores . En estos lugares las tem peraturas son mucho más bajas, pero está n relacio nadas muy estre cha mente co n las de la entrada de la tu rbin a. Para ob te ner una med ición exact a es necesa rio muestrear las te mperaturas en varios punto s distri buid os d e forma equid istante en una secc ión transversal del flujo de gases. Esto se debe a que pu eden existir diferenc ias de temperatura en varias zonas o ca pas del flujo a través de la tu rbina y la unidad de escape

299

y por eso la medición ~n un punto sciarnerue no ..-e Gcji1rf1 verdade ra mente las condic iones predomin.:.E iWS. Por ': '.J tl $i ~ !...:¡e n t e. el sistema de medición _'Orista siempre de Uf. gru po d e cin ':0 e ;-:1:'::: sc né as j~ tcrrncp:.i res disp uestas .lC:2CU;](:ament¿ en ~i flujo de ~J.se s, y conectadas en paralelo ':e ícrma que midan '..1::':::' buena condic ión ce t emperatu:-:: 7:~dia (véas e ~a r:-;. i '.'21). La s te r.nopares ce .í~abes guia de la tobera están :n.Sr:.J.l;"h~GS;;', :::-:l!2S .íe sondas de larvo -l corto -.i!c~.:1(;:'=, denomin adas de acuer-ío "':011 ~~l 2 X [ ¿ ,1~1~) n ·"Le alcanzan las '.: niónes ,::2.lientcs / tos orificios de mu est reo de ;:l ses en lu corr .e u te de ést os. ~lIa zc ce cables ce -e.-ncc eres

Fi gClL1 l 1.21 . - Disp osició n de las sondas de term o pare s de íos gases de escape .

Conjuntos de mal os de cables de termopares Los ele mento s detectores de termopares y sus ca bles están reunid os en .in cc njun to de mazo c e cables cuyo d .seno puede varia r segú n el tipo de motor y el nú mero de so ndas que se nec esiten. La Fi g, 1 i .: : s óio int enta servir de eje mplo de la "const itució n" de un ma zo de ca bles. En ~s t e caso , cada una de 13.3 cinco so ndas contiene dos elementos de t erm opar ; un o par a indicación de temperatura y el otro para un circuito de control de temperatura. Aunque en alguno s mo t ores: las sen das y las cajas de co nex iones de 10$ cab les de ios te rmopares pued en diseñ arse cerno elemen to s separados. las sondas del eje mplo que se come nta est.i n sold adas J cajas de co nexio nes de ac er o inoxidab le, formando 1S1 elem ent os únicos. Los cables de los termopares conectados en paralelo pasan por co nductos de Inco nei q ue están sol dado s tam bién J manguitos de empalme en 1:1s caj as de conexio nes, Los cables terminan en una conex ió n prin c ipal, o caja de " t o rna " , a la que van conectad os lo s cables del resto de los cir cuit os. La .orrna dada a los con duc to s pro por cion a la Ilexib ilidad suficiente

300

TERMO METROS TE RMOELE CTRI COS

Figura 11.22 .-Mazo de cables de termopares.

Caja de conexiones

Caja de co nexion es, o caja de "despegue" .

para que puedan hacerse un gran nú mero de desmo ntajes y reposiciones de mazos de cables. En la Fig. 11.23 se muestra otro ti po de mazo de cab les, conocido como conjunto de cub o, diseñado para medi r la temp eratura de los gases de escape. Las sondas de termopares salen del cubo, y puesto qu e los cuerpo s de cada sonda

Conducto res aislados con mineral y manguito

Figura 1 1.23.-Mazo de cables tipo cubo.

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301

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indepenc ientemer..e

Compe nsac i ón d e te m pe ra tu ra de in u nió n fr ía YJ hemo s vis;o . ·.:1 in dicad or j ::.; un s.stema vermoet éct rtco me dicor forma :a .mio r; (r: J. '~:'::i siste ma. v :'-1 ~\¡2::'·Z u. .:'k'.:tr c mc tT"lz oro·.!~~Llja 'dep ende .ie la dii~~'e ~1 c i:l en tre L...L ~ ~ ;n p é r; IU r;} ue .sta unió n y 13. ¿e IJ ..:::.úen te . Por tanto. es evidenr« qi. e si la te m p eratu ru ambiente del indicador ( ',) iT', O

.• ~ >~:TlD e:- l ¡: . . . ra

..:::..:.:nC1:.1 mientras la de ::1 '.::"'..ión caliente permanec e ':C;:S¡..i¡:te. Se crod . . ~..::ir:.í un ":::.i:::OlG en la fuerza eie ctrc rno triz que hace Que ,=! indicador .narcue .ina .ernoerJ~ ~: r:l dírere n re. " . . :..: .ipl icar esIe principio :l la medició n .i~ temperat ur as de lo s rno to res J~ .iv:..,L.:i.O n . : ales d ifere n cia s .ie tem p er a tu ra const ituyen errores de indic ación '--l1Je ::0 :Jucc.e r:. rol e rarse, puesto '.J.t:.e -25 tu nc um e n ta l q ue las lecturas indicadas re :::ese¡¡i::::;1 úni camente las condicio n es de te mpera tu ra en :a unón ca lie n te . PJfJ. obtene r lates íecruras es necesario d ispone r ce indicado res CL-l . un di spositivo ...;,;.te .iete cte los cambies de la temperatura ambiente y cornpe nsen les posib les erro res : t3.I disposici ón recibe el nom bre de compensador de union fria . An tes de en trar en lo s deta lles mec.inicos y de fu n c io n am iento de un comp ensador, es ccnveniente considerar primero cómo se o rig inan re almente lo s cambios en la fuerz a e lectrornotriz. L:J.s dive rsas combinaciones de materiales de termopares especifica das para su use en lo s avienes se ajustan a las relaciones est ándar te mp eratu r a/ fu er z a ele et ro rno triz ; los ind icadores empleados en conjunción con es tas c ombinaciones se calibran de acu erdo co n ello. Las fue rzas ele c trornc trices obte ni d as 20 fTcSpOnden a UD.:} te m p era tu ra de u nión ¡'ría que Se su e le rna nt e uer ;} O ::: C Ó 10 "c . (V¿:J:1se .as t ablas je i<.!. pá g. -t i :3.) :5u;?on g::r::nc s, por eje mplc, qu e la u ni ón fr ia se .nantiene a una temperatu ra c e ) "C / que la tempe ratu ra ¿ ~ la . .inión calient e ~ J. alcanzado 50 0 ::le. En esta ji~'e:-;nci:l d e ternpe rut.. . ra un. valor estándar de ia fu e rza d ectro mctr :z gerre:auJ. pur :. ,. na . : om iJin.lció n :e ..;.ro mo ak~ne~ es : Ü, 5""¡' i7l ~./ . Si ahora la '::emper:.n'J.r:J. 2:1 i<1 Limón :'r:~ 3.U~e::l:1 '1 =' 0 "J C ~ic !"::t rJ.s ~a ":'e:a uniór. cJ.llent2 ¡Jermanec e a seo :Jc, :3. d iferc;l c:a de ~cm peratu ra cisminuy e :l 480 ~C y la fu erz3 ele c~ro mo ! r~z ~ G u iva i e nte J. :::st 3 diferencia es l hora ::0.64 mV menos [a fue rza dect:-orn c ¡:r:z a ~= o oC ; (.;omo v8.ior ::s-rindar ¿:s ta tempentura corresponde a O~79 m V . Por lo I:1n t O, d elemento móvil del in d ica do r re sp on d erá a una fuerza electromotriz de 19,85 m\ / y ' ' descien de en ia ~SC3.la" a una le ctu r a de 480 oC. Por consiguiente. un cambio de la temperatun. ambienh:: y d e la unión fr ú.l dismin uye o lumen t3 la f'J.erz:l de cI:I"Omc tI1z ;e:1er::lc:J ;?or d terillc p ar , hacien.10 '-1ue d indicador marq u e 'Jajo o alto ~n una can tid ad igU:Jl al cambio de la t e~np e'r8. tu r3. am biente.

302

TE RMOME TRÜS TERMOE L E CT RI COS

El mé todo qu e se su ele ad optar para com pe nsar estos efectos en los indi cadores de bobina móvil es muy sim ple y es, en rea lida d, una ad ap tación del principio de tira bimet álica d escrit o en la pág. 3 3. Sin embargo , para este fin, las t iras de metales dife ren tes está n suje tas juntas y enrolladas en form a de u n m u elle en esp iral plan o . Uno de los extre mos del mu elle va sujeto a un soport e que forma parte del soport e del elemento m óvil, mientras qu e el otro ext remo (el libre ) está conectado po r un he rrete de sujec ión al ex tremo ex terio r de u no de los mu elles en esp iral de co ntrol , formando así el pu n to fijo para dicho mu elle. En la Fig. 11.24 se mu estra una instalac ió n t íp ica.

,, !¡ f!

Rubí

Oreieta de sujeció n ---t'+~II'~~~;;J;f~ del muelle en espi ral Sujeción del --!4--1!+~Tr--e.- co mp ensador Arand ela

elástica

M uel le en espir al

j 1,

[

~III!~;:= ;

Figura 1 1.24. - Utilización del comp ensado r de unió n frí a tipo himetálic o.

Btmetal

aju ste cero

Sop o rte Oreiet a dede sujeci ón de la bobi na

Cr uceta de la aguja

O reie t a de sujeció n de la bobina Sopo rte Muelle en espi ral

Cuando el indicad or está en circu ito abierto, esto es, desco ne ctado del sistema de termopares, el mu elle responde a los camb ios de tempera tur a am biente en el indicador. Un aum ento de temperatura hac e que el mu elle se d esenr osque de modo que su extremo libre mueva el muelle en espiral y el eleme n to móvil par a que indiq ue el aum ento de tempera tura. Por el contrario , un a dism inució n de temperatura enro llará el mue lle de l compensador de forma qu e el eleme nto m óvil indicará la temp eratura infe rio r. Por co nsigu ien te, un in dicador des co nec tad o de su fuen te de fuerza electr om o triz funciona como un te rmó me tro bim e. táli co de lectura directa . Con el sistema de term o pares conectado al indicador se com pleta el circ uito; y si las d os uniones tie nen las tem pera turas cita da s anteriormente, esto es, O CC 303

~,1ED{CON

:...~.

TE:\1.PERA T'l.JR....

y 500 JC , La fu e rz 2 eíectrornot-í z situará :1 elemento m óvil de terma que mar que 5üü Si la tempe ra tura en el.índicadcr au menta J 1 0 -c, ento n ces . como ~.'-a se !1:l 'lis to. se reduce la tuerz a electromotriz. pero la tendencia que .iene el

-c

~ :~ ''l 2 ~ ': :) :~: ':"i:~ :1 ':;C'l~ "St: ~ la ]a¡:e baja de la ·::SC:.1 l:J. tiene ahcra la oposició n ,':: :r ~ c L.l. ·i ~i .n u eile ccrnper.sacic a cuando se desenro ila coy: -:1 cambio ce tern- . .. . "1' . "0 »r P T " ... J1 . ...... +- ,:> '''1 i .... ~i·· ,...; -- - "O" ¡ , ~ ..: -00 :),.:> ~' t...:.l~~d.1 d _ ..... . _ o ~ ,-on e~l.=-jje"~L~; '" _~~L .C:J.\.l. L l ::>l:::~. e ~ey ."T:i.....O ).; '-, j_"-l ~r.> I.dT:p ..... -

c-=

ra tu ru ver dadera ce ia unión caii enre. víé rc d o eléctrico de compensación LJ compeosación de los :;; I~c ~os de los cambio s de temperatu ra 0. '': la unión fr ía :)ueJ~ rculizars e tam bién ap lic an do el c rin cinio de un circ uito '.ie- oueru c

-,- 1= ., ¡.-, F:LT ..::: :"le •,n l: -, e <.::1""'"1 "' ... : ..... -. . - ".~; · ~'l ·l-· ".10' '1 ¡. " .... r - '1" i'" '"' l'e ,-,~:; ~~~..- .... . _ l • . <. - c. . •i '', " ¡_~" ,, ~ . < . _<1 . v t:n :l ;TIL:;' :"l~mp 1 le... _ ~a .•1~~a <lC...Oi1 id ..:: :-':~ :; t0 ::;:53.J:.1 en la : e :05 ~Ild:c:l'::';e~ j~ .ernp e rarura d e lo s ~ :J. 5 c S .j ~ ~SC;3. .::c _~i ti po serv oaccicnaco (v éase la pág. 300"1.

i '¡ ')' ~ a , ':l

de llir':1 ~"lilClon

re -eere-uaa

1 scnce a los

r ampt¡ ñc acc res difer encia l

MalO re cao-es Je teoe ooe.es¡ ¡-

, " serve

concuctores je c rcrcncac .co

ccoccc tcs Je crom ~lialurr. ...t

.4 'J n,o n c aliente

Figura i 1. ::5. Cír cui tc ce compens ación de uni ón trfe . -c

Los cables dci .nazo .ie termopar están co n ectados a les del mismo meta l que e l te rmopar y van .ie ntrc de l m ód u lo del circ uito de compensa ción . Los cables del módulo están con ectad os in d ivid u alme n te J. lo s ca ble s de co br e que van meridos :TIl1Y próximos unos a otros en ~ 1 conformado r que soport a la res istencia le bobina d e cob re R¡J, : por ta nto. juntes form a n la unión fria eficaz del sisterna . El circuito ce puente recibe corriente con tinua a f voltios de un mód u lo de alimentaci ón de r efe rencia estabilizad a dentro del indicado r; la sali d a del puente se su minis tr a al eleme nto de indic ac ió n de! indicador v ía un se rvoamplí ficad o r. Como :2. se citó an te rio rmente, lo s valo res estándar d e la fu erza electrornot riz producida po r un te rmopar est ín relacionados con el valo r selectaco de la tempe ratu r a de la u nié n frí a. En este : :150, el circuito él: puent e se aju sta por m edio de una resistencia variable (R V ,) de form a que se in y ecte una fuerza

30d

TERMOME TROS TERYlDELECTRICOS

r 1

elect romotriz del sentido y la ma gnitud correcto s en serie con las de l termopar, de modo que, com bin ados, la fu erza electro mo triz sea igual a la que se obtendr ía si la te mperatu ra de la unión fría fuese O O c. Puesto qu e la temperatura amb ien te del indicador y, po r consiguiente, la unión fría, esta rá en el medio ambiente de ope ración normal y sie mpre será más alta que ésta, la dife rencia de tem pe ratura dará lugar a una reducción de la salida del termopar (véase la página 302 ). Sin emb argo, la resistencia R 1 estará ta mbié n som etida a la temperatura ambi en te más alta , pero de bido a que bajo tales condicio nes la resistencia R 1 disminuye , mod ificará las condiciones del circuito de puente de forma que se restablezca la salida de fue rzas elec tromotrices combinadas al valor estándar co rrespondien te a una te mperatura de unión fría de O -c. La salida se conoce co mo la señal de temperatura de los gases de escape de demanda y se suministra al elemento de indicación del ind icad or de la forma descrit a en la pág. 306 . Compe nsación de los camb ios de 'resistencia de la bobina móvil Los camb ios de fuerza electromotriz del te rmo par comentad os hasta aho ra no son, desgraciadamente, el único efec to producido po r los cambios de tem peratura ambi ente en el ind icador. Un segu ndo efecto que precisa compensación es el camb io de resistencia de la misma bob ina móvil. La forma en qu e se realiza depende del dise ño part icular, pero los dos métodos que se utilizan con más asiduidad son la derivación term omagnét ica y la te rmo rres istencia, descritas en el Capítulo 2. Circu it o ex terior y resistencia El circuito exterior de un sistema de ind icación termoeléctrico co nsta del t ermo par y sus cabl es y de los cables de la caja de conexiones en el mamparo del mo tor a los terminales del indic ado r. Por consiguient e, bajo este punto de vista, pod ría con siderarse co mo un siste ma eléctrico sencillo y total de instrumentes. Sin emb argo, mien tras que el últi mo puede conectarse po r medio de .os cables de cob re ap ropiados o el cable no rmalmente utilizado en el avión , en un sistema term o eléctrico esto no pued e hacerse así. Esto puede explicarse tomando el caso de un termopar de cob re/constantan que se ha de conectar a un indicad or de temperatura de la culata de cilindros. Si se conec ta un cable no rmal d e dos co nd uctores de cob re a la caja de terminal es del termopar, uno de los co nd uctores de cobre se unirá al del mismo mate rial en el termo par , pero el otro se unirá al cond ucto r de constantan. Po r ta nto, es evidente que la un ión de d os metales diferentes introduce ot ra unión caliente efectiva que respo nderá a los cambios de temperat ura que se produzcan en la caja de conexiones, y q ue al desequ ilibrar la relación tem perat ura /fuerza electromotriz hará que las lec tu ras del ind icador sean erró neas. Análogamen te, to das las conexiones que puedan necesitarse para llevar los co nductores o cab les po r el avión y las conexiones en el indicado r crearán más uniones calientes y agravarán, po r tan to, los erro res del indicador. Para elimin ar estas unio nes calientes, se suelen utilizar conductores de los mismos materiales que el termop ar, que reciben el no mb re de cond uctores de prolongación . Algunas veces se recurr e también a la utilización de mat eriales d e 305

ylE'JIC J0N DE LA

TEMF~:-{.\ rURA

termopar que tengan caracre rfsticas te rmoe léctricas combinadas sim.la res ; por ejemplo . un termopar de crornei/alumel se puede unir .1 su indicado r por COn fuctcres de cobre/ccnst.intan v ccnocicc s come conductores de comuensacion, Estos :10 sólo compensan los etecros parásitos, sino que reducer. también el coste, puesto que el crome!<t!u ::J.eI es caro. Las uniones calientes adicionale¿ en ,=i irdicador se eliminar: hac.endo el terrninal pcsitivo de cobre o latón . y el negativo de ccnstantan . Esta .iisposición se emplea en los indicadores GU¿ se usan con 12.5 diversas combinaciones le ter:::::pa~.

Qua factor importante :2::J.c:oEac.o con ::1 circuito exterior es su resistencia, no sólo debe mantenerse baja sirio también constante para una instalación ¿a:-th":U!;::'L L.J$ indicadores ::s[í.:1 calibrados norma.mente para usar.os co n .ma -~$is:=r:.,~ia de circui:o ~X"=r:G: .::~ ,3 ~ ~ .ie :5 no:~ sus esreras estaa ;T2.CJ.:J.Ll:.:S en concordancia. el :c""":'10p:J.:-, AO,> ccncuctores y el mazo ..:~ ::.1'J:.~'; SO:1 -:' :-ozos ~~ ,:aja resistencia fija. :- en .cs .. : tcres ie turbina fOTii1Jl1 partes componentes .iei motor. Anilog:.lI"::c:1:e .. 05 ~ __»nducrores de prolongación 'J -,:c-:11pc..-:sa-.:ión deben ser también de [rOZ:J~ / d'2 resistencia uniforme pa ra adaptarse J. las dJe¡-=:1~,;S distancias entre 1::. CIja de .conexiones del termopar y las msta lacicnes .iei indicador. La resistencia total jei circuito exterior puede ajustarse al valor pa ra el que se :1J.n calibrado los instrumentos asociados conectando en se rie un carrete de resistencia reuu lad c ra -':0;;. uno de los conductores de oroionuación o corneensacien. El m~tcrial.!ti1iza¿o pa ra el carrete puede ser 'Eurek2 o Man ganin . los cuales tienen coeficientes negativos de resistencia a la te mperatura. Desde lue go, la inclusión d el carrete en el circuito introduce otra unión; :;1 material del carret e y de los co nduc tores es el que dete rmina si debe estar cn el conductor positiv o o en el ne gat ivo. Por ejemplo , si se ha de u tiliza r un carrete de Eureka en un sistema de termopar de cobrc/constantan , debe co ne ctarse en el conductor de cc nst antan o ne gati vo , mien tras que un carrete de Mariganin debe corieciarse en el conductor de co bre positivo, COn el fin de tener un efecto termo elé ctrico insignific an te . En u n sistema de crornel/ alum el . se sue le emplear el Man ganin , y en este cir cuito el efe cto t er moeléctrico insign ific ante se o bti en e con ec t ánd o lo en el conducto r cí e cr orne i 1) positivo. Es posible q ue la resis tencia de lcsccnducto res de prolongación cam bie con las variaciones de temperatura , pero como la mayo r parte de la resiste ncia total del circuito está d entro del indicador, los métodos de compensación d escritos anteriormente también pueden ser efi caces para compensar tos cambios d e .:-esistencia del circuto ex terio r. . . ~Ue

Siste mas de indicación se rvcac cionados

En algunos usos del método termoeléctrico de indicación de tempe ratura, les indicado res pueden se r del ti po basado en lo ya descrito en la pá g. : 6'; , est o es, pueden funcionar según los princip ios de servccontrol en oposición al prin cipio convenciona! de bobina móvil . En la Fi g. 11.26 puede verse la instalación .iel circuito, y como puede observarse, la sali d a del termopar se suministra a un módu lo pro cesador d-e señales que consta principalmente de un circ uito d e referencia de u nió n fría y un arnp lifi cador de señales de error. El circuito de rete306

TERMQM ET R OS TERM OELECTRlCOS

Lu z de aviso

soo ret erooe -awra

_:'r~:'_:~_~:_"U_"_.~

--,

I Señal del

re-mocar o----+--+--_~

~~~d;;;:

A lime ntac ión de

la lampara

~8c~ {

L_ ._ .__ J

de prueba

115 V 4 00 Hz C.A .

28 V

r;;;~U-'U-d, '1

Moou lo monito r y servoarnprlticac o r

"; " alimentación .

~~nerg¡a

Porencro m

eauro e m. ostctonat

lm an

rearua t

e.e. c~---------------------------------'

~ Seí"i¡t! de err or V~ Sep?rador d~ ~ Servom~ndo V real,mentac lonV

I::II Mando m ecánico

Figura 11.2 6. -I ndicador servo accio nado.

renc ia de unió n fría .(véase también la Fig. 11.25) co mpensa los camb ios de la temperat ura am biente del indicad or y ajusta auto má ticamen te la salida de l termopar para producir un a seña l de tempe ratu ra de de man da calcu lada de los gases de escap e. Esta se compara entonc es con la salida de corriente con tinua procede nte de l cursor de u n potencióm etro de realimentació n pos icional, y, pues to que el cu rsor está engra nado a la aguja principa l y al contador d igita l del indicador, la salida de co rriente continua que es reali mentada al circ uito de referen cia de unión fría representa la temperatura ind icada de los gases de escape. Cua lquier diferencia entre las temperatu ras calcu lada e ind icada da lugar a que el circuito de referen cia de la un ión fr ia p roduzca una señ al de erro r y qu e la su ministre des pués a u n servoamplificador. La salida de l servoamp lificad or se envía al devanado del inducido del servo moto r de corriente continua el cual activa entonces la aguja del indicador y los contadores digitales para que presenten una ind icación aproximad a y precisa de la tem pe ratu ra de los gases de escape . El curso r del potenciómetro de realimentación posicio nal tamb ién se reposicio na pa ra proporcionar un voltaje de realim entación qu e reduzca la señ al de tem pera tura demand ada ha sta q ue la señ al de .erro r sea cero; en este pun to el indicador prese ntará ento nces la temperatura dem andada. El vo ltaje de salida de una etapa del servo amplificado r se envía también a un monitor de servocircuito o servo lazo, cuy a finalida d es detectar cualq u ier fallo del servocircu ito en la red u cción de l voltaje de la señal de erro r. Si se produce tal fallo, el monit or fun ciona como si fuese un in terru ptor de "conexi ón-des eo- nexión" , y en "desconexión" desactiva una bandera de aviso co ntrolada po r solenoide que ap arece en la p resentación de l contador digita l. La bandera también ap arecerá si la alime ntación de 115 voltios de co rrien te alte rna al in dicador cae po r debajo de 100 voltios. 307.

ME:JiClO N DE i.A

T!::~II ?~? .:',T t R.'I.

El Indicador lleva Ur..3 .uz d e aviso de sooret em pera tu ra que eS controlada por un relé . J. iJ comparador y .in circuito de conmutación 0.-= -::'St 3~C s ólid o . La ;:'u.Eciór, J·d comparador .onsisre e n comparar ~ l '¡ C ~-;:Jj ~ de ;·e :J.E~!"!erE2...:.ión p ro cedente .iel potenciómetro ;.:·o sicionaj ccn un voltaj e preajustadc ":: J~-'J nivel es equ.vi.e-r ;e :.l l :1 ~imi i:e r.::: scbrerempcratura predeterminado para e~ ::po partícr..lar j= motor Si se sobrepasa est e l írnit e, el vol taj e d e realimeruación re b asar á ~i .iive! del voltaje de refere ncia. .y el circuito d e conmutación hara ·~'..lc el rel é se J.cIIV<~. ,.: ;:r::-3.!H: ,) con esto sus CO¡¡:3..::tOS pala en cender la lUZ ce avise . A la .ÜZ puede conectarse un voltaje d e alimentac ión in ccpendiente por :nc,"~i,] .ie una .nsralacic n d~ " pri oridc d". p ara pro ba r su fila mento en cua lquie r punto de la :S2.I!1;] J c tem pera tura d e ! ind icad o r. T um b.é n hay u na aguj a de so b re tempe rat ura instalada co ncé nt r icam ente co n la aguja pri n c.pul, la cu al se sitúa in icia lmente en la grud u ació r; aprc pia .i a d e la

esc ala. Funciona de forma análoga 3. la aguja de sc br evelocidad Ce un .ndicado¡ .ie tacómetro scrvca ccioraco ('¡éase la ~ üg . : b~\.

SISTE:\ L~

DE PIROMETRO DE "-ADI A CIO N

C080 y a sa bem o s. 13 medición .ie las te mp eratu ras de {os gases de esca pe po r mcuic de te rmopares proporciona .ina .ncicución bas tante re p rese n ta tiv a de .as condicio nes predominantes en una turb in a, pero el rendimiento vari ab le d e '..1I1 conjunto de comp resor-turbina y el envejecirnenro de los termo pares puede n ocasio nar errores . El resu lrado es q ue el mo to r de mej or act uació n puede fu ncionar a una .e mpera tu ra d e la t urbina infe rio r 1 la ó ptim a esp ecifi cada . Además. la temp era tu ra rea l de lo s álabes de los moto res aue llevan álabes en friado s por 'aire , es -fu n ció n de ia eficacia .de refri geraci ón así como de la t em peratura de ent rad a de la turbina, da n d o con ello un a caract er ística de d isminu ción de poten cia ad icion al, Por tanto , CDn el d esarro llo d el m o to r de tu rbina, se presen tó la necesidad de un sist e ma que p udiese, de hecho, detectar direc tam ente la temperatu ra real de los álabes de la t u rb ina, El sistema ad o ptado para este fin se conoce como sist ema pirornétrico de radiac i ón, y sus princ ipales co mpon en tes se muestran en la Fig. 11.21 . Para su ope ra ció n d epend e del he ch o ue que la ra d ia ció n em it ida pc r cualq u ie r cu erp o , en cualq u ie r lo ngitu d de o nd a. es función de la t empera tura del cuerp o y su emisivid ad. Este método n o tie;¡,e la ine rcia térm ica in heren te d e u n te rmo par Y. po r co nsig:.riente . proporcio na una respuesta más ráp id a.

La cabeza pircmétrica y s~ co nju n te .ie tubo de p u nt ería está meritad a circetament e en el cárter de 1:1 tu rbina . .íe tal forma q ue su línea de p u nt erí a está directa m en te encim a d e lo s ála bes de la tu rbi n a. La ra diació n de lo s ála bes es enfocad a por una lente de záfiro sintética q ue está co bre soldada en una rno n tu1" :.1 de titan io que tiene gran resistencia a la fat iga y un coeficiente de dila tación sim ilar di del material d e la le nte . El c u erp o dei p irómetro es d e ace ro inoxidable, y tiene aletas Je refr igera ción ex teriores para minimiza! 13 tempe ratura en la un ión con un a articulación óptica d e fibra en la cual la len te enfo ca la radiació n de íos álabes. La ar ticulación ó ptica de fibra, q ue va metida en Libo PTF E pro tegid o po r trenzad o d e acero ino xid ab le flex ib le , transmi te J la unidad de rec to ra. como un a señal Ó Oti C L la enerz ía irradiada de ia cabeza d el pir óme tr o . Los extrem o s de las rioras ad yace n tes -;1 la ca bez a del pir ómetro están unid os

30 8

mi PREGUNTAS

'1,

Aletas de ref r igerac ión

il,I

:"l

.,,;; ,;e

~ Ataoes ce la turbi na

L-d

A ire de purga

,~/

~ d~ ----J '--=='

Cárt er

:, .\.".;

X ... Cabe za del pirómetro

:\:",

la tur mn a

I .~ ~~ De tecto r

Arncutac.on 00'", d. ñb ra

Cc oou ctc de c er tvacsón

---.- .,

C árter del m o tor .

Ench ufe eléctr ico

O . :;:'oo;;,;,dO'

Figura 11. 27.-Sistema de pirómetro de radiación.

po r un procedimiento especial para soportar las altas temperat uras encontradas en el cárter de la turbina. La co nversión d e la señal ó ptica e n una salid a eléctrica la efectúa una fotocélul a de silicio que va den tro de la caja de aluminio de la un idad de tectora . La temperatura dentro de la caja está co ntrol ad a termostáticamente a un valor ligeramen te mayor que la temp eratura am biente máxima, de modo que las características de la célula esté n estab ilizadas y sean exactas en un 'amplio margen d e temperaturas am biente. La salida del dete cto r es una señal no lin eal de pequeña magnit u d , y se sum inistra a un amplificado r qu e pro d uce entonces una salida lin eal y mayor nec esaria para el fun cio namient o de l indicad or de temperatura, o unidad de contro l del motor, segú n co rresponda a la instalación . Las alime ntacio nes de corriente alt erna y lo s voltajes de refe ren cia nec esarios para el funcio namie nto del siste ma también se incorpo ran en el am p lificado r.

. PREGUNTAS 11.1.

Describir cómo la temperatura puede producir variaciones en las propiedades en las sustancias.

309

V,EDiCION DE LA -:'Z M PE RA T JR.\

! 1.:.

Defi nir le síguiente: (i) co nvección. (ii) conducción.Jiiij ruciación. (:v-¡ temperatu ra

11.3,

Deflnir el intervalo fundamental le temperatura y ex plicar ccn ::15 escalas Ceisius y Fanrenneit.

~ l.~.

-s ; ¿C:iil ~s :3 relación entre las escalas .ie .emce-atu-c Cclsius. Fahrenhen yaosoluta (Kelv;a ," j) Convertir ..1-).:Ie~!i ;rJGOS lCSOJU:(;S y grades Fur.renneit .

.i 1..:5.

Co nvertir -;-.)F en grados Ce lsrus.

1 !.6.

Defin ir la ley de Ohm v utilizar las exo resiones ut ilizadas cara calcular las tr es canti, . dad es, vclt aje. co rrie nte y resist encia. .

11. -

Calcular la resiste ncia (Rr) de íos circu itos a) y

ó ) ,

CCr::1C

se divide de acuerdo

Yexplicar qué ce rnen-e flu ir á en

cad a circui to cu ando se ap líq ue corr iente co ntin ua de 24 voltios.

R, r-----VVv"·"'---;

la"

-",,',,"" -' /"-/'~"'/"r-

20c

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.tOn

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R3 , - _..../v'\/..v--~ 7':2

figura 11.28,

(bl

11.8.

a) Calcular la -esistencía ¡RTj le un circuito que conuene Jos resistencias en parale-

:0. siendo los valores R ~

== ~ O R ~ ='+5 ~ . diagrama qu e muestre U.I circ u it o en serie- paralelo y ex plicar cómo se resolver -a ;:11 circuito para los valo re., dados.

a) Dibujar 11.9,

UIl

1) ¿CJáles son

fact o res q ue regu lan la resist encia .ie u n co nduc to r? d<~ 0,8 mm de diámetr o tie ne u na longitu d de 1.20 0 cm . Calcu lar su resiste ncia ,3 la temperatura normal. (La resisti vidad de! cobre es aproximadamente 1,7 X 10(> ¡J:n ·cm .) lOS

b) L n conduc tor redo n do d e cobre

11.10. Dibuja r un diagr am a q ue ilust re un circui to de puente de Wheatstone, y derivar de este la ex presió n pa ra calcul ar el valo r de una resistencia de sco noci da.

11.11. a) Ex plicar cómo pu ed e utilizarse ei circu ito de puente de Wheat sto ne par a medir terno er at uras, b) ¿Esia¡Í3. el ·:ir cuito equilibrado en cada temperatura" : 1.12. :1) ¿Qué rnarerrales se usan .nas para elementos de detección de temper atu ra Lipa resis..encía"

al Describir .a construcción ce un e iernento

típico.

! L ~ 3. 11.) Explicar el orincipic de funciona miento de un instrumento de bobina móvil. iJ) ¿ Tiene :JJ .nstrumen;o un a escala .inea, e u na ,.0 .íneai?

I 1. ¡.l. ¿Porq ué se coloca UH núcleo d e met al b iando ent re los pol os de! im án de un instrume nto ce bobi na móvil? 1Ll :5 . E..x pli car cómo se pro tegen los in st rum entos contra los efec tos de campos magn ético s ex te rio res,

11.16. a ) Describir la constru cci ón y el fu n cio nam ie nto de un indicador de tem perat ura tipo medi do r de re lación. a) ¿Q"é ventaja o rmc .pal .iene el Instrum ento sobre UIl neo 'le ? u" nt e de Weatsto ne? I l. ¡ -¿C ual sería el efecto de u n circuito ab ierto ent re el eleme nto de te ctor y el indic ador de un sistema med idor de relac.ón '

310

PRE GUN TAS

11.18. a) Ex plicar el principio de termopa r, y a qué medida de tempe ratu ra se aplica. b) ¿Qué combinacio nes de metales se usan en las sondas de termopares'?

, ¡

11.19. Una sonda de termopares utilizada para medir la te mperatu ra de la culata de cilindro s de un mo tor es de : a) el tipo de inmersión, b) el tip o de remanso, e) el tipo de contacto superficial. ¿Cuál es la afirmación correct a? 11.20. Describir la const rucción de un conjunto típ ico de sond a de te rmo pares utilizad o para medir la tem peratura de los gases de escape de los mo to res de tur bina. 11.21. ¿Cómo se asegura qu e un sistema de indicación mide una buena condición de tem peratura me dia de los gases de escape? 11.22. ¿Qué efecto s pue den tener los camb ios de tem peratu ra de la u nión fría en las indicaciones de los indicado res termoeléctricos'? Describir los métod os de compensación. 11.23. ¿Cuál es la diferencia entre los conducto res de prolongación y los de compensación'? 11.:24. a) ¿Cuil es el objeto de la resistencia co nectada en serie con uno de los cond ucto res en ciertos siste mas de termopares? b) Citar los materiales de que est án hechas las resistencias y explicar por qué no se conec tan nun ca en cond ucto res que tengan la misma polaridad. 11.25. Describir brevemente cómo puede aplicarse el princip io de servomando a la medición de la temperatu ra de lo s gases de escape de la turb ina . 1 1.26. ¿En base a qué principio fu ndament al funcio na u n sistema de piróme t ro de. rae.iación? Describir brevemente un siste ma práct ico.

3 1"1

¡ j

En mu ch o s de lo s sistemas relacionados ccn ia operación del avión y los me se usan iíq urd o s y ~ases cuyas presiones deben medirse e indicarse, Los ind ica.icres y los sistemas de inc icuc ión están comprendidos en de s categc r ias principales : li) lect ura directa , o aquéllos J lo s que está directament e conectada ia ~··.. ren te d e ;::: re sió ~ , v (ii ) ind icació n a d ist ancia o remo ta ; o lo s q ue tie.i1e:- . ~Jn elemento de te ct or in dep endien te conecr ado a una fuente de presión en algúIl pu nto distante. ;: 0 r :.: ~)

ME T O DOS PAR A MEDIR LA PRESION

La presión, c ue se ¿ef~l1e co rno fuerza por anidad o e superficie , puede medir se direcr amente en relación con 1J producida por una columna de liquido de densidad conocida o dejándola que actúe se ore un área conocida y midiéndo la luego en términos de la fuerza producida. El método citado en primer lugar es el se utiliza en manometros d : rubo en rir sencillo s, m íentras que con el segundo podemos medir la fuerza :::on relación a un peso cono cido, o po r la deformación que produce en un material elástico.

oue

En conexión con las mediciones de pre sión. nos interesan los términos siguientes:

Pre sión absolu ta La presión absoluta de un fluido es la diferencia entre la pLc ,lón de éste y el cero absoluto de presión, siendo este ul timo la presión en UD vacío t ot al. Por tanto, cuando se utiliza un indicador para medir la presión de fl ui d o , la presión absoluta de l fl uid o se:-á igual a la suma de la pre sión de l indicador y la presión ar mosféricc.

Presión dei indicador La mayoría de los indicadores de presión miden la diferencia entre la presión absoluta de un t1UlGO y la presión atmosférica. 12.1 medición se llam a Dr~i~J,l del indicador, V es !gual a la Dre~iól1 absoluta .m e~1{) sla p1:: e sió n atmo~1CA:~.f -pl 'eslón ¿t:líñci~éaa.o?""püécresei·· positlva'-o negatÍ::a:Ad·e·ptñ3íerili7J'¿~ S1 su nivei está por encima o por debajo de la refe rencia de presión atmosférica.

En los indicadores que se dice que indican vacío o succión, lo que realrnente señ alan es la cantidad que la pre sión ab so luta es menor que la atmosférica,

312

M A N OMETRO DE TUBO EN " U "

Por tanto, la presión del ind icador es igual a la presió n at mo sférica menos la presión delJ'¡uzrJf2, -Ylapreslón- :11ssoTuta es-igü¡¡CaJaafmosféfiCaFnenoslli7tér

zndicaiior. MANOMETRO DE TUBO EN " U"

El man ómetro de tubo en "U" sencillo mostrado en la Fig. 12. 1 consta de un tu bo de cristal parcialmente lleno de líq uid o , gene ralmen te agua o mercurio, qu e encuentra su propio nivel en un punto Odentro de los brazo s abiertos en la punta de la ·' U" . Si se conecta una fue nte de baja presión al brazo A, en tonces actuará una fue rza igual a la presió n aplicada multiplicada po r el área de l orificio sob re la superficie del líq uido , o bligándol o a baja r en el brazo A. Al mismo ti empo . se obli ga al líqui d o a subir por el braz o B hasta que exista un estado de equilibrio y lo s niveles del líquido pe rmanezcan a la misma d istancia po r en cima y por debajo de l punto cero . Teniendo en cuen ta el área del oriflcio de l tu bo y la densidad del líquido , se pu ede calcular la presión por la difere ncia de los niveles del líquido, según se mu est ra en los ejemplos siguientes . Supo ngamo s que el man ómet ro es de mercurio y qu e su o rific io tien e un área d e 3 pu lgadas cua dradas, y que se ap lica una p resión tal al brazo A q ue en equilibrio los niveles de l mercurio están 4 pulgadas por debajo y 4 pulgadas po r enma de l cero . La diferencia de los niveles es H y su valor se ob tiene resta ndo el nivel más bajo d el más alto; po r lo tanto , H= h B - hA = 4 - ( -4) = 8 pulg ada s. Aho ra debemos co nocer el peso de la columna de me rc urio qu e se soporta, y esto se calcu la de l volumen multiplicado po r la densida d . El volumen en este Presión aplicada p = 3.92 LB /Pulg"2

5 4

Brazo A

3 2

h""'; h e = 4 oulg.

! I -

H =8 pulg.

I I I .

2 3

h A = - 4 pulg .'

•

5 6

Figura 12. L e-Man óm etr o de tu bo en "U".

313

\t¡EDIClON D E L\. PR.F.SiON

3H y la densidst' Lid merc urio :le sueie consicer i r corno 0, 49 lbr'{pulg. 3 , ~1 Je:::c _:.:: 'a I2C lurnna es 3i! x 0.-+ 9 = 1..1.- :.< ~ = 1 1, ¡ é lb. Y como la ... ; ,_ o -",~~-·;i:l.., '1 ~,,,-,..... , :¡; ,~; i , ...... - , ~-, .. tl':~ --" ..... rcn;.:> - 1 -¡ Pic;S,L,;!1 _~U ~--:' \..o ~ _ l U r ••. c Sl O e~ , t' eso c. . V. U, t. C ~~O.! ::,UE-JC ~I ~ "-",,,S.l 1 , el..., = 3,92 .bf:?u~:;; .': es la :,:es~ó:t q ue se .ipiica él! ':';-:lZ:,).--\~. .iue '.: ):;=SpC E ¿~ '1 una .l.Ierencia c.e :;.i·.¡el<:::' ¿el mercu rio de S pt~¡;;:!¿aS. De :~1 :~11Sn.1J terma puecen cale:.r iarse er ras );¿:)~0ficS por le s viiores correspondier.tcs ":e la dife rencia .ie niveles J=-:". :;150 ~ S

Por ~ .1I!t0,

En la pnict ica. 5~ . n.lizan man óm et ro s para 20I:1prODar la ca hb ra c i ón de los in d icad ores Je ore sicn, v por eso suele ser má s conveniente er ud u ar dir ect ame nte la escala J ej'rnanórn~~tro e n libras po r p ulgad a cu ad rac a. Si 3, 9 2 lbr/ p u lg.? ~s re presentado por S pulg adas, ento nces t ene mo s que, pan el m anó met r o de m ercurio que ;1J.:n1C:S considerado. 1 !b fj p u1.1 es i,:! ual J. 3 /3,9 '~. Ó ~,0 4 pulgadas: 3 :3 1 pues. p ue d cgruduarsc una escala con m ar cas cc n esta sep araci ón , representando 'J.l1,¡ 1.[11'1 !:-., .iu.neri;o de 1 lb i/ p L'l o "2 E l valo r "" 'l' ~ V' i;e p ~e') 0 4 pu lgad as H·,. a 7. .::0' ¡' '.;. ' ' 'li].. .1" '-_, ..J':n'd ~1- 10' S res : ",¡~ t: d'os 'O'1...>"1'0 .":". ,,~;'-L ::lj'. o'~~.... ])',:-" -,..;' :]'e' r er.t ~s~ a" ':"'a5 "d·'', _. . ... · Jí1rir..;ios mo st ra rá que so n in depe ndientes de 'as áre as . r' u

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5¡ se usa :lg:'..:J ~;; e l manómetro también se aplican tos princip ies an t erio res. pero ':0 80 el Jg~:J. .iene una de nsidad mucho menor que el mercurio, para un a presión dada b diferencia de nivel H P;l T:.1 .in ma nómetro de agu a ser á m u ch o mayor \~!le .a áe un manómet ro de mercurio r);U :. .!. puí g. Hg = ~ í. -; pulg. H : O 1 proxi mad ame nte).

Equilibrado presi ón/p eso La medició n de p resió n equilibr ánc o la con t ra peso s d e valor conocid o se basa en el principio de la p ren sa hid ráulica . yen lo que a lo s in st r um en to s se reriere) encu e n tr a una aplicació n prá ctic a en un dispositi vo hidráulic o conoc ido como el probador de p eso muerto y que se usa pa ra cali brar y pro bar ciert os tipos de ind icador de presión .

Su pon gamo s q ue ten erno s un cilindro que contiene L1n lfq uid o 5egú ll se rsu esrran en la Fi g. ! 2. : (a ), y que so br e la s" :)er ficie del líq uido se co loca u n amos de empuja r el émb ol o haémbolo ajustado hermétic amente. Si aho ra cia abaj o con un a tuerz a F, e l émbolo SÓlO s.. _es p!:12:ar :.í muy poco, pu esto que la compresib ilidad de Jos Liquides es muy peque ña. La presión P prod u cida en el lí q ui d o em puja n do sob re -=1 émbolo es igual J. Fla, se transmite a todas las pa rtes dc i líquido y actúa so b re to das las superfi cies en contacto con él. ,\1 apli ca r i:s~e principio 3. una prensa nícrau.icc necesitarnos fun darnent ulmente d cs cilindros .ncerccnectados sez ún se il1UeS-;::1 ¿:1 j). u no c e ílea D~ q ue ña de sección t ransv ersal 1 } y d o tro de gr m área de sección tra nsv ersa l Cad a cilindro est á provisto de un émbolo y am bos reci ben aceite de un depósito común. Si se ej e rce una fu er za F sob re el embol o c euueñ o . la pr es i ón adicio:'::11 ¿Y')áuc id J es = F1a 1 -/ se tra n smi te po r todo el líqu ido Y. por co nsigu ient e, actúa sobre el é mbo lo mayo r d e área Q:, Por tanl O. la fue r za que p uede eje r· c er este é mbolo es ige,,,¡j :1 pa 2 , Si la pr en sa e st á proyectada para levant:J.T un p e50 W, entonces W .: : ed. igua i 3. pa;. , El pe so qu e puede levan ta rse lplican do IJ. na fue rza F se multipl ica en 1a rela ció n d e las Jreas d e lo s dos émbolos.

a:.

En ia F ig. 12. 2( c) pLle d ~ verse d pri n cipio de la pre nsa hid rá ulica ::rpü cado a un pro b ad o r d e pe so muerto. Cuando el émbo io se empuja hacia dentro e n el

31 4

j 1 ~

M A N OM ET R Q DE TGBO EN " V "

F ig ura 12 .2 . -Equilibraóo presió n/p eso. a ) Presión producida en líquido. b) Presión hidráulica. e) Pro bado r de peso muerto .

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I Cone xión para indicado r/ so me tido a prueba (e l

cilin dro ho rizo ntal, se eje rce una fuerza y se transmite pr esión al peso de ponderación en el cilindro vertical de forma que pueda ser sostenido en equ ilibrio po r la columna de aceite. En est a aplicación no s interesa más la medición dire cta de la presión y, po r co nsigu ien te , necesit amos saber qué pesos se necesit an para equilibrar co nt ra las presio nes requeri das. Ah ora bien, la constante A del área para un pro bador típ ico de peso mu ert o es 0,125 pul g." : po r tant o , supo315

MEDIC10N DE LA ?RESIQN

~ier:Jo que nece sitemo s eq uilib rar una presión p de.50 lbi,lpulg .:. entonces, por

:<1 -,= hiciá n W p.s . se necesita un pese ce 6,25 libras. Con este pese en su posici ón en e i ém bolo ponderado r se aprie ta el émbolo en el cilindro horizontal h:15t a que el peso esté sosten ido libremente por el aceite: que , en est e pu nto, {~ st3. so m et id o J_ una pr esión de 50 lbf/puig. 2 . En la práct ica, LO S peso s est án ciasifi-

C;lO O::i .' marcados co n L s presiones reales contra las q ue se equilibrarán.

Elementos elásticos de de tec ción de presión Pa ra med ir presiones en el avi ón es evidente que no se puede equipar ra caoi-

na .ic 'lu d o con manó metr os de tubo en " U" y pr obad o res de peso mue rto . Por consiguicute, se su elen usar elementos elásticos de detec ción de presión, en los que pueden producirse fuerzas por aplicaci ón de presiones y hacer acci onar elemen tos .nec ánicos y/o ~iécUICOS c e med ición, Los elementos de detecci ón que se su elen utilizar sor. los tu bo s Bo urdon . dia fra gm as. cáps ulas y fuelles . Tubo Bourtion

El tu bo Bourdon es .::1 más viejo d e los elemen tos det ecto res de presió n. Fue inven tado y patentado en l 850 por un relojero parisi en se (cuyo nombre lleva ) y ha sido usad o desee en tonces. especialmente cua ndo se necesit a medir alta presión. El demento c$ en esencia un tro zo de tubo metálico, ex truido especialmente para arie una se cci ón transversal ei íp tica, y pe rfilado en forma de una letra C. La relació n en tr e ~1 eje mayo r y el menor depende de la sensibilid ad req u erid a ; una re lación rnavo r proporciona mayor sensibilidad. El tubo pu ede ser de bro nce fosfo roso, bronce de berilio o co br e ber ílico. Uno de los extremos de l tubo, el " extremo libre" , está cerrado herm é ticamente , mientras que e l o t ro extre mo est á abie rto :-; fij ado en un saliente que pue de estar conect ado 3. una fuent e de presió n y forma r un sist ema cerrado. Cua ndo se aplic a presi ón al inte rior del tubo, éste presenta la tendencia a cambiar de una sección .nsversal elíptica a un a circular, y también a enderezarse cuando se hace rn.. circular. En ot ras palabras, tiende a asumir su forma origin al. Esto no es un proceso tan simple co rno pare ce y se han desarrollado mu chas t eorías par a explicarlo. Sin embargo : pa-a nu est ro propósito nos basta con la siguiente explicaci ón prá ctica. En primer lugar, un tubo de secc ió n transve rsal elí ptica ti ene un volu me n menor que uno circular de la misma iorigitud ':! pe rímet ro . Un tubo e líptico se conecta a una fuente de pres ión para que :leoja más l íqu ido. o gas, del que pueda acomodar normalmente. En consecuencia. se establecen fuerzas que carnb tan la forma y can ello aUmeTII3n el volumen. El segundo pu nto se refier e ::d enderezamiento del tubo co rno resultado de su cam bio de sección tra nsver sal. Puesto que el tubo tiene la forma de una C puede considerarse que tiene una p ared interior y otra exteri or . y en co nd icio nes " sin presión" cada una de e llas est á en un radio determinado del cent ro de la C. Cuan do se ap lica pre si ón y el tubo co mie nza a cam bia; de forma, la pared int erior es fo rzad a hacia el centro, disminuyend o el rad io, y la otra par ed es ob ligada a separa rse del centro aumentando. po r tant o, el radio ..Ahora bien, a lo largo de cualquier sección del rubo curve los efectos de los radios var iante s ríende n a comprimir la pared in te rio r ya alargar la exterio r, pero co mo las par ed es

316

MAN OM E T R O DE TU BO EN " U "

están unidas como un tu bo común, se estab lece n reac ciones op uestas a las fuerzas de compresión y alargamiento, de forma que una sección en tera se des plaza de l centro de la C. Puesto que esto ocurre en todas las secciones a lo largo del tu bo y aume nta hacia las partes más flexibles, la result an te de todas las rea cciones producirá un desp laza miento .naximo en el ex trem o libre. El cam bio de l ángu lo sus pe ndido en el centro por un tubo es pro po rcional, dentro de límit es estrechos, al cam bio de la presión intern a, y el desp lazam iento del ext remo libre es propo rcional a la presió n aplicada de ntro de l límit e de propo rcio nalida d del material empleado. El desp laz a miento de l extre mo libre es pequeño; por co nsiguiente , con el fin de transmitir est o en térm inos de presión, se emplea u n siste ma de cua drante y aum ento co mo eleme nto de aco plamien to ent re el tu bo y la aguja.

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Diafragmas Para medir bajas presiones se sue len em plear d iafragmas en forma de discos me tálico s cir culares o ndulados, debido a su sensib ilidad . Se instalan siem pre de form a que en un lado esté n exp uestos a la presió n que se ha de medir, y sus t1exiones se transmitan a mecanismos de aguja s, o a un conj unto de con tactos de luces de aviso . Los ma teriales q ue se usan para su fab ricació n suelen ser generalmente los mism os que los em pleado s para los tubos Bo urdo n. El objeto de las o ndu lacio nes es la de facilitar ma yore s flexi ones, para groso res dados, que las que se ob te ndrían co n un disco p lano. Ad emás, su nú m ero y groso r contro lan las carac terísticas de respuesta y sensibilidad; cu anto mayo r es el número y el gros or, más line al en su t1e xión y ma yor su sensibilid ad. Cápsulas , Las cápsu las se componen de dos diafragmas colocados juntos y unidos en sus bo rdes para formar una cámara que pued e estar cerrada hermé tic amente o abiert a a una fue nte d e presió n. Al igual que los diafragmas simples, las cápsulas pu eden emplearse tamb ién para medir baja presión, pero so n más se nsib les a los camb ios pequeños de presión. El fu ncio nam iento de las cáp sulas en su s diversos usos ya se ha desc rito en lo s capítulo s ded icad os a los altímetros y a nernó me tros.

- Fu elles Un elemento tipo fue lle puede co nsiderars e co mo u na am pliació n de l prin cipio del dia fragm a ondu lado , y en su op eració n tie ne algú n pare cido co n un mu elle d e compresión helico ida!. Puede usarse para me dir presión baja, alt a o dife rencial; en algun os casos pue de emp lear se un mue lle (inte rna o ex tern ame nte) para aumentar lo que se denomina " régi men de mue lle" y para ayudar al fue lle a volver a su longit u d natural cuando se retira la presión. El elemento es un trozo de tub o met álico sin cost uras co n racor es adec u ados pa ra su co ne xió n a fuentes de presió n o pa ra sellado hermético , En las pá ginas 31 0 y 321 se describen las aplicacio nes t ípi cas de los fuelles. 3 17

i ii

1'1

MEDlClON DE L ..... .?Rf"SlQi'"

¡:-;DICADORES DE

PRESIO~

DE LECTL'RA mRECTA

Éste s se bas a r; '::.1.51 ent eru men te en e l princip io dd .ubc Bourn cn ya cescrit o, y se urilizan para mediciones ~ Jles como presió n del sistema hidr.iulico y) en va-

rios aviones de aviación zeneral irnoulsados por motores de émbolo) también .c~~:~ sion'~.s de cOi7lbusüb lc~ Y' aceit e. 'En ia Fig. 1 2.3 se facilita un ejemplo de su -onsrruc ciór..

Figura 12.3 .-lndicador de pr esión de lectu ra dire ct a.

SIST EMA S DE INDI CADO RES DE PRE SION DE INDlCACJü N A DIST ANClA Es te tipo de sistemas presen t a gran vari edad de fo rmas pe ro todos tienen u n a car acter ística co mun; constan de dos componentes p rinci pales, un transmiso r simado en la fuen te de presión :1 un indicador montado en el panel apropiado. Tienen cl~ · ·--:.3 ven tajas sobre los indicadores de lec tura di recta: por ejemplo , las presiones fluidos peligrosos tales como el; mbusrible. aceite d el moto r y ciertos fluidos hidr áulicos pueden me dirse en su fuente y no en la cabina de vuelo: tamb ién son in n ecesa rias tuberías largas, con el consiguiente ahorro de peso .

1:1 mayoria de le s siste ma s que se utiliza n act u almen te son del tipo de transmis ió n e léctrica. esto es, la presión se mide en términos del desplazamiento de un elemem c e iásr. cc de det ecci ón c e p resi ón, y se transmite a L~!1 indicador me diante una co m binación de seña les vari a bles de vo. taie y corrie nte . Por consigu iente, los tr ansmisores está n compuestos por secciones mec ánicas y eléctricas, y seg ún el principio de o pe ració n adoptado para cualquier sisternu, los indicadores pueden ser receptores síncronos. m ed idores de relación de corriente cont inua y co rr iente alte rn a, yen algunos caso s, servcaccionados. Sist em a síncrono de corriente contin ua La Fi g, l2..1 muest ra U!1 t ransmiso r qu e funciona basándose en el principio rnicro-Desynn (v éase el Capít ulo 9). El ele me n t o d e detección de pre sión consta

3i8

S ISTE ~IAS

DE IN DI CA D O RES DE PRESION DE !NDICAClO N A DIS TAN CIA

Jr f

Figura 12.4 .- Transmisor rnicro-Desy nn. 1.- Elemento transmisor micro-Desynn. 2.- Pasador excén trico. 3.- Varilla de empuje. 4.- Elemento detector de presión. 5.-Fuelle, 6.- Pieza forja da a presión en fonna de copa 7.-Muelle. 8.Palanca oscilante. Entrada de presión

d e un fu elle q ue está abierto a la fuent e de presió n. Una pieza forjada a presión en form a d e co pa va insta lad a dentro del fue lle y forma una co nex ió n para una varilla de empuj e que se apoya en u na pa lanc a oscilan te pivotada en una part e fija de l me canismo . En el inte rio r de l fue lle hay un mu elle.

El eleme nto eléc trico es del mism o tipo que el que se mu estra enla Fig. 9 .4 y está situado en e l cue rpo del transmisor de tal forma que el pasador excént ri-

co est é también en contacto con la palanca os cilan te pivotada. El indicador es del tipo de sistema Desynn norm al. Cua ndo se ad mite presión al int erior de l fuelle éste se expande y mueve la varilla de empuje hacia arriba, girando asi la p alanca oscilante. Esta, a su vez, mu eve el p asado r ex céntrico y las escob illas aco pladas a él en un pequeño ángulo sob re las bobinas. Los cambio s de resiste ncia producidos est ablecen comb inacion es variables de vo ltaje y corriente den tro del indi cado r, que está calib rado p ara la gama de presión apro piada.

3 19

:..! EDIC: üS DE L. \.

P~ E 5l 0f'i

Sis tema me dido r de relación de corriente conti nua L·n ejemplo d e un sist e ma medidor d e relación de corriente continua ¿u :·o si'Zc e adoptando todavía en u n e 1,) J os ~':nos de a vión .ie la vieja 2:'=n '::;':1cien, es q u e emplea un tran smisor q ue es una adaptaci ón esp ecial r.2e} :- :iii1 s:-~: is o r le presión micro-Desynn ya d escrito, {J ií-~ !'e n c~ áp. do se fun damen t ulme n:e .~;..a dis po sició n del circuito el éctrico . el elem ento sigue t enie ndo vos esco billas -.¡' bo binas de resistencia, pero en ve: di;¡ m étod o norma l mic rc -Desvnn J c co ne xi ón (véase también la F·ig. 9 .5 ) és ras cst.in conectadas co mo .in .: ií~'di re sim ole en paralelo de dos resistencias. Las dos conex iones que terminan <'::D las oo om as van unidas a los term ina les ap ro piados de un medid o r ·j e relaci ón similar 11 que se emplea par a la medición j e temperatura (véase la pá 5. 290). Por :0 nsiguie nt e , e l runcionarmenro -:''3 m u y simp le : el movi miento C,.;l tueile ~I ~J.5 escob illas da lugar a un .a mb io ,-le resis tencia del circu it o pro pc rcio na. 11 ca m b io de presión, que se mide 2GmG una relación de corriente de las 1.)ob1 I: 2.5.

Gl\.: 5>.:'

Sistema medidor de rela ci ón e inductor de co rriente alterna LJ o per ació n de este sistema d ep ende ¿ ~ la producción d e una rela ci ón de co rrie n t e PO! un .ran srniso r tipo in ducto r vari a ble . el cual se mues tra en la Figu;:3 12.5. Consta de un cuerpo principa l que contie ne un fuelle y do s estar ores bi po lares bifásicos que rodean cada uno un nú cleo del inducido de polos salientes. Amb os nrcleos están en un eje común y dispuestos de modo q ue, cuando la presió n au menta. el núcleo inferior (A) se mueva ace rcánd ose J. su bo b ina esta:0· ascciaca .., .'.~1..> su L -;, J .J. 1.... · '- . 1m'ien " ...... tras que .j. .. u ........ v, ... superior ¡........... (B) 'e 1. l) "'l" :u.•:;- a ale:... .... 1;;;)...... . .. dese 'de .. bobina . Las bobinas recibe n corriente alterna de 26 voltios, 400 Hz. Los pelos de lo s núcleos están separad os 90° y los est atores están colocados tambié n de forma q ue los polos producido s en ellos estén separados 90° para evitar int erferen cia magnétic a mutu a. Un muelle propo rciona un a car ga co nt rolada en el fue",, '

., - -- - -

320

:;:;

Fi gura 12.5.- Vista ¡;TI corte de un tr ansmisor tipo ind uctor. 1.- Tomillo de top e de sobrecarga. '2.- Co jin et e del ~lU Si1l0 central. 3.-CasquiHo g"UÍ3.. :1._ Taza te aluminio. j.-Núcleos del Inducido. 6 . ~ Alojamient o de aluminio. 1. - Esl ato re:3 v denavados. 8.- Conjunto de husillo central . 9 .- Co]inete del husillo central. l O.c-Cascuíllo gu ía. 1 l. - Fu elle. 12. - Ptaea de base: 13 .-Con~ du etos radiales. 14. -Cueroo . l Sc-cEn ch ufe eléc tri co . 16.- Muelle principal .

! l J

[ r

SISTEMAS DE IN DICADORES DE PRESION DE INDICACIQN A DISTA.:"KI A

He y los núcleos del inducido, y pue de ajust arse para que establezca la posición de referencia de los núcleos durante la calib rac ión . En la Fig. 12.6 se mu estran las piezas fundamen ta les del ind icador que se usa con este transfo rmado r particular. Las bobi nas alrededo r de los núcleos lam inados est án conectadas a las bobinas estatóricas del tran smisor, y como se obse rvará , existe u n entre hierro en un mie mb ro de cad a núcl eo. El o bjeto de los entre hierros es permitir que dos discos de alum inio en fo rma de leva, que forman e l eleme nto móvil, giren lib re me n te. La posició n de los d iscos en su eje común es tal que, cuan do el eleme nto gira en el sentido de las agujas del reloj (visto desde la parte fro ntal del instrumento) , el radio efic az de l d isco a delantero di sminuye en su entrehie rro, mientras que e l d el disco po sterior b aumenta . El ele-

L aminac ión

a Bobin a

~I Entreh ierro -7:~~;;:;D Espi ra de cortoci rcuit o

Discos en fo rma de leva

rO' I

Q -

o \L

Disco a

_ _:

Disco b

Figura 12.6.- Element os del medid or de relación de corriente alterna.

321

MEDIC aN D E Lr. P!{ESIQ l'Il

meri to móvil es amortiguado pe. un disco circular en el extremo post er io r del eje, y pued e girar libremente entre los po los de '.:r.. ~:!1 2. !l perrn ane r.te . PJ:-J d~· volver J ia aguja J. la po sició n tue ra de ~SC:l1J. en 23.50 de un talle l e ~ r.cr;fa~ Se cuen ta con

U;J

mue lle en espiral.

Cuand o el fuelle se expande bajo U:l3. pre sión en au rr.ento . el núcleo de l inducido se mu eve en sus esr atc res respe ctivos, y puesto que estos últirnos re citen corriente alt e rnu 1 hay un camb io en la inducrancia de" las bobinas. Po r tanto : el n úc leo A, 11 acercarse mis a su estat or, au menta 13. induct an cia y la irnperianc:a , y e ! núcleo B. 11 separarse d e su estat or. dism in uye 1:.1 in d uct ancia y .a imp ed ancia. Por cons igu ie nte, la diferencia en t re lo s des puede .n t erp rerarse en t "~m!i~ o $ de presión. Co mo [as bobinas est.uó r -cas están con ectacas a . :J.S bobinas d e: indicado r en fo rma de u na .1~ J ¿ ~ puente. los cambios J e impedancia producir án un cambio de ':: ~Jrriente e n :;1S ocbinas del indicado r en un a :-eiació n prede terminada. La corriente es alterna. y por eso produce flujos alt erno s ::D. :0$ núcleos laminado s y a través de sus e ntrehierros, En. la Fi g. 1:.6 se aprecia que existen espiras ce cortocircuito de cobre en los entrehierros. El efecto del fl ujo alt erno es inducir corrientes pará sitas en las esp iras, y estas corrientes, 3. su vez, establecen sus propios flujo s que reaccionan co n los tlujos de los entrehie rros para ejercer una torsi ón so bre los discos en rorma de leva. El movi m iento resultante de los discos le le va est á dispuesto para q ue sea en una direc ci ón d eterrmr.aca po r ~ :l 00bina q'r e lleve la corriente ma yor ; debido a la disposici ón c e tos discos, esto quiere .í ecir que ha br á una diferencia entre sus torsiones. En el ent rehierr o afeelado p.ir la corriente mayor disminuye el rad io eficaz de su disco :1 ) . aumentande COL ello la impedancia y disminuyendo la torsión, mientras que en el entrehi erro 1r'ecrado po r la co rri ente más débil , oc urre lo cont rario . Por tanto, tenemos dos torsione s opuest as que contro lan el movimiento de los discos y la aguja, torsio nes q ue depe nden de la re laci ón de las corrientes en las bobinas. El indicado r, al ser un medi do r de rela ci ón, es in dependiente de las variaciones dei voltaj e de alimentación, pe ro puesto que éste es alterno, es necesario realiza r una compensación de las variaciones de fr ecuencia. Po r ejemplo, un au mento de frecuencia haría que las bobina s estatóricas se o pusier an 3. les cambios de corriente producidos por ~1 transmisor. de modo que, en términos téc nicos, aumentase la reactancia de [as bobinas. Sin embargo. tos C38010$ de reac tancia se vencen con el simp le hecho de conectar U~ co ndensador ::::1 paralelo por cada bobina, siendo los efe ctos de los camb ios de frecuencia en un condensador exac tamente lo cont rario a los producidos en una bo bin a. Los camb ios de temperatu ra tambié n pueden afec tar a la impe dancia de cada bobina: un aumento ce temperatura .educe la relac ión y hace que el indicador marque de menos. Los efe eros de la temperatura se compensan, por consigu íente. conectando una resistencia de coeficiente de alta tempera tura a través ce las bobinas del indicador, L4 figura l ~ . 7 muestra otra fo rm a de t ran smisor de pres ión t ipo in du c to r. L2 construcci ón del elemento de te erar se diferencia de la ya descrita en q ue utiliza una capsiua y un ind ucido que se mueve co n re lación a los entrehierros en ei núcleo est a ró ri c o . Aplicando presión según se indica. dism inuye la lo ngit ud cid entre hierro asociado con ia bob ina est atórica l . mie nt ras que 12. asociada con la bobina esrató rica '2 aume nt a. Como la reluctancia del circuito magnético a través de cad a bobina es pro porcio nal a la longi tu d efec tiva del ent re hierro , la in-

312

SISTE MAS DE INDICADORES DE P RESION DE INDICAClüN A D1ST.-\NC IA Ent retue rtos

rec~ an gu ! a res

I~nuehierrJ\

CálX ula

v enrttscic nes al ai re ambiente

anul are s \.

/ \ .

Muelle

Entr ada de --. c rest óo _

Entr ad a dl! presió n

IndUcido

Bob.n a 2 de estatcr

BObi na 1 de est atc r

Figura 12.7.-Transmisor de presió n ind uct or .

;

I, I

1, ¡

(a)

(b)

,.1

~J i

·l '

¡!

Luc es de aviso

(e)

(d )

Figura 1'2.8.- Present acion es en las esfe ras de los indicado res de presión . a) y b ) Med id or es de rela ción . e) Servo accíonadc . d) Bob ina móvil act ivada.

MEJ)ICOlV DE "-.A PRESION

ductancia ce la be bina : aumentará y la e e la : disminuirá, la cemente qu~ circ ula en las bobines disminuirá v aumentará , rescect ivamenre. OH3 diferencia en relació n con el 1_:50 de est e ~¡-ansmi$o r. es qu e su ind icador asocia do pued e ser dd tipo de bo bina mó vil basado en -=1 principio de! medid or d e re lació n de ::)f:":enre continua (véase también la página 290). Pueden utilizarse otros .ipos de inc icador con los transmisores de inductor aprop iados, y como se ve..-¿ en la Fig. -. :.3 e) y d) rambiér; pueden aplicarse los principios fundament ales ya descritos en las páginas 263 ~". -=93.

Enchufe eléctrico

contacto fijo

~Cápsu'a

/ / Brazo de accrcn arrue oro Entrada de presi ón

Figur a 12.9, - P! e:SQst atc _

314

PRESOSTAT üS

PRE SOSTATOS En muc hos de los sist emas del avión en lo s que hay q ue medir la presión, es n ecesario que los pilo tos tengan un aviso de bajas o alt as presio nes qu e pudiesen provocar condiciones peligrosas de o peración. En algunos sistemas tambié n, la frecuen cia de operación puede ser t al que el uso de un instrumento med ido r de presió n no está justificado, puesto que sólo se neces it a que el piloto sepa que se h a obten id o u na presión de operación para el período durante el cual funciona el sistema. Para satisfacer esta necesidad se instalan preso statos en los siste mas pertinentes y se conectan a luce s de aviso o indicad oras sit u ad as en los paneles de la cabina de vuelo. En la Fig. 12.9 se da un ejemplo de un presostato. Consta de una cápsula me tálica ab ierta a la presión ambient e y alojada en una cámara abiert a a la fuente de presión. En el otro lado de esta cámara hay u n conjunto de contactos eléct ricos dispuestos para " cerrarse" al subir o bajar la presión ; en el ejemplo mostrado ) los contactos "se cierran" como consecuenci a de una elevació n de presión al valo r preajustad o por el mic roajustador. La cáp sula está construid a de modo que las ondulaciones de cada mitad de diafragma " encajen" cuando la cápsula esté t ot almen te contraída para formar virtualmente un disco macizo que impid a que la cápsula se detenore cuando se produzca una presión de so brecarga. Las entradas de presión de los presosta to s están montadas normalmente en la pestaña de mo ntaje, y pueden ser o rific ios de entrada plana sobre la fue nt e de presi ón, espitas o anillos de sellado en " O" (como en la Fig. 12.9) o conectores roscados para acoplamiento de tub erías flexib les. Los presost at os también pueden utilizarse en sistemas que precisen aviso o indicación de los cambios de pr esión con respecto a cier ta presión de referencia; en otras palab ras, COIllO un dispositivo de aviso de diferencia de presión.

Figura 12. 10.- Transmisor y presostato combinados .

325

~1 ED[CION DE LA ?R~S1 0N'

La construcción y funcionamiento son básicamente los mismos que los del tipo estándar, con la excepci ón de que ::1 diafragma está sujeto 1 UO,1 presión en cada lado. En algunos (;3.S0S, puede llevarse. un presosturc ccn UD transmisor de presión segú n se mues t ra en la Fig. 1 ~. l

PREGUNTAS i -=. 1.

Definir le s términos presión absoluta y presión de! indicador.

1-:2. -=.

~iIar algunos ,i~ :?~ Instrumentes que rrude n las presiones ':¡J

-:1 ':;")(l!1J.GO

"3.

las que se hace referen-

1_ .1 .

ce un manómetro de tubo en

12.3.

Describir el principio de runcionamíen to

1=.4.

Describir brevemente cómo pued en medirse las presiones equilibrando con t rapesos co noc ..do s.

12.5.

Ex plicar el pri nci pio fundame nt a l de fu ncionamiento del rubo Bou rdo n,

12.6 .

Nombrar o tros tres tipos de elem entos elástic os de det ección de presión y citar aigunos usos específicos.

i ; f.

Describir un método para medir la presión basado en síncrona.

1: .8.

Explicar brevemente cómo una transmisión de presión tipo inducto r produce las corrientes variables requeridas para el funcionamiento de 'J O medido r de relación.

12.9.

;JO

··U" .

principio de tr ansmisió n

¿ Qué efecto tiene un cambio de la frecue ncia de la fuente de alim entació n en un tr ansmiso r tipo ind uc tor? Desc rib ir un método de com pe nsación.

12. 10. ¿Qué tip os de indicado r p ueden usarse con t ransm iso res de presión que opere n sob re el principio de indu ct ancia variable? 12.! 1. ¿P::U3 qué se neces it an los preso statos en e! avió n? 12.1 2. Exp licar, con la ayuda de un diagram a, cómo se hace que un presost ato dé un aviso de un a presión que sobrepase el valo r no rm al de operació n.

326

13. Medición de la cantidad y flujo de combustible

La medición de la cantidad de co mb ust ib le en los depósitos de un avión es u na nec esidad fundamental, y, en uni ón de las med iciones del régimen de flujo de comb ust ib le al motor o motores, permite volar un avión con un rendimiento máximo compatible con sus condiciones de operación especificadas. Además, con ambas mediciones, un piloto o el mecánico pueden determinar el tiempo de vuelo qu e queda y hacer también comparaciones entre el rendimiento actual de l motor y el pasado o calculado. ¿ -Los sistemas de indicación de combustible varían en sus principios de funcionamiento y en su construcción, dependiendo el empleo de cua lquier método del tipo de avión y su sistema de combustible. Dos de los métodos principales que se usan actualmente uti lizan el principio de transmisió n de señales eléctricas desde unidades situadas en el interio r de los depósitos. En uno de los métodos, empleado principalmente en los sistemas de comb ustible de avior.es pequeños y ligeros, los depósitos constan de un conjunto de f1otador mecánico que controla una resist encia eléctrica y varia el flujo de corri ent e al elemento de indicación. El segundo método, utilizado en sist ema s de combustible de aviones grandes, mid e la cantidad de combust ibe en términos de capacitancia eléctri ca, proporcionando una medició n m ás exacta. "(- Los sistemas de medición de flujo de combustible también varían en lo que respecta al principio de fun cionamiento y construcció n, pero constan principalmente de dos unidades: un transmisor o med idor, y un indicador. El t ransmiSor está conectado en el lado de en trega del sistema de combustible, y es un dispositivo electromecánico' que prod uce un a señal eléctrica de salida proporciona l al régimen de flujo que se indica en unidades volumétricas o de masa . En algunos sistemas hay un amplificador/calculador intermedio para calcular una re lación de flujo de combustible/tiempo y transmitir también señales a un indicador, que presenta info rmación integrada de l régimen de flujo y el combustible consumido.

,,1

SISTEMAS DE INDICACION DE CANTIDAD DE COMBUSTIBLE TIPO FLOTADO R

:11

En la Fig. 13.1 se muestran esquemáticamente los componentes de un sistema tip o f1otador y los métodos para transmitir señ ales eléctricas. El f1otador puede ser de corcho tratado especialmente p ara impedir la abso rción de combustible, o en forma de un cilindro de metal de poco peso sellado adecuadamente. El f1otador va suje to a un brazo pivotante que produce un mo vimie nto angular que se transmite a un elemento elé ctrico, el cual const a de u n brazo de contacto y potenciómetro , o un transmisor tipo Desy nn. Cuando 327

:[ ,. I

!' ,

1 \

1 Figura . 3.1. -!ndi ..:aGcr de cant ida d de combusr ib le tipo E:orador.

Deoós.:c ce comousubre

S~ pr od u cen variaciones en el nivel de co m bustib le. el brazo del fl ot ado r se mueve e n cie rt os ángu los y de sp laz a el or:1Z0 de contacto o 1<.15 es co billas par a que

varíen 12. resist encia y e l fluj o de co rrient e continua al indi cado r. Como censecuenc ia de ~ ;) S variacio nes .iel fl ujo de co rrien te, una bo bina móvil o ro tor de n-: "-1) .:id indicado r se d e svía pa ra sit ua r una aguja en la

-=SCJ1:l

grad u ada de g:l-

iones,

SISTDIA DE MEDlCION DE COMBUSTIBLE TIPO CAPACITANCIA - En su fo rma básica, un sistema de medición de combustib le tipo capacitancia consta de un condensador variab le situado en el deoósito de combustible, un

am plificador y un indicad or. El circuito completo forma un puente eléctrico que se reeq uilibra continuamente co mo co nsecuencia de las diferencias entre las capacit ancias de l co ndensador del depósito y uno de referencia. La señal pro d ucida es am p lificada para accionar un m o to r , que sit úa una aguja para qu e ind ique el cam bio de capaci tancia del co ndensad or del de p ósito y, por tant o, el cambio de cantidad de co mbustible. Sin embargo, antes de entrar en los detalles de o per ació n de tal sistema, es necesario primero comentar algunos de los principios tuncamenrales de la capacitancia y sus efectos en los cir cui to s eléctricos.

Cap acita ncia elé ctrica Siempre q ue se aplique una dife renc ia de potencia! J t rav és de Jos superficies :10 co n d u cto r (d iei éct ri co), ¿S lJ,S ti en e n la p ropie dad de alma cena r u na carga eléctrica, _-\, esta p ro pi ed ad se la conoce como cao ccitancia,

conduc toras separadas po r un me dio

-El flu jo de una corriente moment ánea dentro de un condensad or establece una diferencia de po tencial a t rav és de sus pl acas. ' Pu est o q ue el dieléctrico no contiene nin gún elec t r ón lib re , no p uede flu ir corriente por ¿1, pero lu difer encia de potencial establece un es tado de tensió n en los áto m o s q u e lo contienen. Por ejemplo , en el CIrcuito mostrado en la Fig. 13. ::, cuando coloca el .nte-

rruptor en la posición 1, se produce una afluencia de electrones cono cida cerno la corriente de carga desee la placa _--\, :1 trav és ce la batería , a la placa B, y cesa cuando la diferencia de potencial ent re las placas es

328

i~'...al 3.

la de la b at er ía .

SIS TEMA DE ME DIeI ON D E COMBUSTIBLE TIPO CAÍ'ACITANCL,;,

V olt aje

1¡

. t

' e"~'?, Comp letam ente cargado

o\~\

I I

T iem po I

/' /' /' Completamente

I /'

1/ \

descargado

Corriente

Corriente de carga

- - - - Corriente de descarga

Figura 13.2.-Carga y descarga de un cond ensador .

Cuando se abre el int err upto r, las placas permanecen cargadas pos itiva y negativame nte, pue sto que los átomos de la placa A han perdido electrones, mientras que los de la placa B los tienen en exceso. Por lo tanto, se almac ena energía eléc trica en el campo eléctrico en tre las placas d el condensador. La co loc ació n del interrup tor en la posición 2 hace qu e las placas se cortocircuiten y que los electrones sobrantes de la placa B vuelvan a la placa A, hasta que los átomos de ambas placas sean eléctricam ente neutrales y no haya ninguna diferencia de potencial entre e llas. Esta co rriente de descarga tiene lugar en dirección inversa a la de carga, según puede verse en la Fig. 13.2 . Unidades de capacitancia La capacitancia o " capacidad de re tención de electrones" de un condensad or es la rela ción entre la carga y la diferencia de potencial ent re las placas; se ex presa en faradios: ~ faL~.o representa la capacidad de un condensador para rete ner una carga de un coulombio (6, 24 X 10 18 electrones) que eleva la dif eren cia de potencial entre las placas en un voltio . Puesto que el faradio es, generalmente, demasiado grande p ara t rabajo práctico, se usa un submúltiplo llam ado micro farad io (l IlF = 10- 6 F). Cuando se aplica el principio de l condensador a los sistemas de m edición de com bustible, se u sa como unidad estándar de medición una unidad aún más pequ eña, el pico. ~o (l pF = 10- 12 F). . ~--~ F actores de los que depende la capacitancia La capacitancia de un con den sado r de placas paralelas depen de del área (a ), de las placas, de la dist ancia (d) entre las placas, y de la capacitancia (Ea ) de una célu la uni taria de l ma terial dieléctrico ent re las placas:

Ea ...':.. faradios d

329

LJ '_mic;J.c de é.1 es .;1 ~J.r3.riio por merrc , así que a debe expresarse en .netrcs cuadrados. J d en metros; E'l recibe ei nornbre de permitivitiad absoiui.i .ie i dieléctric c . T", 'Jt.,T,..... -1n -~" e...... ,:.. suelen citar" ·'on rel ación " ]r: ..... e LID V:lC"O ' . ' it_ iv:.\..l. ... \.;. .... ¿, (""d :'""'e""'"'Y'iti_._, . ~"'- ~

_ .~

"' ~

.'-..... .

•

."-'-...

•

~.....

viciad, t-C)- :;$ : 1,47r X ') X ;'0 :< ~)/m . La perrnítividac reiativa se llama tarn bié n const.inte dieléctrica :; se desi gna a menudo pe!" K. .érm.nos ce perrnit ivid ad relativa.

:::1

K a h X 9 X 10' d

LJ perrnitividad relativa del aire a temperctu ..a y presión esráncar es 1.000::9. que para f:r'.es prácticos se puede temar cornc ~ .0. Entonces . por ejempio. C ,.;g'JIl

= Kagu a

Cuire

K aire

es dec ir. K e S la re iació n de la capacitancia de un condensador co n un ': ¡eiéctr idado a s.. ; capacitancia con aire en tr e sus placas. Las permi tividades relati vas de algun as sustancias CQI7lU71cS son .2 5 siguientes:

":0

1,00059 81.07 1:007 1,95

Aire Ag u a ..

Vapor de agua Gasolina de aviació n

Kerose ne de aviación

1. iO

Condensado res en serie y paralelo La capacit ancia tot al de los condensado res conec tados en serie o p arale lo se obtiene de fo rma similar 3. las emplead as para calcular la resistencia to tal, pero a plicada de form a op uesta . Por tanto, para los conde nsado res co nectados en serie, le capa cit anc ia to tal viene da da po r _1 =

...¡...1.l , -- T C: C3

y pan los condensadores conectados en paralelo,

Est o se de be

que la ad ición de co nd en sado res en un cir cuit o aumenta el

área de las plac as q ue , segú n se ha dicho ya, es uno de d epende la capacit anci a.

LOS

facto res de le s qu e

Condensadores en circ uitos de co rriente alterna Como ya se men cio n ó, cu ando se ap lica comente co n tin ua J. un condensador no t3.Y n i..ngú n fl ujo de corrien te ap art e de la COIT1en te de ca rga inicial 3 t ravé s

330

S IST EMA DE MEDI CION B.A.S ICO

F igura 13 .3. -c-Ca pacit an cia en un circuito de corriente alterna .

Vo ltaje V Corriente I

A f------'~--1r----"r'--__+:---'--

del condensador. Sin embargo, al aplicar el principio de capacitancia a los siste mas de med ición de comb ustible se necesita un flujo de corriente para hacer qu e el indicador responda a los cambios de ca pacitan cia que se origin en de las variaciones de cantidad de combustible. Esto se realiza suministrando a las uni dades de tanque tipo cap acit ancia un volt aje alterno, ya que siemp re que el voltaje a través de un conden sador cam b ia, fluyen electrones hacia fuera de él sin cruzar las p lacas y circ ula una corriente resultante, la cual, en cualquier instante, depende del régime n de cambio d e voltaje. La Fig 13.3 muest ra un con den sado r conectado a una fuente de co rrie nte altern a. En la grá fica pue de verse que cuando el voltaje ( V) aumenta rápidamente en A, flu irá una gran intensidad (l) al condensado r pa ra cargarlo. Sin embargo, cu ando el volt aje au men ta hacia B, la in tensidad dismin uye hast a que en B, cuando el voltaje est á constante a algún valo r má ximo durante un breve inst ante, la intensid ad ha disminuido a cero. De B a C el volt aje dism inuye , el condensador se dese , rga y la corriente fluye en la dirección op uesta, siendo máximo en C, donde el voltaj e es cer o. De CaD el condensador se carga en la dirección op uesta y la corriente fluye en la misma dirección que el voltaje, pero alcanza cero en D, donde el voltaje está a algú n valor máximo en la dirección op uesta. De D a E el condensador se descarg a otra vez. Por lo tanto, cada med io ciclo hay u na carga y flujo de corriente dentro y fuera del condensador, llevando la intensidad un ade lanto de 90° sobre el voltaje. La relación en tre el voltaj e V y la inte nsidad 1 se denomina reactancia capacitiva, que quiere dec ir la oposición o resistencia que ofrece un condensador al flujo de corriente alt erna.

SISTEMA DE MEDIC ION BASICO Para medir la cantidad de co mb ustib le, los condensadores que se vayan a inst alar en los depósitos deben tener una construcción' diferente de la de los qu e se emplean normalmente en los equipos eléctricos. Por consiguiente, las placas adoptan la forma de dos tu bos montados concéntricament e con un estrecho espacio vacío entre e llo s, y se extienden en to da la profundidad de l depósito de combustible. Co nstruidos de esta fo rm a, dos de los fact ores de los que depende la capacitancia son fijo s, mientras que el tercer factor, la constante dieléctrica, ' es variable, puesto que el medio entre los t u bos se compone de combustible y aire. En la Fig, 13.4 se muestra la forma en que se producen los cambios de capacitancia debidos al combustible y al aire, que se describen en los párr afos siguientes. 331

:'IEDIC!CN DE LA CA:';TlDA D "f FL ü!C DE COMBUS-;1:aLE

=c;¡:.- -- - ,

. ;i

'al

1- '1; -11-

, '1

Ir-li-'----------.H 'i

1 1 [1 1

11i :1

I- ~

i=it=;r~~-~:

-=..l. =10CpF

,bl K

1--- - -'

~c )

-=. ""

Figura 13.4.-CaffiiJlos de cap acarmcta Jebidcs al ccmbust ible y el aire.

En (a) hJY un condensador instalado e n .m depósito de cornbust ible vacío y su ca pacitancia e n Jire es 1CO pF , representada por CA' En (b) el d epósito está Heno de ccrnbust ible q ue tiene :1D vaic r K de :. i , de iT!OCO que el condensador cst.i compietarnente sumergido. Según se citó en la pá gina 330 , K es igual a la relación de ca pacit an cia q ue US2. un dieiéctri co dado (e n este caso C T ) a la que usa air e: por con sigu ien te, (

l. )

De la ecua ción (1 ) Cr = CA K. se deduce. por ta nto. qu e la capacitancia de la u nidad d e tan q ue o de pósito en (b) ós igual a i 00 X 2 , i , esto es , 2 i O p F . El increme nto d e 110 p F es ia ca p acitancia añadida deb ido al combustible y pued e r ep resen tarse po r e F. Po r co nsi guien te, la u nidad de tanque puede representar-

se eléc tricamente po r dos condensadores en paralelo, d e u na cap acitancia total,

(2) En la Fi g. 13 .4 ( c), el d epósito est i m edio iJeno y po r tan t o la capacitan cia total es 100 + 55, ósea, 155 pF . La cap acit an c ia añ adida debida al comb ustible se determina de ia forma siguiente. Tran spo nien do la ecuación ( 2). C p = CT - CA, y sustituye ndo CA K por CT ob tenemos C" = CA K - CA , que p uede

simplificarse así

siendo el factor (K - 1) ei aumento en el valor K sobre el del Jire . Ah o ra bie n) la fracción de la cantidad po sible ~ o [ ::li ' de co m bust ible en u n " d epósi t o lineal ' en cualqu ier nivel dado vien e dad a pcr L/1i, donde L es la altura del nivel del combustible "j H la altura toral de! cepósito. Po r tanto, a ñadiendo L /H a ia ec uación ( 3 ) !a fórmula completa se transforma en Cp

=.::... H (K -

1) C 4

(4)

En la Fig. 13.5 se muest ra el circuito de un siste ma básico de med ici ón, Está dividid o en dos secciones por una resist enci a R: ambas sec ciones están conect ad as e n serie co n el d evan ad o sec unda rio d e u n t ransfo rmado r de ene r aí a. La sección A co ntiene el co nd ensador de d epósito C T y . por co nsiguiente . p uede co n33'1

SIST EMA DE ME DI CI ON BAS 1CO

Limite del deoó sit o

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Po tenció me t ro f

Figura 13.S.-Circuito de un sistema básico de capacit ancia de medició n de co mbu stib le. .

siderarse como el circ uito det ecto r de l pu en te, pue sto que detecta los cambios de corriente debidos a las variaciones de capacitancia. El voltaje Vs de l circuit o de tecto r permanece con st ante. ' El circuito A, que puede consider arse como el equilibrador de l puente, co ntiene un conden sador de referencia CR de val or fijo, y está conectado al transformador ví a el cursor de un potenciómetro de equilib rado, de mo do que el voltaje Vs sea variable. El po tenciómetro de equilibrado va dentro de l indicador junto con un motor bifásico que acciona el cur sor del po ten ciómetro y la aguja del ind icador; La fase de refe rencia del motor está activ ada continuam en te por el transformador de , energía; la fase de control está conectada al amplificador y sólo es activada cu ando hay una condición de desequilibrio en el puente. El amplificador, qu e se basa en las técnicas de circui to de estado sólido , tien e dos etapas principales: una para amp lificar la señal pro du cida por el desequ ilibrado del puente, y la o tra para discriminar la fase de la señal qu e se suministra al motor. Consideremos la operación d el circuito completo cu ando se extrae combustib le de un d epósit o llen o, Inicialmente, y en el nivel de depósit o lleno constante, la corriente de det ección ts es igual a la corriente equ ilibra dora Ie ; por tanto, el pu ent e está equilibra d o y no se produce ningún vo lt aje de señ al a través de R. Cuando el nivel del combustible desciende, el condensador tiene menos combustible a su alrededor; por con siguiente, la capacitancia añadida (C F ) ha disminuido, La capacitancia de la unidad de tanq ue o depósito dismin uye, así como t ambién la corriente dedet ecci ón [s, la cual crea un a condició n de p uente desequilib rado con la corriente equilibrado ra [8 predominando a través de R . ,'. 333

1 ;\,lE Dl C10 N DE L."_ C ANTiDAD y F L: J:iO DE CO MB U ST :B L ;<:

.:i. través de R se c csarrolla un voltaj e de s eñal propcrc.o nal a IBR, el cual es amplific.uio y su fase d e tect ad a an te s C:e ser apiicadc j la fase de co n tro l de; merar del mdicador. La se i';a l de salida :5 un impulso de m edia onda que e S característico de los transistores en les circuitos discriminacores, y, con ei ~Ül de convertirla en una senal de c nda completa. se conecta un conde nsado r en paraielo con :;J devanado de control . Tumb ién hay un condensador conect ad o en serie CO:í'J. el dCVJ.r:.:'l:O de referen cia pa ra fo rrnar lo c ue se denomina un circuito resonaru . . . serie ¡=-"<': "-'" circuito , ·,'~·'~ (.,. l , r ~ I ,r~ ''' ''' s 1'J '~ -~ ,-" 9 n ° ce ',as co rrie ntes en v <, -' '-'-.... ambas fases, la corriente G11 lu fase de contro l en avance ":) retraso con re soe cro a la fase d e ,eferenc:a según qué cir cuito parcial cid circ uito rot al de p J eñte pre domine. EJ1 la condición que estarnos co nside-rando, ;-: Tcdo m ina la co rri ente equilibr adcra: Dar consiauicnte . i:l c·6 r::ien re d e la :'Jse .ie control va retrasada con resoec:o '11"c. 'de ,..,.,t>· -:-'-' ~l"'·l·:>t nac iendo uu e ",1 ro !-" v' '-t .\.,. ...." motor y '1· curso r d el ooterciómet J:--' de cquilibr:ldo sean accior.acos en u na direcció n tal que la corrente equilibrado ra lB disminuya . -'1..- ....

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Cuando la corrie n te ls es igu al a la corrien te Is . el puente vu elve el estar equilibrado, d motor deja de girar y la aguj a del ind icador señal a el nuevo valo r más b~o ,

Efect os de los cambios de temperatu ra del combusti ble Con lo s cambios d e temper at u ra) el vol u men, la de nsidad y la permit ividad r ela tiva d~ los combustibles varían apro xim adam ente como se mu est ra en la F ig. 13.6, qu e es un gráfico d e los ca mbio s aprox imados que Tienen lugar en una masa de combust ible d ada . En esta figura se o bservará que está t razad o K - 1, puesto que , para un sistema d e m edi ció n que mid e la cantidad d e combustib le por vo lu men, el movimien to de la aguja d el indicado r d e pe nd e dir ect amente de. esto . T ambié n debe o bserv arse que; aunq ue vari a en ia misma forma que la de nsidad, el camb io de po rcen taje es mayor. Po r lo t an to, un sistema de medición volumétrico estará sujeto a un pequeñ o err or d ebid o a las variaciones de la tem per at u ra del combustible. Adem la variacio nes de K y la de nsidad t a mbi én se produc en e n tipos diferen te s ~. co rnbustible que te n gan la mism a t e m peratu ra. Por ejem plo ) sistema de medición

¡'I

i -, i ,,\1 "

o Temperatura en

3 34

+55

Figura

13. ó.- Ef~c to s

de la temp eratura en las ':a· racterfsticas del combustible.

Y1 EDi CION DE LA CA NT ID A D DE COMBUSTIBLE POR PES O

q ue está graduado para un valo r K de 1, 1 tiene un fact or de graduación de l .l - 1 = l, l . Si se usa el mismo siste ma para medir una cantidad de comb ustible que te nga un valo r K de 2,3 , el facto r de graduación hab rá aumentado a 1,3 y el erro r en la ind icación será apro ximadamente

~ X 100 - 100 %= 18 % 1,1

esto es, el indi cad or seña lar ía un 18 %de mi s.

MEDlC ION DE LA CANT IDAD DE COM BUSTIBLE POR PESO

Un mé todo más út il y exacto para medir la can tid ad de combustib le es hacerlo e n términos de su masa y peso . Est o se debe a que la pote n cia total de sarrollada por un motor, o el trabajo que efect úa durante el vuelo , no depende del volumen de l combustib le sino de la energ ía q ue co nt iene, es dec ir . del núm ero de moléculas q ue puede co mb inarse con o x íge no en el morar. Puest o q ue cada mo lécu la de combustible pesa algo , y debi do también a q ue una libra de combust ible tiene siempre el mismo número d e mo léculas sea cual fuere la temperatura y, po r consiguiente, e l volumen, el número total de moléculas (energía rotal disponib le) se averigua mejo r midiendo el peso to tal del combustible. Para hace r est o, es preciso co nocer el volumen y la densidad de l combustible y de te rminar el producto de los dos. Po r consigu iente, el dispositivo de m ed ición debe ser sensible a lo s cambios d e vo lumen y densidad co n el fin de eliminar lo s efecto s ind esea bles debidos a la temperatura. Esto es evide nte si se considera el eje mplo de un depósito q ue cont enga 1.000 galones de co mbustible, co n una densidad de 6 lb/galón a la temperat ura normal, Al m ed ir esto vo lumé t ricamen te debemos o bten er, desde lue go, una lectu ra de 1.000 galo nes y una medición de mas a de 6.000 libras. Si una elevació n d e temperatura aumentase el vo lumen en un 10 %, ent onces la medició n volumétrica sub irí a a 1. 100 galones, pero la medición de masa permanecería en 6.000 lib ras, ya qu e la den sidad de l co mb ust ible (p eso/volumen) ha b r ía disminui do cuand o aumentó la te mp erat ura. Para graduar me didores en términos de ma sa de combusti ble, se supo ne qu e la re lación en tre la perrnitividad relativa (K) y la densidad (P) de una muestra dada de comb ustible es co nstante. Esta rela ción recibe el no mb re 'de índice capacitivo y se defi ne po r

K- l p Un sistema medidor calibrado según esta expresió n sigue suje to a errores de indi cación, pero son m ucho más redu cidos: Esto puede d emostra rse con un segun do ej emp lo. Su poniendo qu e el siste ma está m idiend o la cantidad de un comb ust ib le de K n omin al = 2,1 Y densida d nominal p = 0 ,77 9, ento nces su índice capacit ivo es

2,1 - 1 = 1,41 2 0, 77 9 335

I , ;

i ~

~IEDICIO!'i

DE LA CAN'T'IDAD y FLUJO DE COMBUSTIBLE

Ahora bien. si el mismo sistema de medición mide la cantidad de ano cornbustib ie para el cual los valores nominales d~ K Y P son -=.3 y 0,85 respectivamente entonces su índice capacitivo aumentará asf:

1,3 -- 1• = l.529 0,35 Sin em bargo. el porcentaje ce error es ahora 1,529 X \00 100 "= 1,41 2 -f'

<¡ .

..... .0

y ésta es la cantidad que el in dicador debe señalar de m ás.

SISTEMAS DE

~lEDICl ON

COMPENSADOS

Aunque la relación constante supuesta entre perrnitividad y densidad resulta en una red uc ció n del erro r del in dicado r, las pru eba s sobre las propiedades ce los combustibles han mostrado que, mientras que la capacidad vana entre un co mbustible y otro, esta variación tiende a seguir la perrnitividad. Por tanto, si un siste ma de medición puede detectar también los cam bios de la perrnitividad de un combustible cuando se aparta de su valor nominal, entonces la densidad puede est imarse con mayor exactitud, io qu e da lugar a una reducción aún mayor de los errores de indicación. Por consigu ienr e, los sistemas de medición qu e 'S e usan actualmente son del ti po co mp en sad o en permi tivid ad o de nsidad estimada, efe ctuándose la co mpen sació n po r medio de un condensador de refe renc ia añadido al circuito de eq uilib rado del circ uito med idor y en paralelo con el condensad o r CR , segú n se mu est ra en la Fig. 13.7. La construcción de un co mpe nsador es similar a la de u na unidad de tanque o depósito está nd ar y suele ir instalada en el fo ndo de una unidad par a asegurar que el compensado r esté siempre sume rgido en como: --ib le. Al est ar situado de esta forma, su capa citancia se determina solamente ~ la perrn itividad, o valo r K, del combustible, y no por su cantidad COGO en e.. caso de la unid ad de tanque . Además de al voltaje variable, e l circ uito de equilibrado también estará sujeto a capacitancia variable. lo que significa que la corriente de equilibrado ls , así corno ia corriente detect ora i s estarán afectadas por las variaciones de K. Supongamos que el circuito de puente (vé ase la Fig. 13.5) está equilibrado y que una variación de temperatura del combustible hace que aumente su valo r Unidac ce

ceoósuo

Al potenciómetro

ce ec uíubr¡c

Co I 11

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"- n- J CCOMP {f ondo de! c eoó suol

336

_ Figura 13. 7.c-Co nexí ón de¡ cir cuito del con d ensador co m pensador.

SITUACION y CüNEXION DE LAS U>llDADES DE TA..'iQUE O DEPOSITO

K. La capacitancia de la unidad de tanque o depósito aumentará y por eso pre dominará la co rrie nte Is para desequilibra r el puente y enviar u n vo ltaje de señal al amplificado r y fase de co ntrol del moto r. Est a seña l te ndrá tal valo r y fase que se preci sará un au mento de co rrien te del lazo eq ui lib rado r para eq uilibrar el puente; el motor de be accionar el cu rsor del po t en ció me t ro de eq uilibrado para dis minuir la resistencia. Pue sto que ést a está en direcció n hacia la co nd ición de " depó sit o lle no", es evidente q ue el indicado r regist rará un au me nto de la cantidad de combustible. El aumento de K , sin embargo, aumenta tambié n la capacitancia del compensador, de modo que la corriente lB del circ uito eq uilibrador aumenta sim ultáneamente con el au men to de la corriente l s del circui to de tector. pero en oposición. Por consiguie n te, se obtiene una condición de pue nte eq uilibrado que es independiente del po te nció met ro de equi lib rado . En la prác tica, sigue habiendo una in dicación de error debida al hec ho de que la de nsidad var ía con la temperatura, y ésta no se mide di re ctamente. Pero el po rcentaje de aumento de densidad no es tan grande como el de K - 1, Y así, median te una cuidadosa selección de los valores de capacitancia del co mpensada r en conjunción con la cap acitancia de referen cia, se red uce al máximo el error de medición to tal.

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SIT UACION y CONEXIO N DE LAS UNIDADE S DE TANQUE O DEPOSITO En los sist em as de ind icación de can tidad de co mb ustible tipo cap acit ancia hay varias unidades de ta nque o depósito coloca das d entro de los depósitos de co mbustible, según ¡:uede verse en la Fig . 13.8 ; estas un idades están co nectadas en para le lo a sus in dicad ores respe ctivos. Su obj et o es asegurar qu e la indicación pe rmanezca igu al, sea cual fue re la po sición de vuelo de un avió n y sus depósitos, y en caso de oscilación d el combustible. Est o puede entenderse conside ran-

Decósnc na 4 Unidad de depósito estándar Indicador de niv el

Un idad compensadora

Figura 13.8 .- Situa ció n de lo s detectores de los depós ito s.

337

.\1EfJlCO:\ DE L A C.-\....'¡'WAD y F LUJO DE CO M3USTIBLE

.:. 0

u n sistema ce de s unidades como el que se muest ra en la Fi g. 13 .9 . Si el d epósito esta medie :~e !10 yen po sición horizontal, cada unidad de tanque tend rá una capacit ancia d e la mi tad de su. valor m áximo. y pu esto que eST J n conectad as en ourale!o . la cap acitan cia Iot2.1 m ed ida c ro c ucirá una indicaci ón " sern illenc". C{l:lf~do - : de pósiro está indin ado . y ':0 :.:0 ,=1 nivel ce cornbust ib ie es el mismo. 1:' unidad A. Queda rn ás surnerzida er. d ccrnbustible co r ~a di stancia d v gan a c.gu na capacitancia, te:1ciendo '3. hacer que el :ndica¿cr lea de más. Si; embargo. la- unidad B se ha salido del co rnbu stiole la misma d ist an cia a y pie rde u na can tidad igu al de cap aci ta ncia. Por tanta , la cap acitancia to tal sigue siendo 1:.1 misma q ue en La 'posició n horizont al del depó sit o y la indi cació n no vari a .

Fi gura 13. 9.- Com pensació l1 de posición.

En la mayoría de los casos, las unidades de tanq ue o de pósit o est án diseñadas pa ra montarlas int ernamen te , y sus conexiones se sacan a tra v és de terminales en las paredes d e los dep ósitos. En los sistemas de .iepós üo s de algu nos aviones pueden inst alars e .ambién unidades rr .tad as en bridas. En la Fig. 13.10, en (a) y UJ). se m .iestra una unidad d e tanque t í pica est andar y una unidad co m pensad ora. respectivamen te. Los tubos so n de aleaci ón de alu rnin io separados por pasado res tran sversales de aislamien t o, Las conexio nes elé ctricas se hacen a través d e conec to res co ax iales mo n tados en un so port e fijado a un manguito de n ylo n sujeto a la pa rte superior del tubo ex te rio r . Dos manguit os más de nylon, iJTIO en cada ex treme, están sujetos 3.1 n .oc. y :l .:ad ~ ma nguito va unido un anillo d e go ma . El ob jeto de los .rnillcs de goma ¿s mante ner la unidad en su posición en los herrajes de so po rt e dent ro del depósit o. La unidad d e refere nc ia del co m pensa d or const a d e t res tubos co ncént ric os sep ar ado s po r botones aislantes; d e los t res tubos. 21 ex terio r act úa co mo un filt ro ce tierra.

Unidades de tanque o depósito caracterizadas Los dep ósitos de combustible de un avió n pueden ser u nidades independieny en las secciones centrales. O pue-

:es diseñadas para su inst alaci ón en las alas 338

SITUACION y CONEXI ON DE LAS UNID ADES DE T..l..NQ UE O DE POSITO

Figura 13 .l0.-Unidades de depósito. a) Unidad estánd ar: L e-Anillo de goma. 2. -Mangu ito de nyl on. 3.-Tubo ext erior. 4.-Tub o interior. 5.-Anillo de goma. 6 .- Manguito de nylon. 7.-Pasador transversal de aislamiento. 8.-Sop orte . 9.- Conecto r co axial en miniatura. b ) Unidad compre so ra: l. -Anillo de goma . 2.- Manguito de nylo n. 3.-Tubo ex terio r. 4.-Pasador transversal de aislamiento. 5.- Anillo de gom a 6.- Tubo interior. 7 . ~ M an gu itos de ny lo n. 8.- Unidad de referencia. 9.-Soporte. IO.- Cone ctor coaxial en miniatura.

den fo rmar una sección hermética integra l de estas pa nes de la estructura. Por consiguiente, esto qu iere decir que los depó sitos deben variar en contorno pa ra adaptarse a los lugare s elegidos, con el resultado de qu e el nivel d e combustible se establece desd e puma s de refere ncia variables. La Fig. 13.11 representa el con torno de un depósito situ ado en el ala de u n avión, y, como puede verse, los niveles de combustible desd e los pu n tos A, B Y

8 =

Niv el en A

N ivel en B L-

Figura 13. 11.- Depósito de co mbustible no lineal.

[. _ _ -

1-- -

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Niv el en

1 33 9

MEDICl ON DE LA CANT I DAD Y F LU JO DE CO M BUSTIB LE

e no

son los mismos. Cuan do en estos puntos ha y unidades .Je tanque. 12. cap a-

citancía total se:-:.i la su m a de .os tre s valores óife rer..t'2s \~ebido8 al comi.usrible { C F"i. '/ ,.:01110 la s unid ades Di-a d u c en el mismo cambio de -:ai:::acitJDCia '::'arac~~d2. pLll~a(.i8. de longitud a n egada, las escalas del .ndi cador no s~crjn 1::¡.:;alE:s, ~::1 cerrespo ndcncia con 1<: car act cr ist ica r;o lineal del co n torno del d ep ósit o .

LJ.s variaciones

:10

line ales del nivel de ccmbustibie son inevit.ib les, pero lo.')

erectos e n la separación d e la ~ r3.dLlació:l de la ,-:: sc.t1a d el indicador pUede COiTl pensarse di se ñando unidades de . an q u e qu e mi da n los ca m b ios de (:apélcüanda

proporcionales al con to m o del de oó sito Las unidades de tanc.:e Ea lir.. cales así d isefl,-ldas se llam an unidad es de tcnaue curaci erizadas; lc arándose el efe cto re-

querid o alt e rand o el di ám et ro del d~ c[r()do ce ntral o varia ndo el área de SLl superfi cie conduct ora e n vari os puntos de su longit ud, para ad a p tarse al contcrno del c:t'pósitc. Ajustes de las po siciones vacr o y Hen o Con el fin de q ue la aguja j~ un ind icado r funcion e en toda su gam a ent re los dos punto s de rererencia principales que correspo nden a las condiciones d e d epósito vacío y lleno , es necesario eq uilib rar dur an t e la ca lib r ació n la corrient e y el voltaj e de circuit os de d et ecció n y eq uili br ado d el cir cuit o t o t al en est o s puntos d e re fere ncia. Esto se co nsigu e conecran do do s poten cióme tr o s caH U Olados manualm ente en el circuito seg ú n se m uest r a en la Fig. 1 3 .1 2 . El poten cié me tr o de "vac ío" est á conect ad o e n cada extremo al t ransfo rm ad or d e alimentación y su cu rsor está coneerad o 3. las u nid ades de t an q ue a través de u n condensad or de equilibrad o . Cuando u n depósit o está vaci o, to dav ía seguirá circuland o corriente a t r av és de la s unidades de tanque debido a L1 capacitancia de" vac ío de las mismas. El cu r sor del potenciómetro de equilib rad o tambi én estará en su posición de vací o , pero puesto qu e está a tierra en este punt o, no circulará corrie nt e por el condensador de referencia. Sin embargo, circula co rrien te por el condensador de equilibrado , siendo función de l pot e nciórnetrc de vacío neutralizarla. La señal de equilibrado procedente d el pot enciómetro se envía al <:F'l? lificadof, cuya se ña l de salida lleva el indi cad o r y el servomotor a la po sici. ,.:,e vac o. El aj us te d e llen o pued e considerarse u n me di o para cam biar la po sic ión del punto en el po te nciómetro d e eq uilibrado en e i que se encue n tra el volt aj e de eq u ilibrad o para cu-alquier cantidad dad a de comb ustib le, y t am bién par a deterPot enciómetro c e 3j~St.e Cc no ensecc r de Umcac de o eo ósito "vec ro eovuibra do ~ " :( ..-o j' I rI

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Figura 13 12. -Ajustes de "vacío " y " llen o ;' "

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IND ICADORES TOTALIZADORES DE CAN TIDA D DE COMBUSTIBLE

minar la caida de voltaje a través del potenciómetro de equ ilibrad o. En la Figura 13.12 puede verse que, si el curso r del potenciómetro de lleno está colocado en el fondo, el voltaje del secundario del transformador de lleno se aplicará al potenció metro de equilibrado . Con el curso r en la parte sup erio r, se in tro duce resistencia en el circuito, de forma que se aplica un voltaje meno r al po tenciómet ro de equilibrado. Por consiguiente, puede variarse la distancia que el curso r del potenció metro de equilibra do necesita moverse para desarrollar un voltaje de equilibra do dado . Circuitos de prueba y a prueba de fallos Si hay u n fallo de la salid a pro ceden te de un amplificad or, es posible que no haya respuesta a las señales de error y equilib rado; para te ner la seguridad d e qu e un pilo to o un mecáni co no es engañad o p or un ind icado r que pe rm ane zca fijo en algú n valor de canti dad de co mbusti b le, el sistema de med ició n lleva un circu ito a p rueba de fallos o un circuito de pru eba. Un circuito tí pico a prueba de fallo s co nsta de un co nde nsador y una resist encia , conect ados en el circui to del motor del indicado r, de mo do qu e la alimentación del devanado de refe re ncia sea puest a en parale lo al devanad o de control Una peq ueña corrien te desfasada en avance circul a siemp re po r el circuito en paralelo, pero en cond icio nes no rm ales de operació n del siste ma es suprimida po r las señales de la unid ad de ta nq ue que flu yen a tr avés d el de vanado de control del motor. Cuando est as señales cesan debido a un fallo, predo mina la corrie nte del circuito en paralelo y cir cula por el devanad o de control para mover la aguja lent am en te hacia abajo a la po sició n de vacío . Un cir cu ito de prueba lleva un interruptor mon tado adyacente a su indicador ap rop iado . Cuando se mantiene el interrupto r en la posició n de "prueba" se introduce en el deva nado de control del moto r de l indicador una seña l que simula una condición de depósito vacio, haciéndo le accionar la aguja hacia cero si el cir cuito es operab le. Cuando se sue lta el interruptor, la aguja volverá a su indicación o riginal. INDI CADO RES TOTALIZADO RE S DE CANTIDAD DE COMBUSTIBLE

En diversos tipos de aviones de transporte púb lico, el sistema de indicació n de cantidad de combustible lleva un indicado r ad iciona l conocido como " to tali. zado r de combustible ". En la F ig. 13.13 pued e verse u na presenta ción típica en esfera, y en ella se observará que los con tadores digitales no sólo prese nta n la cantid ad to tal de combus ti ble que que da, sino t ambién el peso to tal de l avió n. El indicador est á co mp uesto básic ame nte por una red de resiste n cia apro piada al sistema del avión parti cular. que t iene un número de can ales igual al de indicadores primarios de cantidad de co mb ust ib le. Cada canal recib e un voltaje de señ al de un indicado r prima rio, y la red de resist en cia apo rt a corrientes de ac uerd o con la can tidad de combustible que rep resent a cada voltaje, y lue go suma las corrientes pa ra rep resent ar la can tid ad total de combustible que queda. Por tanto, cualq uier cambio en el voltaje de señ al de uno o más de los indicad ores primarios, prod uce un camb io propo rcional en la " corri en te de cant idad de

. 341

MEDICJON DE L\ C..lo.. i~TIDAD y FLUJO DE CO MBUSTIB LE

l 1

Fi gur a l .3., J .- :n dlcJ.do r to t alizado r. (P Qi cc rtesta de Sm iths ln custries.)

! combustib ie tot al" . y un cesequiu ono de las condiciones d el cir cuit o q ue mue'le ~ i contador ":'1 valo r correspondiente. El contador ce peso t o ral. qu e se preajusta pa ra que indique el peso del avión antes del vue lo. est á también co nect ado .11 sistema de indicadores prim arios de cantidad de combustible, pero de tal fo rma que cu ando se consume corn bust ible, el contador indica continuamente un peso IOt2l ,':ec:-ecienre. SISTEMA DE LLE NAD O POR CORT E VO LU!vlET RlCO En algunos avion es hay un sistema deno minado " llen ad o po r corte volumétrico" ("VTO) que fu ncio na en combinaci ón con las unidades dete ct o ras de los depósitos del sist ema prim ario de indicación de cantidad de co m busti ble. La finali dad del VTO es terminar autom áticamente una o per ación de llenado de u n depósito a un nivel de co mb usti ble preest ab lecido, permitiendo co n ello cargar de comb ustible el máximo voi um en y el espacio de e xpansión co rre cto en el de pósito. Cae ep ós ít c neva un sist ema independien te, que est .i compuesto por una u nidac .:e lle nado por corte volumétrico, una unidad compensadora y un conjunto de unidades de depósito que son compartidas con las del SiSt 2 ITI:l ":e indicación primario. La salida de la unidad de llenado por corte vo lu m érrico se suminist ra a la válvula de cort e del sistema primario. Du rante 13.s operaciones de llenadc, el sistema ~ e indicaci ón pr .rnaric i"e~ist:-2 la cantidad de combustible e ~ aurnenrc en las unidades de masa normales, ~I las señales co rr espo ndientes se aplican a un circuito de puente en la unidad VTO. l as señal es del compensado r del VTO est án en re lació n cen la cap acidad del depós ito en unidad es volumé tricas. '! ést as 5 ~ aplicar: t ambién ~l cir cuito de puente , ~l cual compara en t on ces ambas señales. La sc ñai resultant e 3e amp lifica y en vía a tr avés d e un circu it o de co nmut ac i ón de est ad o sólido para activar la válvula de corte de repost ad o cu and o se alcanza el nivel de llenad o nominal . o volumen . del depósito de co mbustible. La calibr aci ón de todo el siste ma VTO al volu men de "depósito lleno" nomina l deseadc se realiza ajustando la corrie nte a t ravés d el compensador de l VTO de modo que se co rresponda co n la corriente to ral de las un idades de tanqu e o depósito en ~i nivel de cort e partic ula r. 34 2

PANELES DE CONTROL DE F.EPOSTADO

PANELES DE CONT RO L DE RE POST ADO En los grandes aviones, la pos ición de los indicadores prima rios de cantidad de comb ustib le está bas ta nte alejada de los puntos de repost ad o del avión , haciendo que el pe rso na l de tierra encuentre dificultades para sup ervisar la operació n de reposta do. Ade más, la cantidad de com bustible cargad o debe man tenerse dentro de los lími tes aceptables de exactitud para evitar llevar combus t ib le que no se desee. Pan solucionar estos prob lemas, se inst alan paneles de co nt ro l aliado de los puntos de repostado . En la Fig. 13.14 p uede verse un panel que se usa en conj un ció n con un sistema de llenad o por co rt e volumétrico. Los indic ado res están conectados en los mismo s cir cuitos d et ectores que los ind icadores primarios, proporciona ndo así u na in dicación duplicada de la can tidad de combustible dura nte la op eració n de repo st ad o. Los inte rrupto res debajo de los indicadores controlan las posiciones de sus válvulas de repost ado de los depósitos respectivos.

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Figura 13.14. -Pa.'1el de control de repostado .

Si se necesita un a carga parcial de comb ustible, se vigilan los indicadores; cuando se ha cargado la can tid ad desead a, se cierran las válvu las de repost ad o m ediante el interrup to r de la válvula apro piad a. Sin emb argo, cuando se precisa una carga má xima de co mb ustib le, las válvulas Se cierr an aut o mát icame nte por la acción de cierre del VTO y en la forma desc rita en la página 34 2. Al té rmino de una operació n de repostado , el panel de control se cierra con una pue rta qu e actúa también como un int errupto r que aisla toda la energía eléc t rica al sistema de repost ado. En la Fig, 13. 15 se mu estra otro tipo de panel de control que se u sa actualmen te. En este caso, la cantid ad de combustible que Se necesit a se selecc iona en lo s con troles de lím ite de carga antes de accionar los interrup to res de las válvulas de repostado. Cada co ntro l de lími te de carga tiene u n dial graduado de forma aná lo ga a los de los indicadores pri marios de cantid ad, y un mando y aguja ajustados manualmen te. El mando va acoplad o a un po tenció metro que, junto 343

\í~Dl C10 N

DE LA C A:VT ID.,D y FL\JJ O DE COMBu:;;r S L2

Figur a !3.15.-Panel de co ntro l de límite de carg a de com bust ibie.

COn el potenc ió metro de reequilibrado del indicado r prim ario respect ivo , forma parte de un cir cuit o de pu en te. Cu ando se selecciona la carga de co mb us tible ne ce saria. el po t en ciómetro d e co n tro l d e ca rga estable ce cierto nivel de voltaje de señal en el circ uito de puen te y activa un rel é d en tro del control de carga . Los con tac tos d e este relé est :ín también en el circ uito de contro l a la válvula de repostado. Cuan do e l de pósito an ro piado esté lleno, el pote nc ió met ro de reequ ilib rado en el in dicador primario cambiará las condicion es d ~ vol t aje de señal d el cir cuito de pu en t e hasta que, a un valo r in fe rio r al establecido po r el pote nci órnet ro de con tr ol de carga, u n cam bio de po larid ad hace q ue el relé se desactive y por ello se cier re la válvula d e repostado . MEDlClON DEL FLUJ O DE COMBUSTIBLE Al analizar los dise ños d e los sistem as de me dici ón de fl ujo de ccrnb ust ible se enco nt rará que qu edan comprendidos den tro de dos grJ.~OS princip ale s: (i) flujo d e combustible independiente , y (ii) in legrado. Se usa n varios tipos y no es posible de t allad os to d os. No obstan te, se ha eleg ido un sist em a q ue puede co nside ra rse represen tat ivo de ca da g!UPO para ilu st rar las aplicacion es de los req uisit os y principios fu nda men t ales.

Sistema indep endie nte de riuj o de co mb ust ib le Est e sistema consta Ce un tr ansmiso r y un indicado r y precisa 28 voltios de corrient e con tin ua pa ra su fu ncio namiento.

El rrunsrniscr, mostrado en la Fig. 13.16 , tie ne un cuerpo fu ndi do con conexio nes d e e n trad a y sali d a ';TI co mu ni cac ió n co n u na cá mara de medición en ro rma de espiral q ue co n tiene el conjun to me didor. Este último co nsta de u na paleta medidora pivotada de fo rm a q ue pu eda des plazarse ang u larm en t e bajo la influenc ia de ! comb ustible que pasa por la cám ara. Ent re el bo rde de la paleta y

34 4

~I E D I C ! O N

DEL FLUJO D E COMBUSTIBL E

Figura 13.1 6. -Visra en corte de un transmisor de flujo de com bustibl e de pale ta girato ri a. U nida d medidora

calibrado

la pared de la cá mara se fo rma una peq u eña separació n, la cual, a causa de la form a en espiral de la cám ara, aum en ta de área cuando la paleta se desp laza de su posi ció n cero . La variació n del área de la separa ció n contro la el régimen de desp lazamiento de la paleta , que es más ráp ido en los regímene s de t1ujo men ores (se paració n más estrec ha) que en los m ás altos. Por lo tanto, su funció n puede compara rse co n un compen sado r de ley cuad rática de l anem ómet ro , que, como se re cordará, es un dispo sitivo para abrir una escala indicadora. La paleta está montada en u n eje qu e va en do s coj inete s p lanos con casquillo, uno en cada ta pa que cierra la c ámara de medició n. En u n extremo, el eje sob resale a tr avés de su coj inete y lleva un imá n anular bipolar qu e forma parte de un aco plamiento ma gnét ico ent re la palet a y la unid ad de transmisión eléctrica. En est e sist em a partic ular la unidad es un po tenció me tro de precisión ; en alguno s diseños pued e utilizars e un sincro de corriente altern a. El eje del poten cióme tro (o sincro) lleva un imán rect o bipo lar que está sit u ado en el in terior del im án anular. La inte racció n de los dos campos propo rcio na un "cierre magné ti co " , de modo que el cur sor del po te ncióme t ro (o rotor del sincro ) pueda segu ir cu alq uier des plazamien to angular de la paleta de medición sin fricció n. El otro extremo del eje de la paleta de med ición sobresale ta mb ién a través de su cojin ete y su punt o de fijación para el e xt remo int eri o r es u n mue lle de con tro l calibrad o especia lme nte . El e xtremo exterior d el muelle está suje to a un a p laca de disco que puede ser girad a po r un piñó n que engrana co n los die ntes cortados en la perife ria de la p laca. Esto pro porcio na el ajust e de la to rsió n de l muelle dura nte la calibración d el transmiso r. Cualqu ier tendencia del conjunto med ido r y del elem ento de t ran smisión a oscilar en condiciones de regímen es de Dujo está tico es ven cida por un sist ema de amo rt iguac ión de líq uido, siendo el líquido el mismo co mbustible. El sistema co mprend e un a cámara de amo rt igu ación q ue co ntie ne un co nt rap eso y u na paleta CIrc ular que están sujeto s al mis mo ext remo del eje de la paleta de medición q ue el mue lle de control. La cámara de am ort iguación está sujeta a uno de los lados de l cuerpo del transmiso r, y, ex cep to po r un pequeño orificio de pur345

ME Dl ClüN DE LA C\NT1DAD y FLUJO D E COMBUSTIB LE

ga en una placo ob tu radora cir cular, est á separada de lo cám ara ce me di ción. El propó sito Jel o rificio es. desd e luego. dejar que .:: corr.ousrib le llene :2. cámara tic a mo rt.guación y, de este medo . sumergir co mp.etamcntc el conj unte de contra peso . La eficacia de l siste m a d e amort iguació n :10 Se ve influenciad a por el flujo d e comb usti ble . L7 n ta pó n roscac o en la tapa exterior de la cám ara de a mo rti guació n facilita el d renaje de cc rnbusrible lie dicha carr.ara. La co nst ru cción cel mdicac o r e S sencilla. ,~ s t ;j comp uesto po r un milia mper met ro d ~ bobina mó vil que lleva un a sola J.:;uj8. que Se m u eve sob re u na escala zruduada en galones, libras o !:ilo 2ramos Dor llora. Las se riales al mi lia mperfrnetro Se transraiten olía un arnoiificador ( r:.i~sistoriz3.GO uue tamb ién va den tro de la caja del indicador, En los s-istemas que emplean :.ansrrü sión síncrona, !J aguja del indicador es accionada por el ro to r un sincrorre ceptor. í -

Funcionamiento Cuando el co m bu stible co m ien za a flu ir a través d e la tu ber ía de aliment ación p rin cip al, en tra en el cuerpo del t ransm iso r y at raviesa la cámara de m ed ición. Al hacerlo así. desvía la paleta medi d o ra de su posición cero y tiende él llevarla alrededor d e la cámara , Pues to q ue la palet a está ac o plada al muelle calibrada, este último se opondrá al mo vim ien to d e la paler a. d eján do la q ue adopt e sol amente una pos ición an gular en la que la tensión del mue lle est é e n cualquier instante equilibrada co n el régimen de flujo de co m b ust ible. La paleta. -a través del me dio del acoplamien to de cierr e m agnético, hará t a mbién qu e el cu rso r de l potc nci órnct ro sea desp laza d o ; con un volt aje con tinuo constan te a travé s del potencióme tro . el voltaje en el cursor es dire ct am en t e proporcional al flujo de combustible. El voltaje es aliment ado al amplifi cado r, cu ya co rri en t e de salida acc io na la aguja de l mi liamp er ím ct ro para que indique el flujo de combustible. En un sist e ma que e mplee sincros, el fl ujo de corriente debido a diferencias d e la oosici ón an gul ar de los rot o res accionará el rotor del sin cro del indic ad o r d irect am en te a la- po sición nul a y, por ello , hará que la agu ja de l in di cado r se ñate el fl ujo de combustib le. En el tip o d e tr ansmiso r co nside rado tam bién es necesario propo rcio nar una d erivació n para el comb ustible en caso de agarrotamien to de la pal et a o algu na o tr a obst rucció n q ue pro d uzca un aume nt o de p resió n en el lado de en trada. En la Fig. 13.16 puede verse que la válvula es de l t ipo sen cillo cargad a po r reso rt e in co rp orado ~ n la cámar a de med ición. La t ensió n del muelle se ajusta de modo que la válvula se leva nt e de su asien to y deje que el com bustible n o pase oo r la cám ara d e medició n cu ando la di ferencia d e presión a t ravés de dicha cámara pasa de 2,.5 lbf/pulg.! -

SISTEMA AfORADOR INTEGRA.DO Podemos d efi nir el sistema aforador in tegrado corno aqu él en el q ue el demen to que in dica el combustible consumido está combinado con el requerid o para flujo de comb usti ble, pe rm itiendo as í que se p uedan presentar am bas cantid ad es e n un solo instrumento ,

346

SISTEM A AFORA,DOR INTEGRADO

Para realizar est o es necesario incluir en el siste m a un dispositivo q ue dé d irectam en te el combustible consumido en un período de tiempo del ré gim en de flujo du rante ese mismo pe riodo. En otras palab ras, se necesit a un int egrado r de tiempo para saber el combustible consumido en la relació n de régim en de flujo de comb ustible/tiempo . Tal disposi tivo pu ede ser mecánico, formando parte integral de un mec ani smo in dicado r, o, como en los siste mas afo rados elect ró nicos, una et apa divisora especial den tro de l ampl ificado r o inclu so una unidad integrado ra comple tamen te in dependiente . A co nt inuación se est ud iará un siste ma típico al q ue se ap lican los principios de funcio namiento. El sist ema consta de tres unidad es p rinci pales: transmisor de flujo, relé elect ró nico o calculad o r, e indicador. Su fun cio namiento se basa en el principio de q ue el par necesari o para acelerar un fluido a una velocidad angu lar dada es un a med ida de l régi men de flujo de la m asa de flu ido . La velocida d an gu lar, que se imparte por medio de un im pulso girato rio y un t am bo r, estab lece u na rea cción para realizar desplazamientos an gulares relativos entre el impulso y el tambor. Los selectores inducid os detecta n los desplazamientos en té rminos de im pul so s de señales pro porcionales al régi men de flujo y los su ministra, a tra vés de l amplificador/c alc ulado r, al indicador. El t ransmisor, q ue se mu estra esq ue máti camente en corte en la Fig , 13.1 7, co nst a d e un cuerpo de aleac ión de alu minio q ue co ntiene una cámara de m edición de flujo, un co njunto de impulsor accionado por motor, y un conjunto d e bobina ind ucto ra mo nta do exte rio rme n te . El co nju nto del im pulsor está co m puesto de un tambor exte rio r q ue es acc ion ad o a t ravés de un acomp lam iento 12

Flujo de __ combus tible

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Al interruptor biestable tr anststo rizado

Figura 13.17.- Transmiso r de flujo de co mbustib le de un siste ma inte grado tí pico. 1.- Turbina. l .-Paso de fluido . 3. -Eje. 4 .-Cuerpo de aleación ligera. 5.- Paso de fluido. 6.- Imp ulsor. 7.-Muelle rest ricto r. 8. - Conjunto selecto r. 9.- lm anes. IO.- Conjunto selecto r. ll. - Acoplamiento magnét ico. 12.- Roto r.

347

;vi"2DiCON DE L A CA.NTIDAD y FLUJO DE COMBUST1BLE

magnético y un engranaje reductor. por un mo tor síncrono , :; un im p u lso r que incorp ora unas paletas ¿2 ra impart ir velocid ad an gular al combustible que fl u ye 3 trav és d e la cámara de me d ición El tambor y el impulsor están acop iados por un muelle lineal calibrarlo. El mo tor va den tro .de un tam bo r t'i jo en el extremo de er.trada y gira el im pulsor 3. iJ.'¡ J velocidac constante. El ei ta mbor fi jo hay ¿;lietJ.s de cnd crcz arncinto para eliminar cU3.1q uie r velo cidad angular :1:.3. presente en el combustib le an tes Je que pase por : 1 conj unt o d e impulsor. Cn. asp ecto :J t cner cn cuenta en. ·~1 uso de un acoplamiento m agnético entre ,:-; 1 motor y 21 co nju nto de impulsor es que elimina los inconvenientes relacionados con las junt as dé cie rre gir atorias. El moter y su engranaje d e accio na mie n to est án aislados d el comb us tible al estar encerrados en una cám ara que está evacuada y lle:1J d ~ un gas i nc rte an tes del sellado. C ld a uno 0'2 k s dos conjuntos de selectores constan de un imán y un indu c.cr ce núcleo de !lierro. Un imán está ajustado al tambo r exte rio r mi entras que el otro lo está al imp ulsor, proporcionando así los p unt o s d e refe ren cia angular rzqu erid o s, Los imanes están situado s de modo que e n condiciones ue rlujo cero estén alineados efec t ivam en te. Las bobin as están sit u adas en un compart imi ento eléctrico en el exterior lid cuerpo d el transmiso r, junto con un id ad es transistorizadas qu e amplifican y conmutan las señ ale s in du cidas. El calculad or efect úa la función d e p ro porcio nar la energ ía a lo s diversos circuitos dd sist ema, det ectando el número de im puls o s pr oducid o s en el transmiser, y calcu lando e integrando el régimen de flu jo de combustible y la cantidad de co mb ustib le con su mido . Co nst a d e varias etapas inter conect ad as en tres secciones d istint as, según se muestra en el d iagram a de bloq ues d e la Fig. 13 .18 . Las etap as d e las seccio nes 2 y 3 const an de transist o res y sus co nd ensad o res de acop lami en to asociados a resis t encias. La se cción de alimentación de en ergía (1) controla el vo ltaj e y la fre cue ncia de la alime ntaci ón al mo t or s íncrono del trans miso r, y co nst a de un t ran sfo rm ad or) de un os cilad or de cris tal transist orizad o, de un a salida y de un idad es arnp lificadoras de energía. En el di agr am a se observar á qu e la sección '2 se compone de tres etapas : inhibid o ra, discriminadora y divisora. Las funciones resp ectivas de las t res et ap as son : suprimir todas las señ ales d el t ran sm isor por debajo d e un cierto régime n de fl uj o; con t ro lar o discriminar las seña les de imp ulso s pro ced e nt es del osciladOT de alim en ta ció n de energía ; p rod ucir señales d e salida prop o rc io nal es al r é-

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Figura 13. 18.- Sist em a med idor de combustible in tegr ado .

348

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SISTEM A AFORADOR

lNTEGR.~DO

gimen de fl ujo verdadero ; proporcio nar el fact or diviso r de tiempo y los im pulsos de salida q ue rep resentan la masa uni taria de combustible consu mido. La sección 3 t amb ién se com po ne de tres etapas: comparadora de se ñales, mo dulado ra y servoam plifi cad ora. Las funciones r espectivas de est as tr es et ap as son: comparar las seña les de salida del transm isor con las señal es de base de tiempo reali mentad as des de el indicador; combin ar la salida del comp arado r co n corriente alterna de 400 Hz Y producir una nueva salida ; propo rcionar una señal de accio namient o al dev anado de control del servo motor de l indicad or. El ind icador em plea un a secc ió n de indicació n de flujo que con sta de un servomotor de 400 Hz qu e acciona un a aguja y un curso r de potencióme tro a través de u n tren de engranajes de redu cción. El dev anado de referen cia del mo to r recib e un volt aje alt erno co nst an te , mien tras que el d evanado d e co nt ro l recibe sus señales del servc amplificado r del calculado r. El po tenció m etro recibe corriente co ntinua y su cursor está conectado elé ctricame nte a una secc ión de base d e tiempo transist orizada, también dentro del ind icador. Las señales de salida del tr ansmisor se in troducen también en la secci ón de base de tie mpo vía u n potenció me tro preajustado que forma parte de la etapa co mparadora de señales de l calculado r. La diferen cia en tre la base de t iempo y los voltajes de las señales de fl ujo de com busti b le indi cado se envía al servo mo to r , q ue entra en fu ncionamiento para reducir el voltaj e de erro r a cero y co rregir así el flujo de combu stible indicado. La secció n de co mb usti ble consumido de l indicador const a de un contador digit al de 5 ta mbo res accionado por so leno ide y un amplificado r de im pul sos. El amp lificado r recibe un impu lso de la etapa divisora del calculador para cada masa unitaria de co mb usti ble consumido :; env ía su salida al sole noi de, el cual avanza los tamb ores del co ntad or apropiadamente. Para reponer el contad or a cero se facilita un botón de reaj u st e me cánico ,

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Fun cionamiento Cuando se co nec ta energía eléctrica al sist ema, el motor síncro no en el transmisor se po ne en funciona mien to pa ra acciona r el conju nto de impulsor a una velo cidad consta nt e. En co ndicio nes de flujo de combustible cero, los imanes de los co nj un tos de selecto res est án alineados efectivame nt e, au nque en la práctica ha y una pequeña diferencia angular est ablecida p ara mant en er una desviació n q ue representa un régim en de fluj o m ínimo espe cífi co . Esto se indi ca en la Fig. 13.l 9(a ). Cuando fluye combustib le a través de la cám ara de med ición de l transformador, e l co njunto de impulsor giratorio y tambor imparte una velocidad angular con stante al combustible, y pu esto que los dos están in terconectados po r u n mu elle calib rado, se crea un par de reacción que alt era el desp lazamiento angular entre el imp ulsor y el tambor, y sus ima ne s correspo ndie n tes . Est e desplazam iento angular es proporcional al régimen de !lujo. En las Figuras 13_1 9(b) y (e) puede verse el des p lazami en to para regímenes de flujo de combu st ible de cru cero y máxi mo. La po sició n de cada imán la det ecta su propia bobina select ora ; los impulsos prima rio s inducidos cuando cada imán se mueve más allá de su bo bina so n enviados a la etapa diviso ra en el calculador (véase también la Fig. 13.18). La salid a de esta etapa se envía al dev anado de control de l servo motor del indicador a t ravés de la secc ión 3 del calculado r, y la aguj a d el indicador es accio nada pa ra 349

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Figura 13.19 .-0peracion de los select ores del tran sm iso r. a) Fl ujo de com bu stible C:::IQ - A, Dos bobinas se lectoras (una de trás de la otr a), B, e, Imanes, D , Tope ( da desvia ción de 3:1 5V ) , Angula de decalaje en el qu e am bo s tamb ores giran jun to . b ) Flujo de combustible de cru cero. e) Fluj o máximo de com bustib le.

que indique el fluj o de comb ustible. Al mismo ti em po , el mo tor acciona el cursor del potenciómetro, pr od ucien do una se ñal q ue :: 5 realiment ad a a la etapa co m parado ra de seña les y ca mpar ad el co n la salida producida por el tran smisor. Cualquier seña l de diferen cia resultant e se amplifica , modula y amplifica en en ergía para acc io nar el mo tor del in di cado r y la aguja a una posición que señale el régimen real de t1uj o de co m bust ib le. La etapa divisora de l calculador t ambién ut iliza las senaies del tran smi so r para pr oducir señ ales de " tiem po " de im p ulso s par a la opera ció n del co n tado r de combustible co nsu mido del indi cado r. En cada revol u ció n sucesi . a del conj un to im pu lsor cid t ransmiso r se a ñad cr; impulse s y se dividen po r una relación sele ccionada, y se suminis tran luego al contad or co mo un im pulso por cadu kil ogr amo o lib ra de com bust ib le consumido . PREGUNT AS 13.1.

Describir la co nstrucció n y operación de un indicador de canti dad de combu stible tipo flotad or con el que se esté familiarizado .

PRE GUNTAS

13. 2.

Ex plicar e! princip io de fu ncionamie nto de u n condensador y relac io nar los fac to res de los que depende su cap acitancia .

13.3 .

Defin ir a) las uni dades en que se ex presa la capacitancia, b ) la perrnitividad .

13.4. -a) Explicar cómo la corri ente altern a ap licad a a un conden sado r hace qu e Huya corrient e a t ravés de él. b) ¿Cu ál es el término u tiliza do para expresar la relació n voltaje/i ntensidad? 13.5. Dar la fó rmu la para calcu lar la capacitancia to ta l de un circu ito que co nte nga: a) condensado res en serie, b) co nde nsado res en paralelo. 13.6 . a) ¿Cuál de las variables de cap acita ncia se utiliza en el sist ema de cantidad de co mo bustible tipo capacitancia? b) Desc ribi r la construcció n de una u nidad típica de tanqu e o depósito . 13.7. Dibu jar un circu ito de u n sistema de indicació n de can tidad de combus tib le tí pic o tipo capac itancia. Explicar el principio de fu ncio namient o. 13.8 . a) ¿Qué efect os tienen los cambios de te mp eratura en los comb ust ibles utiliza do s? b) Explicar có mo se co mp ensan en u n sist ema de indicació n de cant ida d de co mbu stib ie. 13.9 . Explicar por qué es necesario insta lar varias unidades de tanq ue o depósit o en un depósito de combustible. 13.10 . ¿Por qué es prefe rible que los siste mas de indicación de canti dad de co mb ustib le mi dan el peso del combustible en vez del volu men'? 13.11. ¿Cuáles son los ajust es prop o rcio nados no rma lme nte en un sistema de indicació n de cant idad de co mbusti ble tipo capacitan cia'? 13.!:?. Explicar la funció n de l interru pto r de pru eba incorpora do en algun os sistemas de indicaci ón de can tidad de combust ible. 13.13. Ex plicar brevemente có mo puede indicarse el co mbustible to tal remanente. 13.14 . ¿Cuál es la finalidad de un sistema de "llen ado por co rte volumétrico"? Describir brevemente la op eración de un sistema de est e tipo . 13.15 . ¿Po r qué existe n pan eles de cont rol de repostad o en algunos tipos de avión ? 13.16 . Descri bir un mé todo de co ntro l de re postado. 13.17. Describ ir la co nstru cció n de un indicador afor ador de co mbu stible y explicar el prin cipio básico de operació n. 13.1 8. ¿Cuál es la fu nción de la válvula de derivació n cuando se instala en ciertos tipos de afo rado r de co mbust ible? 13.19 . a) ¿Qué es un sist ema aforado r int egrado?

b) Describir un método para lograr inte gració n.

351

. .~ I

1 -'1, . Instrumentos de potencia y control del m otor

LJ »otencia de los motores de é mbolo. de los tu rbo rreactores v de los turbo:l0:;(;~s :i~ refiere a la can tid ad .ie e mpuje disponible pa ra propulsión y se expre5<1 come poten cias nominales en u nidad es de pctencía al treno 0 JI eje i bhp ó <np l en ~l ~je ;.i~ una !'iélic~ o en lib ras de empuje en el tubo J'~ chorro. LJ.S po te nc ias nominales c e caua uno de íos diversos tipos de moto r se .ieterm.nan du rante 'as pruebas ue calibración en el banco de orueb as. realizad as 00 : el fabricante para varia s condiciones de operación tales co rno d esp egue, sub icLl y crucero no rm al. Por eje mplo . el empuje de régime n de un moto r tu rborreacter ~n despegue pu ede limitarse a cinco minu tos a una tempe ratu ra de la turbina de 795 oC. Esto no quiere decir, desde luego: que ~I mo tor se vaya 3. desinteg rar de pron to si se re basan est o s lím it es, pe ro si se ha ce con frecuencia es evidente que se le sometera a esfuerzos indese ab les que llevaran al deterioro d e sus panes in te rna s viral es. 4

Por consiguiente, todas las potencias nominales se est a ble cen co n vistas 3. alargar la vida de tos 'm otores y a revisiones más espaciad as de lo s mism os. Po r lo ta nt o, es necesario que lo s m o tores cuen ten con instru me n tos para la indicació n de la pote ncia que d esarro llan. En la Tabla 14.1 se relac ionan los inst rum ent os aso ciado s con la indica ción de pote ncia para los diverso s tip os d e m o tor. Ta bla 14.1. -lnstrumen tos de indicación de pote ncia Tipo de motor Indicador

Embolo

Turborreactor

- - -- - --,-- - - - -\-- - - - - - - - - - --i Sin sobreai ímentacíón T acó metro

Sob reaíímentado

Com presor centrífugo

Tur bo h élice

Com presor de ,'7u¡o axial

Flu jo de com bust ible Presió n d e ad misión Presió n de torsión

Tempe rat ura .íe los gases l e escape

- - - - - - - -- - -!--- - - - - - - - ; - - Relaci ón d e presión

Porcentaje de empuje

x Ó

x - ---i,---- - -

¡!i IND ICA DO RES DE POTEN CIA PARA MOTO RES A LTERNATIVOS

INDI CADOR ES DE POT ENCIA PARA MOTORES ALT ERNATIV OS La po tencia de un mot or alt ern ativo no sob realimentado está relacionada d irectarnen te .co n su velocidad; po r eso, con la palan ca de gases en un ajuste co rrespondien te . un sistema de ta c óm e tro (descrito en el Cap ítulo 10) sirve también de ind icador de potencia. Sin emb argo) con el motor sob realimentado entran en escena parámetr o s adi cio nales : el fl ujo de combustib le, el aumento de presió n pro du cido po r el sob re alime ntador en el colector de ind ucc ión y , en algunos moto res, la presió n del t o rsi órnetro o la presió n media efec tiva al fre no (b mep) . Por ta nto. 13 potencia la vigilan cuatr o instrume ntos. Como en el Cap ítu lo 13 y a se analizaro n los in dicado res de flujo de comb ust ible , las desc ripc ion es que figur an a co ntinuació n q uedan limitad as a los tres ins trumentos rest an tes. Ind icadores de presión de admisión Los indica dores de presión de admisión son del tipo de lectura dir ect a y están graduados para med ir la presió n absolu ta en pulgadas de mercurio. Antes de co nside rar un ejemplo tí pico, será útil expo ner breve mente el principio general impli cad o en la sobrealime nt ación de un mo tor de avión. La salida de potencia int erna de un mo tor de combustib le dep end e de la densi dad de la me zcla de co mbustib le y aire introducida en sus cilin dros en la parte de l ciclo de 'operación cono cida co mo la carrera d e aspiración . En esta carre ra. el émb olo se mueve ha cia abajo en el cilindro, se ab re una válvu la de entrada y la me zcla co mbustible/aire, o carga preparada po r el car burad or, entra en el cilin dro como consecuen cia de u na di ferencia de pre sió n que actúa a tr avés de él duran te la carr era. Si, por ejemplo, un moto r está func ionando en co nd iciones atmo sféricas qu e correspo nden a la presió n al nivel del mar estándar de 14 .7 lbf/ pu lg.' , y la presió n del cilindro se reduce a, digamos, 2 Ib f/pulg.' , entonces la dife re nc ia de presió n es 12,7 lb f/p ulg.' ; es esta diferencia de presión la que " emp uja" la carga den tro del cilind ro . Un mot or en el que ' 13 carga se induce de la fo rma citad a se dice que está asp irad o no rmalme n te; su carac terí stica so bresalien te es que 13 pote ncia qu e desarrolla desciende u niforme mente con la dis min u ción de la presión at mosférica. Esto pu ed e en te nderse co nside rando un segu nd o eje mplo en el qu e se supone que el motor está ope rando a u na altit ud de 10.000 pies. En esta alti tud , la presión atmo sférica se reduce en un a cant idad que es alre dedo r de un tercio del valor al nivel de l mar. En cada carre ra de asp ira ción las presio nes de los cilindros dismin uirá n en la misma propo rción ap roxima da mente. Por tan to , ten emos u na f resión de alrededor de .¡ O lb f/p ulg.' circund an do el mo tor y l l l? lb f/p ulg. en cada cilin dro , dejándonos con un poco más de 8,5 lb f/ pulg.' para " empuj ar" en la carga út il. Esto quier e de cir que a 10.000 p ies sólo entra en los cilin dr os un tercio de la carga req uerida , y puest o q ue la potencia está regulada po r la can tidad de carga. sólo po de mos espe rar un tercio de la potenc ia desarro llada al nivel del ma r. Esta limitació n en la actu ación a gran altitud de un mo to r norma lme nte aspirad o puede su perarse aum en ta nd o art ificialment e la presió n disp on ible de forma que se man tenga en tod o lo po sib le un valo r al nivel del mar en el sistema de 35 3

! ~ S :-R'JME:"iTO S

DE POTE NCIA Y CONTROL DEL

MOT O ~

aspiración. ~ : proceso para lamenta !" 1:1 presión y la densidad de carga recibe 21 nombre ~i,: soorealimentacion, y el dispositivo e-npiec.ic es, efectivamente. una fo rrr:a rebuscada de bomba centr ífuga de aire instalaca entr e -= i carburador y ios cilindros "/ accionada por el cigueñal dei motor J través de Uf: ~1J.g::-:lnaje multi p lic ador. Bombea dando al aire u na velocinud muy alt a , q ue se ve reducida

grad ua lmen te cuando pasa por los álabes .i ituscres y una vol u ta: La rsducci ón (:,: veloci da d d a el aum e n to de p resión req uerid o. Para medir la pres ión de so br ea li me nta ci ón entre gada po r d sobrea lim en tada r y obtener as: una indicac ión de po tencia .iel motor, se nec esi ta tene r un indicador :;\le se ñale la p re sió n absoluta. En !a Fig . 14 .1 pue de ve rse un indica.ior t íprcc que funciona po r este principie. El eleme nto medido r se compone de ":05 tueiles, uno abie rto al colector de aspiració n y e l O(~O ev acuado y sellado. En el interior Jd fuelle sellado va ins talado un muelle de ..:o n tr o l ; la d istensión de ambos fuelles se transmite J la aguja J ~~1vés .iei mecanismo US:"'lJJ .ie palanc.i, cuadra nte y piñó n. En la entr ada JI fuelle J Oie'IO va situ a do LI n filtro; en est.i entr ad a también hay u na restri c ción para su avizar cualq u ie r aument o d e p resi ón . Cua nd o se ad mite presió n al fuel le a bierto , éste se ex pa n de ha cie n do q ue la aguj a se mu eva so bre la escala (gr adu ad a e n pulgad as de mercurio ) e in di q ue una var iación de presión . Cu a ndo la a lt it u d aumenta. el fuelle ti en e una te n denCl2. :J expanderse .iemasiado porque d d esc enso de la pres ió n atmosférica q ue ac túa sob re ~! Iad o exte rio r d el mis mo ofrec e m en os oposición. Sin embar go. esta tendencia se ve contr arrestada por el fuelle se llado . q ue de te cta tam bién la var iació n de la pr es ió n atmosfér ica pero se expan d e c Il la dirección op ues t a .

Fi gu ra l a . Lc- Indicador de ad m isió n de presión t ipico.

354

I 1

IND ICADORES DE POTENCIA PARA MOTORES AL TER:'-l A TIV OS

Así pues, se alcanza una condición en la que las fuerzas que actúan sob re cada fue lle so n iguales, anulando lo s e fect o s de la presió n atmosférica : de este modo , la presión de admisión se mide direc tam en te contra el mue lle.

1 r t

In dicad ores de presió n de torsión Estos in dicadores com pleme ntan las indicac ione s de potencia o btenibl es de los tacómetros y los indicadores de presión de admisió n midien do las presione s crea das por un sistema de to rquímetro, interpre tándose dichas presiones como potencia disponib le en el eje de la hélice. El siste ma de to rq uímetro form a pa rte del mo to r mismo y suele estar integrado co n el co nju nto de en granaje de re ducció n entre el cigüeñ al y el eje de la hélice. La co nstrucc ió n de un sistema depen de del tipo de motor, pero en la mayoría de los casos la operación se basa en los mismos principios: esto es, la tendencia a girar de alguna parte del engranaj e de red ucción su fre la oposición de los émbo los que fun cionan en cilin dros hidráu licos sujetos a la caja de engra najes. El principio se mue stra en el dia grama de la Fig, 14.2 .

Engranaje anula r fijo

Engranaje anu lar fijo I

•

;.;

Eje de hélice

Cigüeña l Engranajes p lanet arios

,<',, )==="'=== == \.,.

Ind icado r de presión de to rsió n

====

~ D irección en la q ue el engranaje

anular t iende a qij-ar »>------- Dire cción de rot ació n del cigüeñal

_ _ _ D irecc ió n de ro tació n del eje de la hél ice

Figura 14.: .-Principio del torquímetro.

Los cilindros reciben ace ite de l sistema de l moto r' a través de u na bomba espec ial de ro rqu ímetro, que abso rbe las cargas debidas al movimiento de lo s émbo los. Por tan to , el aceite está suje to a presio nes que so n propo rcionales a las cargas o tor siones aplicadas que se transmit en al sistema de ind icac ión de presió n de torsión, que suele ser normalm ente de l tipo síncrono de in dicación a dista ncia . La potencia al freno se calcul a mediante la fó rm ula siguien te:

BHP = pN/ K 355

[NSTRC ME::'iTQS DE POTENC A y CONT R O L DEL MOTO R

.ionde p es la presión del aceite . .V la velocidad (rev .rrnin.) y K una constante de! torquime tro derivada de la relación ¿~I en granaje de re d ucci ón . b longitid .íei c ruzo de tors ió n y ~~ número y área de los émb olos.

!NDlC.'. DORES DE POTE;'iCL-\ PAR.-\ \IOTü RES TüRB OH E LICES Los motores turbohélices son similares . en :0 que a potencia se refiere. a los grandes motores de émbolo so orea.imcnradcs: la mayor parte de la Llena pro ~ u ls o r;J. 'a produce .a hélice :,,- únicamente una part e muy pequeña procede del em p uje del reacto r. Po r consiguiente, llevan inco rpo rado un sistema de to rq u met ro e in dica d or de presión cu v as lectur as de or esión de ac eite so n-una indicació n de la po ten cia :1'1 eje . El i~dic a d o r de presión del to rquune tr o se usa en co nju nció n con lo s indicaccr es de tacó metro y de temperatura ue los gases de la turbina. El sist ema de in dicación empleado está re gulado po r el tipo particular de meLar, pero actualmente se utilizan dos sistemas principales -:UYOS princ ipios de operación se basan en los métodos de transmisión Desynn y sincro de corriente alterna. í

Sist ema Desynn de indicación de pr esión de to rsión Este siste ma opera bajo el prin cipio de Desynn de pla ncha descrito en la pág. 243 Y se usa en los mola res tur bohélic es Rolls-Ro yce Dan. El transmiso r, mostr ad o en la Fig. l 4 . 3 ~ .íene elemen tos mecá nico s y eléc tricos igual q ue los o tros sist emas Desynn. El elemento me cánico consta de un tubo Bo urdon cuyo extremo ab ierto está conectado po r un tu bo f1exible a la tu ber ía de alim en tación pro cede nte de la bo m ba de aceite del torquimetro del m o to r . El extr emo lib re del tubo Bo urdon est á co nect ado a las esc o billas del elemento el éctri co a travé s de u n sector dentado y piñón. Un a uni ón mo n ta da adyacente a la conexión de presió n prin cipal est á conectada 3. un tu bo capilar aco modado dentro del tub o Bourdcn y permite el san grado del sist ema. El transm iso r está mon tado en un a mo ntura antivibració n especial : el conju nte co mp leto está sujeto al mo t or. Co n el mo tor en tuncion amiento, la presión pr oaucida en lo s émb olos del sist ema de to rqu íme tro es detectada por el tub o Bourdo n, cuyo ext remo libre se dila ta para cam biar J.sÍ el rad io d el tu bo. El sec tor y el piñ ó n amplían el movirnien to del extremo lib re y hacen q ue las escobilla s gire n sobre la resistencia deva na da en plac a. Las co rri en tes resu lta nt es y .:1 campo ma gnético prod ucido en el est aro r del in dic ado r sitúa n el reto r y la aguja p<1[1 L-;, u ').:"'1d~que:1 la presió n de to rsió n en una es fer a gra .i uada de O a 600 lbij pulg. l , Du rante la operació n. y debido J !3S pulsaciones de presión de l to rq u írnetro, pu ede hab er ciert a fluctu ació n de la aguja, pero esta fluc tu ación queda limit ada a 30 lbf/ pulg.? en cualq uie r lado de un a lectura de presión de torsión media. Sistema de sincr o de indicación de presión de to rsión Este sistema es u na a p lica ción de! principio de sin cro de co ntrol de co rriente alterna (véase la pág . :48 ).

356

INDICADORES DE POTENCIA PARA MOTORES TURBOHELICES

Conex ión de sangradc

1 1-

Conexió n de

presión de aceite Elemento Desynn tipo rodaja

T ubo Bourdon

Figura 14. 3.- Transmisor de presión de torsión Desynn.

Corno pued e verse en la Fig. 14.4, el elemento mec ánico de un transmisor de presión de torsión sin cro es mu y parecido al del tipo Desynn de plan cha. Sin emb argo, el tu bo Bourd on , el sector de ntado y el piñó n están dispuestos para acc ionar el rotor de "u n sincro CX. El transmiso r está diseñado para m on tarlo dir ectamente en u n motor y está conectacc al sistema de torq u íme tro pOt tubo t1exible. ' El indicador consta de un sin ero CT co nectado al CX de l sinc ro del tra nsm isor, u n amplificador de tr ansistores de dos etapas, un servo motor bifásico y dos agujas montadas concén tric amente accionad as a través de u na caja de engran ajes. La aguja más pequeña in dica cien to s de lib ras y gira al paso del ro tor del sincro, mientras qu e la más grand e gira a diez veces su velocidad . Cuan do el tu bo Bourdon detecta un camb io en la presión del sist em a de to rsiómetro hace q ue el ro to r CX gir e e in duzca un voltaj e de señal en su estato r que se transmite lu ego al estator del sinc ro CT en el indicador. Esta señal da lugar a un cambio de dirección del campo magnético resu ltante con respecto a la pos ición del rotor CT , induciendo así una señal de voltaje de error en el ro to r. La señal de error se envía al amplificador, que det ermi na su direcció n, esto es, si resulta de un aumento o disminución de presió n, la amplifica. La señ al am plificada se ap lica entonces a la fase de con trol del servo mo tor, el cu al, a través de la caja de engranajes, acciona las agujas en la direc ción apropiada, así corno el ro tor CT hasta qu e alcanza una nu eva posició n nula en la que no se induce ninguna señ al más de voltaje de err or.

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iNSTR UME='iTOS DE PCTC:NCL\ y CONTROL DEI. :-'1CTCR S~ña '

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1 Vloto' 01iás'co

Fi gura 14.4. -Principio del siste ma de in dicación de pres ió n de to rsi ón tipo sin cro de con tr o l.

IN DIC ADORES DE POTE:-iClA PARA Y!OTO RES TDRBO RR EACT OR ES E n los m o t o res ru rbo rreac rores el número de instrume n tos que se necesita para vigilar la po te ncia depende de si el m otor em plea un compresor centrifug o o uno ax ial. El emp uje de u n mo t or de compresor centr ífigo es pr oporcio na l ap roximadamente a la ve locidad. de modo qu e el tacó m e tro y el in dicador de te mperatura de los gases de la tu rbina pu eden utilizarse para indicar empuje en el ajuste especific ado de la palanca de gases. El empuje producido po r un motor de compreso r axial no var ia ero ro po rción dire ct a a la velocid ad , calc ulá ndose los em pujes nominales de .o rrn a q ue pued en corre girse para las variaciones de te m per atura y presió n p.edorn inan tes en la entrada del compresor. Puesto que la presión de entrada del compre sor est á re lacionada con la presión de salida o desc arga en la tu rbina, ei em puje se de termina más exactamente midiendo la relació n entre :=St35 dos presiones. Est o se hace u tilizand o el sist ema de indicación de rela ci ón de pre sió n del mo tor o . en algunos casos, mediante un tr:.~ tc ad o r ce po rcen taje de em p uje en conjunción con los indica dores de rev .¡ ~~ . ) tempe ratu ra de los gases de la tur bina y flujo d e com b ustible. Sistema de indicación de relación de p resió n de! m o t or IEP R) Un siste ma EPR, en general, consta de una sonda de de tecciónde pre sión de entrad a del moto r) varias so n das detec toras de presión q ue pe ne tre n en la u n idad de escape de un moto r. un transmi sor de relación de pres ió n y un indicader. La inte rconexión de estos compo nentes, basada en un sistem a q ue se usa actu almente. se mues tra escuem át ícamente en la Fig . 1.1.5. 3 58

. -....

IND ICADO RES DE POTENCIA PARA MOTO RES TURBORREA CTO RES

1 ,

1.6

,---, I

l VDT

L-.

F ase de referencia

/ c olecto r

Sonda

ES:, 1 ,S.

n' ~ERA

P~, C f3

MEeS.

I N KAV;,(

RUl , 'it R.

O IRE CC ! O~

Figura 14. 5.-S iste ma indicador de relación de presión del motor.

La sonda de detección de presión de ent rada es similar a una sonda de presión pito t, y está montada de mod o que quede enfrente de la corrient e de aire en la en trad a de l motor o, en algun os grupos mo topropulsores, en el voladizo y en las proximidades de la entrada de aire . La sonda está pro tegid a co ntra la formación de hielo por una alim entación de aire caliente desde el sistema antihielo de l motor. Las so ndas dete cto ras de p resión de escape están interconectadas por tu berías que te rminan en un colector, pro media ndo así las presio nes. Una tubería desde el co lector y o tra desde la so nda de presión de en trada están conectadas al tra nsmisor de relació n de presión, que com pr end e un t ransductor detecto r de presión tipo fuelles, un tra nsform ado r diferen cial de volt aje lineal, un servo rno359

IN STRU MENTOS DE

PO T E ~ CI A

y CONTRO L D EL MO T OR

.or jifisico, un amplificador y U:; porencicmetrc. LJS [lidies del :=-~:lsducror est.in dispuestos en dos pa rejas er; ángulo recto / sopcrtados en un 3:-:n ;lz ó r. que, J su vez está sostenido en 'J~ conjunto de cuna y horquiiia. La cuna está ac o piada mecá r.icamente :.11 se rvornotor u ~ rJ\¡¿s de un tren de en granajes: la ho rq u illa est á ace ptada Ji nú cleo .íet tra n st'o r-nador d iferencial d e voitaje lineal. El ser vom o to r ac cio na ta mbi én 'Cl c ur so r d el potenció met ro que ajust a las se ñales d e voltaj e d e salid a al irul icado r EP R e n té rmino s d e ca mbi o s d e relación de presión, !:.~ indicador es del tipo servoaccionado, q ue es un a adaptación del indicador descrito en el Cap ítulo 10 (pá gina 2 63 ) . En algu no s sis te mas de reiación de presión del motor, el indicador puede se r de! tipo de escala ve rticalcinta mó vil. En .a Fig. 14. 5 se observará que la presión de e nt rad a se admite a Jos de le s fuelles cel tran sducto r y .a presión .ie los guses de escap e al tercer .uelle , rnientr as que el cu arto está evacu ado y sellado. De este modo , el sistema. jun to co n su ar .na z ón, la cu na y la h orq uilla . fo rm a u n sistema to rsional y equilibra d o r de presión . C uan d o se p ro duce u n ca mbio de p resión , di cho cambio o casiona un de sequilibrado en el sistema de fu e lles, y la resu ltan te de las fu erzas q u e actú an so b re el armaz ón .ie l tr ansdu ctor ac tú a sob re 1a ho rquilla de tal mo d o q u e pivota alrededo r de su eje A A (Fig . 1~ .Ó). La fl exi ón despla za el núcleo del transfo r mador d iferencial de voltaje lineal para ind ucir un a seña l de co r rient e alte rna que se umplifica y ap lica al devanado de cont rol de l servo motor. El moto r, J. través del tren de eng ranajes , alt era la se ñal de salid a dei poten ció metro al in dicado r, cuya aguj a y co ntad or di gital so n servo accionados para que in dique n la n u eva relació n de pr esión. Simu lt ánea mente, el mo t or accio n a la cu na del t rans fo rm ado r y las bo bin as del transduc to r diferencia! de velo cid ad lin eal en la misma d irección. que el m o vim ie nt o inicial de la ho rq u illa , d e forma que ei mo vim ie n t o rel ativo producido aho ra en tre dichas bobinas y e l núcleo comience a redu cir la señal al servomotor, hasta q u e fina lme nte se anule y el sistema se estabilice en la nueva relación d e presión .

In dicad or de po rce n taje de empuje En algu n os ca so s la po ten cia se vigila po r medio d e in d icador d e re la ció n d e presi ón de lect u ra d ir ecta , que CO I1l0 se obse rvará ::; 1 la Fi g. 14.7; in di ca la po t encia e n térm inos de po rcentaje de em pu je e n La gam a d el 50 JI 1 OO~~ . Ade má s, lleva u n d ispo sit ivo co n tro lado manualmente que p ermit e la co mpe nsació n de las variacio nes d e las in dicaciones de emp uj e en con di cio n es atmo sfé rica s ambi ente La compensación se realiza girando un botón que aju sta un contador dig ital (e n algunos in strumentos es posible que haya u n a esc ala ) que, al mismo tiem po, gir a el mecanismo comp leto y sitúa la aguj a en u n nu evo valo r d e referen cia e n la es fera principal. Ha bien d o reallzado esta com pensac ión, el instru me nto indic a no rm a lm en te el 1OO~ de empuje como un valor m íni m o d e d espegue en las con dicio nes me n os favorables para la a ctuación del motor. En condi cio nes más favo ra b les . la actuació n del mo tor pued e indica r un va lor de d esp egue mayo r d el lOO% de empuje . El co n tado r facilita in formació n de tres d ígit os . y cad a uno de su s n úmeros corresponde a una cond ición atm o sféri ca ambien t e ap ro pia da ob t en ida de las curvas d e actu ac ión trazad as para co mbinaciones esp ecí ficas de avión /moto r.

360

',' ~

CONTROL DE TEMPERAT URA DE LA TU RBINA

r ~ - --

•

LVQT

- -

- - l

Cu n a

L:: Presión de entrada

Evacuado

Presión de entrada

I I I

Armazón

I I

~~e....JL-~~"i1r_ p res i Ó n de

esc ape

j~ I

/ - - Ho rqu illa

I I I

I Servomoto r

.-J

Figura 14.6. - Transduct or de presión.

CONTROL DE THIPERATURA DE LA TURBI NA La potencia desarrollad a por un motor de turbina depende de dos fact ores princ ipales : del flujo de masa de air e a través de él y de la caída de temperatura. El flujo de masa de air e varía con la velo cidad de l motor y también con la densidad del aire, que, a su vez, se de termina po r la alt itud , la te mpe ra tu ra atmosférica y la velocidad d e avance. La caíd a de te mp eratu ra es la diferen cia entre las tem pe rat uras inmediatamente an tes y des pués de la turbina y, por consiguiente, es una med ida de la energía ext raída po r la turb ina. Po r tanto, es evidente qu e si la temp era tu ra de lo s gases en la entrada de la turbina se mantiene al nivel más alt o , la caída de te mperatura será má xim a y, de este modo, indicar á la extracción máxima de en ergía . No ob stante, hay una lim itación práctica de esta tempera tura provocada po r los efecto s so bre el ma terial de los álab es de la tur bin a y, po r co nsiguiente, so bre su vid a. Por esta raz ón. . se est ab lecen tem peraturas ó ptimas en las que se puede obtener poten cia máxima sin perj ud icar la integridad estructural de los álabes de la turbina ; las condi-

361

INSTRUME)iTOS DE POTENCIA y C')NT~OL DEi.- \10TO~

Figur a ~ .l . - . - i:i:. d ica d or ce porcentaje .ie empuje. 1.Eje oscilan te. :. ~ Brazo reguiador. :;. <Conexión de presi ón de la unidad de escape . -i.c-Ccnexíón .ie ?resión estática. 5. -Mudle .ie sebrecarga. á.c-Cdpsu !a. Muelle de sobrecarga. 3.Sector dentado. ?-Contador digital {referen cia armcsférica) . lO.-Botón de ajuste del con tad or.

cie nes de o peración se co ntro lan cuidad osamente para asegurar que no se reb a-

sen ta les límites. El contro l de las condicio nes puede ajustarse al nivel del suelo , pe ro en vuelo una turb ina debe operar en condicio nes vari ab les de tempera tu ra at m osfé rica, densidad y velocidad de avance, y com o ya se mencionó, estas variables de terminan el flu jo de masa de aire a trav és de la tu rbina. En co n dicio nes atmosfér icas dadas, el t1ujo ' de masa de aire 10 con trola la velocidad de l motor. y pa ra man tener la tempera tura m áxima de entrada de la turbina apropiada a est as co ndiciones. el flujo de co mb ustible moto r deb e contro larse de form a que se adapte al nujo de masa de aire. Este proceso de cont rol d el flujo de comb ustible se conoce generalme n te con el nombre de ajuste de combustible; este control puede efe ctuarse, según las instalaciones del motor panicula r, po r med io de un sistem a electrorn eca níco bajo el control directo del piloto. o mediante un sistema de co ntro l d e temperatu ra que supe rvisa automáticamente el flujo de comb ustible en respuesta a señ ales pro ceden tes de los termopares de! sis tema estándar de- medició n de la ternperatura de los gases ce escap e. .Sistema de indicación de ajus te de combustible Un ejemp lo de l método electromecánico es el ad o ptad o para ajustar el flujo de co mb ustible en ei motor tu rbohélice Ro lls-Royce Dart y q ue nos sirve de mo delo. Los flujos de masa d e aire y co mbustible se adap tan a la relació n proyec ta da , en el primer C:lSO, in terconectand o me cánicame nte la válvula regu ladora de

36 2

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1 1

CONTROL DE TEMPERATURA DE LA

T URB I~A

com bustib le con los co ntro les de rev./min. Esto da corno resulta do una tempera tura óptima de los gases de escape a cua lquier velo cidad selectada del mo to r. Para compensar los cambios en el t1ujo de masa de aire, un accionador acciona un mecanismo diferencial de pa lanca com puesta in co rporada co rno parte de la interco ne xió n entre la válvula regu ladora y los con tro les de rev./min . La ene rgía eléc trica al accionad o r se controla mediante un int erru ptor al alcan ce del pilo to ro tu lado INCREAS E (AUMENT AR) y DECREASE (D ISMINUIR) , indicando la condición de ajuste del flujo de combustib le que se necesita y, en consecuencia, el cambio de te mpe ratura de la turb ina. El piloto debe te ne r, desd e luego , algún medio para conocer en cuánto debe ajusta rse el flujo de combustible , y por eso se facilita un sistema de indicación de posición de ajuste de combustible para utilizarlo en co nju nció n con las tablas de posición de referencia o u n calcu lado r d e re feren cia suministrados por el fabrica nt e del mo to r. El sistem a de indicación consta de un trans miso r e indicador de posició n que funcio na median te el principio bás ico Desynn descrito en el Capítu lo 9 (pág ina 240). El transmisor está conectado mecán icame nte al acc ionador de aju ste o compensación po r me dio de un varillaje ad ecuad o a la instalac ión del motor y con ectado eléct ricam en te al in dicado r, qu e su ele estar montad o en el pedesta l de mandos d e la cabi na de vuelo . El porcentaje de aumento o disminución está re lacionado con la tempe ratura predomina nt e del aire y la altitud de presión, y se obtie ne de las tab las o del calcul ad or de posición de refere ncia. Cuando se ha selectado el valor requerido , el acc ion ado r se conecta de mod o qu e su eje se retraiga o ex tienda, dependien do de si se precisa un aum en to o una disminución de l fluj o de co mbustible. El mo vimiento del eje del accionad or sitúa la palanca de la válvu la regu lador a, a trav és de varillas d e con trol y de la palan ca compuesta diferencial que permit e el aju ste del combust ible sin alte rar el aju ste de los contro les de rev./ min . El eje del accionad or sitú a tam b ién las escobillas en la resistencia toroidal d el transmisor ; las com binacion es de volt aje pro ducidas así se su ministran a los devana dos esta tó ricos del indicado r. Puesto qu e el rotor del indicador es un im án perma ne nte, se aut oalí nea con el campo magnético resu ltante in ducido en el estato r y , al mismo tiem po , mue ve la aguja para q ue ind ique el cambio de ajuste de comb ustib le. ' Sistem a au tomá tico de contro l de te mpe ra tura Una evo luc ió n lógica del proceso de aju st e de co mbustib le, espe cialme n te debido a que es preciso mantener las tempera turas de la turbina dentro de unos límites especificados, co nsiste en utilizar las señ ales generadas po r los te rmopares del sistema está ndar de indicación de tempe ratura y dejar a éstos que realicen la funció n de varia r automá tic amen te el flujo de co mbustible . Los experimentos realizad os diero n lu gar a un amplificador espe cialmen te diseñado que, al estar conec tado a lo s termo pares, amp lifica las seña les produ cidas por encim a de una temperatura de referencia preselectad a y las su ministra a una servoválvula accionada po r so leno ide que, entonces, red uce el l1ujo de comb u stible para rest aurar la condició n de tempera tura de refe renc ia. En la Fig. 14.8 se muestra el diagrama funcional de bloques de tal am plificado r, el cual puede servir como base para la e xp licación de los siste mas de control de temperatur a actualmen te en uso .

363

I~ST? UM E:'-JTOS

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Figura 14.8. - Amp liticadc r au tom ático tíPICO de co ntrol de temperatu ra.

La fuerz a terrnoelec tromotriz se alimenta como una señal de entrada a un bloque de te rm inales en el amplificador, fo rman do los te rmi nales la unió n fría del siste ma de co n tro l. La compensac ió n de las variac io nes de tem pera tura en esta u nió n la efectú a un circ uito d e puente , un bra zo d el cu al varía su resi stencia con los camb io s de temperatura. Además de los termo pares, el circuito de puente también está conectado a una unidad d e vol taj e de refe rencia, cuya finalidad es inyectar un voltaje opuesto al de los termopares y qu e se corresponca con la gama d e tempe ratura de operac ión deseada del motor. Este voltaje está estabilizado CO í '. los cambios de voltaje y frecuencia de alimentación ( l ! 5 V, 400 Hz) y~. ernp eratu ra ambiente, y se selecciona mediante un select e r de tempera tura. La sec ció n de arn p iific aci ón tiene tr es eta pas p rincipales : las etapas 1 y '2 amplificadoras y una etapa de salida conectada a la v álvula de solenoide . Cuando el moto r funciona a la tem perat ura seleccionada, 1:1 fu erza electromotriz procedente del termopar · su i~ ~ la o po sició n de un vol taje igual de la unidad de vol taje de referencia, de fo rm a que no ha y nin guna ....:: ñ:.d de entrada :1 la e tapa 1 del amplificad or. Si la tempera tu ra de los gases de escape es infe rior :.11 valo r selecrado, el voltaje de referencia es ma yor q ue el de lo s te rmo pares y est o propo rciona una entrada de polarid ad inversa :1 la etap a 1. Sin embargo, es ta señal inv ersa queda bloqueada por una red conectada entre la etapa :2 y la etapa de salida , de modo que no se ob tiene ninguna cemente de salida. Cuando la temperatura de los gases de escape se eleva por encima del valor selectado, y ést a es la situación más cr ítica, ::1 voltaje que predomina es el de los termopares, Cuando este voltaje tiene la po larid ad correcta , la se ñal resultante

364

Po CONTRO L DE

TE ~IPERA T U R A

DE LA TU RBINA

se alimenta a las eta pas 1 y 2 y, después de su amplificación , a la válvula de soleno ide vía la etapa de sa lida. El voltaje opera de forma que se restrinja la alimentación de combustible al mo tor, red uc iendo así la temperatura de los gases de escape y la fuerza electromotriz de los te rmopa res hasta qu e una vez más se equilibre el voltaje de refer encia. La válvula de so lenoide queda ento nces libre y se restablece el flujo de comb ustible normal fijo. En la Fig. 14.9 se muestran gráficame nte las caracterí sticas de operación de un sistema t íp ico de co ntro l de tem peratu ra. En el diagrama (a ) se observará q ue, cuando la te mpe rat u ra alcanza el valo r lirnita d or. la salida de l amplificado r sigue aumentand o, alcanzando un valor máximo consta nte de spués de un pequeñ o aumento de te mpe ra tu ra de 8 aproximadamente . La carac terís tica de corr iente de so len oid e/Dujo de comb ustib le depende de l tipo de sistema de co mb usti ble qu e se emp lee, pero suele ser según se mu estra en (b ) , que in dica claram ente la dism inu ción de! flujo de co mbustib le cuando la corrien te de so lenoid e aumenta. Un a co mbi na ció n de (a) y (b) nos da la .característica fina l de co nt ro l mostrada en (e) .

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Tem pe ratu ra de

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Temperatura del termopar _

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Cons tante de ajuste del mando c e gases Corriente del solenoi de - - -

Figura 14 .9 .c-Caractensttcas de o peració n de un siste ma típ ico de con trol de te mperatura. a) Ampli fic ador. b ) Sistema de co ntrol de co mbustible. e) Caracterís tica de co ntro l combin ada.

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Temperatura de l te rmoPar - - -

365

INSTR UMENTOS DE ?OíE NC.-\ y CONTROL DEL MOTOR

"La caza " Je la válvula de solenoide que suscí.an a un flu jo de com bustible 'I '~ m p uj e dei motor flu crua ntes . se impide realimentando parte d e 12 corriente

de sali da a las etapas amp iificado ras, aumen tando, de este mo do , el retard o de tiempo. En la F:g. i .1. . i O puede n verse ejemplos c e 'a const rucción de dos .inidades t ípicas ,12 con ~;-o 1.

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Figura l J..10. - u-) y b) Uni dades de control de temp eratu ra.

366

lj 1

SISTEMA COMBINADO DE CONTROL DE TEMPE RATU RA Y REV .¡MIN.

SISTDIA CO-'IBINADO DE CONTROL DE TD1PERAT URA y REV./MIN. Este siste ma es un desa rr ollo más en el campo del con tr ol au tomático de po ten cia del motor, en el que el flujo de combu stible se regula com bin an do las se ñales de los termopares co n las su ministradas por un generador de tacómetro. En la Fig. 14.11 se mu estra un diagrama de bloques del siste ma. seretes de control

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Discriminador

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Del tr ansformador de alim ent ación

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A la válvu la o sol enoi de de control de combes tibi e

Amp lifi cador

R .P.M . de

re ferencia setectadas

Figura 14. 1 l. -Sistema típ ico de co ntrol de temperatura de rev./min.

El cana l de contro l de te mpe ra tu ra opera bajo el mism o prin cip io que el siste ma descrit o en los apartados ante riores; únicamente nece sitamos considerar, por tanto, el cana l de co ntro l de r.p .m. La salida trifásica de l gene rador de tac ómetro se sum inistr a a una secció n discriminadora de rev./min. que se compone de dos elem en tos, cuya fina lidad es proporcio nar dos voltajes independientes desd e la entrada del generador. Uno de los elemen to s es del tipo de resistencia, de forma que su voltaje es en gran par te independiente de la frecuen cia del generador, y el otro elemen to es del tipo d e reactancia, es decir , co ntiene con densadores y por eso su volt aje es proporcional a la frecue ncia y, po r consiguente, a la velo cida d de l mo to r. Estos dos voltajes se rec ti fican luego y se apli can en oposición al amplificador de l canal de co ntrol de rev./min .. que es del tipo d e dos et apas. Lo s voltajes pueden igua larse a cua lquier veloci dad dese ada de l mo to r me diante el ajuste del eleme nto tipo resist encia co n la ayuda de un selector. La salida del amp lificado r del can al de con tro l de rev./min. se alimen ta, a su vez, a la etapa de salida, que, como pued e verse en el diagrama, es com ún al canal de control de rev./ min. y al de co nt ro l de te mpera tura. En la velocid ad de refer encia selec tada, la corrie nte proceden te de la et ap a de salida es la corr iente estacio naria en el solenoide de la válvula de co mbustib le. Cuando la velocidad del moto r es inferio r a la referen cia seleccionada, un a red discrimin adora similar a la usada para el cana l de tempera tura supri me la señal del cana l de con trol de rev./min. Sin emba rgo , si la velocidad del mo tor se eleva po r encima de la refe rencia, predomina rá la salida de voltaje del eleme nt o reactivo de la sección discrimin ado ra .de rev./min. y pasará una señ al a la válvu la de so leno ide, la cual reduce el t1ujo de co mb ustible para restab lecer la condición de velocidad de refe rencia.

367

12"l S T ~üMENTOS

DE ?OTEN CA y CONTROL DEL YfOT OR

El circuito entre arribes cana.es de control est á GlsPÜ'::S(O de fo rma que la ·¡ál'/111:.:. de solenoide permanezca baje el control del canai de rev. min. has ta el momento en que la temperatura de los gases de escape rebase el ~íiTIit~ de rcfer:.cncia. cu an do el canal de control de temperatu ra con su mayor amplificació n anu la la señal d e velo cidad y asume el co n tr ol d ei flujo de co mb u stible pa r.: redu cir la tem p era tura d e la t urbina. La ut iiización ce este sist ema depende de la s ne cesidades de u n motor part ícular: por ejem p lo . puede necesitarse limitación de velocidad y te mperatu ra en una referencia fija C·Em:tJ.ción superio r") , o puede necesitarse que sea variable ('. control de alca nce" ). En uno y ot ro caso . se usan. selectores de datos apropiaLiC5 con los amp lificadores. Cn ejemplo de e-límite superior" se muestra gráficamente en la Fig , 14.1 2 Y está en relac ión con el ascenso de un avión desd e el nivel del suelo . En estas condiciones, la ve lo cidad .i cl mo to r es :::1 factor iirnit ador y se precisa pote n cia má xim a de despegue. La válvul a de sol en oi d e modifica e l flujo de co m bustib le

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Figura 14. 1"2 .-Lím it e máximo de te mperatur a.

I I 1, Altitud

para manten er rev .rrnin . constantes hasta que la temperatura de los gases de escape se eleve a su valor lim itad or. Cuando se alcanza est e lí mit e. el canal de temperatura se hace cargo to talment e y anula la acció n regu ladora d el canal de rev.rmín. . reduciendo así el flujo de combustible para evit ar que se rebase la temperatura de re ferencia. En la Fi g. ~ 4, 13 se muestra la const rucción de un a unida d represen ta tiva con su s tab leros de circ uito s internos aso ciado s. SI STEMAS DE SUPERV1SION E INDICA.CION DE V1BR.A.CION DEL MOTOR

: .;

La vib ració n del mo tor es. desde lu ego. algo q ue no se desea. pero desg raciadarn en te es algo que no pu ed e elimi n arse in clu so en les motores de tu rbina, que :10 tiene n panes altern at ivas . Unícarn ente puede red ucirse al nivel más bajo posible. No o bst ant e. duran te el fun cionamiento existe siempre la po sibilidad de q ue se pr oduzca vibraci ón su peri o r a los nivele s aceptables. co mo co nsecue ncia de cie rtas averías m ec ánicas , Por eje mplo , un ála be de turbina puede agrietarse o pued e "terrno detormarse" o puede est ablecerse una distribución de temperatura desigu al alre dedor de los álabes de la tu rbina y discos del ro tor ; cualquiera de

368

'T 1

S I STE~IAS

DE SUPERVISION E INDICAC lüN DE VIBRACIO N DEL :\1QTO R

Figura 14. 13.-Unid ad limitadora. (Por cortesí a de Smiths Industries.)

estas averías puede originar una co ndición de desequilibrad o de los conjuntos de ro tación prin cipales. Por consiguiente, con el fin de supervisar la vibración e indicar cuándo la amplitu d máxima de cu alquier mot or rebasa un nivel preaju stad o , se han des arrollado siste mas que que da n encuadrados den tro del gru po de ins t rumentos de control del motor. Un sistema consta funda mentalmente de un captador de vib ració n mon ta do en el motor en ángulo recto con su eje, una unidad de supervisión amplificadora y un mi croamper ímetro de bobina móvil grad uado de forma que muestre la am plitu d de vibr ación en milésima s de pulgada. En la Fig. 14.14 se mu est ra u n diagrama de bloques del siste ma. El captador es un detector de veloc idad lineal que co nvierte la energía mecánica de vib ración en una señal eléctrica de magn itudes proporcio na les. Est o lo hace po r medio de un imán permanente soportado por mue lles sus pendido en u na bobina fijada al interior de la caja. Cuando el mo tor vib ra, el captador y la bobina se mu even con él; el imán, sin embargo, tie nde a perma necer fijo en el esp acio debido a la in ercia. El mo vimiento de la bobina hace que las vueltas corten el campo del imá n y , po r tanto,

369

1 12"15 rRUMENTCS bE POTENCIA Y CON'T ROL Dt:L 'vIOTOR ~

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Fi gur a 14.14.-Sist ema de su pervisión de vib ració n de la turbina .

inducie ndo un voltaj e en la bo bin a y propo rcionando una señal al am p lif icador. La señal, despu és de su am pli ficación e integració n po r u na red de filt rado eléctrica, GS enviada :11 indicador a través de una secció n rectificadora. Un a luz indicadora ámba r form a ta mbién parte del sistema , junto con un in terrup tor de prueba. La luz re cibe co rriente continua de 12 sección rec t ificado ra del amplificad or y se encien de cuando la am plitud máxima de vib ración re basa el valor preaj ust ado. Con el interruptor de prueba puede ha cerse la compr obación funcional del circuito eléctrico del sistema . En algunos motores pueden instalarse do s cap tador es. uno para supervisar los niveles de vibración alrededor de la sección de turbina y el otro alrededor de la sección de l difusor. En este caso, se incluye un interruptor de do s posiciones en el sistema de su pervisi ón de forma que el nivel de vibració n pueda seleccionarse en cad a captador como se precise y señalarlo en un indicador co m ún.

PREGUNTAS 14 .1 .

Expli car brevemente el prin cipio de so brealiment ación del mo tor ,

14.2 .

Describir la construcción y expli car la op eración del instrumen te u tilizado para medir la presión de admisió n.

14 .3.

¿Cuál,;:::; la fun ción de un sistema de indicación de presión de torsión? Describir la con strucció n y la operación de un sistema qu e se conozca bien .

14 .4

Enumerar los instru men to:': que se necesitan para vigilar la potencia de los mot ores tu rb orreactores.

37 0

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PREGUNTAS

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14.5.

Explicar por rnedio de un diagrama esquemático la ope ración de un sistema de indicación de relación de presión del moto r (EP R).

14.6.

Describir un métod o para utilizar el voltaje generado por los termopares de los gases de escap e para controlar el flujo de combustible y la tem perat ura de los gases.

14 .7.

Describir la op eración de un indicador de vibración del motorMostrar con la ayuda de un boceto la construcción del dispositivo de dete cción .

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15. Sistemas directores de vuelo e instrumentos in t egr ado s La "necesid ad de inte grar las fu nc iones e in d icaciones d e cier to s in st ru m e ntos de vuel o y navegación dio co m o res ul tu do el aumen to de i núrn cr c de rad io ayu das espe cializad as q ue enlazaban ' os aviones co n las estacio nes de tie rr u. Est as se crear on para sat isfaccr la s d e ma n das d e na vegaci ón y ha cer fre n te a la crecient e co nges tió n de l tr áfico en el espacio aéreo alr ede d o r de lo s ma yo r es aeropu ert os del mundo . La info rm a ció n req ue rida se procesa media nte una mu lup licídad de "cajas negras' que se pu ed en guardar en co m par ti m ent os eléctricos y bas tidores de radio, pero para poder realizar el vuelo con la precisión necesaria, el pilo to debe co ntar co n información. Para ello se requieren más instrumentos, lo que podría significar más espacio par a paneles. Para soluc ionar el problema se ideó ei métod o de combinar los inst rumen to s re lacionad oa cr; !J. misma caja y mezclar sus .nd icaciones de forma que se pudiese eliminar en gran medida el esfu erzo mental del piloto y facilitar la asimilación de las in dicaciones. En algunos asp ecto s la integra ción d e in st ru m e n t os no es nueva; mucho antes de los lo gro s técnicos ac tua les, p o r ejemplo , se utilizaba un in dica do r corr.binado de pr esión y te mperatu ra . O tro ejem p lo , en tor no al cual se desarrolló la ma yoría de los sistemas d e in stru mentos de vuelo y nave gac ión integr ados es el Indicado r Radioma gn ético (véa se la pá gin a 2 12). Durante la fa se d e ap roximación a una pista en un aeropuerto, es fundam ent al qu e un pilo to se pa , entre otras co sas, qu e está m a nteniendo la posición de apr o x imació n co rr e ct a . Tal informa ción puede obtener se de l horizonte giroscó pico y de un indicador ILS especial que responde a las señales de lo s haces vertical y horizontal emitidas po r los transmisores de un Sistema de A rerrizaje por Instrumentos (I LS) situado en el ae ropuert o. Po r consiguiente ) la inclusión d e la información del h o rizo n te gir oscópico y d el in dica d o r IL S fu e un paso ló gico en el d esarr ollo de; la s técnicas de in tegraci ón en lo que se denom ina Sistemas Directores d e Vuelo. Además, se tra baj ó en el In dicador Rad io magné tico (R11I) para que incluyese la presentación de la in fo rm ació n del ILS. Les métodos adoptad os para la int e gr a ció n de tal in formaci ón , y 12 forma en que se presen ta '{ar ia según los sistemas, pero oásicamen te siguen la pauta q ue se da en la Fi g. 15. 1. Un sistema se compone no rm a lm en t e de dos in dicad o r es, que se desi gnan d e diversas maneras: a ) ciirec tor de vu el o, director de posición en vue le u horizonte de aproximación, y b ) in d icado r d e desvia ció n de c-umbo (CDI) o indicador de situaci ón horizon ta l (B SI) , El ind icad o r di rec tor d e vu elo tiene e l aspec to de un ho ri z o n te giroscópico co nvencional , pero , a d iferen cia de est e instrumen to, lo s elementos de in d icació n de cabeceo y alabeo son con trolados el éctricamente desde una unidad de gir ós co po vertical situada 2. distancia . Adem ás, emplea un método diferente

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S I S TE~IAS

Disco Seaetaoor y barra de hc nz o nre I

de areceo

DIR ECTORES DE VUE LO E INSTRU MENT OS INTEG RADOS

Barra c et locali zad or

Escara c e senda

Señatecc- ce pl aneo Ptectra de send a de plan eo

F'ecna

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de radi al to-trc m

Símbo lo de

ratere nc. a

de ! avió n

Marcaoor de rum bo

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Rosa de la brújuta

Selecto r de rumbo

Selecto r de radial

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Figura 15. 1.- Presen racio nes básicas de los indic adores del sistema director de vuelo.

para hace r referen cia a los instru mentos. Estas características son co mu nes a todos los sistemas directores de vuelo de ins trumentos in tegrados . La barra de ho rizont e y la escala de alab eo están ma rca da s en el disc o del fo ndo, qu e es gob ernado po r señ ales de mando de alabeo procede ntes del girósco po vert ical y gira alr eded or del eje lo ngitudinal. La barra de cabeceo, o de mando, corresponde al símb olo de avión en minia tura en un horizo n te giro scópico co nven cional, es gobern ad a po r las señales de mand o de cab eceo y se mueve en un plano vertica l po r en cim a y debajo de la línea cen tral de l instrumento . La pos ición de ap roximación de un avión co n respect o a su s señales de haz verti cal (senda de pla neo) y señale s de haz horizo nta l (lo calizad or ) la indican agujas indep endientes gob ern adas por los canales receptores de ILS perti nentes. La aguja de send a de planeo se lee co n tra una escala vertical y la barra de cabe ceo , y mu estra el des plazamiento del avión po r enci ma o debajo de la se nda de planeo. El despl azami ento del avión a la izquierda o derecha del haz de localizado r lo in dican los movimientos de la aguja del localizador. En la Fig. 15.2 se muestra la interconexión eléct rica de los com ponen tes de l ind icado r dir ector de vue lo relacio nados princi palm ente con la info rmac ión de posición de cabe ceo y alabeo. Siem pre que se pro duce un cambio de pos ición de l avión, flu yen señ ales de los sin cros de cabeceo y alab eo dispuestos alred edor de los ejes pert inentes de l giróscopo vertical a los sincros corre spon dien tes de ntro de l ind icad or. Por consiguie nte. se ind ucen señales de erro r en los ro to res, las cuales, después de su am plificación, son enviadas a los servomotores, que giran para situar la barra de cabec eo y el disco de hor izo nte de fo rma q ue indiqu en los camb ios de posición del avión. Al mism o tiem po , los servomo tores acc io nan los rot ores de los sinc ros a la posición "nula" . En la Fig. 15.2 tamb ién se aprecia la int er co nexi ón existente ent re los indic adores de send a de planeo y lo calizador, y el ILS. Dur ant e una a proximación

373

SISTE:M:,AS DIRECTORES DE VUELO E íNST RU ME:iTOS ::NTEGRADO S

!LS. el recepto r de a bordo detecta las señales radiadas tanto e n el plano verti cal corno en el ho rizontal po r el transmisor d e tierra. Si el avi ón est á por encim a de la traye ctcria de planeo , se envían unas señales (.J.5t1 el co n tad or "_;ue ":0:1 trola el indicador ce senda de planea, haciendo que se deflecte hacia abajo en la escala. indicando oor tanto 11 oilot o o ue cicue hacia la senda de »laneo. L"n2. ce fle x ió n hacia 3.~ioa del in dicador muestra ·qt.:c ~S·:2 volando po r debajo de la ::;e~G:J. de p1:J.::..eo :,/ po r tanto el avión debe ascende r para inte rcep ta r la trayectoria de planee. El indicador también esta unido Jo la ba rra de cab eceo pa ra refle ja r cualquier carnb ic ce esta acritud necesario para interceptar o man tener la 3Cr:J<.:. de claneo . Cuando se consizue esto. el indicador de senda te "Q12::.ec v la barra i.= .;jbeceo están los dos üjos en la posición central ho rizo n taL' .

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Am cuñcao o r a l' la se ñat JI' ca oeceo

Figura i 5 ':. - In terconexión eléctrica de

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elemen tos del indicador director de vuelo.

Si durante la a pro ximació n el avión está a la izquierda del haz del loc alizado r y de la línea de cen tro de pista. el indicado r del localizador estará desplazado :1 !a derecha, ord enan do q ue el avión alabee a la cercena . El vuelo J la de re cha del haz del lo calizado r produce una deflexión del indicado r hacia ia izquierda . o rdenando que d avió n alabee a la izquierd a . Cuando se co rrige cualqui era de es tos dos casos , el indicador se situ ará en la posición vertical en el centro de i

inst rumento .

DESCRIPCION DE UN SISTEMA REPRESENTAT1V O

Un indicado r de desviación de ruta es semej ante, en lo r efere n te a la pre sentación, a un RMI, exce pto q ue incluye la info rmación adicional del ILS, La 'presentación del rumbo magnético, marcación e info rmación ILS se efectúa con referencia a un símb olo de avión fijado en el centro del indicado r que provee una vista en plan ta de la posición del avió n; de ahí el nombre alt ernativo de in dicador de " si tuaci ón hori zontal". La int er conexió n de los diversos elementos de q ue co nsta un indi cad or se muestra esq uemáticame nt e en la F ig. 15.3 .

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acimut

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T ransmisor

V.O.A.

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M arcado r de rumbo

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Sfm bo i o oe referencia

oerevroo

Ma nd o d e aju ste de rumbo

~1~:cc~-'-oJ IMov imiento

Barra del l ocaliz ado r Flecha de di I ra ra

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del medidor

' Movlm .,entO

d el m edidor

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L- ~ --.-J "" Ma ndo d e radi al

Figura l S.3 .-Inte rconexión de los elementos del indicado r de de sviació n radial.

La rosa de la brújula está gob ernada po r señales procede nt es del girósc o po direcc ional de un sistema de brúju la de ind icaci ó n remo ta e indi ca el rumbo magné tico co ntra una línea de refe rencia. Los eleme ntos de ind icación de lo calizador y senda de planeo son accionados de forma análo ga a los del ind icador del director de vue lo, pero como se o bservará, la ba rra de localizador O de desviación lat eral, como. se llama generalme nte, ta mb ién puede girar co n la rosa de la brúj u la cua nd o se p roducen ca mbios de rumb o del avión . La indicación d e vue lo " a" o " de" un a estac ión VO R se rea liza mediante un elemento tipo flecha q ue es po sicionado po r un medid or. El mando de selecció n de rad ial y el de ru mb o permiten, respectivamente, la selecc ión de un radial de localizador O VOR dese ad o, y el ru mbo ma gné tico dese ado.

DESCRIPClON DE UN SISTDIA REPRESENTATI VO En las F igs. 15.4 y 15.5 se muestran lo s indicadores de un sistema Director de Vuelo q ue puede n considerarse represe n ta tivos de \05 utiliza dos actualmen te . 375

SI ST EMAS DTRECT OR ES DE './U ELO E

I N S T ~ 1J M E "N T O S

IN TEG RAD OS

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noiccuor d e

re soa.arnien to '1 cer r ace

Fi gura lS .4 .- In di cad or dir ec t or de vuelo.

Linea de refe renci a

Distanc ia <,

Co n t ad o r del r.adi at sete ctado -:

Flecha d e rad iai---.J Mar cad o r de l

ru mbo setec taoo

Srm b o!o d e -e te re nc ¡a d e! a vión

Barr a d e d e sv,aci ó n la te ral

Ra dia i rec ip ro c o

Flecha t o -f rorn

es cala d e o esv.e c. ón lat e ral

Se ñalac cr de sen c a de planeo

Rosa d e la b rúj ui a -

Selector d e rad ial

Selec to r de -u rn b o

F igura 1.::.5

3í6

-c

ln dica dor de desvia ci ón de radia l.

;:¡. 1

I 1

DESCRIPCI QN DE UN S ;STEMA REPRESENT A TIVO

Indicador direct or de vuelo En el indicad or que se muestra , la in formaci ón de posi ción del avión e ILS se presenta en forma t ridimensiona!. La posición se indi ca po r la relación de un símbo lo , en form a de de lt a fijo que rep res enta al avión, co n respecto a las órdenes de alabeo y cabeceo presentadas po r dos señaladores, o barras de mando q ue flanquean el símbo lo de l avión, y po r una barra de horizonte. Las barras de ma ndo forman una " V" in vertida poco profunda y son accio nadas po r servo motores independientes d entro de l indicad or para que suban y bajen para o rdenar un camb io de cabe ceo y giren en el sentido de las agujas de un reloj O en el contrario para o rdenar u n cam bio de posición de ala beo. Las salidas d e los dos servas se co mbina n mecá nic ame n te de fo rma que se p ro po rcione una o rden in te grada de cabe ceo y alabeo . La detección con res pecto al sím bo lo del avión es ta l que el pilo to siem pre recibe la o rd en d e "volar dentro de la V" . Cu ando se ha cump lido una orden, las barra s de mando se aline an co n los bo rdes del símbolo del avió n. La barra de horizon te va sobre una cinta flexib le que es accio nada tam bién po r los servomotores de cabeceo y alabeo inde pen dien tes den tr o de l indicado r. La cin ta tiene una lib ert ad de movimi ento en cabeceo de ±90° , y 0 36 0 en alabe o . Las secc ion es superio r e inferior de la cin ta están coloreada s para que rep resen ten el cielo y el sue lo resp ectivamen te, y tien en tamb ién marcas de referen cia para indicar los ángu los de cabeceo. En algunos tipos de directo r de vue lo , la sección inferior d e la cinta móvil está marcada tam bién co n lí neas que convergen en el centro d e la presentación del ind icador, realzando COn ello su efecto de " vista hacia adelante" . El ángulo d e alabeo lo presenta un señalado r que gira Cal' la cin ta t1exible, y que se lee contra una esca la fija. Los servomoto res recib en señ ales de un giróscopo sit uado en un pu nt o remo to . Las desv iacio nes de. haz de sen da d e planeo d el lLS se mu estran po r los des plazamien tos vertica les de un se ñalador sob re una escala en el lado izquierdo de la prese nt a ción del in dicad or. Cad a punto interior de la escala represen ta un desplazamie nto de 1/4 o de la lín ea cent ral de l haz, mientras que cada pun to ext erior representa un de splaza miento de i n », El se ñalado r es accionad o po r el movimiento de un medido r y , cuando no se usa, desaparece de la vista en la parte superio r de la escala. Un señalador en la parte inferior de la presen tación indica las desviaci ones .con respecto al haz de localizador; se le ha da do una forma que represen te una vist a de u na pista durante una aprox imació n. Lo s puntos de referencia en la escala de lo calizador o de la pista indican un desplazamiento de 1 1/ 4 o apro xim adame nte de la lí ne a central de l haz . El señalad or es accionado también por el movimiento de un med idor de co rrien te con tinu a y, cuando no se usa, queda oscurecido po r una bande ra negra de aviso según se m uestra en la F ig, 15.4. En algunos lip os de ind icador, el señalado r del lo calizado r, o sím bolo de la pista, también se pr esento en respu esta a seña les procedente s de un radioal t ímetro, de formo qu e durante los últimos 200 pies de descenso, el se ñalado r suba hacia el sí mbolo de l avión fijo fac ilitando así una presentació n " viva" de la aproximación. Est e co nce pto de rad ioalti tu d también se adopta en el in dicad or mostrad o pero, en es te caso , lo efec túa un indicad o r que se mu eve en una escal a fija de altitud . Un incl inómetro, similar al ad o pta do en lo s ind icad ore s co nvencio nales de inclinación lateral y viraje, pro porcio na in dicacio nes de resba lamiento o d errape . Además, algunos di rectores de vuelo llevan un señalado r de viraje en la presen tació n, que es accionado po r señ ales procedentes de un a unidad sensora del girósco po de régimen de viraje.

377

SISTE~tL~S

DIRECTO RES -;)E VUEL O E IN S7 RU:V1E N T OS

~NTEGR .-\j)OS

Otra función de man d o que pued e pre se nt arse 811 algunos indicadores de directo r de vu elo es la rela cionada con .a velocidad de un avi ón cu an d o ejecuta una ma niobra d.e moto res y al aire después de un a aproximación frustrada. LJ presentación co mp rende una escal a vertical y un señaiador q ue es accionado en respuesta ~l señales ccrrespcndientcs a la di ferenc ia ent re la vel o cidad in dicada y la d'~ mo tores y al aire predetermin ada obtenida de un sis tema ca lc ulador de velo cidad externo al sistema directo r de vu elo. La escala tiene varias graduacio- : ries que van desde la velocidad calculad a en el cen tro , a " ripiad" y " len ta " '= D la parte superior e inferior de la escala respec tivamente. Con el fin de logra r !j velo cid ad de motores y :11 air e COEc n3 . la potencia del mo tor se ajusta de fo rma quc el señaiador se manten ga en el cent ro de la escala . El pilo to sel ecta el mo.i c de mo tores y al aire (go-aro und) apretando un pu lsador en el vo la n te d e ma nd o . selecc ión que es indicada p or lu ilumin ación de una luz avisadora marcada -" C A" , y por el dcsplazamicn;o de las barras de mando del di rector de 'ludo para orde nar una po sición de su bid a co n alas verticales. Hay ta m bién u na segunda lu z avisado ra marcad a "M DA" (alt itu d m ínima de d ecisión) asociada con el mod o de mo tor es al air e . La luz se enciende cuando el avió n ha d esc endido a la radio altitud pre uju stada e n la que debe tornarse la d ec isión de aterrizar o realizar el procedimiento de moto re s y al aire .

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Indicador de desviación de ra dia l Un indicado r de d esviació n de rad ial p resenta u na in fo rmación gráfi ca d e una situación de n avegació n, y co mo se observará en la F ig. 15 .5 , la situació n se mu est ra co mo una v ist a en plan ta de la posició n y el rumbo del avión con respe cto a una lec tu ra y radial seleccion ad os . El sí mbo lo d e refe re ncia del avión está fijo en el cene ro d e la p rese ntació n e indica la po sición y el rumb o del avión co n relació n a la rosa de brúju la (o rosa circ ular), y la barra d e lo calizador (es ta barr a se denomina a veces barr a d e desviación lat eral). La ro sa circu lar está enlazada sin cró nicam en te con el sistema d e brújula magnética d el avión. Cuando se prod uce un camb io de rumb o , aparece una señal de err o r de posición en u n sille ro CT den tro de l indi cado r. Desp ués de su amp lific ac ión por un serv oam plifi cador en una unidad am plific ad ora de instru men to s independie n t es, la señal se sumini stra a un servomo to r que, por medio d e un sistema de tren de engran ajes, acciona la rosa de la brú jula par a in di car el nuevo rumbo respec to a una línea de referencia en la pa rt e superior central del indicad o r. Ca da rnovimiento es amortigu ad o por medio de una se ñal de re alimentaci ón d e régim en pr o ducid a po r u n generador de r égimen qu e es accio nad o por el m o tor. Las señales de realimentació n se me zc ian CO T: las se ñales de c.r.for de posi ción, ';/ la seri ai com pues ta se a mp lifica y suminis t ra a la fa se de contro! de l servo mo tor. Al mismo tie mp o, el servomo t or acciona el ro t or del sin ero CT a la po sició n nula correspo nd iente al nuevo ru m bo . La barra de l loc aliz ador es una sección central móv il de la flech a d e radial y represe nt a la lí nea central del ru mbo del localizad or IL S o ra d ial VOR selec tn d o. Un m ovi mi ento del med idor d e co rri ente co ntinua desv ía la barra a la izquierda o a la dere c ha para in dicar las ór d en es ap ropiadas necesarias pa ra la Interceptación y ca ptu ra de l haz, y gir a también con la ro sa de la b rújula cuando se producen cambio s en el rumbo de l avi ón, Cuando se o pera en el modo de lo caliz ador, la barra d el lo cali zador comienza a m o vers e cuand o el avió n está a 4° ap roximada mente d el cen tro del haz lo cali zad or y lo s punto s en la esca la de desviació n re presentan 1 l / 4° y 378

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DESCRIPCION DE U!'< SISTEMA

REPRESE~TATlVO

2 l /2° aproximadamente dei cent ro del haz . En el modo VOR , el movimiento inicial de la barra empieza cuando el avió n se encuent ra a 16° ap roximad amente del cen tro del radial, y los puntos de la esca la de desvia ción rep resentan entonces 5° y 10° aproximadamente del cen tro del ra dial. La selecc ión del rumbo del localizador [LS o rad ial VO R deseado se realiza girando el selector de rad ial hasta que la flec ha coincida con el valor deseado en la rosa de la brújula. La barra de l loca lizador y la escala de desviación giran tambié n co n la flecha de rad ial a través de l siste ma de tre n de engra najes accionad o por el select or. Al mism o tiempo, acciona un contador de radi al tipo digital a la ind icac ió n de radial corre spondie nte; en la Fig, 15. 5 est a indicación es 0 ,75° . Una vez ajustada. la fle cha gira con la rosa de brúju la cuando varía el rumb o de l avió n. El sist ema de tren de en grana jes sitú a tambié n los ro to res de un servosincronizado r de radial asoc iado con el receptor de navegación VOR/ LOe y, desde luego. un sincro CT de referen cia. Cua ndo se ca mb ia la posició n del ro to r de l servo sincro nizador de radial, desp laza la fase de la seña l de refer encia de 30 Hz en un circ uito de desp lazamiento de fase de una un idad de instru menta ció n VOR. La señal se compara entonces co n la señal variab le de 30 Hz en un co mparado r de fases, cuy a salida se su ministra al mo vimiento del medidor que con tro la la barra del lo calizador. Cuan do la salida es ta l que cen tra la barr a, el avión está en el ra dial selectado . Cuando el avió n se desv ía de l radial selec tado , la señ al de re ferencia des plazada en fase se ma n tiene en el ángulo determ inado por el ro tor del servosincronizado r, pe ro se cam bia la fase de la señal variab le recibida por el receptor 'de navegaci ón VOR. El co mp arador de fases prod ucirá en to n ces una salid a que desvía la barra del lo calizador a la izquierda o de re cha de l rad ial VOR selecta do . La ll echa to-fr orn la sitúa el movimiento de un medidor que rec ibe las señales correspond ientes de l recep tor de ra dio navegació n y vía un comparad or de fases en la un idad de instru mentación de l sist em a director de vuel o . En la Fig. 15.5 se presenta u na ord en "volar a". En el modo LOe de operación, la barra del loc alizad or es control ad a anál oga me nte po r los cambios de la posición del rotor del servosincron izador, ex cepto que la salida al movimien to del medidor resulta de la co mparació n de amplitud de las señales a uno y otro lad o del cen tro del ha z lo calizador. Las fle cha s to-frorn permanec en ocult as puesto que no, se transmi te n señales to- fr orn en el modo localizad or. Los cambios de posición de l rotor de l sin ero CT de refe rencia de ra dial producen una señal de erro r de posición en los devanados del esta to r. La seña l es propo rcional a la dife rencia entre el rad ial selec ta do y el ru mbo real de l avió n y se transmite al canal de co ntrol de alabeo de u n calculador de dirección o un calc ula dor de director de vuelo co mo una orde n de viraje para cap tu rar el ra dial VO R/ LOe selec tado. La salida de l calculador ap ro piado se su min istra a un servoamp lificador de ma ndo de ala beo co n tenid o en u na unidad am plificadora de instrume n tos, y despu és de su am p lifica ción se envía al servomo tor de alabeo acoplad o a las barras de mando de l indi cad or de direc tor de vue lo . Por tanto , las barras giran para ind icar la direcci ón de alabeo requerida para capturar el rad ial VOR/LOC. El servomo to r también accion a un gen erado r de régim en que produce una seña l de realimentación de régimen para amorti gu ar los movimientos de la presentación . La selecc ió n de cu alquier rumbo magnético d esea do se realiz a situ ando un señalador de rumbo de form a trian gular en la ros a de brúju la, po r medio del selector de rumbo y su sistema de eje y tre n de en gra najes . Al mismo tiempo , el

379

SIST E.:vl :\S DIRECTOR2S [)E

V ~JEl.O

E IN STRUMENTOS INTEGRADOS

roto r del sir-ero CT de error de rumbo gira en el interior de su" estator. de sde su posición nula, y eSTO produce una señal de erro r de posición proporcional a la d iferencia entre el ru mbo selectado v el rumb o d el avión detectado DO T el sistema de b rújula. Los rumbos que se presen~a n en la Fig. 15.5 son 110° y 08 5'") respectivarne n te. La se ñal 52 procesa de la misma Iorma que la producida po r e~ 'linero CT de referencia de radial y, por consiguiente) su consecuencia es que ias b arras de mando del ind icador del director de vuelo indican la dire cción de alabeo req uerid a para volar en el rumbo deseado. Bande ras de aviso En los sistema s directores de vuelo es preciso fac ilitar medios pan. avisar que hay pres entaciones defectuosas. En la práctica, los avisos se efectúan vigilando las señales de m ando producidas de forma q ue cuando se pierdan o sea n demasiado déb iles para prop orci onar in for mación fiable, ap arezcan banderit as ro jas en los lugare s apropiados de las pr esentacio nes del indicador del director de vuelo y del indicador de desviación de radia l. Las banderas son activadas por mecan ismo s me didores de co rriente contin ua qu e est án conectados a las fue ntes de se ñales pert inentes. En 'el caso de los in dicadores d e los d irectores de vue lo hay. principalmente. tres b an de ras de aviso rotuladas " GS" , "GYRO" y "C OMPUTE R", que in dican respectivamente funcionamientos deficie ntes del recepto r o señal de sen da de p lan eo) del giróscopo vertica l y de lo s sist emas de present ació n de posición en vuelo) y los sistemas de prese ntació n d el calculador de dirección y man do. La ban dera GS) cuando indica ma l funcio namien t o , oscurece ei señalador de senda d e p laneo y la esca la para q ue no se use. Si el sistema no está op erando en el modo de senda de plan eo , iaoandera GS· y el señalador qu edan fuera de la escala. T am bi én se produce indicación de mal funcion amiento de ia señ al de lo calizad or y/o modo de localizador no selcctado , me diante una persiana negra qu e oscurece la escala y el señalador del lo calizado r (véase la Fig. 15.4) . Pueden proporcionarse otras banderas de aviso que de pendan de algunas fu ncio nes presentadas adicio nales; por ejemplo, existe una ban der a para dar aviso de fu ncio namien tos deficientes en el circuito de una presentación de contr ol de velocid ad aso ciada con una maniobra de mo to res y al aire. En el caso de un in dicador de desvi ación de radial, hay también tres banderas de aviso pr incipales que est án ro tu ladas "GS" , "COMP ASS" y " VOR / L OC" . La bandera es funcio na igual qu e la del indicado r de: dire ctor de vu elo , mien tras que la bandera " COMPASS" indica fu ncionamientos defi cien t es del cir cuito de señ ales de rum bo ma gnéti co "d el sist e ma de brújula . La ban der a V OR/ LO e realiza la dob le función de aviso de ma l fun cio na miento de la 3e11"a1 de ra dia l VOR y cí e la señal del localizad or.

Instala ci ó n de man do de ca beceo En algu nos tipos de sist emas dire cto res de vuelo ha y una in st alació n de mando de cabecee mediante la cu al el pilo to puede preselec tar una orden de su bida o descenso fija en cien os mo d os de o per ación . La selecció n se lleva a cabo por medio de un selec tor que) en algunos casos, está situado en la esquina inferior 380

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1 1

1 DESCRIPClüN D E UN SISTEMA REPR ESENTATIVO

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izquierda del indicador de l directo r de vu elo y, en o tros, en u n panel independiente de selección de mod o del d irecto r de vue lo. El sele cto r va aco plado mecánicamen te al rotor de u n sin cro CT , y después d e girarlo se induce una señal en el sin cro. Esta señal, despué s de am plificarla , se tran smite al servomo tor / gen erad or de cabe ceo, qu e lleva las barras de mand o a la po sición seiectada . La po sición en vuelo del avión se cambia en to nces "volando el símbolo repr esent ativo del avió n en las barras de ma ndo" . Adem ás de la ord en de cab eceo, se propo rciona u n ajuste de co mp ensació n de éste co rno medio para alterar la posició n de la barra de ho rizonte 'de l direc to r de vue lo con respecto al símbolo repr esentat ivo del avió n. La opera ción de aju ste es pura mente mecán ica y se usa para alinear la presen tació n o in for ma ció n de posición d uran te la instalación de u n in dicado r director de vu elo. . Modos de op eración

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Varios sistem as directo res de vue lo tienen instalaciones para selectar diversos mod os de operació n; la selecció n de mod o pu ede hacerse sobre u na base co mú n en los casos en los q ue se em plee un sist ema director de vu elo en com binació n co n un sistem a de control de vue lo automátic o. El núme ro de modos varía según las nece sidades específicas de o peració n del avió n, y po r una razón sem ejante, también puede vari ar el mét odo para selectar los modos; po r ejem plo , la selección pued e hacerse co n el botón de co nt rol de un selecto r gira to rio situado en un indicad or de d irect or de vue lo o en u n panel indep en di ente de selecció n de mod os . En algunas versio nes de u n pane l de co n trol, los modos se selectan mediante pulsado res, qu e so n int erruptores sujetos po r solenoid es ap retados/desapretados. Los pulsadores se iluminan cuando se sele ctan su s modos co rresp o ndie nt es y , al mismo tiempo, aparece una bandera ac cionada mecánicamente con la palabra "ON" en una part e de cad a bo tó n apre ta do. En la Tabla 15. 1 se descri ben brevemen te los modos de o peració n fu nda mentales en algu nos siste mas t ípicos de directo r de vuel o . Cuando se selecta cada un o , se co mpletan circuitos de señ ales a través de las secciones apro piad as de calc ulador y amplificad or, cuy as salidas se su minis tran co mo señales de mando en el ind icador del director de vue lo. Si se usa un siste ma di re cto r de vu elo en co mb in ación co n un sistema de co nt ro l de vue lo automátic o, este siste ma utiliza tam bién las señales de ma ndo para apli car con tro l en el sentid o necesario para cump lir las ó rdenes pertinentes. T abla 15.1.-M odos de o pe ración fu ndame n tales OFF

HDG

VO R(N AV)/ LO C

Las barras de mando desa parecen de la vista , y el ind icado r del dir ect o r de vue lo se u sa ún ica mente 'co mo referencia de posic ió n en vuelo. Las ban as de mando pro porc ionan guiad o la teral para ob te ner y mant ene r un rumbo brúj ula, según se ha selectado en el indicador de ra dial. El guiado vertical se hace a parti r de una posic ión de cabeceo preselectada . Las ba rras de man d o proporcionan guiado lateral par a captu rar y seguir u n ra dial VOR o haz lo caliz ador. El gu iado vertical es igua l que en el mod o HDG. 381

SISTEMAS CIREC7Ó RcS DE Vti EI..O ~ INS T RU ME~TO S INTEG RA DOS

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Figura 15. 6 .-Diagrama del Il ujo de señale s.

382

DESCRIPCION DE UN SIST EMA REPR.ESE NTATIV O -

GS AUTO

ALT APPR 1

AP PR Il

lAS

V/S

MACH

Las barras de mando proporcionan guia do late ral y vertical p ara cap turar y seguir los haces del localizad or y de senda d e plan eo respe ctivamente. Los señaladores GS y LOC vigilan las desviaciones del avión del haz . Igua l que GS , con la excepción d e que la in terceptación y captura de la senda de planeo es automática, después de qu e se haya capturado el h az localizador. Las barras de. mand o proporcionan guiado vertical para mantener el avión a la alti tu d deseada. Se selec ciona para cap tu ra y segu imiento de los haces GS y LOC en aproximaciones ILS de normas de Cat egoría 1. Las barras de ma ndo proporcio nan gu iad o la teral y verti cal. Igual qu e APPRI pero produce un seguimiento más rígido de los haces .para satisfacer los' requisitos más alt os de precisión de una aproximación ILS de Categoría II. Se selecciona para una maniobra de motores y al aire después de una aproximación frust rada, y después de selectar un modo cualquiera de aproximación, Las barras de mando ordenan una posición de ala vertical y encabritado. Después de que se hayan establecido los ajustes de potencia y de velocidad con respecto al aire , se pueden selectar los modos HDH e lAS. Se selecc iona para mantener una velocidad indicada durante la subida después del despegue, y d urante el descenso sobre u na estación VOR. Las barras de mando proporcionan guiado vertical. Se selecta para mante ner una velocidad vertical particular , esto es, régimen de sub ida o descenso. Las barras de mando proporcionan guiado vertical. Igual q ue el mo do lAS pe ro se selecta a altitudes más elevados.

Calcu lador y amplificador Como ya se citó en las breves descripciones anteriores de la operació n del indicado r director de vuelo y del indicador de radial, un cal culador y un amplificador de instrumentos procesan las señales de mando ap ropiadas . La función principal del calculador consiste en proporcionar todo el cálculo necesario para determinar cualquier error de posic ión o actitud, y desarrollar las señales necesarias para ord en ar camb ios de posición o actitud. Cuando un sistema dir ec tor de vuelo está in tegrad o con un sistema de control d e vuelo au t omá ti co, las señales calcu ladas se utilizan tambi én para aplicación de corítrol. Un calcu lador , en algunos casos, puede ser una sola un idad qu e contiene circuitos de señ ales de estado sólido para in formación de guiado lateral y vertical, mientras q ue en algunos sistemas directo res de vu elo se emplean calcu ladores independientes. Además de los circuitos de señales hay una red lógica, cuya finalidad es proporcionar graduación analógica de señales, que se ajusten a las ganancias del calcu383

SIST E ::vIAS DIRECTORES D E 'lU ELO E INST R J:j:\1ENT OS INTE G RA DO S

lad or, y lógicas, que se ad apt en a los tip os especí fico s de avión . Todos Jos circu it os de señales y alimentació n de energía son circ uitos impresos que est án disp uest os CO lTIO módulos fun ciona les cnchufa bies independientes. La fu n ción prin cipal de un arnp.ificadcr de inst ru mentos es suministrar ener\2: i 'a servoaccio nauora c ura los me canismos de oresentaci ón de los ind icado res d~i dire cto r de vuelo ~y de desvia ció n ra dia l. L~ unidad contiene también circu it os im preso s de módulos enchufab les independientes que, según se mues tra en el diagrama genera l de fl u jo de señales d e u n sistema repr ese nt a tivo (Figura 15.6) , corresponden J cin co canale» servo, dos canales co nver tid ores de señates y tre s circuitos de aviso co n bander a. Si se necesita n má s avisos. se aum en ta . .:;1 nú me ro de circ uitos d-c aviso en concordancia. Los can a les co nvertid ores acep tan señales de entrada c.e co rrien te continua y las convierten en señales de 400 Hz p.ira q ue las usen los servo canales de mando de cabeceo y alabeo . Los conver n oores recibe n seriales de maniobra de cabec eo y alab eo del calculador, info rm ación de señales de error de pos ición de los sincros del tr ansformad or de co nt rol de ord en de cabeceo y alabeo en el director de vue lo, y señ ales de realime ntación de régimen de los servornotores/generadores de ma ndo de cabeceo y ala beo. ESTaS señales se mezclan y, de spués d el filtrad o, las señales compuesta s proporcionan la en trada para el servoamplificador de mando apro piado. PREGUNTAS 15.1.

Dibujar un diagrama que muestre la presen zacíón de un ind icador de direct or de vuelo típ ico .

15 .2.

¿Cómo se accion an los elementos de localiz ado" y senda de planeo de un indicado r?

15 .3 .

¿Qué significan los pun tos contra los que registra n los elementos de localizador y senda de planeo?

15.4 .

¿Cuál es el objeto de las luces avisadoras en algunos tipo s de indic adores directores de vuel o?

15. 5.

Describir breveme n te có mo es accion ada la rosa de la brújula de un indicador de desviació n de radial para indicar un cambio de rumbo .

15 ,6 . Cuando hay un cambio de rumbo, ¿la barra del loe: .dor gira con la rosa de la brújula o perman ece inmóvil? 15 .7 ¿Cuiles so n las funcio nes de los botones de selec ción de rumbo y selección de radial? 1:5 .S. ¿En qué modo de operación act úa la flecha "to-frorn"? 15.9. Citar ei objeto y la oper ación de una instalación de compensación de cabeceo. 15 10. .Cual es la función de las banderas de aviso pr ocorcicnadas en los indicadores directores de vuelo y los indicadores de desviación 'de radial, y cuándo ~re c::: n ? I i s .i t. ¿Qué dirección se preci sa para volar dentro de un rumbo magnético seleccionado indicado'! 15 .12 . ¿Cuáles Jan las fu ncio nes prin cipales de! calculador y el amplificador de instrum entos?

384

16 . Registro de dat os de vuelo

El registro de ciertos p ar áme tro s medid os por inst ru mentos y de cualquie r in cidente ext raño relacionad o genera lm ente co n mo tores. células y actuación. ha sido siem pr e u na carac terí stica de los proced imiento s de dire cció n en vuelo. El métod o mis fácil de registrar, y que todav ía sigue siendo obligato rio , es hacer las anotaciones necesarias en el " cuaderno" de la aeronave. Sin embargo , a medida que el avión y sus sistemas se hicie ro n más so fisticado s en sus procedimientos de operación. aumentó el número de parám etros que debían vigilarse, y esto impuso limitacio nes en el método de anotaciones en el "cuade rno " . Además, había qu e tener en cue nta ta mbién la cuestión de có mo ob te ne r dato s valiosos al inves tigar la causa de un accide nte . Po r co nsiguiente, a este respecto se hizo ob ligato rio (en 1958 en USA y en 1965 en el Reino Unido , por eje mplo) do tar a ciertas categorías de aviones con un siste ma registrado r de vuelo automático qu e compre nde un regist ra dor de datos de vuelo y un registrador de voces en la cab ida de vuelo. El número de pará me tros que se han de re gistrar au ment a progresivamen te desde u n conjunto básico com ún est ab lecido segú n gru pos de pesos de avió n y, por co nsiguien te, de acuerdo con el grado de comp lejidad de l avión y los sist emas. Pu est o qu e la may oría de los parámetros se medían " sacan d o" de los elementos det ect ores o los tra nsdu ctores de los siste mas de instrum en tos existe ntes , de acu erdo co n el número de ésto s empleados en u n avió n, virtu almen te no hay lí mit e en lo que respecta al número de parámetros que pueden registrarse . Por lo tan to, la capa cidad de los regist rado res puede aume ntarse para facilitar no só lo los datos requeridos por las normas (registro ob ligatorio ) sin o también para la adquisición de datos que pueden ser valiosos a un a .iom p a ñ ía aérea al plan ifica r un a o peración eco nómica, y para con trastar la fiabilidad del avión. los motores y los siste mas (registro no obligato rio ). Los siste mas registradores de esta naturaleza ut ilizan dos registrad ores complementarios con ocidos unas veces como Sistemas de Dat os Int egr ados del Avión (AIDS) y otras como Sistem as de Adquisición de Dat os (DAS). Ames de describir los fundamentos de o perac ión de los sist emas regis tr adores de da tos de vu elo. es interesante co nsiderar do s instrumen tos que fueron los prime ros que se emplearon para registrar en co ndic io nes rutinarias de o peración, como ayuda para rec opilar datos so bre cargas de ráfagas. Estos instrumentos son el acelerome tro y el medidor de fatiga, y todavía pu eden encontrarse en uno o dos tipos actuales de avión. ACELEROMET ROS y

~I EDlDORES

DE FA TIGA

La estructura de un avión está proyectada pa ra que resista ciertos esfue rzos que pueden ser impuestos sob re ella durante el vu elo, cu ya magnit ud depende de las fuerzas qu e actúen sob re el avión. T odas estas fuerzas pueden co nvertirse 385

REG ISTRO DE DATOS DE \¡VELO

en compon en tes que actúen en la s direcciones de los tres eje s mutuame nte perpen diculares del avión, esto es: el eje longit u din al de alabeo, el eje lateral o de ca beceo y ::1 eje verti cal o de gUir:3Q3, F ue rza '':$ el pro du cto de la masa por la ac ele rac ió n, ;. p ue sto que puede COf:.síde ra rse que la masa d e un avión es ':'::0 nstun te. las .u erzus que ac tú en so bre el avión en vuelo puede n ex presarse en .érminos de ;3 aceleració n q ue le afe cte . Durante las m.m io bras de! av i ón, los cambios rnavore s en las ac eleraciones a c u e est .i sujeto tien en lugar en la dirección del ¿je ver tical. En co nsecue ncia, el peli~!"O de reb asar lo s esfue rzo s perm isibles y la pos ibili dad de tall o de alguna parte -i~ la estru ctura son may ores cuando se aplic an aceleracio nes ex cesivas 3. través Jd ej e ver tical. Las componen tes vert icales de la aceler ació n se miden med ian re .icelero m etros y medidores de fatiga. Funcionan con el mismo principio básico, pe ro mien tra s que el ac eler órnetro pro po rc io na indicaciones instan táneas de aceler a ció n ve rt ical, el medid or d e ra tiga está diseñado para co n ta r y registrar el número de vec es que se han rebasado los valores de umbral predetermi nados d e ace leración vert ical.

PRINCIPIO BA5lCO DEL ACELEROéVlETRO En la Fig. 16. 1 puede verse un me can ismo básico en el que se ob servará que las com ponen tes principales so n un con trapeso y dos muelles calib rados tensados para equilib rar estáticamente el peso del contrapeso. La posición del mecanismo mos t rado en el d iagrama con esponde al vuelo rect o y ho rizo n tal normal. En esta co ndició n, la fue rza a lo largo de l eje vert ical se debe al peso de l avión y, por consigui en te, el avió n e-Ita sujeto a fue rza gravitacio nal no rma l, que Desprezeml en ro debido a aceleració n n egativ a

y Oesoraaarmemo ce bioo a ace ler ac ión posi tiva

386

Figura

i6 .1.-~le:.; anis mo

metro .

básico del ac eleró -

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l¡ 1

I¡

PRIN CIPIO BASiCO DEL ACELERüMETR O

produce u na ace lerac ión de I g = 32 pies/s ? ~ Igualm ente, la fuerza en el contr apeso se debe a su peso y, por eso, tamb ién está sujeta a 1 s. El peso del contrapeso extiende un mue lle y deja que el otro se cont raiga, La aguja, que es accionada po r el brazo de palanca en el que va montado el con trapeso , se mueve en u na esca la gradu ada directam en te en un idad es g; en la co ndición de vuelo ho rizontal la aguja está situ ada en lo que pue de denomina rse el valor de referencia de I s. En el diagrama se observará que la esca la está graduada en valo res positivos y negati vos de g , q ue corre spc nden respectivament e a aceleracion es hacia arriba y hacia abajo a lo largo de l eje vert ical. Por tanto, la carga sopo rtada por las alas de un avión en cualquier maniobra es el producto del peso del avió n y la indicación del aceleró metro , En cond iciones de aceleración vertical producida por maniobras del avión, ráfagas O aire turbulen te, el con trapeso se desp laza rá, varian do así la tensión de los muelles hasta qu e co mp ense la fue rza imp uest a y produzca el camb io de indicación co rrespondie nte . Una aceleración pos itiva mue ve el cont rapeso hacia abajo y u na negati va hacia arrib a. En la Fig, 1 6 ~ 2 se mu estra la pr esentación en la esfera y la disposición esquemá tica de l me canismo de un acele róm et ro típico.

Figura 16. 2. - Acelerómetro tí pico . " Le-Aguja instantánea de g. 2.-Arrastre de la aguja.

3.- Engranajes compensadores. 4.-Muelles de control. 5. - Contra;>eso. 6.-Dispositivo amo rtigu ador.

El mecanismo consta de do s contrapesos co n trolados por mu elles mon tados en brazos en voladizo fijados a dos ejes oscilan tes . Un secto r den tado fijado a uno de estos ejes engrana con un piñó n en el eje de la aguja instantán ea. En el extremo posterio r del segun do eje oscilante un secto r de ntado engrana co n u n piñón acoplado a u n dispositivo de resistencia al arras tre de co rrie ntes parás itas magnéticas. Su finalidad es amortiguar las fluctua cion es violentas de la aguja que podrían pro ducirse en aceleraciones de corta duración . Como la escala de l aceleró met ro es linea l, debe haber una relación line al entre la ace leración y el movimien to an gular de los contrapesos. Esto se logr a 387

R:-:GIST RO DE DA TOS DE VUELO

utilizando muelles lineales y fijándolos a articulaciones sujetas :1 los ej es os cil an teS en án gulo rect o a lOS brazos en vol adizo, Par consiguiente, la rotación de los contrapeso s es directamente propo rcional 1 la e x tensi ón de los m uelles y, por consiguiente, :l la fuerza de aceleración impuesta. E:1 este diseño particular ¿e acelerómetro , las co m po ne n tes ho riz ontale s d e acele ración que pueden actuar ~n el piano d e la es tera del instrumento t ambién pueden ejerce r tuerzas en los Jos contrapesos, haciendo ~ir3.r los ejes o sc ilantes ::1 posiciones falsas. :"jo obstan te, puesto que la ro tació n ce cada ~je se pro d uce en !3. m isma d irección , cualquie r tendencia J. girar pu ede evitarse e ngranando lo s ejes . Esta '=$ p rec isamente la fu n ción de los d os sector es dentados en el cx tremO an te rior de cada eje . Además de co nocer -el valor instan t áneo de la ace le raci ón, ta m bié n es muy importan te saber lu rceleración máxima ex perimcru.r da du rante una manio bra o cuan do se vue la en cond icio n es tu r b u lent as. Por co nsig u ie n te, no rm alm en te se dispo ne de ac eler órne tros co n dos aguja s auxiliares. u na pa ra indicar aceleraciones m á xi mas positivas y la o tra para indicar ace lera cion es máxim as negat ivas , Am b as agujas están mentada s co ncéntricarnente con la aguja d e ;, ;g ins tan t ánea " y son accionadas po r u na plaquita fija d a a esta agu ja. La pla ca tiene salienres que mu even dos ruedas de trinq uete; al engranar en direcciones opuestas, u na rueda acciona la aguja de acele racio nes m áxima s positivas y la o tra la de aceleraciones má ximas negati vas, a la po sició n de aguja principal. Una uña iigeramerite cargada y un muelle man t ienen las agujas auxilia res en SG S resp ectivas ind icacio nes máximas hasta que se re base la aceleración. o ha sta q u e se reaj u st e accionando el botón situado en la parte frontal de! in stru me nto . Ambas agujas auxiliares son devueltas entonces ·1 la posición de la agu ja p rin cipal por la ac ción de los muelles en esp iral. Puesto qu e el objeto d e un aceler óm e tro es indicar las fue rzas de ac eleraci ó n , es evid en te qu e tales fuerzas le pued en ser impu est as d urante el manejo ge neral. Para evit ar el d año que podrí a su f rir po r una mani p ulació n descu id ad a) hay un dispositivo d e bloqueo que impid e el movimiento de los contrapesos. Med id or de fa , ,~a En su forma básica. un medidor de fa tiga es lo mismo que un ac ele rórnetro, esto ::S, compren de un ti po d e demento senso r le aceleración vertical de ripo de co ntra p eso su spendido y muelle de control. Sin em b ar go , puesto que está dise ñado para co nta r y ::-egis):-ar el número de vec es q ue, se han reb asa do ros valo res c.e umbral de aceleración pre de te rminados. sl~'. ~.;a n ismo es necesariamerit e un poco más complejo . En las Figs. 16.3 'i ló A se muestra n una vista exteri o r ;i esq uem áti ca de un me d id or típico. El co n tr a peso del ele me nt o d e d et ecci ón de ac elerac ió n const a de un contrapeso montado e n un muelle e n volad izo que está conectad o po r muelles se cundarios y ele una cad ena de caracol conectada a una unidad girato ria de inercia y am ortiguación . La unidad de inercia está, ;J su vez, cone ctad a po r u n eje a u n con jun to de brazo de con tac to y escob illa que se desliza n rúp id arn en re alr ed edo r de 1J su perfici e de u n conmu ta dor. Cad a segment o del conmu tador re pre sen ta - un cambio igual d e ace leración ap licad a, por ejemp lo O,lg. La part e central d el conmutad or co rresp o nde a la fuerza gruvitacional no rm al d e 19 .

388

l i; J

I ¡

PRIN CIPIO BASI CO D EL A CE LERO M E TRO

I l1

Figura ¡ 6.3. - Medidor de fatiga. Vista ex terior.

l R L

. 1 2 3 4 Hlb· ' ·S5 g

<l~' oo a

ace leracion pos 'tlva

1 2

V ejores de um bral

setectec os

Muelles secu noe rrcs

1 2 3 J.

1 '~O-05g

Figura 16.4 .-Medidor de fatiga , Disposición esquemática.

Hay pares de segmentos de l co nmu tador co nectados eléctricamente a relés qu e act ivan co ntadores digit ales electro ma gnético s qu e corr esponden a los valores de um bral selectados , en este caso O,Sg, O,4Sg. O,7Sg, 1.2Sg , 1,5 5g y 1,9 Sg. Cada circu ito de relé se co mpone de dos secciones denominada s "bloque " y

389

REG ISTRO DE DATOS D E VUEL O

"suelta". ,=11 el esquem a se observará que las secciones de " b lc c u es " estar; conect.idas J los segmentos que co rresponden también a los valores de urn oral seleccionados. Las sec ciones de "suelta" están conectad as a tos sezmentes que corresponden 3. los valo res inferiores. que están separados un número .leterminado de inc rementos. Por ejemplo, e l :ele q ue controla el contador \.i UC .narca Q,75g tiene su sec ción de "bloqueo" conectada al segmento ;) .- 5. su sección de "suelta " al segmento 1.05, y una diferencia incremental 1] progresiva de O.30g. También debe citarse que. en las direcciones positiva y negativa. las conexiones para las secciones de "suelta" se toman de los segmentes que preceden 1 los conectados a 1:15 secciones de " bloq ueo ". LJ. energ ía pa ra operar lo s re lés y los contadores -=5 corriente continua de 24vo lti os, El instrumento va fijado r ígidarnente a la estructura del avión .:r: compartimientos accesibles d ebajo del piso 1) en compartimientos especiales dentro de una cabina de pasajeros.

Ope ració n Igu al que en un aceleró metro d e in dicació n, el con trapeso puede moverse de la posició n de Ig n orm al d eb ido a las fue rzas que ac tú an sobre él. Su po n ien do que el avión y el medidor est én so me tid o s a una ace lerac ió n ver tical en la direcció n po sitiva, el contra p eso se moverá h ada abajo y hará que e l brazo d e contac to se mueva en el' sen tido de las aguja s del reloj en una distancia an gu lar pro po rcio n al a la aceleraci ón aplicada. Cuand o las esco billas de contact o alc an zan el prime r segm e nto d el conmut ad o r conectado a la sección de "bloqueo " de un re lé y el contad or asociado , se co mplet a u n cir cu it o a través de la bo bina ( 1) de l relé . Por t a nto , lo s con ta ctos se cie rr a n y conect an una a limen tación positiv a al so lenoid e del contad or que opera y ar m ael contador. En este m o-mento no se regist ra ninguna lect u ra. Ad emás de comp let ar un circui t o al sol e n oid e del contador, los contactos del relé ta mbi én envían una alimentación positiva a una bo bin a de ret ención ( 2) del relé. Si la ace leració n tie n e tal vaior que e l contrapeso y el br azo d e contacto hacen que las esco billas hagan contacto co n lo s segme n to s selectad os su cesivos en la dirección positiva, e nt onces su s re lés aso cia d os se activarán de form a a náloga y los con ta dores se arma rá n. De este modo, las bobin as de ret en ció n m an tienen los re lés activa dos in clus o cua ndo las escobillas dej an su segm ento particular del conmutador. Cuando las fue rz as d e aceleraci ón comienzan a decaer al valo r ig, las esco billas vuelven e n el conmu tador . haciendo conta cto con los segm en tos conectados a las secciones de "suelta " de los relés. Consultando el G"lag!'a m a pu ede verse que cuando u n re lé sigu e activado, su co n t ac to ta mbién env ía u na alim en ta ci ón positiva al segmento conectado a su segmento del circuito de "suelt a", Por consiguiente, cuando las escobillas alcanzan ei segmento. se compl e ta u n circuito que cortocircuita la bobina d e retención del relé, nacie ndo qu e el COTIi::lC¡O se ab ra . Por tanto, el solenoid -e ci d contador se desactiva y. d e este mo d o , suelta una uña cargado. por resorte del mecanism o de armado pa ra co mple t ar la operació n de conteo . La ra zó n d e que el circ u ito esté dispuest o de est a ma nera es impedir que se haga u n a segu nd a cu en t a cuando las esc ob illas se muevan a un alto niv el g y

390

I 1

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I ¡ ,,1

REGISTRADORES DE DATOS DE

V 'L' ~L O

vuelvan sob re un segmento selectado. Además, también imp ide cuentas extras cuando se superp on en aceleraciones de poca amplitud y alta frecuenc ia en la ace leración de ráfagas o maniobra. Una resisten cia al arras tre de co rriente parásit a inducida po r la rotación de un amortiguad or en forma de campana en un campo magn ético permanen te impide un recorrido ex cesivo del contrapeso . Como los medid ores de fatiga sólo se necesitan para contar y registrar las ace leraciones verticales experim entadas en vuelo , es preciso inclu ir en el circuito eléc trico un medio auto mático para conecta r y desconectar la ene rgía . Esto lo realiza un interrup to r de velo cida d con respecto al air e (véase la página 113) cu yos contact os est án aju stados para hacer el circuito justo después del desp egue y romp erlo justo antes del a terr izaje . Las cue ntas de aceleració n regist rad as po r u n me did or de fati ga son fu ndamentales para relac iona r las aceleraciones experimentadas po r un avión con 10 que se denomina su longevidad a la fatiga segura. En consecuenc ia, hay que observar las lec turas en períodos regulares y anotarlas en hojas espec iales de datos tabuladas que a su terminación se usan para an álisis y c álculo de la longevidad a la fatiga. RE GISTRADOR ES DE DATOS DE VUELO

J ,1

Según se citó en la introducción de este capítulo , las exigencias ob ligato rias para que el avió n esté prov isto de registradores de datos de vue lo se basan principalmente en la adqu isición d e da tos qu e serán valio sos durante las invest igacio nes sob re las causas de un accidente. La ex perien cia de los investigado res ha de mostrado el valor relat ivo'de l registr o de vu elo con resp ec to a dos categorías muy generales de acciden tes. La prime ra categoría es aqu élla en la qu e la causa prin cipal del accidente ha sid o algun a forma de mal funcionamiento del avión, o sistema. Al intenta r esta blecer el fallo, el papel princip al lo repre sen tar ía probableme nte el análisis de los restos, y esto tendría el apoyo de los da tos registrados " antes del acc id en te" en cuanto a tiempo, altitud, velocidad y aceleración. La segunda categoría % aq ué 1Ia en la qu e el accid ente tiene una cau sa o peracio nal, est o es, un a en la qu e no ha int ervenid o ningún defecto técnico O deterioro de la actuació n del avión. Algunos eje mp los so n la pérdida de control resu ltante de un pilotaje inc orrecto por parte de la trip ulació n, condicio nes meteorológicas adversas, o factores de navegación . En esta categoría de accidente, el papel del aná lisis de los restos se .limitar ía a estab lecer los datos concerni entes a la configuración final del avió n, y amplios detalles de la posición y la velo cidad en el mo mento del impac to. En este caso , el papel del registra dor de datos de vuelo sefía más im port an te, puesto que propo rcion aría un histo rial cro no lógico de las prin cipales man iob ras en todo el vue lo . Parámet ro s seleccionad os En la selecci ón de los parámetros obliga torios para fi nes de investi gació n, el objetivo es ob ten er de los datos regis trad os, bien directame nte o bien por deducci ón, la siguiente informació n:

39 1

REGIST RO DE :) /\ T05 DE VU ELO

l. la .rayectoria de yudo del avión y la posici ó n al alcanzar esta trayectoria:

!:.15 tuerzas básicas q ue actúe n sobre ei :.1VIÓn, por ejemplo . sus te ntació n : resiste ncia ul avan ce , emp uje y con tr o l; 3. el origen genera! de las tu erza s bá sica s y las influencias. po r ejemplo, información de navegación e infonnación del estado de los sistemas del avión. Lo s par.im ctro s cbiigato rios están esp eciflcados en tus normas na cio n ales pa ra la operación de avio nes civiles y genera lme n te están relacionados co n lo siguiente : a) tiempo (G 'vlT o transcu rrido); b) alti tud d e presión; e) velocidad con respecto al aire: d) acele ración vertical; e) ru mbo magnético; f ) po sic ió n de ca beceo . víctodos para registrar Ha y dos mét odos prin ci pales para regist rar : (i) re gistro o grabació n por trazado y (ii) regist ro o grabació n electro m agnética. Registro por tra zado

Como el n ombre su giere . se tra ta d e un mé t od o po r el qu e los camb io s en los parámetros requeri d e s se gra ban en fo rm a gráfica. Fu ndame n talm e n te, p ue de parecerse al ado p tado en los in st rum en to s registradores gráficos utilizados en p lantas industriales para registrar la t empera tu ra, la presión . et c. Sin em ba rg o , e n vez de gráficos d e papel gra d u ado y estiletes grabador es, un re gistrad or d e vu elo usa cint a me táli ca d e alum inio o de acero co n gr an co n teni d o de níq ue l, en la que los trazo s se graban con estiletes d e punta metálica. En la Fig. 16 .5 se m u est ra u n ejem p lo de una gra bación co n trazos hech a durante el de sp egue d e un avión.

Altitud

•

Acele ración verti cal

~\j elocidad :ndica6}:F:?

, M arc a de j m inu to

Marca de 1 bo ta

Marc a de 15 m inutos

Figura ló. 5.-Ej em plc de un a grab aci ón por tra zos.

392

l I

REGiST RADORES DE DATOS DE VUELO

La cinta metálica, que sue le tener 5 pu lgad as de ancho, 20 0 pies d e largo y 0,0 0 1 pulgadas de groso r, va enrollad a en carr etes d e alimentación y recepción, ruedas d en radas y rodillos guía conte nidos de nt r o de un conjun to de almacén . . El carre te receptor es accio n ado po r u n tren de engranaj es de gran rela ción y un motor eléctrico ; el carrete, a su vez, transporta la cinta met álica desde el carr ete de alimentación. El motor funcion a en co nju nción co n un tem porizador para pro ducir un a velocid ad co ntrol ad a de transporte de la cin ta. Según el tip o de registrad or, el motor puede ser del ti po de corrien te co ntinua de imán perm anen te , cuya velocidad es con tro lada po r un mec a nismo regu lador cro nom étric o , o del tipo de corriente alterna d e fre cu enc ia co nstante. Los valores t ípicos de con tro l de velocidad y las relaciones del tre n de engranaj es son ta les que la velocidad de trans porte de la cinta es de 6 pulgadas por hora ; por tan to, una cinta de 20 0 pies propo rc iona un tiem po de gra bación de 40 0 horas. Los conjun tos de almacén y motor de arr astre van de ntro del aloja mient o prin cipal del registrador de vuelo j unto con los transductores y servomecanismos requ eridos para accionar el estilete corre spon diente a cada parámetro que se ha de registrar. Los paráme tros registrad os son altit ud , velo cidad con respecto al aire , ru mbo magnético , ace leraci ón vertical y tiempo. La alt itud y la veloci dad co n respecto al aire se miden mediante tra nsdu cto res ind epen dientes qu e contienen eleme ntos de detección de presión del tipo co nven cional co nec tad os a u n sistema de presión pitot estática del avión. Cada elemento det ector va acop lado mecánicame nte a un brazo accio nador de estilete, de tal for ma que el des plazamie nt o de un elemento mueve su estilete a un a posición en la cinta que equ ivale a la altitud o veloc idad con respecto al aire, segú n co rr esponda. Cada estilete o punzón es apret ad o co n tra la cinta por una barra de presión, de ta l forma que la grabación se hace en in tervalos de un segundo . .

l f

La info rmación de rumbo ma gnétic o se sum inist ra desd e el sistema de brújula principal del avión , y las señal es so n enviadas a un sinc ro transformado r de control den tr o del registr ador de vue lo. Las señales de error se amplifican y enví an a u n servo motor que accion a el ro tor del tr an sform ador a la po sición nula y , al mism o tiempo, muev e e l est ilete de rumbo a una posició n en la cinta equ ivalen te al ru mbo magnético. La grabación se ha ce también en intervalos de un segun do y co n la barra de presión actu an do co n tra el estile te. Puest o qu e el est ilete de rumbo es accionado mecá nicam en te a tr avés de dos sectores. cada uno igual a 1800 • es necesario dife re ncia r entre ru mb os este y oeste y reso lver con ello cualq uier ambigüedad cuando se an alicen los trazos. Esto lo efe ctú a u n estile te independi ent e acc ionado por so lenoi de q ue mar ca una línea en un a posición en la cin ta metálica cuan do la ~osició n del estilete de rumbo corre sponde a ru mbos en el sec tor de 180-36 0 , Y en o tra posición cuand o los rumbos están en el secto r de 0- 180° . El estilete de ace lerac ión vertic al lo ac cio na tamb ién un siste ma de servo moto r, que re cib e, a través de u n am plifica dor, señale s de un tran sdu cto r de aceleració n situad o adecua damen te cerca del cen tr o de gravedad del avión. El tiem po transcurrido se registra co ntin uamente desde el mo mento en que se su ministra ene rgía al registrador. de la forma q ue se mu estra en la Fig. 16.5 : el estilete registra dor de tiemp o es accio nado por un solenoide con tro lado por el temporizad or qu e fu nciona en co nju nción co n el motor de arrastre d e la cin ta. 393

REG IST RO DE DA TOS DE VUELO

En el registrador hay también un indicador que muest ra la cantidad de "cinta que queda". :1 que es accionado por una articulación :1 una palanca que monta en la cinta Jc forma que aprecia el radio de la cinta que queda en el carrete alimentadcr: el indicador está graduado en ho ras . En un sitio del panel de control d el registr ad or hay tarnb ién :1.:1 segundo indicador que es accionado por señales transmitidas desd e un potenciómetro conec tado a la articulación de in palanca en el reg ist rado r.

Regis tro elec tromagnético En este méto do, se codifican primero lo s datos de las señales analógicas d e tes tra nsd uc to res a propiad os a cada parámetr o , est o es, tra nsform adas en una fo rm a cod if icada digital de acue rdo con la esc ala binaria d e la nota ció n. Las señales co dificadas pas an lue go por subcanales tales co mo acon dic ionam ie n to , lógico, m ul tiplexa d o y modu lació n, y se envían como un a serie de co rrientes de impulsos 3. una cabeza gra bad o ra o "escritora" electromagnética, siendo las comentes de pol aridad positiva o negativa y co rr espondiendo respectivamente a un " es tado l ' o un " est ado O" d el código bin ario . El núcleo ma gnético de la cabeza "escritora " tie ne u n en tre h ierro muy pequ eño (normalm ente de 0.001 pulgad as) entre las piezas po lares. y está situada mu y pró xima al med io grabado r que, en alguncs registradores, puede ser cint a co n base de plást ico revestid a de ma te rial de fer ri ta , y en otros, un hilo de acero ino xidable . El entre hierro es lo más peque üo posible para q ue p ueda ha ber gran d ensidad de em paque tadura y , además, en co nju nció n co n el peq ueñ o esp aci o entre el entrehierro y la super ficie del medio grabador, para minimizar cualquie r interferencia que el fluj o generado pudiera te n er sobre las secciones adyacen tes del me d io ya cod ificado magnéticamente. La cinta O hilo se en rolla en carretes y rodillo s gu ia . y se transporta sobre la cabeza "escritora" media nte un m otor síncrono alimentado con co rriente alte rna de 115 vo ltios, La velocidad d e tra nsport e suele ser de 1,75 pulgadas po r segu n d o para cinta magnética y 2.5 pulgadas por segundo para hil o. En la Fi g. 16 .6 se muestra un ejemp lo de u n método par a tra nsportar cin ta mag-

nét ica. Siempre que se aplica co rriente de impulso s a la bobina de la ca beza " escrito ra", su rge un flujo de pérd id a entre las pie zas po lares del núcleo, y como la cinta o el hilo pas an po r las piezas polares, se producen "puntos " o secciones polarizad as magnéticamen t e en forma de serie en 1:1 cinta o hilo, y las polaridades están de acuerdo co n las co rrientes de im pul sos codi ficad os ~n bin ario aplicad as a la bobina. Po r tanto-o v se cún se mu est ra en la F~16.7, una COrrie nte de impulsos que tenga asignado ;1 valor equívalénte al ésrac o binario " i "5e magnetizará co n u na po larid ad positiva , mientras que una co rrie n te d e impulsos equivalen te al es ta do bin ario " O" se ma gn etizará co n u na po lari dad ne gativa . En t érm in o s d e codificación b inari a, ca da estado se con oce co mo un " bit " (derivado de dígito binario ); varios " bit s" correspondientes a los parámetro s medídos forma n una " pala bra" . Puesto q ue las "palabras" se polarizan en la cin ta o hilo, ést o s pr o por cionan lo que se den om ina un "a lmacén magnétic o" de info rm ac ión . El nú me ro de " bits" que se p uede n alm ace nar en u na cin ta O h ilo determin an la densidad de empaq uetadura ; algunos valores t ípicos son 90 0 bits por pu lgad a d e cinta y :1 12. bits por pu lgad a de hilo, En la gra bació n en cinta

394

1 \ }

:'1.-

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REGIST RA DORES DE DATOS DE VUELa

8 r¡:¡ LO~ de lo s rodillos de arrastre

2!§~r~\r-c¡r.ta

(l ado ti \! ÓXido)

~;I}I-- G u ¡a de la ~ i l1t a

I f;"-f-=- f - C on jl,lnto c e ca rr \!l e

Conj unto d e mesa

M o t o r - - -_--f'!C

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-Encnuie

Figur a 16.6. - Ejempl0 de una cin ta magnética de grabación o registro.

'. J1.J"1. J' J' I I ! 1 i I I I ,~

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i i i ¡i i i I {

Medi o de grabac ió n

•

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...

Entr aoa

de seña les Est ado

tt+H-i·'·i '0'1' 0'\'0'1 '0'

' 00,,;0 1 1 1 1 1 1 1 1

Figura 16.7. -Operació n de la ca beza " escrito ra".

395

REG IST R O DE DATOS DE VUE LO

magné tic a. los datos codificados se alm acenan en varias pistas en las que se divide una cinta e 1 f2 pulgada de ancho y 850 pies de largo. La cabeza "eS entera" tiene un número co rrespondiente de bobinas magnetizadoras que se selectan automáticamente para prc porcionar grabaci ón secuencial en las pistas, En la F ig. 16.8 Se ofrece más información sobre la técnica de la grabación electromacnética. Para interp retar co rrectamente la información almacenada 1 cundo se '-:le~" la cinta o el hilo, hay que reu nir primero en un formato identifi'\ cable las en tr adas de seriales 3. las bobinas ma gne tizado ra s de la cabeza "'escri- ¡,\ tora". Est o se hace multiplexando los impulsos en una unidad acondicionadora de señales. de fo rma qu e el fonn a to comprenda u n cuadro de 6 4 " pala bras" , con te nien do cada palabra [ 6 " b its " ; un cu ad ro tien e un a du raci ó n de 1 s. La p rimera palabra en cada cuadro es una señ al sincro nizadora (o tie mpo relativo) l de cuadros q ue comprende una serie rep eti tiva de .•1 s" Y "O s", quedando las 63 palabras restantes disponibles para información pura en los parámetros requeridos. Cad a una de estas palabras incl uye tres señales sincro nizadoras de palabras de 2 bits (O 1) que dividen la informa ción pura en gru pos de 4 bits. 3 bits y 3 bits, respectivamente. Por tanto , cada palabra contiene i O bits de información, y como en el sist ema binario se entiende que los " bits " se multip lican por potencias progresivamente mayo res de 2, entonces cada palabra tiene una cue nta decimal completa equivalen re de 10 24 (2 10 ) . En el ejemplo que se mues tra en la Fig. ! 6.7. ios diez bits de informa ción de la palabra 2 de un transduc to r "A" ha sido codificada ma gnéticamente O 1 00, 1 O 1, Y O 1 1; la co nversió n a dec imal precisa sol amente que el " 1 s" sea elevado a po tencias mayores de 2 y siem pre de derecha a izq uierda, para que el có digo se convierta en 156 + 40 -i- 3 y sea igual a 299. Análogamen te , la pala bra 3 de l trans ductor "WB" se co nv ierte en 4 3 en el sistema decimal. La información en todos los parámet ros se mues trea de nt ro de la un idad acondicionad ora de señales del sist ema re gistrado r de vuel o en intervalos periódic os para fo rmar el mo delo mu ltip lex; unos parámetros se mu estrean con má s frecuen cia qu e otros. En la Tab la 16.1 se dan algunos detalles del régim en de muestreo y la asignación de pala bra s basad o en un ti po de re gistrado r (gra bador) de hilo em plead o actu almen te. Para fines de identificació n. es oreciso srabar la informac ión de refer encia de l yudo, esto es, el nú mero del y" elo y la~ fecha. Esto se hac e accionando los interru ptores de " ru ed a de pulgar" en un pan el codificador de vu elo (véase la Ta bla 16.1 Veíocídadde muestreo (por segundo)

Par ámetro

Tiempo Ace leración Ca beceo Altitud Velocidad con respe ct o al aire Rumbo Núme ro y fecha del vuelo en tr es grup os de 10 ; 1 en -+ ~' 2 e~

396

---+

As ignación de n.úm ero de palabra

S S

Ó.

l J , 22, 30, 38, 46, 54, 6 2 2,1 0, 18, 26, 34, -+2, 50, .:5 8 9 13

29 3,5,35,37

·1 REGISTRA DORES DE DA TOS DE V UELO

Oif¡ección +-del reco rrido

lífTTIll: ~-

• •

Palabra 2 Palab ra 3

Palabra 64 Sln crc de encuadre

Palab ra 1 (Sinc ro de encuadre)

' Sincro I

I pa~aebral

In fo rmaci ón

, 2 bits ,

pala~ra

4 bits

, Estructura

rtr..

i Sincro i

S tncr o ¡

1 '

2 bits

In formación

3 bits

I p a l a~ ra l 2 bits

;

Información

3 bits

n otes de palabra

= 16 bits

Magn et izació n',

Cód igo binario ' 1

Sincro de encuad re palab ra 1

T ran sducto r" A " - Palabra 2 -"';'~- T ra n s d u c to r "S " - Palabra 3

~lSUl

\ I H + I 1- 1 1+1 + 1+ 1+1- 1+ 1-1+ 1-1 1-1 -" ,'1- 1 -1 -1-1 I. ¡-' Binari o

1 '° '\"" ° , "",' ° 1

o o

' 56

1 " " " '1' ° 1 1 1,' ,' ,' ," ¡ '"""'I I"""\' i°" ,1" "\ , o 1 loo o ' o I° 1 , ° 1 ° 1 o 1 1

1 , 0'

¡ .o l -29 9

i ! ' ,'

< - 43

1 '1 1I

Figura 16.8.-Grabación electromagnética.

Fig, 16 .9) situado en la cabina de vuelo . Los interru pt ores están numerados y al selectarlos envían u na salida a la u nid ad acon diciona dora de señales para su multiplexad o y su tra nsmisió n al registrad or en grupos de in formación codificada en bin ario.

397

REGISTRO !:lE DATOS DE VUELO

./,, "

Figura 16.9 .- Ejemplo de un pane l cod ific ad o r de vuelo.

Recup era ción y anális is de datos El man ejo de los datos o b tenidos de un sist em a registrador de yudo q ueda com pr endido en dos fases distintas : (i) la recu peración de daro s no an alizad os o "valuados del medio de gra ba ción , y (ii) el análisis d e la in form ació n en relación co n un accidente particular 0, en el caso de sistemas de ad qu isición de datos. con relació n al muestre o cíe daros para supervisió n ru tin aria, Además de la rec uperación de datos no an aliz ados o evaluados, la prim era fase incluye ta mbién la aplicació n de co rrecciones para calib ración y otros erro res. de sistemas, por ejemp lo , error es de pres ión de un siste ma pit ot-est ática , y....su presentació n en una forma adecuada para su cálculo y análisis. La segund a fase necesit a la introducción de otra información, tal como datos de diseño , actuació n u operacionales. relativos 31 tipo de avión. La naturaleza del equipo necesario para la re cuperació n de datos de pen de de l método de registro o gra baci ón que se adopte . En el método de regis tr o por t razo s, y desp ués de sacar del regist rador la cinta met álica. los diversos trazo s se co nv ierte n en valo res de los paráme tros regis trado s, mediante un a pla nt illa transp aren te que tiene marcadas coordenadas que se p uede registrar, co n precisión , contra los :::.lZC S. El an álisis de los datos regist rad os electromagn ética-

398

REGIS TRADORES DE DATOS DE VUELO

mente requiere el uso de equipo electrónico de procesado y presen tación para convertir la información codificada digitalmente en analógica, esto es, decodificar. El' pro ceso de decodifica ción requier e, básicamente, que la cin ta o el hilo codificado magnéticamente sea tra nsportado m ás allá de una cabeza "escritora" del equ ipo procesador. La constru cción electromec ánica de esta cabeza es sim ilar a la de una cabe za "escritora" de registr ado r. Cuando cada sección magnetizada de l medio grabado r pasa la cab eza, indu ce un pequeño volt aje en la bobina de ésta , y la polaridad de l voltaj e indica si se ha alma cenado un bina rio 1 ó un bin ario O. Las señales de voltaj e se proc esan lu ego electró nicamente para reprod ucir los p arámetro s registrados en forma analó gica y de acuerdo co n el código de p alab ras que se les ha asignado origin almente . En algu no s tipos de registrador de vuelo también existe una cabe za "lecto ra" muy cerca de la "escrito ra" (véase también la Fig. 16. 6). Esto perm it e contrastar "in sit u" la validez de la infor mación registrada. Pro tección y situ ación de los registrad ores de vuelo Los registrado res de vue lo para la re cup eración d e da tos para investigación de ac cidentes deb en estar adecuadame nte protegido s y situ ados en el avión de forroa que los medios o eleme ntos de grabación no sean dañados si el avión se estrella (véase la Fig. 16.10). Los factores adversos co ntra los que deb en protegerse los registradores de vu elo son el d et erioro mecánico debido al imp acto y. las fu erza s de aceleració n , el dete rioro p or incendio, y el ataque qu ímico de los i1u ido s hidráu lico, de desh ielo y de extinc ión de incendios, los co mbustibles y los ácidos. Tam bién h ay que protegerlos con tra los efect os del agua de mar, y en caso de accid ente en qu e los rest os caen en agu as pro fundas, el co ntened or de l medio de graba ción deb e esta r provisto de instalacione s de separación y flotación. Las ins talacion es de protección , desde lue go, están " integrad as" en el diseño de un registrador y por eso pueden co nsid erarse como el medio princ ip al para asegur ar la supervivencia d el medio de grabació n o regist ro . No obstante , la sit uación d e un registrador en u n avión es tam bién un factor import ante que se ha de conside rar a este respecto ; po r la evidencia facilitada por los accidentes se ve que la parte posterior del fusel aje y la secc ión de cola son las secciones que más pos ibilidades tienen de sufrir menos daños. Por este motivo, el regist rador de datos de vuelo p rotegido va instalado en la parte posterior de un avión . Además de los requisitos de protección y situación anteriormente citados, tamb ién es neces ario propo rcionar registradores con medios para facilita r su identificació n después de un accidente. Esto se suele hace r adoptando un pro grama de colores de identidicación ; por tanto, contrario a la denominación de " caja ne gra" adoptad a frecuentemente en los informes de lo s medios de inform ación de un accidente, la caja podría muy bie n ser de color naranja tluorescente. Sistemas de da tos integrados del avión Según se dij o en los apartado s inic iales d e est e capítulo, la capacid ad de los ' registradores puede aumentars e para ad quirir datos adicio nales en la investiga-

399

¡ 1 1

RE GISTRO DE D,.i.T OS DE Vl; ELO

ir-com oustrcte

Alojamiento de acer o biioda d c

Fi gura tá.IO.-Protecció n del registrador .

ción <le acciden tes. Excepto por lo s requisitos establecidos para ciertos pro ceso s de certificación , la ad qu isició n de datos, tales co mo operación de los sistemas de la célula y mo to r, no es o bligato ria. No obstante, facilit a al operador los medios para contrastar la actu ació n de los sistemas so bre u na base comparativa, y de cua lquier variac ió n para pre ver po sibles fallos de un compo nente O un sist em a. Por ejemplo, po r la supervisió n de los parámetros asociad os co n la ac tu ación del mo to r. en fu nción de las presiones, temperaturas y niveles de vibración, puede detectarse la " caracterí sti ca" de u n motor durante un per ío do de ti empo, y ésta puede u tilizarse corno una referencia de actuac i ón por la qu e se p ueden comp arar los parámetros registrados de o tr os motores cada vez qu e se haga u na "lectura" . Los sistemas de esta naturaleza que se co nocen po"r los jcrónim os AIDS y DAS (Sistema de Adquisi ció n de Datos) se puede n u riliz ar independie nt emen te , o en conjunción con un re gistrado r de acc identes. En la F ig, 16.1 1 .se mu est ra la dis p osición esquem ática de un sist ema, Las entradas analógicas pr ocedentes de los transductores apro piados se suminist ran a un a o más unida de s de ad q uisición de datos que contienen multip lexores analógicos y digitales , circutos de acondicionamiento de se ñales y un co nvertidor ana lógic o-a-d igit al. Después de su procesado y co nversión , las señ ales se " seri alizan" y tr ansmiten a la un id ad lógica a lo largo de lo que se denomina un a pis ta digital: esto pro porcio na u n en lace de datos común para to o as las u nid ad es de adquisición qu e puedan co mponer un sist ema. y u tili zar as: el m ínim o cabl eado de in rerconexión . La uní -

400

, PRE GU N'TA S

E nt r-ad a d at o enarco.

'rtern oo

PeL m o t o r

vetee . resc. as-e

scsrc. de mand ov ue t,

A l ti t u d

Se ri o c e I LS AFCS Embrag ue y modos

Ru m bo Acetera c. Pos ició n cac eceo Presion es 'rem ce ret.

T Reg istrad ores a la rgo p lazo v i o acceso rá p ido

Um dad de control

Unidades adqu isic ión d e dato s

Unid ad ló gica 1

I Reg iSt r. ,

I accid .

Pista d igita l de ser ie

Figura 16. 1l.-D isposición esquemática de

unsist ema de datos inte grado.

dad lógica convie rte la in forma ción proc ed ente de las un idac es de adquisición en los formatos paniculares apro piados a las diversas nec esida J es de salida . Con la un idad de contr ol, la tripulación pu ede insertar informaci ón de vue lo en la grab ació n ; esta unidad consta tam bién de instalac ione s de supe rvisió n continua de los sistemas y de pru eba. Los registra dores que se usan en estos siste mas sue len ser de l ti po de hilo, y van instala dos en un avión de forma que se pu edan alcanzar fácilmen te para sup ervisió n y "lectura" al azar de los datos registrad os. PREGUNTAS 16.1 . Ex plicar con la ayuda de un diagrama el principio básico de ope ración de un acelerómet ro . 16.2. ¿Cuales son las diferencias fu ndamentales ent re un acelerómetro y un medido r de fatiga?

16.3.

¿Cómo se asegura que un medido r de fatiga no registre a) " cuentas" de segundo s, b) durant e el carreteo y el aterrizaje?

16.4. ¿Qué parámetros son obligato rios para fines de investigación de accide ntes? 16 .5. Explicar brevemente cómo se registran mediante el método de trazos las variaciones de valor de cualquier parámetr o. 10.6. ¿En qué int ervalos de tiempo registra los parámetros un registrador de trazos? 16.7. Describir cómo se diferencian los trazos de rumbos este y oeste . 16.8. ¿Qué mecanismos de estilete de un registrado r de trazos son accionados por solenoide? con los registra dor es de dato s de vuelo, ¿qué significa " régimen de trans 16.9. En relación .., pone .

40 1'

RE G IST RO DE DATOS DE VüE LO

i 6 . 10.

~Qu é med io magnético"

elemento de grabación se ut iliza en los registracore del tipo electro-

16.11. Desc ribir brevemente cómo se "escriben" en el m ed io de grabación las señales codificadas ap rop iadas a un pará m etro . lb.12. ;.Qué se quiere decir po r el té rmi no '<dens idad Ce empaquetadura' en rela ción con u n .nedio de grabación? 16 .1 3. ¿C:..l3;"nQS "bit s" y "palab r as" co mp rende un cuad ro?

¡ 6.14. Convenir los sigui entes " bi t s" de información de u na "paiabra" registrada al.sistema decimal: 1001 000 00 1.

i \

! j I

16.15. ¿Cómo se recupe ran y analizan los dat os regist rad os? 16. 16. ¿ Cuáles son los rcqu ísit os de protección y situ aci ón para un regist rad or de datos de accidentes? 16.17 . Desc ribir algunas de las ventajas del emp leo de sistem as de datos integrados.

402

Símbolos y ab reviaturas principales

Los sím bolos de las can tidades aparecen en letra ba stardilla, y las ab reviatu ras de los no mbres de las unidades (símbolos de las unidades) en let ra ord inaria.

A a B bhp

els F ft/ min.

ft/h.

ft /52 g

Hz 1 in Hg

K lb/gul. Ibf/in 2 JI

ampe rio velocidad del sonido de nsidad del flujo magnético potencia al fren o capacit ancia grados Celsius ciclo por segundo far adio pies por minuto pies por ho ra pies por segundo por segundo aceleración debida a la gra vedad fu erz a d el campo magnético hertzios (frecuencia) co rriente eléctrica momen to de inercia pulgadas de mercurio Kelvin libras por galón libra s fuerza po r pulgada cuadrada número de Mach to rsión , par mome nto magnético masa milia mperio

robar

mV m.p .h. mm Hj O N N

Nm p, pF R rad

rev./m i. T

V V

W Wb Ci

pF p

milibar milivo ltio millas po r ho ra milímetr os de agua Newt on (fuerza) nú mero de vueltas de una bobina Newton metro (par) Pascal (N/ m l ) pico faradio resistenci a

radián revolución po r minuto perío do, tiemp o peri ódico vo ltio velocidad peso Webe r (flujo magn éti co) coeficiente de resistencia de temperatura microfaradio de nsidad fluj o magnético ohmios velocidad angular (rad ianes por se· gundo)

403

Fact ores de conve rsió n

1. Presión

Para co nven ir At m ósferas

Pulgadas Hg

Pulgadas Hz O

Kilogramos po r cm cu adr ado

multiplicar por

pulgadas Hg (O 'e) pulgadas Hz O kilog ra mos po r cm cuadrad o milibares milíme tr os Hg (O oC ) piezés libras por pulgada cuadrada ' pascals atmósferas pulgadas Hz O kilogramo s po r cm cuadrado milibares milímet ros Hg libr as po r pulgada cuadrada atmósferas pulgada s Hg kilo gramos por cm cuad rado milibares libras por pulgada cuadrada pascais at m ósfe ras pulgadas Hg milí metros Hg piezé s

libras por pulgada cuadrada Milibares

at m ósferas pu lgadas Hg milí metros Hg

29.9'2 1

406 ,9 1,0333 1.013,:25

760 ,00 101,331 14,696 10 l.3 25,000 0,0 3342 13.60 0 ,034 53 33,8639

\ 1

Ii I

2 .~ A O

),4912 2,458 X 10- 3 0,07 355

2,540 X 10- 3 3,d90 0,0 36 j3 249,089 0,000987 28,9 6 735 .54 ! :0197 i 4 ,22 3

0,01 450 0,02953 0 ,7450

La pascal (Pa) es una unidad SI y es la presión producida por una fuerza de 1 Newto n aplicada . uníro rme ment e distribuida. sobre un área de 1 metro cuadrado . Nota : Se suele definir una presió n como tantas "libras po r pulgada cuadr ada" No obst ante, puest o que presió n es más exactam ent e libras-peso o fuerza actuando po r pulgada cuadrada . ahora se adop ta el simbolo "fuf,lpulg. 2" en lugar de " lb/pulg. z"'.

d04

1 \

'l FA CTORE S DE CO:-fV E RS IO N

libra s por pulgada cuadrad a pascals

0,01 45 100,00

Milíme tr os Hg

pu lgada s Hg kilogramos po r cm cuadrado pascals libras po r pulgada cu adr ada

0 ,039 37 0, 00 13596 133,322 0,01 9337

Lib ras por pu lgada cuadrada

atmósferas pulgadas Hg pulgadas H, O kilo gramo s por cm cuadr ado milibares milímetro s Hg pascals

Pascals

libras por pulgada cuad rada

0,0 6804 2,03596 27.68 0,0703 68,9476 51,713 6.896,55 0 ,0001 450

2. Ve locidad

m ultiplicar po r

Para con vertir

Pies por minuto

pies po r segundo kilómetro s por ho ra nu dos metros por minuto millas por hora

0,01 667 0,0 1829 35,5 24 0,3048 0,01 136

Pies p or segund o

kilómet ros p or ho ra nudos metros po r minuto millas por hora

1,0973 0,5921 18,29 0,68 18

Kilómet ros por ho ra

pies po r minut o pies po r segundo nud os metros po r minuto millas po r hora

54,68 0,9113 0 ,5396 16,67 0,62 14

Nudos

pies po r minuto pies po r segu ndo kilóm etro s por ho ra millas po r hora

Met ro s por m inu to

pies po r min ut o pies por segundo ki lóm etro s por ho ra nudos millas por hora

1, 1I

II I,

I I

101,34 1,689 1,853 2 1,151 6 3,28 1 0,054 68 0,06 0 ,03238 0,03728 405

FACTO RES DE CONVERSION

Millas por ho ra

pies po r minut o pies por segundo kilómetros po r hor a nudos

33,00

l Aó6é 1,60934

.0 ,368 4

3. Volu rn ét ri cas

Para convertir

m ultiplicar por

Centíme tre s cúbicos

pies cúbicos pulgadas cúbicas galones imperiales litros pintas cuartos

Pie s cúbicos

cent ímetros cúb icos pulgadas cúb icas galo nes imperiales . lit ros pintas cuartos galones US

Pul gadas cú bicas

centímetros cúbicos pies cúbicos galones im periales litros pintas cua rtos

3,531 X 10- 5 0 .0 610 2 2, 199- X 10- 4 0 ,00 1 1,7 598 X 10- 3 8,7988 X 10- 4 28 .31 6 ,85 1.7 38 ,00 6,2288 2 8,3 2 59 ,84

29 ,9 2 7,48 1

•

16 ,39 5,78 7 X 10- ' 3,6074 X 10- 3 0 ,01 639 0 ,5688 0 ,2 8-1: 4

Galones imperiales

cent írnet ros cúbico s pies cúbicos pulgadas cúb icas litros galones US

4 .<46 ,08 7 J , 160 5 4 4 i ,.'12 4,545 96 1,201

Lit ro s

cen t ím et ro s cúbico s pies cú bicos pulgadas cúb icas galon es im penales pintas cuarto s ga lon es US

1.000,0 0,0 35 32

ce ntímetros cúbi cos pies cú bicos pulgadas cúb icas litro s cuart os

568,2 6 0,0200 7 34, 68 0,568 2 0 ,5

Pintas

406

-~ ' 6 1 : 0 2 5

0,219 98 1, i 598 0,879 9 0, 26 4 2

I I

FACTORES DE CO N V E HS ION

, Cu a rt o s

ce u t ím et ro s c ú bicos pies c úbicos pu lga das cú bicas litro s

1. 136 ,522 0,04 0 14 69,35 48 1,1 364 9

G alo nes US

ce n t ím et r o s cú bi co s pies cúbicos pu lga das cú b icas ga lones im perial es lit ro s

3.786 ,4 4 0, 1337 23 1,00 0 ,8327 3,785

4. Me d id a a,ngular Para con vertir ,

G Jados

min uto s cuad rante s radia ns

Min utos

grad o s

cuadrantes ra d ia ns

Cu ad ra n te s

60,00 0,0111 0 ,0 175 0,01 66 1,8 52 X 10- 4 2,909 X 10- 4

radians

90,0 0 5.400,00 1,571

gr ados minu tos cu ad ra n te s

57,2 957 3.437,75 0,6366

grados

minutos R ad ian s

multiplicar po r

5. Ve locid ap angular Para con vertir

Grad o s/ segu n d o

rad ia os/ segu ndo rev o lu cio ne s/ segund o revo luc io nes/m inu to

R¡j(1 ians/seg u nd o

gra dos/seg u n do revo lucio nes /segu nd o r evo lu cio nes/m inu to

Revo 1u cíou es/ segu n d o

grad o s/ seg u n d o ra d ia ns/segu rido rev o luc io n es/rn inu to

R evo luci o n es/ m inu to

gr ado s/ seg u n do rad ia ns/ seg u n do

revo lucio nes/segun do

mu ltip licar po r

0,0 174 5 2,77 8 X 10- 3 0, 1667 57,3 0 0 ,159 2 9,5 493 36 0,0 0 6 ,283 60,00 6,00 0, I0472 0,01 667 407

FA CT O RE S D E CO N V EHSIO N

6 . Erro r de ace le raci ón Co riolis El valor de la ac e lera ción Corio lis viene d ad o p or 2s:2G se n 1\. Eri e l hem ísíerio norte actúa a la izq u ierd a d e la derrot a, in clin ando U II e leme nto det e ct o r de [luj o e n sen t ido co nt rario al giro de las aguj as d el reloj a lre ded or d e un eje " lo largo de la derro ta magn ética. Por consiguiente, la in clinación Ct' viene dada po r: aceleración ho ri zo n ~~ = 1~S; s~E~~. radi ans g g

d o nd e

f l = ve loc idad de la T ierra en radian s por segundo G

= velocidad co n re spect o al sue lo e n pies por seg und o

g = acel eración de la gravedad en p ies p or se gu n do p o r segundo . 7. Erro r ca rdá n ico

La ec uaci ó n del error card án ico es la siguien te:

tg hind = tg har , X cos O X sec O - tg O X sen 1> d ond e fli lld

= rumbo indicado

hacl =

1> O

flI mb o

rea l = ángu lo de alab eo = ángu lo de ca beceo .

Pu esto qu e lo s áng u los de ca beceo so n m u ch o má s peq ue ños q ue Jo s de alab e» , la ec uac ió n puede simplific arse así: tg h illd = Ig hacl X cos 1>

40 8

Tablas

l . Atm osfera estándar

Velocidad Temperatura

del sonid o

llJ f/ pulg.2

pies/ s

31,0 19 29,92 1 28,856 27,82 1 26,817 25,842 24,896

15,234 14,969 14,172 13,664 13, 170 12,6 91 12,226

+ 16,9B1 15,000 13,0 19 11,038 9,05 6 7,075 5,094

1.1 19,9 1.11 6,1 1.1 12,3 1.10 8,4 1.104,5 1.l 00,7 1.096 ,7

811,99 781,85 752 ,62 724, 28 696,8 1

23,978 2 3,088 22 ,225 21,388 20 ,577

11,775 11,338 10 ,913 10,50 2 10,10 4

3,113 1,132 - 0 ,850 - 2,831 - 4;812

1.092 ,8 1.088 ,9 1.085,0 1.081,0 1.077,0

11.00 0 12.000 13.000 14.000 15.000

670 ,20 644,4 1 619,43 595,24 57 1,82

19,791 19,029 18,292 17,577 16,886

9,7 18 9,344 8,9BI 8,630 8,29 1

- 6,793 - 8,774 - 10,756 - 12,737 - 14,7 18

1.073, 1 1.069,1 1.06 5,0 1.061,0 1.057,0

16.000 17 000 18.000 19.000 20.000

549, 15 527 ,22 506,00 484,47 465 ,63

16 ,216 15,569 14,942 14,336 13,750

7,962

7,643 7,335 7,0 38 6,750

16,699 18,6 80 20,662 22,64 3 24,624

1.052,9 1.048,8 1.044 ,7 1.040 ,6 1.036 ,5

2 1.000 22 .000 23.000 24 .000 25.000

44 6,45 4 27,9 1 4 10,00 392,7 1 376,0 1

13,184 12,6 36 12,107 11,597 11,104

6,472 6,20 3 5,94 3 5,692 5,45 0

26,605 28,6 86 30,568 32,54 9 34,5 30

1.032,4 1.028 ,2 1.024 ,0 1.0 19,8 1.0 15,6

¿6. 000 27.000 28.000 29.000 30.000

359,89 344 ,33 329,32 314,85 300, 89

10,628 10, 168 9,725 9 ,298 8,885

5,2 16 4,991 4,77 3 4,56 3 4,36 1

- 36,51 1 - 38,4 92 - 40,4 74 - 4 2,455 - 44,4 36

1.011 ,4 1.00 7,I 1.002,9 998,6 994,3

31.000 32.000

287,45 274,49

8,488 8, 106

4,16 6 3,978

- 46,4 17 - 48,398

990 ,0 985 ,6

A ltitud

Presión

Pits

Milibare s

Pulgadas Hg

·· 1.000 O 1.000 3.000 4.000 5 .000

1.050,4 1 1.0 13,25 977 ,17 942,13 908, 12 875,10 843, 07

6.1100 7 00O 8000 9.000 10.000

2 .000

409

r A llt A S

velocidad

Altitud

Presi ón

Pies

Mlu b a res

Pulgadas Hg

Ibf/p ulg. 2

33.000 34.000 35.000

262 .0 1 249.99 238,42

7.737 7.382 7.04 1

3.7 97 3.622 3,455

-· 50 .380 - 52,36 1 -·54,342

98 1,3 976,9 972.5

227.29

6 ,712 6,397 6 ,09 7 5.8 11 5.538

3,29 3 3, 139 2.99 1 2,85 1 2,7 17

--5 6 .32 3

9fíR, J

5,278 5,030 4.794 4.569 4 .355

2.589 2,468 2.3 52 2.24 1

- 56.500

9(,7.7

4, 150

2,036 1,94 0 1,849

36 .000 .37. 000 38 .000 39.000 40.000

Tem peratura

2 16,63

206,46 196.77 187,54

4 1.000 4 2.000 43 .000 44".000 45.00 0

154.74 14 7,48

46 .000 4 7.000 48.000 49 .000 50 .000

140 ,56 133.96 127.67 12 1.68 115.97

178,74 170. 35 16 2 ,36

delsonid o

pie-sI!!

2, 136

3.956

3,770 3.593 3.425

1.76 2

1,6 79

2. Eq uivalen tes presión /velocidad con respecto al a ire

t res í ón en milímetros de agu a

Velocidad con respec to af aire

Cuando fa veloc idad estó (' JI m.p.b,

Cuando fa

vetocídad /wá en nu do s

velocidad est á en km /h.

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

1,25 5 .00 11,25 20.00 3 1.29 4 5.08 6 1,40 80 ,24 101,6 125 ,6

1,66 6.63 14,93 26.55 4 1.5 1 59.8 1. 81,47 106.5 134.9

110 120 130 140 150 160 170

152,1 18 1.2 2 12,8 247 . 1 284.0 323.6 365,8

IBa

4 10 ,B

202 ,0 240 ,7 282. 9 328,6 377 ,8 430 ,6 487,0 547, 1

4 10

166, 7

0,5 1,9 4,3 7 .1

12.1 17.4 23,7 30 .9 39, 2 48,4 58 ,5 69 .7

8 1,8 94,9 109.0 124,1 140 ,2 157.4

Presi ón en milímetros de aguo

Velocidad co n respec to al aire

Cuando lo velo cidad

está e11 m. p.h.

360 370 380 390 400 4 10 420 430 440 450 460 4 70 480 490 500 5 10 520 530

Cuando la velocidad está en nlldo s

2.752

2.308 2.44 7 2.59 1 2.740 2.985 3.054 3.219 3.389 3.564 3.745

2.887 3.024 3. 166 3.3 12 3.46 2 3.6 16 3.774 3.9 37

3.93 1 4.124 4.322 4.5 26 4.736 4.952 5.174 5.403

1.71 i

1.8 13 1.9 18 2.026 2.138 2.254 2.373 2.496 2.622

Cuando la velocidad está el / km/h. 640 . ~

6 76,0 706.9 752.9 793.0

TABLAS

Presi ón en milímetros de agua

Presi ón en mil íme tros de agua

Velocidad

con

Cuando la

respecto al (tire

velocidad

Cu ando la velo cidad está en

m.p.h .

Cuando la velocidad está en nudos

190 100

458 ,4 508,1

6 10,8 618 ,3

175,4 194,4

540 550

4.10 3 4.214

5.6 38 5.880

210

56 1,9 617,8 676 ,5 738,0

749,6 824 ,6 903 ,5 986,3 1.013 1.164 1.259 1.358 1.461 1.569

214,5 235 ,6 257 ,7 280 ,8 304 ,9 330 ,1 356 ,2 383,5 4 11,7 441 ,0

560 570 580 590 600 610 620 630 640 650

4.450 4.6 30 4.815 5.004 5.198 5.397 5.6 0 1 5.8 10 6.014 6.24 3

6.129 6.384 6.64 7 6.9 17 7.194

1.6 81 1.797 1.91 8 2,043 1.173

47 1,4 501,8 535, 3 568 ,9 603, 5

660 670 680 690 700

6.467 6.696 6.93 1 7.172 7.4 18

eDil

respec to al aire

220

:no 240

Cuando la velocidad está en

250

802,5

260 270 280 290 30(J

869 ,8 940, 1 1.013 1.090 1.169

310

1,25 I

320

1.337

330 340 350

1.5 17 1.612

1.-1 25

km/h.

está en m.p.h.

Cuando la velocidad está en

Cuando la velocidad e),tá e11

nudos

km /h.

3. I{ elación u." de Mach /vel ocidad co n respecto al aire

A ltura (pit!)'J

Temp . A b ~'.

Velocidad del sonido

p íesfs

Número d e Ma ch

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7 .

0,8

0,9

m.p.h,

Velocidad

O 5,uOO

10.000 15.000 10.000 l5 .000 30.000 35. 000 36.090

188 278 ,1 268 ,2 258,3 248,4 238,5 228.6 2 18 ,7 2 16,5

76 1,6 748,4 734,9 721,2 70 3,3 691,1 67 8,5 663,7 660 ,3

128 ,5 124,5 220 ,5 2 16,4 212 ,2 l 07 ,9 203 ,5 199 ,1 198 ,1

304, 6 29 9,4 294,0 288 ,5 282,9 271,2

171,4 265,5 264, 1

e Dil

380 ,8 374,2 367 ,5 360 ,6 353 ,7 346,5 339,2 33 1,8 330 ,2

respecto al aire en m.p .h. 457,0 449 ,0

440,9 4 32,7 4 24,4 4 15,9 407 ,1 398 ,2 396 ,2

533, 1 51 3,9 5 14,4 504,8 495, 1 485,2 4 74,9 464 ,6 496 ,2

609,3 598 ,7 58 7,9 577 ,0 565 ,8 554,5 541,8 53 1,0 528 ,2

685, 4 6 73,6 66 1,4 649,1 636 ,6 623,8 610,6 597 ,3 594,3

4 11

T A B LA S

4 . Eq uivale n tes tem pe ra f lira/ resiste neía

Eíeméntos dete ctores de níquel

100 ,0 152,2 218.8

95 ,4 104,7 158,2 226, 4

90 ,8 109,5

. 86,4 114,4 170 ,6 242,3

82, 1 ll 9,4 176,9 250,6

Men o s

Más 100 200

164 ,4

234,3

77,8

73,6 129,9 190,1 267,7

69,5 135,3 197,0

65, 4 140 ,8 204.1

.1. 46 ,4 21 1,4

124 ,6

183,4 259,0

6 1,4

Elem entos dete ctores de platino

110,0 150,3 189,4 227,3 264 ,1 299 ,5

105,9 ll 4,\ 154,2 193,2 231,0 267 ,6 303,0

101 ,8 118,1 158,2 \ 97,0 234 ,7 27 1,2 ' 306 ,.\

Menos

Más 100 200 300 400 500

'l O

93,5 126,3 166,1 204, 7 242 ,1 278,4 313,4

89, 4 \3 0,3 170,0 208 ,5 245 ,8 28 1,9

85, 2 134,3 17 3,9 212,3 249.5 285,5

81, I 138,3 177,8 216,0 253, 1 289 ,0

30 9 7,7

122,2 162,1 200 ,9 238 ,4

274,8 309,9

76 ,9

142.4 18 1,7 219,8 2% .8

292 ,5

12,7 1.46.3

185,6 223.5 260,4 296,0

5. Eq u ivn le ute temp e ra t lira /mi livoltios d e ter mo pares típi co s d e h ie rr o / constan ta n

Unió n fría en

Oc O 100 200 300 400 500 600 700 800

4 12

°5,02 10,28

0,48 5,54 10 ,80 16,16 21,5 I 26,32 32,32 38,39

0 ,96 6.06 11,33 16 ,70 22,04 27 ,36 32.90 39,0 1

15,62 20,93 26,28 31,75 37,77 44,97

30 1,46 6,59

ll ,86 17,24 22,57 27,90 33,48 39,63

100

1,96 7,12 12,33 17,79 23, \0 28 ,44 34,06 40,25

2.46 7,65 12,93 18,33 23.62 28,98 34,66 40,87

2.97 8,18 13,47 18.87 24, 15 29,52 35.28 41 .49

3,48 8,7 1 14,0\ 19,4 0 24,68 30,07 35,90 42,ll

3,99 9,24 14,55 19,9 3 25,2 1 30,6 2 36.5 3 42, 73

4,50 9,76 15,08 20,45 25, 74 31,18 37, 15 4 3,35

5,0 2 10,28 15,62 20,98 26 ,28 3 1,75

37,17 4 3.97

TA IiLA S

6 , Eq uivalente te m pera tura/vo ltio s de term opares lípicos de co hre{co nslan tan

Uni ón fria en Oc

Vc U

IO(j

:WO 30U 40u 500

O II

4, 27 9 ,25 14,75 20,68 26, B8

0,37 4,75

0 ,75 5,23 10,29 15 ,9 1 21,92

1,16 5 ,7 1 10,B3 16 ,49 22,54

1,5B 6,19 11,37 17,lIB 23 ,16

2,0 1 6 ,69 11,92 17,68 23,78

2,44 7, 20 12,47 I B,28 24,40

2,89 7,7 1 13,0 3 I H,H8 25,02

1) ,77

15,33 2 1,30

' HO

100

3,34 8, 22 13,60 19,48 25,64

3,BO 8,73 14,17 20,08 26 ,26

4,27 9 ,25 14,75 20,6H 26,B8

7, Eq uivale n te t eInpera t lira {miliv() I t i os de ter mo pares tí picos dc cro rne l/alumel

Unió" fr ía en oC

0,40 4,5 1 8,53

100

1,20 5 ,33 9,3 4 13,45 17,66

1,61 5,73 9,74 13,87 18,08

2,02 6 ,13 10 ,15 14,29 1B,50

2,4 3 6,5 3 10,56 14,7 1 18,93

2,85 6 ,93 10,97 15,13 19,36

3,26 7,33 11,38 15,55 19,78

3,6B 7,73 11,80 15 ,97 20,2 1

4, 10 B,13 12,21 J 6,39 20 ,64

23,62 24,05 24,4H 27,87 28,29 28,72 32,0 7 . 32,4 H 32, 90 36,16 36,56 36 ,96 40,14 40 ,5 3 40 ,92

24 ,90 29 ,14 33,31 37, 36 41 ,3 1

200 300 400

ti, l3 12,21

J 2,62

J6 ,39

16,H2

0 ,80 4,92 H,9 3 13,04 17,24

500 600 700 800 900

20,6 4 24 ,90 29 ,14 33,3 1 37,36

21,0 7 25,33 29 ,56 33,7 1 37,76

21,49 25,75 29,98 34, 12 3B,16

21,92 26, IB 30,40 34,53 38,56

22,34 26,6U 30,82 34,94 3H,96

22,77 27,03 31,23 39, 35

23,20 27 ,45 31,65 35,75 39,7 5

1.000 LlO O 1.200 1.300 L4 00

4 1,3 1 45,14 48,85 52,4 1 55 ,8 1

4 1,70 4 5,52 49 ,2 1 52,75

42,08 45,89 49,57 53 ,10

42 ,47 46 ,27 4 9,94 53,4 5

42,86 46 ,64 50,29 53,79

4 3,24 4 7,0 1 50,65 54,13

4 3,62 44 ,00 47,3H 4 7,75 5 1,00 5 1,36 54,47 54,BI

lOO

O 4,10

3~ , 3 5

44 ,38 4 t\,12

5 1,7 J 55 ,15

44 ,76 48,4B 52,06 55,48

4 5,14 48 ,H5 52,4 I 55 ,8 1

4 13

I' A n LA S

8 . Co usta u tes d iel éctricas y densidades no minales de los co rn b ust ihles

Constante dieléct rico

Den sidad D (lbs/go l)

Tipo de

Tem peratura fm O c

combustible

9 1)98 l OO/ D O 115/ 145 JI' - 1

IP - 3 JP - 4

-/ 55

- 55

+5 5

--55

1,9 14 1,9 12 1,8Y5 2.0 7 1 2,0 17 2,007

1.990 1,991 1.97 1 2. 145 2.098 2,083

2,06 6 2,070 2,04 7 2.219 2. 179 2.159

5, 636 5,59 7 5,5 17 6.49 3 6.100

6_02 5 5,988 5 .9 13 6.83 5 6,464 6,5 20

6,414 6,3 79 6,308 7.1 7'1 6,82 7 6,880

6 , J60

9 . Dimensiones de las cajas AT R es t ándar A IUNC

1/4 AT R cor ta 1/4 AT R larga 3/8 ATR corta 3/8 IITR larga 1/ 2 ATR cor ta 1/ 2 A.TR larga 3/4 AT R corta 3/ 4 IIT R larga 1 IITR 1 1/ 211TR

4 14

Volumen otwox imado (pulg. 3 )

A nchura [pu lg.] J O,03 125 puíg.

2 15 335 340 53 0 4 70 725 720 1.1 20 1.5 10 1.29 5

2,250 2,25 0 3,5625 3,5625 4, 875 4 .8 75 7.50 7.50 10.1 25 15.3 75

Lon gitud (pulg.)

12,56 25 19,56 25

12.5625 19.5625 12,56 25 19..5625

12,56 25 19,56 25 19 ,56 25 19 .56 25

Altura máx imo (p ulg.)

7 ,6 25 7,6 25 '1 ,62 5

7,625 '1,625 7.62 5 7,625 7,6 25 7,625 7.6 25

Notaciones t ípicas de presión (P ), te mpe ra t ura ('1' ) y velocidad de rotació n (N)

ü.c-Ambien te. Le- Ent rada. 2.- En trega del com preso r de baja presión. 3.- En trega del co m preso r de alta presión. 4. -Entrada de la turbin a. 5.- SaIida'u e la turbin a de alta pre sió n. 6.-Salida d e la tur bin a de baja presió n. 7,- Escap e. 8.- Tobera de im pulsión .

4 15

Solu ci ones a las p rogun tas

8. r:l ) .

Coe fi 1 11 -- Desviación en este - Desviación en ~ o e ¡ CI e n e ' oes te

= + 4 - (- 2) = + ó = +3 0

D esviación en norte - D esviación en sur

Coe ficiente e

+4 - (- 1) _ +5 =+2 50 2 2 ' Coe ficie nte A =

Desviación en N + NE + E + SE + S + 8

sw + W + NW

(+4)+ (+ 2) +( +4) + ( +3) + (- 1) + (- 2) + (·- 2) + (O) 8

= -±~= + 1° 8

1 1. 4(b ). 40 ° C = 40+ 27 3, 15 = 3 13, 15

K =~~ + 3 2 = 5

11.5.

77 ° 10= (77 - 32) X~ =25

I I.7(a).

Rr = R , + R, + R , =20 + 15 + 40 =7 5 n

104 ° F

1 1 1 1 1 1 1 . =- +- + = -+ - +-= Rr R1 R, R, 8 12 7

I I.7(b). ._

= O, ¡ 25 - 0,0 8 3 + 0, 143 = 0 ,351 de mod o qn e f?r =

1 = 2 847 n 0 ,35 1 '

El vo lta je aplicado es 24 voltios; por co nsiguiente , de la expresión 1 = = V/f?r . la co rriente qu e circu la en el circuito en serie es 0 ,32 A. Y en el circuilo en pa ralelo, 8, 424 A .

4 16

SO LUCION ES A LA S PR EGU N TA S

11.8.

Para un circuito en paralelo qu e co ntenga solamen te dos resist encias, 20 X 45 20 + 45

13,84

l 1.9(1) l. El รกrea de secciรณn tran sversal del hilo es a =lI- X 0,0 8' 4

= 0,005 03 cm'

La resistencia es R =

pi la = 1,7 X 10- 6 X

1.200 = O 40 6 0,00 50 3 '

41 7

Jndice a lfa bético

A real. 232 . Acelerólllctro , 385. A.D .r ., 2 13. Agrup a mient os de los instrum en to s - Instr umen tos del grupo motopr opulsor. 57 . .- instr ume ntos de vuelo , 55 . Ag llja de dob le ba rra , 213 . Aguj a de unn sola ha rra , 21 3. AIDS.38 5,40 0 . Ajuste de presión barom étrica , 88 . Aj ustes cero , 122 . Aj ustes de " lleno ". 340 . Ajust es " vacro" , 340 . Alcance o ga ma de la esc3Ia, 40 . Alt lmct ro . 85 . Alt rme tro cod ificado r , 10 1. Alu'metros de cab ina . 9 6 . Altit ud , abso hua . v t . de de nsidad , 9 1. de presión , 8 9 .92 . errores , 88 . indicad a, 89 . 1II(n i1ll3 de decisió n. 377 . siste ma de aviso , 96 . siste ma de in formación . 98. Amort iguación de lrq uído . 18 3. Amperio por metro , 17 6 . Amplificador esclavizador , 209. An emóm et ros. 10 3. Anemóm etro de segur idad máxima . l' et indio cado r de Mach y velo cid ad co n respecto al aire. Ane xo de OA CI. 10 3 . Angula de inclinación . ve:r inclinación mago u éti ca .

Angulo de palanca , 27 . Aparente A; 232 . At mósfera dc la Tierra, Rl . At mósfera eslá ndar , 82 , 90 . Aun ósfera est ándar de O ACI. 8 2 . AT R , 23 . A ut o in cl net a u cia • 245. re,. indi cad ore s de sincro niza ción .

¡\ visador ,

4 18

Banderas de avíso , 380. Baróm et ro aneroide . 85. Baró metro de mercur io . 83 . Baró metr o Fo rtí n. 84 . Baró metro Kew , 84 . Barra de desviación lateral. 3 75 . 378 . Barr as de mando . 3 73 . 37 7 . Base de la escala . 36 . " Bits", 10 1, .194, 396. moqu eo canl ánico, 141 . Bob ina equillbradora , 284 . Bot ón de inmovilizació u. 19 3. Br új u la a pe rt ódlca . fer b rúj ulas de lect u ra di -

recta . Brúju la de grad uación vert ical, 182 .1'!.',. tam · b í én brújulas de lect ura d irecta . Brújula magnéti ca, 1Iel' brú julas de lect ura di recta. Brújula s de lect ura directa amo rtígnu c íóu

C0 11 Jrq uid o

, 18 3 .

aperiódi c8, 183 : co m pensadó n de ex pansió n de l líq uido , 18 3. ~ compensaci ón de incliuacídn magn ética . 184 . constru cció n. 185 . erro res de aceler ación , 18 6·189 . errores de viraje, IR9 ·I 90 . funciones. 174 . siste ma magnét ico . I R2 . Bulbo de resistencia, ver elementos detec to res de te mpera t ura . Bulbo de tem perat ura , I'er elemen tos detecto res de te mperat ura, Bulbo " emb u tido " . 28 5 .

C " Cabeza escr ito ra" , 394. 39 6. Cabeza " lect ora" . 399 . Calculador cent ral de da to s de aire [23; Cálculo de la velocidad verdade ra. 128 .' Calo r. 27 3. Camb io anu al. 180 , Cam bio di ur no. 180 .

IN Dl C E A L FA ll ET ICO

Camb io secular, 180 .

Campo magnético, 174,287 . Can tidad de comb usub je po r pe so , 335 . Can tidad de mo vimient o angu lar , 133 . Capacita ncia en circllit'¿s d e c.a ., 330 . en serie y paralelo , 330. fact o res reg u lado res , 329 . pr illcipio, 328. un ida des de , 329. Cáp sulas, vt:r med ición d e presión . Captado r de vib ració n , 3 69 . Carrete Eurek a , 30 6 . Carrete Maugauin, 30 6. Cero abso luto , 274. Cero eléct rico , 248. ··Cinta qu e q ueda" , 39 4 . Circu ito en paralelo , l'er Ley de Ohm . Circ uito en seri e , l'er Ley de Ohm . Cod ificació n de im pu lsos de respuesta , 9 9 . Cod ific ac ión d igi t al , JOl .

Cód igo binario , 101 , 394 . CODI(; O ··(l" , 92. Cód igos del u anspondedor, 99 . Coe ficiente d e tem perat ura , 28 0 . Coe ficientes de desviació n , 2 3 1. Coc fcividad,20 3. CUJIlIt'fCS Ro torace , 2 14 . Cole crr.res de agua , ver dr enajes. Co mpe nsac ión de co m b ust ib le . 363 . Compensació n de la ex pansión del liquido , 183 . Co m pensación de lo s erro res de erecció n . corte de erec ción , J54 , J 6 1. - ej ~ d e giro in clin ado , 160 . - erecció n de cabeceo- inclinaci ón lat er al o

alabeu. Tó l . Co m pensaci ó n de los erro res de pend ulación , 164 . Co mpe nsa ció n de temperat ure de un ión fria ,

301·3ü5. 364 . Co mpensació n segú n la ley cuadrática, 104 . Co m pe nsado r electr o niag n éti co , 237 , ver también díspos itivos de com pensac ió n de desv ia ció n. Co mponente P, 222 . Com po ne nte Q , 222 . Co mpo nent e R , 222, Compo nentes magnéticas del avió n .- de las varillas, 225 . - meta l b land o . 221. -- met al d u ro, 2 2 1. Co m po ne ntes magnéti cas de la T ierra , 181 ·~ 1 7. 2 2 5.

Co nd ucció n, 273. Co nd ucto res de co m pensació n, 30 6 .

Co nd ucto re s de pro lo ngación , 305. Co nst ante diel éctr ica , 330 . Co n tro l d e desviació n , 140 , 19 3 . Con tro l d e latitud , 2 18. Co n t m l de temper at ura de la turb ina , 36 1· 368 . Co nvecció n, 273. Co n venc iones baro métri cas y tab las, 85. Coo rde nad as cartesianas, 250. Coor d enadas po lares, 25 2 . Coo n linado r de viraje , 17 i . Co rte d e erección , ver co mpensación de erro r de erecció n . Co rrección de error de presió n , 7 6, 1 2 ~L Cuad rat ura de fase , 154 . Cur va de hist éresis, i 0 3. Curva de mag neti zació n B/H , 203. D

Declinaci ón mag nét ica , 180 . Densidad del fluj o magnét ico , 175 . Derivación termo magn éuca , 26 1,305 . Desco d ificacío n , 39 9. Desviació n, 139 , 2 21 , lier también co n trol d e desviaci ón, Desviación apar ent e , 138 . Desviación d el eje de l girósco po por tr unspo rte , 140 . Desvía ció n rea1, 140 . Desynu de plancha , 24 3, 356. Diaf ragm as, ver med ición de presión . Diodo emiso r de luz ( LEO) , 53 . Director de po sició n en vue lo , 372 . Disco cod ificad or , 10 3. Dispo sició n de lo s instrument o s, ver agr upamien to de lo s instrumen to s. Dispo sició n de lo s "seis básico s" , 57 . Dispo sición en " T básica" , 57 . Dispo siti vos de co mpe nsa ció n de d esvia ción . 2 19, 2 34 . Dispo sitivo s de ere cción, girósco po s d ireccio nales, 193. Dren ajes, 78. E

Ecuado r magnét ico , 18 1, 185 . Efecto Pehier , 295 . Efecto Se ebeck , 294. Efecto T homson , 295. Efecto s card ñnicos, 159 . Efe cto s d e la te m pera tura en e l co mb ustib le,

334 . Efec to s magn ético s to tales, 227.

419

I N Dl C E A LfA BE TlCO

Eje d e entrada. 134 . Eje de giro inclinado , ver compe nsación de erro r de ere cció n . Eje de salida , 134 . Elem en to de acoplam iento , 24 . Elem ento de ind icació n , 24 . Eleme nto dete ctor (i nstr um ento} , 24. Ele mento med idor, 24 . Elem en to s de lo s instrument o s, 24. Eleme nt os de l giróSCO IX) d ire ccio na l, 2 10 . Elem en to s det ector es de flujo m agnét ico ,

200 . Elem ent os detectores de tem perat ur a , 283. Element os e lásti cos de d et ecció n de presi ón, 3 16 . Elem en tos píe zocléct rico s, J 25. Eng ranaje an tlj ucgo ent re di entes, 31 . Equilib radode cuna , 19 3 . Eq uil ib rad o presl ónjpeso. 314 . Erecció n de cabeceo-a labeo . J 6] . Err o r 'd e ace leración Co rio lis, 2 19 . 408 . Error de com presibilidad. IU3. Erro r de posi ción . rer erro r de presión . En o r de presión . 76 . 128 . Err o r de tr ansmisió n, 2 19. Err ores card auícos , 142 .1 9 5 . 40 8 . Erro res de aceleració n - b rúju las. 186 . - hori zo ntes giro scó pico s, J y~. Err o res de erección , 159. Erro res de pa ralaje , 40 .

Erro res de pe nd I1lación , 1(,3. Errores d e viraje - b rúj u las, 18 6 . - hori zon tes giro scópi cos . 157 , 159 . Escala circu lar . 36. Escala de le v cuad rá tica. 37 . 10 4 . I'er tam -

bién escala

110

lineal.

Escala de plata form a, 40 . Escala Kelvin , I"e,. medi ción de temperatura . Escala lineal , 37. Escala logarrtmica,"l 17. Esca la no linea l. 37. I'er también esca la de ley cuad rát ica . Escala re cta . 4 1. Esca las de temper at ur a y co nversiones . 27 4. Especificacion es ¡\ RINC, 2 3.

Fren o de " parad a de giro". 2 12. Fu elles. l'er med ició n de presi ón. Fu entes de p res ió n alternati vas. 77 . Fue rza coerc itiva , 20 3. Fu erza elect romot riz par ásita . 29 6 . Fuerza rnaguettza dora, 20 1.203 . Fuerza tot al, 18 1.

G Gama de op eraci ón, 40 . Gama trans ónica, 109. Ge ne rado r de r égimen , 378 . GirÓscopo,13 2 . Gi róscopo basculad o , 154 . G irósco po de desplaza m iento , 138 . Giróscopo de d esplazamient o d e d os ejes, 138 . Giró scopo de eje vertica l, 140 . Gi ró scopo de régimen. 16 5 . Giróscopo de un so lo eje. 16 5·J (,6 . Gír óscc po d ire ccional, 19 1-19 7. Gir óscopo d ire cciona l m aestro . 209 . Giró sco po espacial, rer giróscopo libre . Giró scopo inm ov ilizado. l'et giró scopo terrest re .

Girósco po líhre, I :n . Giróscopo rcnesu e , 14 1. Grabación elcctro ruagu ét ica. 394 . Grabación .obligato ria , 385 . Grabacióu po r trazos, 392 . G rad uacio nes d e la es cala. 36 . 11

lJor izo n te a rt ificia l, ~'er hori zont e giro scó pico . Ho rizo nt e giro scópi co accion ad o }XH vacío. 145 . e l éct rtco , 14 6 .

presem acio nes. Tc J . principi o , 143 . _. siste mas <l e elec ción. 149 .

Iluminación de los instrumentos F Facto r de recu peración , 28 5 , 29 8 . Parad io . 3 29 . . F lujo de ma sa de aire , 3 6 1. F lujo magnéti co . 174 . Fo co magnét ico , 180 .

420

tip o co lumn a, 64 ti po cuña , 6 5

- tipo pu ente, 64 Iman es t ipo tijer a . lIer dispo sitivos de CO Il Ipensacíón de de sviación . In clinació n aparen te, ver cambio de dir ecció n de l eje del giróscopo por tra ns po rte

l ND ICE A L FA BE TlC O

Inclinación magné tica -- com pensació n, 184 . - uefin ición , 18 1. - efec to en una brúj ula, 18 4 . lud icación de in clina ción late ra l o alabeo - método bo la en tub o , 168 . método peso -graveda d , 167 . Ind icació n de llenado por co rte volumét rico, 342 . Ind icación sin retroceso . 290 . Indicador (es) , aux iliares, ' ~'er indicador d e presió n d e adruisión . de bob ina móv il, 288 . de bo bina mó vil acti vado , 29 2 . .- de cantidad de co mbustible de ti po capacitancia, 328. de cantidad de co mbust ible tipo fl o tad or , 327. de co mpensació n de co mbustible, 362. de desviació n de rumbo , 372. dé dire ctor de vuelo, 372, 375. de inclin ac i ón lateral y viraje , 165-17 1. de núm ero de Mach y veloci dad CO Il respecto al aire, 111. de por centaje de em puje, 360 . 11.: presión a distancia, 3 12, 3 18 . de presió n de ad misió n, 353. de presión de lectu ra dir ecta, 3 12, 3 18. de presió n de medidor de relación, 306, l' el" también sistema Desynn y siste ma med idor de relación . _. de presió n de tors ión, 355, 356. de presión tipo inducto r, va indicado r de presión medi do res de relació n. de régimen I de subida , I/ef varió me tros o ind icado res de velocidad vertical. de reserva de posició n e u vuelo, 147. de rumb o , 2 12. de sincron izac ión, 2 16 . -- de temperatura de la cu lat a de cilind ro s, 296 . de torsión de c.c., 129 . de velocidad de los moto res, ver ta có me{¡ US .

de velocidad indicada /calculada , l 12 . de velocid ad vertic al o van ómetros, 1 J 6 . e léc t ric o s de tempe ra t ura , 275·280 . ._- resistencia, 275 . ~ termo eléct ricos , 294·300 . ILS, 47, ver también siste mas de instrumentas in tegrados . instantáneo de velocidad vert ical, 122 . - magn éticos , 6 1. l ndi ce capacitivo , 335 .

Indu cción electro magn ética. 244. Inducció n mutua , 246. [nst n ul1cnto s d e mdi ca cíó u de po t en cia . 352. _ Instru mentos del gr upo mot oprop ulsor, ')7 . 1nstr um e nt o s de vuelo, 55 . Inst rum entos d uplicados . 2 1, 57. Int e nsida d de l cam po magnét ico, 176 . Intensidad magnéti ca , ver fuerza to tal. Intensidad po lar , 176. Interr upto r de nivel de líquido , ver inte r ru plor es de nivelación . Interr uptores de mercur io , Jler uu crruprore s de nivelación Interr upto res de nivelació n , 1 5 ~ . Int er valo fund amental , 273 , per también medición de tem peratura . Invar , 33 . Iso clinas, 181 .

J J aula de ardilla , 14 6, 153 , 260 . J uego ent re diente s, 30 .

L Levas de com pensac ió n, 127 . Ley de Ohm , 275 . circu ito en paralelo , 277 . circuito en serie , 276 . circuito en seríe -para lelo , 27 9. defi nición , 275. Ley del n íquel, 28 1. Ley del plat ino , 28 1. Leyes de tem per at LIra/ resisten cia. 280 , 4 12. Libert ad de giro, 132 . l.ibert ud de giro en redon do , 132 . Libert ad de inclina ción , 132. " Limitació n superio r" , 36 8 . Lín ea aclúiica , ver ec uado r magn énco . Lín eas agóni cas, 180 . LIneas de "e nfoq ue ment al" , 57. Lín eas de flujo , 6 1, 174 . Lineas de referencia , 18 3 . 2 12 . Lí neas .isó4inJmicas,,18 1. Lút ea s is ógo nas, 180 . Lo calizador , 377, 378 , 379 . Longitu d de la escala, 38 . Lo ngitu d de palan ca, 27 . Luces ti po columna, 64 . Luces tipo puente , ver ilum ina ció n de .los instru mentos. 42 1

I N DlC E AL F All ETl CO

M' Magne tismo de g ran pe rmea bi lid ad, 2 2 J. Jler unnbíen co m po ne n fes magn éticos de l avió n . Magne t ismo de poca pe rm ea bilid ad , 21 1, Fe,. también co m ple me n tos mag né tico s d el. a vió n . Magnetism o perma ne nt e. 179 . Magn etism o terrestre . 179 ·1 82. Manómetro de tub o e n " U", 3 12. Mecani smo d e Jo s instrum en to s , 24.

Mecanismo-de palanca. 26. Mecanismos d e var illa , 29 . Mecan ismo sino idal , 28, 29.

Mecanismo tangente : 2 8 , 29 . Me cani sm o tang e n te dob le, 28 . 29. Mecani sm o ta ngent e ob licuo , 30. Med ició n de ca ntidad d e co mb us t ible , 327 . Med ición d e la presíún -- cá psulas, 3 17. <liarrag mas , 3 17 . fue lles, 3 17, 3 19 , indica do res d e p resi ón d e indicac ió n a di sta nci a, 3 18. man ómet ro de tu bo e n " U", 3 13, J 14. prob ad o r de peso mu erto , 3 14. tu bo bo ur do n . 3 16. Medi ción d e la tempe ratura, 272 . Medido r de fa tign , 385, 388, Medido r de flujo de co mbu st ible integrado ,

3·16 . Medid or de nú mero d e Macb , 109 . Medido r de relaci ón d e bob inas tr an sversal , 29 0 . Med idor d e relación d e c.a .. I' e!' indi cad or d e p resió n de relación de presió n . Med id ore s de fluj o de co mb us tible, 344 , Mer id iano mag né tico, 179. Me tal b lando , 179 , I-'er tam b ién magneti sm o de gran pe rme ahi lida d . . Met al duro , 179 , 1'('1" también ma gne tism o de poca pe rmeab ilida d . Mé tod o s de co m pensació n d e t em perat u ra _. derivación term omagn ética. 34 , 26 1.305 . - so por te en " U" bimetáli co , 87. - rcrm orresistencia. 34 , 305. - ti ra bi metáli ca . 33 , \04 . Microajustad or , 2 34 . Micro -Desy nu )ler siste ma Desy nn . Micro farad io , 329 . Mod o d e gir ó scopo esclavizad o , l 'er mod o s d e ope raci ó n de la brúj u la. Modo de giró sco po lib re . ,re" modos de o peración de la brúju la . Mod os de mt crrogaci óu . 9 8 .

422

Mod o s d e o peració n, ·38 1. Mod o s de operac ión de la b rúju la. 2 15 . Mo mento magn éti co , 17tl. Mon ito r de aprox imació n visua l, 50 . Mo n taj e de lo s inst rum ent os. 60 . Mo tor de to rsió n esclavizado!", 20 9. Mo tores de to rsió n . 152 . Mov im ient o s del medidor , 37 7 . Mu el le el e reglaje o sin to n izado r, 10 7 . Mue lles en espiral, 3 1.

N Navegació n pola r, 2 17. Nece sid ad es de Inst nun ent o s, 19 . Nivela ció n d el girósco po , 2 14 . No rmas . 2 2. Nor mas brit áni cas. 22 . 85 . Nudo , 10 3 . Nú me ro de Mad i. 108 . Nu me ro de Mach cnfi co . J09 .

o Ope ració n d e m áx ima veloc idad (V IlI O ). 11 1. Oscilació n de 1, b rújula, 23 4 . O zo no sfe ra, 81 .

" P¡:¡ lab ras", J9(, . P anel cod ificad o r d e vu elo, 396. Panel de co ntro l de l únite de carga, 343 . Pa neles de cont ro l de re po stad o , 34 3 . Pan ele s. de in strumento s, 54. t'e nod o d e u n im én . 178 . Permalloy, 20 3 . Pe rmeab ilid ad , 20 3. Pe rm isivid ad , 3 30 . Permisivid ad absolu ta , 3 30. «Pes ad ez e n el fon do ", re,. erro res de pcndu lo sld ad . l'i cofarad io , 329 . Píro me l rí: , 27 5 . Polos geo gra flcc s, 179 . Pol o s ma gn éti co s. 174 , 179 . Polo s verdad ero s, )ler polo s geo grá fico s. Po sición nul a , 248. Precesión , J 33, 134. Presen tación alfanu mé rica , 43 . presenta ción cualita tiva, 36, 46. Present aci ón e..u antilat iva. 36 . Present ación de cin ta IlIÓvil, 4 2. Present ación <l e co ntado r din á mico, 4 3 .

l NDlC E ALFA HETlCO

Presenta ci ón d e co nt ad o r estático , 43 . Pre sentación de co nt ador Veeder, ver pre· seuracióu digital. Pres entació n de cristal líquid o ( LeO), 51. I' reseu racíón de cr istal lIq u ido d e d ispe rsió n .ttuanuca. o l . Present a ción de cristal h'qu ido del efe cto de cam pc . ó l . . Pre sent aci ón de escala larga de gran alcan ce . 38. Present ac i ón de ind icado r d ob le , 44 . l' reseut acióu del termómet ro . ver p resen ta ci ón de cinta mó vil. l' resenta ció n digita l. 43. Presentación direct ora integrada , 46. 37 2 , ver tamb ién sist em as d irecto res de vuelo . Presen tación rad io -al tit ud , 37 7. Present ación Ir id ime usiona l , 377 . l' resent acion es a nivel de la cabeza, 49 . Presenta cion es d e lo s instrumentos. 36 . Presen ta cion es e misor as de luz , 5 1. Presentaciones e n colo res, 44 . l' re st óu absoluta , 312 . l'resióu al mcsté ríca, 8 1. l' resióu del indi cad or , 3 12 . Presió n p itol , 69 . Presión total , ¡¡er presió n pito t . I' resostato s. 325 . Prin cipio del tran sfonn ado r, 24S. l' roh ad o r de peso muerto , I'er medici ón d e presi ón . Punto de ebullici ón , 27 3. Pun to de fusión del h ielo , 2 7 3 . l' u rn o de refe rencia , 84 . PUIl I O de rem an so , 69 . Punto de satu ración , 20 3. Punto nulo , 283 . Pu ntos tijas , 27 3 . R Radiació n. 27 2. Reactau c¡a capacitiva, 3 3 1. Red de puen te de Wheatsto ne, 281. Régimen de descenso , 82 . Régimen de ere cció n . 157 . R égimen d e t l'" _ I L,, 3 17 . Regrmenes de viraje , 16 7 . Reg ím en es d e viraje está nda r, 16 7 . Regist rado res de datos d e vuelo , 38 5, 39 1· 401. Relaci ón de vu eltas , 24 6. Relación presión /altu ra, 82 , 87 ,92 . Relu ct an cia , 20 4. Remane ncia. 203 .

Resist en cía d e co m pensació n . 306. Resist en cia toroidal, 24 1.

Resistividad ; 280 . Rigidez giro scó pica , 133 . 134 .

Rueda fónica, 265 .

s Sect o r d entado , 30 .

Selecto r de b arra en "E " y eu " ' '' ,94 ,1 23 . Sellarl o de los ins trumen to s. 17 . Senda de planeo , 4 7 , 373 . Sensores d e temperatura d el a ire , 28 4. "Seña lador " , 1J I , 2 13. - d e rumb o , 2 13 . Servc alt úne tro. Pd . Servosincrcni zado res, ver sistema s sincros. Stncrc d e con tro l. Pl'1" siste m as silleros. - de torsió n. l'er sistemas síncros. - dtt eren cral, I'er sisl elll as sincros .

Sincroscopio, 26 7. Sin cro tel, ver sistemas sillero s. Sistem a, ca rd a uico, 132. co ntro lado r, 2 Y2 . de adqu isición de da tos , 385, 399 . 400 . de aterr izaje con instr umento s, 47 . de aviso de Much , 115 . de co n tro l de te m peratura y r.p .m., 3 67 . de erección d e mot or de to rsión , 152. de med ición com pe nsa do , 336. d e med ición volu mé trica , 33 4 . de pu o meuo de rad iación , 308 . -- de relaci ón de pre sió n del mol ar, 358 . de supervisi ón de vib ración de lus moto -

res, 368 . Desynn .

básico , 24 1,363. - mícro , 242 , '31 8. - plancha, 240, 24 3, 356 . m an om étr ico . 67 . medi dor de relació n . 290. pít ot está tica , 67 . Sistemas.

cont rol, 96, 124 , 248 ,35 6 . de erección pa ra horizont es giroscóp icos. mot or de lor sión e interrupt o r d e nivelación , 152 . tipo bola, 150 . u nidad d e pal et as osc ilan te s. 14 9 .

de ere cc ió n rápi da , 154. finalidad , 154 . - Int erru p to r de , 155 . - mé to do elec tromagné t ico , 15 5 . d e indicación servo acc ío nados .

423

l N DIl' E A L F A BE T ICO

- tac ómetro , 263 . - te mperat ura, 30 3 . 306. de Instrume n tos in tegrados, 372. de ni velación , 1'0' nivelación de los giró sco pos. - d efini ción . 2 44 . -~ diferencial, 127 . direc tores d e vuelo, 372 ':~8 4. magn éticos, 18 2. .- siucro , slncro tel, 112 , 254 . tor sión , 246. trans fo rmado r de con tro l. 248 . t rnusol ver , 96 . Situación d e las uni d ades d e t anq ue o de pósito . 337 . Situación de lo s regist radores de vue lo, 399. Sttuaciüu de los ter mo pares, 299 . Sob realhuent acíón .:3 54. Son da pit ot , 7 3 .. So nda pít o t -est étíca . 7 1. Supe rvisión de vihracion . 368 .

Ta c óruet ros de por centaje . 262 . - eléct ricos , 257. - elementos de resistencia <11 ar rastr e , 260, 26 1. fu ncio nes, 257 . gcncradnres. 257. indicad ores, 25 9 . mecánicos. 257 . se rvoa ccio n adosc Zó L snnda.2 (¡4 . . le m pcr atu ra. 273. Temperatu ra at mosférica, 8 1. Temperat ur a del aire de presión diua mica. 284 . Temperatu ra to tal del aire, 285. lcuulst or , 1'0' tcru tu rre sisteu cía . I'erm o u rct na de resistencia , 27 5 , 280 . Fenuo par. - " co m b lnac ton es . 295. - co nju ntos de m nos de cables. 300. - de ál abes guía de to b era , 299. - "de conjunto de cubo , 30 1. de cont ac to supe rf icial, 296. de coi to alca nce, 300 . de inme rsión, 296 . de largo alcance , 300 . de metales ba se , 295.

4 24

de met ale s noble s, 295 . de remanso, 29 7. d e resp uesta rápida. 29 7 . fact or d e recuperació n, 29 8. materiales, 295 . princip io , 294 . sltuaci ón, 299 . t ipo s, 296-299 . Tenu o rrcsistcncla , 34. 305 . Testa 175. T ira b imetálica . I'er t am b ién co m pensacio n d e te m peratu ra de u nión fria . Torqurmetro. 355 . To talizad or d e cant id ad de co mbus tible. 34 1. Transdu cto r de presión , 123 , 359 . Tra nsdu cto r de presió n de eq uilibrio de fuer . zas, 12 3. Trnn sformarlor de cout rol, ver sistemas sineros. Tran sfo rm ad or d ifere ncial de vo ltaje lineal . 359 . Tran sol ver. Ró . Tr unspcndedor , 98 . Tu ben'as de cst ñttca-pito t , 79 . Tu b o Bour d on, I'et med ición de presión . T ub o está tico , 69 . I

IJ Unid ad d e med ición ti po ccrá m lca. Fer uui . dades medidor as" . "Uu td ad de ta nq ue co mpe nsadora, 3 36 , 337 . Un idades de cap acita ncia. 32 9 . Un idad es de conm ut ació n de velo cidad co n resp ecto al aire , 113 . Unidade s de tanq ue o depó sito c:u 3cteriz<.l da . 33R. compensa do r. 336 , 33 8 est ánd ar ( ca paci ta nci a). 3 38 . tipo Flo tad o r. 327 .

v Vacío de Tonlce lli. 8 4. Válvula del co mpensado r de visco sidad . 121 . Ve locidad 'd e 1, Tierra, 138, 14 1.' Velo cid ad subsóuica. 108 . Velocidad su persó n ica , 109 . Ven tilacion es está ticas. 74 . Ve rificación del girósco po e in d icado r. 208. V.O.R ., 2 13, 375. 379.

lB. JI. J. Pallett

INSTRUMENTOS DEL AVION

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SEGUNDA EDl ela N

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1992