Para la realización de este artículo, contamos con el asesoramiento científico del Dr. Carles Paul, profesor de física en la Escola Universitària Politècnica de Mataró , y lector nuestro, al que en agradecimiento le dedicamos el mismo.

 

En diciembre de 2009 tuvo lugar un atentado fallido a bordo de un avión de Northwest Airlines que cubría la ruta entre Ámsterdam y Detroit. Desde entonces, gobiernos de diferentes países cómo: EEUU, Reino Unido y Holanda. Planean instalar unos nuevos escáneres que proporcionan una imagen desnuda del pasajero, bajo la premisa de aumentar la seguridad en los vuelos.

Hasta ahora, muchos de los lectores habrán pensado que este aparato debe consistir en una gran máquina de rayos-x, nada más lejos de la realidad. Un colectivo de pilotos estadounidenses encabezados por el famoso capitán (e investigador de accidentes aéreos) Chelsey Sullenberger, se han opuesto a pasar por el escáner al dirigirse hacia los aviones. Puede parecer una tontería, pero tal cómo explicamos en nuestro anterior artículo sobre los vuelos transpolares, los pilotos están sometidos a una elevada dosis de radiación, de hecho para ellos el pasar por este escáner, significa recibir una dosis de radiación extra que puede poner en peligro su salud.

 

Imagen: El doctor Carles Paul impartiendo una clase sobre radioactividad. Foto: Tycho Brahe

Y en parte no les falta razón, a pesar que los gobiernos a través de los mass-media intenten vendernos que los escáneres funcionan con “nuevas radiaciones no perjudiciales”. De acuerdo con el doctor Paul, todas las radiaciones conocidas, están en el espectro electromagnético, y para traspasar cuerpos humanos, es necesario aplicar radiaciones ionizantes. No es necesario realizar un gran esfuerzo para llegar a la conclusión que si se recomienda no exponerse a demasiadas radiografías al año, las tripulaciones pueden acumular un montón de ellas a lo largo de sus viajes. Esto sumado a la dosis de radiación que absorben mientras vuelan, (aumenta a razón de 0.3mSv cada 2000 metros sobre el nivel del mar), puede tener un efecto devastador sobre la salud de este colectivo. La cantidad máxima de radiación permitida mediante radiografias es de 1mSv anual. En promedio los rayos cósmicos contribuyen con 0,3 mSv a la radiación del cuerpo humano a nivel del mar. A una altura de 1800 m la dosis es el doble, a más altura más radiación, lógicamente con estos escáners acumularian radiación extra.

 

If you touch my junk i’ll have you arrested.

La frase de arriba, significa “si me tocas las pelotas, te denuncio”, esta frase fue pronunciada por John Tyner, un ingeniero informático que volaba desde San diego con destino a Dakota del sur, resulta ser que se negó a pasar por el escáner ya que prefería ser cacheado por los agentes de seguridad. No tuvo suficiente con esto, y encima gravó un vídeo que le ha reportado una multa de 11000 dólares, a pesar de ello la sociedad norteamericana creó plataformas cómo que llamaron a boicotear los vuelos durante el pasado acción de gracias. El efecto fue tal que la TSA está buscando nuevas formas para “sustituir” la función de los escáneres y garantizar la intimidad del pasajero, ya que los boicots masivos provocaron retrasos durante el embarque.

 

Imagen: Un escáner de cuerpo entero en funcionamiento. Foto: www.familyhomesecurity.com

 

Volviendo al viejo continente, la legislación para el escáner de cuerpo entero (o pornoescaner, cómo se conoce en E.U.A.) aún no es común en toda la unión, si que es cierto que ya hay países que utilizan estos instrumentos cómo Reino Unido, Francia o Holanda, hay otros países que son contrarios a la implementación de estos dispositivos cómo España o Alemania

Sin embargo es curioso ver cómo ha reaccionado la sociedad americana, a pesar de su obsesión por la seguridad nacional, a la que les han intentado colar este artefacto dañino para la salud y la intimidad, probablemente la mentalidad del pasajero europeo sea más reacia contra estos artefactos y se tenga que optar por otra clase de inspección. Sin ir más lejos, por ahora la U.E. se encuentra dividida sobre el uso de estos aparatos.

 

 

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La hoja de Carga y Centrado (u hoja de carga y hoja de centrado) son dos grandes desconocidas que se usan generalmente en todos los vuelos que se realizan. Sus principales misiones son:

• Cargar el avión de forma correcta, asegurándonos de que el avión no excede ninguno de sus límites operativos como el MTOW, MZFW o la MLW)
• Repartir bien esta carga para comprobar que está dentro de un centro de gravedad operable para el avión y no pasen cosas como esta
• Informar al capitán de la distribución de la carga, así como el centro de gravedad, que será importante a la hora de configurar el avión para el despegue.

Con toda esta información, compuesta por el peso total en cada compartimiento de carga, peso total de los pasajeros, el momento que tiene el avión,… el capitán puede ajustar el timón de profundidad de la aeronave adecuadamente para  cerciorarse de un correcto comportamiento del avión durante las diferentes fases del vuelo. Esto es crítico en el momento del despegue, hasta el punto de alargar más de lo que la pista da, la carrera de despegue. Si el timón se ajusta mal, no nos hará el efecto “palanca” para poder levantar el morro con más facilidad.

Aquí podemos ver un ejemplo de hoja de carga del vuelo de SwissAir SR0111 de Nueva York a Ginebra. Si lo miráis con detenimiento podréis ver como se detallan los pasajeros, el peso en los compartimientos, los diferentes pesos dependiendo de la fase del vuelo y algunos ostros detalles curiosos.

También podemos ver como es una hoja de centrado, aunque desgraciadamente no he podido encontrar algo de mayor calidad para que lo podáis ver en detalle. En este caso, es la de un A320. A grandes rasgos, una vez tenemos todos los pesos introducidos en la hoja, se trazan unas rayas en la zona inferior que nos dará el centro de gravedad. De ahí, y siempre que no salga de los límites operativos (zonas oscuras), el capitán puede ajustar el timón de profundidad para el correcto comportamiento del avión.

Todo esto es llevado a cabo por los coordinadores en la aviación comercial. Personas que están ahí aunque nadie sabe de ellos, que se encargan de que el avión salga puntual (dentro de sus limitaciones) y que informan al comandante de la aeronave sobre la carga que llevará, número de pasajeros, meteo en aeropuerto de salida, destino y en ruta, entre otras muchas cosas. Si voláis a menudo y no sabéis aún de quien os hablo, lo podréis distinguir por su chaleco de alta visibilidad y por entrar en la cabina durante la parada en tierra del avión, además de andar por la plataforma, alrededor del aparato. Normalmente esto es un proceso automático que se hace mediante un ordenador, aunque en caso de fallo del sistema se hacen a mano. Además, el comandante debe revisar esta información y también debe saber interpretarla para detectar errores.

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Seguimos con la serie dedicada al ruido producido por un avión con este segundo y último post

El ruido del chorro

El ruido producido por el chorro proveniente de la combustión de gases es la principal fuente de ruido en un cuando un motor está operando a máxima potencia. Durante el despegue el gas es expulsado a gran velocidad y se mezcla con el gas que hay a su alrededor. En esta mezcla de gases se crea una turbulencia, causante del ruido, que cuanto mayor es, más ruido crea. El ruido producido por el chorro es el único que se crea fuera del motor (aunque no fuera del avión) y tiene lugar a una distancia considerable del motor.

[Inciso: próximamente veremos que es el bypass con más detenimiento, pero para tener una idea y entender lo que viene ahora, llamamos bypass al flujo de aire secundario del motor, que no pasa por el núcleo, y que por lo tanto no se comprime a altas presiones. Para entendernos, en un motor actual tenemos dos partes diferenciadas, el núcleo dónde se inyecta el queroseno y una segunda parte por donde entra el aire pero no es “tratado”. Esta segunda parte es el bypass del motor]

Históricamente, la reducción del ruido de chorro ha ido de la mano con la reducción de la potencia específica y del ratio de bypass con el resultado de una menor velocidad de chorro para alcanzar la misma potencia requerida. El forzar la mezcla del aire proveniente del núcleo del motor con el del flujo del bypass ha demostrado que reduce el nivel de ruido producido puesto que la mezcla de los gases es gradual y hace descender la velocidad de mezcla, siendo esta proporcional a la turbulencia asociada que es a su vez la que produce el ruido que podemos apreciar. Esto era muy útil en los antiguos motores con un ratio de bypass moderado o por debajo de 5 a 1.

El señor Malet en uno de los motores del DC8 de PanAm. Se ve un primitivo sistema de atenuación de ruido. – © Adolfo Malet

En referencia a la foto superior, siempre me acuerdo de una anécdota que me explicó un antiguo piloto de DC8. Me comentaba que le colocaron estos difusores a los motores para hacer menos ruido, pero cuando despegaban por la  mañana temprano de Palma de Mallorca temblaba hasta el suelo y despertaban a toda la isla. Siempre es algo relativo, lo de reducir el ruido.

No obstante, en los nuevos motores de última generación como pueden ser el Trent 1000, los ratios son superiores a 10 a 1 y esta medida se muestra del todo insuficiente, por ser el bypass demasiado grande y tener que incorporar sistemas de guiado del aire muy grandes, penalizando así la aerodinámica y el peso final del motor (y del avión). Así pues, se ha visto como otra medida de reducción de ruido es efectiva para grandes ratios y no penaliza en exceso la aerodinámica. Algunos os habréis fijado, y es que últimamente, en las terminaciones del motor de última generación, se aprecia un serrado. Esta manera de acabar en forma de sierra consigue que la velocidad de mezcla de los gases también se vea disminuida, independientemente del ratio de bypass, y además se ve reducido el ruido del orden de 5 dB.

Acabado en sierra visible en este Trent1000 de un B787 – © Jon Ostrower

Debido a la naturaleza del chorro y su ruido asociado, la interacción aerodinámica con el flujo de aire y la estructura necesita ser replanteada. Con esto nos referimos a, por ejemplo, la interacción del chorro con el ala debido a su proximidad. Más aún cuando se va con algún punto de flaps. Esto crea un ruido asociado que es dirigido hacia abajo. Por esta razón, el avión del futuro se está planteando con una integración completa del motor dentro del propio avión y así mitigar estos ruidos que ahora por ahora son casi imposibles de reducir.

El ruido de la turbina de baja presión

Así como las turbinas de alta y media presión están incorporadas en el núcleo de motor y son mitigadas por el ruido de este, la turbina de baja presión, la primera que nos encontramos en el recorrido hacia el interior del motor, produce un ruido que es fácilmente controlable.

Es por todos conocido que los humanos tenemos una espectro audible algo corto, y de esto se aprovechan los ingenieros. Con un perfil aerodinámico adecuado fuerzan la frecuencia del sonido por debajo de lo 4KHz. Con esto consiguen que sea inaudible para las personas y además es fácilmente atenuado por la atmósfera.

El ruido de la combustión

Y os preguntaréis ¿Por qué aún no hemos hablado de lo que realmente hace ruido? Parece mentira pero el ruido producido por la combustión es el menos significativo en la firma de ruido total del avión. El ruido producido por las inestabilidades de la combustión están controladas por los procesos internos del motor.

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Los aviones de hoy en día son mucho más silenciosos que los primeros aviones a reacción civiles con ratios bajos en el bypass (próximamente hablaremos sobre que es el bypass de un motor). Algunos se atreven a decir que los aviones de ahora emiten un 1% del ruido que emitían los aviones 40 años atrás. No obstante, esto parece poco y cada vez se intenta reducir el ruido de los aviones lo máximo posible, empujados por la presión social sobre las infraestructuras aeroportuarias alrededor del mundo.

Control del Ruido

ICAO lleva el control del ruido de los aviones así como sus umbrales y maneras de medirse. Así pues, en la fase de despegue se miden los niveles de ruido en un perfil lateral y otro de sobrevuelo mientras que en la de aterrizaje solo se mide en la zona de aproximación final.

Zonas de medición especificadas por ICAO. © The Jet Engine – Rolls Royce

Este ruido se mide en EPNL (Effective Perceived Noise Level) o Nivel Efectico de Ruido Percibido y vienen estipulados en el anexo 16, capítulo 3 de ICAO firmado en 1977. Pero mucho ha llovido desde entonces y el  1 de Enero de 2004 el capítulo 4 restringe mucho más los niveles de ruido para las nuevas aeronaves a certificar y establece los limites 10EPNLdB por debajo de lo que lo hacía el capitulo 3. Y aún nos podemos poner más extremistas y es que aeropuertos, como los Londinenses y algunos más a lo largo del mundo con una alta densidad de tráfico, establecen sus propias normas aún más restrictivas para las operaciones diarias según la hora en la que se desarrollen.  Para ello sacaron la Quota Count, que viene a ser un índice del ruido que hace un avión en las opera y con un sistema de slots ruidosos las compañías basan sus operaciones nocturnas según las QC que tengan asignadas

Las fuentes de ruido en un avión

El ruido que escuchamos de un avión es el resultado de una infinidad de pequeñas fuentes de ruido. Así pues, el diseño de los motores de un avión va muy ligado a un eficiente diseño aerodinámico del mismo. Parece lógico que una aerodinámica incorrecta desembocará en una mayor potencia necesaria para el despegue y un consecuente aumento de ruido del motor en general.

Otras cosas a tener en cuenta son que no todo el ruido lo crean los motores. Por ejemplo, en la fase de aproximación final es más importante el ruido producido por el Airframe (la circulación del aire) que el propio producido por los motores que en ese momento van casi al ralentí. No obstante el ruido producido por la turbina viene siendo el peor enemigo de los límites de ruido.

El problema  es complejo, pues para reducir el ruido de un avión se tiene que trabajar con múltiples fuentes de ruido, a menudo con diferentes métodos de reducción de ruido.

El ruido de la turbina

El ruido de la turbina es el más complejo de tratar puesto que proviene de la aerodinámica de los álabes del motor. Cuidado, porque en este caso estamos diferenciando del ruido relacionado con “jet stream” (del chorro del motor) con el propiamente relacionado a las turbinas del motor y los compresores. Parece curioso que sea significativamente mayor para la firma del ruido el proveniente por las turbinas, pero con la medida del los años se ha conseguido reducir el ruido del jet stream como podemos observar en la figura inferior.

Perfil acústico de una turbina. © The Jet Engine – Rolls Royce

Podemos diferenciar algunos de ellos por estar concentrados en ciertos espectros frecuenciales. El llamado broadband noise suena como un siseo, como cuando vamos en coche por una autopista y escuchamos un ruido constante. Este ruido, igual que pasa en los álabes de la turbina, viene producido por las turbulencias creadas en las capas límites del álabe y se generan comúnmente en la parte trasera de estos.

Tenemos también el tone noise que suena como un silbido. Este sonido concentrado en una sola frecuencia es producido por la onda de presión justo en frente de la turbina. Estas ondas de presión producen el tone noise a la frecuencia de paso del álabe (las revoluciones por segundo multiplicado por el número de álabes). Un modelado de los álabes muy estudiado por parte de los ingenieros hace que este ruido se vea minimizado.

Otro sonido conocido sonido es el llamado buzz noise y como su nombre indica, es un leve “buzz” o zumbido. Este sonido es creado cuando los álabes estar girando a velocidades supersónicas. Es en este momento cuando la onda supersónica pasa entre sus álabes y produce pequeñas vibraciones que acaban creando ese zumbido que en ocasiones se puede escuchar dentro de la cabina de pasajeros. Una cuidadosa geometría en el diseño de los motores ayuda a eliminar este ruido, aunque por otra parte, un régimen de giro menor en el despegue también contribuye a minimizar este ruido.

Reduciendo el ruido de la turbina

Un método importante para la reducción del ruido generado por las turbinas es el de absorber la energía generada después de producirse. Los motores de nueva generación, la entrada y el conducto de bypass están cubiertos de paneles especiales para absorber el ruido producido por la turbina. Estos paneles, que los podemos encontrar en la vida cotidiana en autopistas, por ejemplo, hacen que la energía del sonido (que no dejan de ser vibraciones) se conviertan en calor. Así se disipan sin molestar a ningún vecino. Otras cosas tan sencillas como cuidara la geometría de la admisión del motor puede hacer que el sonido se disipe hacia arriba.

La geometría juega un importante papel – © The Jet Engine – Rolls Royce

La prueba del algodón hay que hacerla en el siguiente vídeo. Un A330-300 de Qatar Airways con sus General Electric CF6-80E1 a toda potencia. A ver si encuentras todos los sonidos

(El vídeo es mejor verlo en HD para disfrutar de un audio en condiciones)

Airbus A330-300 Qatar Airways take-off GVA – Youtube

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