Instrumentación.
Altímetro.
El altímetro es el instrumento que muestra al piloto la altitud sobre el nivel del mar a la cual está volando el avión. El hecho de que sea el único instrumento que indica tal medida hace del altímetro unos de los instrumentos más importantes. Para interpretar su información, es muy conveniente que el piloto conozca sus principios de funcionamiento y el efecto que sobre este instrumento tienen la presión atmosférica y la temperatura.
El altímetro es simplemente un barómetro aneroide, calibrado conforme a la atmósfera estándar, que mide continuamente, a partir de las tomas estáticas, la presión atmosférica del lugar en que el avión se encuentra y presenta esta medición traducida en altitud, normalmente en pies. Su principio de operación es muy sencillo y se basa en una propiedad de la atmósfera detallada en un capítulo anterior: "la presión atmosférica cambia con la altura", a mayor altitud menor presión y viceversa.
2.3.1 Construcción.
El altímetro consiste en una caja cilíndrica, dentro de la cual hay una o más cápsulas aneroides hechas con una fina capa de metal, por ejemplo cobre, a modo de membranas herméticas, taradas con la presión atmosférica estándar a nivel del mar: 1013,25 milibares o hectopascales (mb o Hp) o su equivalente anglosajón 29,92 pulgadas de mercurio (in Hg), a una temperatura de 15° C. La altitud máxima a la que suelen calibrarse es de 20.000 pies.
Una toma conectada al sistema de estática permite la entrada de la presión atmosférica dentro de la caja, presión que aumenta o disminuye conforme el avión desciende o asciende respectivamente. Esta diferencia de presión entre la caja y el interior de las cápsulas aneroides provoca que estas últimas se expandan o contraigan, movimiento que, adecuadamente calibrado, se transmite mecánicamente a un sistema de varillas y engranajes que moverán las agujas del altímetro alrededor del dial que muestra la altitud.
El frontal visible del altímetro consta de una esfera con un dial numerado, las agujas indicadoras, y una ventanilla de calibración entre los números 2 y 3 (ventana de Kollsman) que se ajusta con un botón giratorio situado en el lateral abajo.
Este tipo de altímetro sencillo es el modelo habitual en los aeroplanos ligeros, aunque hay otros modelos. Algunos presentan la información de forma mixta mediante tambor y aguja, otros la presentan en forma digital, otros tienen un dispositivo que mediante procedimientos electrónicos codifica la altitud y la transmite a los radares de las estaciones en tierra (torres y centros de control), otros han sustituido el sistema de varillas y engranajes por dispositivos electrónicos, etc.
2.3.2 Lectura del altímetro.
Un altímetro analógico se lee de forma similar a la de un reloj, analógico tambien. Generalmente, el dial está graduado con números que van de 0 a 9 en el sentido de las agujas del reloj, con divisiones intermedias de 20 en 20 pies. Aunque su lectura no debería presentar ninguna dificultad, se debe prestar atención a la forma en que se muestra la altitud, debido a que puede hacerse mediante agujas (dos o tres), mediante contadores, o de forma mixta.
Si el altímetro tiene dos agujas, que es lo habitual en aviones ligeros, la menor indica miles de pies y la mayor centenas de pies; una indicación en forma de cuña es visible a altitudes por debajo de 10000 pies e invisible por encima de esa altitud. Una vuelta entera de la aguja mayor supone 1000 pies y que la aguja menor se mueva al número siguiente o anterior. Una vuelta completa de la aguja menor supone 10000 pies y que se oculte la cuña indicadora.
Si tiene tres agujas, la tercera suele representar decenas de miles y hay dos posibilidades: que sea mas pequeña que las otras o que sea mucho mas fina y con un triángulo en su extremo. En el caso de la aguja mas pequeña, esta pueda quedar oculta por una de las agujas mas grandes induciendo a un error de lectura por lo que es mas habitual la aguja fina con el triángulo. Para mayor seguridad, ambos modelos suelen disponer ademas de la cuña de 10000 pies. En cualquier caso, sea como sea el altímetro siempre hemos de tener claro como interpretar su información.
2.3.3 Calaje del altímetro.
Según hemos visto, el altímetro presenta en unidades de altitud los cambios de presión de la atmósfera real respecto a la presión con que están calibradas las cápsulas aneroides. Bajo esta premisa, este instrumento solo mostraría la altitud correcta si los valores atmosféricos coincidieran con los de la atmósfera tipo. Pero como es bastante improbable que las condiciones reales coincidan con las estandar, además de que estas condiciones cambian continuamente y son distintas de un lugar a otro, el altímetro sería poco fiable y el vuelo se haría arriesgado si no fuera por la posibilidad de ajustarlo y compensarlo para situaciones no estándar.
Este ajuste se hace mediante el botón de ajuste o reglaje altimétrico, que permite seleccionar una presión de referencia que se irá mostrando en la ventanilla de calibración a medida que se gira el botón. Algunos modelos tienen otra ventanilla entre los números 7 y 8; una de ellas muestra presiones en pulgadas de mercurio y la otra en milibares.
El movimiento del botón de ajuste altimétrico en realidad lo que hace es dilatar o contraer las cápsulas aneroides en las cuales, de acuerdo con la ley de Boyle-Marriot “la presión es inversamente proporcional al volumen”, cambiará el volumen y con ello la presión de referencia, que quedará ajustada a la seleccionada en el dial. El movimiento de las cápsulas aneroides se refleja de forma simultánea en la marcación de las agujas. Un simil: para que un reloj marque la hora correcta, primero hay que ponerlo en hora, es decir ajustar las manillas con la maquinaria que las mueve, en base a la hora real.
Y ahora una buena pregunta ¿cómo sabemos que presión de referencia seleccionar en el altímetro?.
La mayoría de los aeródromos y todas las estaciones de seguimiento en tierra disponen de aparatos que miden la presión atmosférica. Puesto que la altura de la estación es fija, aplicando una sencilla regla (la presión decrece 1" por cada 1000 pies o 110 milibares por cada 1000 metros) "deducen" la presión al nivel del mar; cuando un piloto establece contacto, se le comunica esta presión deducida.
2.3.4 Presiones referenciales.
Los distintos tipos de presión referencial que podemos colocar en la ventanilla del altímetro son:
- QNH. Presión al nivel del mar deducida de la existente en el aeródromo, considerando la atmósfera con unas condiciones estándar, es decir sin tener en cuenta las desviaciones de la temperatura real con respecto a la estándar. Esta presión de referencia es la más utilizada por los pilotos (al menos en España) y normalmente las torres de control y las estaciones de seguimiento nos darán la presión QNH tanto en el despegue como en la aproximación.
La utilidad de esta presión de referencia se debe a que en las cartas de navegación y aproximación a los aeródromos, las altitudes (de tráfico, de circuito con fallo de radio, obstáculos, balizas, etc.) se indican respecto al nivel del mar. Con esta presión de referencia, con el avión en la pista de despegue o aterrizaje, el altímetro debería indicar la altitud real del aeródromo. - QNE. Presión estándar al nivel del mar (1013 mb. o 29.92 pulgadas de mercurio). Con este calaje, el altímetro indica la altitud tal como está definida en la tabla de atmósfera estándar.
Por encima de una determinada altitud, denominada de transición, los reglamentos aéreos establecen que todos los aviones vuelen con esta presión de referencia, de manera que cualquier cambio en las condiciones atmosféricas afectarán por igual a todos los aviones, garantizando la altura de seguridad que los separa. - QFE. Presión atmosférica en un punto de la corteza terrestre, en nuestro caso sobre el aeródromo del cual despegamos o en el cual nos disponemos a aterrizar. Si calamos el altímetro con la presión QFE que nos dé un aeródromo, este marcará 0 al despegar o aterrizar en el mismo. No utilizado en la práctica, al menos en España, con este reglaje el piloto conoce de forma mas precisa que con QNH la altura a la que se encuentra sobre la pista, algo que puede tener importancia en aproximaciones con poca visibilidad.
- QFF. Presión al nivel del mar, deducida de forma similar a la QNH pero teniendo en cuenta los gradientes de presión y temperatura reales en vez de los de la atmósfera estándar. Prácticamente no se utiliza.
2.3.5 Altitud de transición y nivel de vuelo.
Con el objetivo de hacer posible que todas las aeronaves mantengan su separación vertical, las autoridades aeronaúticas establecen una altitud, denominada altitud de transición, por encima de la cual todas las aeronaves deben tener el altímetro calado con la misma presión referencial, concretamente QNE. Con esta presión de referencia, se habla de niveles de vuelo, que es la altitud leida en el altímetro sin las dos cifras finales (7500 pies = Nivel 075; 10000 pies = Nivel 100...).
En las proximidades de los aeródromos, la posición de las aeronaves en el plano vertical se expresará en altitudes cuando estén a la altitud de transición o por debajo de ella, y en niveles de vuelo cuando estén al nivel de transición o por encima de éste. Al atravesar la capa de transición, la posición de la aeronave en el plano vertical se expresará en niveles de vuelo durante el ascenso y en altitudes durante el descenso.
La altitud de transición es de 6000 pies en todos los aeropuertos españoles excepto el de Granada que es de 7000 pies y los de Barajas, Getafe, Cuatro Vientos y Torrejón que es de 13000 pies. Por debajo del nivel de transición lo apropiado es ajustar el altímetro con el QNH.
2.3.6 Diferentes condiciones atmosféricas.
Una vez calado el altímetro con el QNH al despegar de un aeródromo, es razonable pensar que las condiciones atmosféricas no cambiarán mucho en un determinado radio de vuelo, pero esto no garantiza nada y mucho menos a medida que nos alejamos de la zona. Por ello, es sensato mantener una altitud suficiente que permita sortear los obstáculos en nuestra ruta con seguridad.
Cambio de presiones. Visto el funcionamiento del altímetro, volando desde una zona que tiene una determinada presión con la cual hemos calado el altímetro, a otra que tiene una presión diferente, si llegando a esta última no cambiamos el calaje del altímetro con la nueva presión, el instrumento interpretará esa diferencia en la presión como un cambio de altitud aunque estemos volando recto y nivelado y la altura no haya cambiado. En estas circunstancias, cuando volamos de bajas presiones a altas el altímetro marcará menor altitud de la real, pero ¡ATENCION! de altas presiones a bajas el altímetro marcará mayor altitud que la real.
Una forma de estimar la altura aproximada consiste en calcular 30 pies por cada milibar (o hectopascal) de desviación respecto de la atmósfera estandar, o 100 pies por cada décima de pulgada de mercurio desviada.
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En el ejemplo de la figura anterior se muestra como un piloto, que tiene calado el altímetro con una presión referencial (QNH) de 30,01”, cree volar en todo momento a 4000 pies AMSL cuando en realidad al pasar por zonas con diferentes presiones de referencia sin recalar el altímetro, está volando mas alto o mas bajo. Si al pasar por la zona con presión mas alta (30,37”) hubiera calado el altímetro con la nueva presión, este mostraría 4360 pies; de la misma manera, si al pasar por la zona de baja (29,61”) recalara de nuevo el altímetro este le hubiera indicado 3600 pies de altitud. AMSL es la abreviatura anglosajona de Above Mean Sea Level (Por encima del nivel medio del mar).
Cambio en la temperatura. Como vimos en el capítulo dedicado a la atmósfera, la presión atmosférica es directamente proporcional a la temperatura; cualquier variación en la temperatura respecto de la estándar modifica la presión y en consecuencia la altura indicada. De acuerdo con lo dicho, en un día frío el avión estará más bajo de lo indicado por el altímetro; en un día de calor el avión estará más alto de lo indicado. Para facilitar el cálculo de este cambio los aviones suelen llevar termómetros indicadores de temperatura exterior llamados OAT (Outside Air Temperature).
Resumiendo:
- Con una misma presión de referencia ajustada en el altímetro, al volar de un lugar cálido a otro más frío, en este último lugar el altímetro marcará una altitud mayor que la real de vuelo, efecto que también se produce volando de una zona de altas presiones a otra de bajas presiones. El avión vuela por encima de lo indicado.
- Volar de un sitio frío a otro más cálido, o de una zona de bajas presiones a otra de altas presiones produce el efecto inverso, el altímetro indicará menor altitud que la real. El avión vuela por debajo de lo indicado.
- Con el altímetro calado a 29,92" o 1013 milibares, si la presión de la atmósfera es más baja el altímetro marcará más altura que la real, y si la presión es más alta el altímetro marcará menos.
- Con ese mismo calaje, si la temperatura es inferior a la estándar el altímetro marcará más altura que la real y si la temperatura es superior el altímetro marcará menos.
- La regla nemotécnica que hay que tener presente es muy sencilla: En una zona de menor temperatura o presión volamos más bajo de lo indicado; en una de mayor temperatura o presión volamos más alto.
Recuerde siempre el dicho: "Desde alto a bajo, mira debajo". (From high to low or hot to cold, look out below)
Para mayor seguridad en vuelo, a lo largo de una ruta se debe usar el ajuste de altímetro QNH que corresponda a la estación más cercana en un radio de 100 millas.
Cuando el altímetro está calado con QNH, en las comunicaciones con estaciones o torres de aeropuertos hablamos de altitudes de vuelo (4500 pies, 5000 pies, etc.), si calado con QNE hablamos de niveles de vuelo (FL070, FL180, etc.).
2.3.7 Tipos de altitud.
Debido al funcionamiento del altímetro y a las diferentes presiones de referencia que se pueden poner, se entiende por altitud a la distancia vertical existente entre el avión y un punto o nivel de referencia. Puesto que hay varios niveles de referencia también hay varios tipos de altitud. Las altitudes habitualmente definidas en los manuales son:
Altitud indicada. Es la leída directamente del altímetro. Si está calado con el QNH, la altitud indicada será aproximadamente igual a la altitud del avión sobre el nivel medio del mar (MSL).
Altitud verdadera. O altitud real, es la altitud real sobre el nivel del mar. La altitud de aeropuertos, montañas, obstáculos, etc. en las cartas se dan en altitud verdadera.
Altitud absoluta. Distancia vertical real entre el avión y la tierra o el mar.
Altitud de presión. Altitud leída en un altímetro calado con QNE.
Altitud de densidad. Altitud corregida con la desviación de temperatura no estándar. El término altitud de densidad se utiliza para determinar el rendimiento aerodinámico en una atmósfera no estándar. Conocer la altitud de densidad es necesario para determinar cuánta pista es necesaria para despegar y aterrizar, así como la velocidad de ascenso, sobre todo en días calurosos y húmedos en aeropuertos con una altitud considerable sobre el nivel medio del mar. Cuanto mayor es la altitud de densidad menor es el rendimiento aerodinámico y a la inversa.
Altitud determinada por radar. Los aviones comerciales están equipados con radioaltímetros que indican la altitud absoluta sobre cualquier superficie aunque sea desigual, la cual sirve a los pilotos para determinar la altitud de decisión en las fases finales de aproximación y aterrizaje, especialmente cuando el techo y la visibilidad son bajos. Funciona mediante un transmisor en el avión que envía señales de radio continuas o pulsos y un receptor que recoge el reflejo de estas señales en la superficie. El tiempo que tardan en salir del transmisor y regresar al receptor se convierte en altura que se muestra en un instrumento convenientemente calibrado.
Conviene distinguir entre los términos “altitud” y “altura”. Aunque en lenguaje coloquial, ambos términos son equivalentes, según la definición de la Real Academia Española de la Lengua, en Aeronáutica estos términos NO son sinónimos. Llamamos altura a la distancia vertical entre el avión y un punto cualquiera de la superficie terrestre, mientras que con altitud designamos la distancia vertical entre el avión y el nivel medio del mar.
Notas:
Cuando se vuela sobre terreno de altas montañas, ciertas condiciones atmosféricas pueden causar que el altímetro indique una altitud de hasta 1000 pies mayor que la realidad; en estos casos conviene ser generoso con los márgenes de seguridad que nos concedamos.
La contracción/expansión de las cápsulas aneroides sigue el ritmo del cambio de presión según la atmósfera tipo, por lo que ajustar el altímetro con una presión de referencia NO significa que este instrumento compense automáticamente las posibles irregularidades atmosféricas a cualquier altura, particularmente los cambios de temperatura no estándar.
Un estudio hecho por la NASA en 1981 constató que de 169 experimentados pilotos de B727, 137 habían leido mal la altitud indicada por el altímetro de tambor y aguja.
Como curiosidad mencionar que en buceo, por cada 10 metros de profundidad la presión aumenta 1 bar: si en la superficie la presión es de 1 bar a 10 metros la presión es de 2 bares, a 20 metros 3 bares, a 30 metros 4 bares, etc.
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