Instrumentación Aeronáutica

Principios de las Medidas de Presión

La presión es la fuerza diferencial entre dos puntos. Debido a las variaciones de la atmósfera, se ha decidido establecer una Atmósfera Estándar Internacional (ISA).

• Presión Absoluta

  Es la presión que existe comparada con la del vacío (P. atmosférica / P. estática). En condiciones estándar, tiene un valor de 1013,2 hPa o 14,7 psi. Para medir esta presión se utiliza el disco aneroide (metal fino por el que entra el aire), que compara la presión interna del disco con la del exterior. (Ejemplo: Altímetro).

• Presión Manométrica

  Es la diferencia entre la Presión atmosférica y la Presión a medir. Esta fuerza puede usarse para mover un cursor mecánico sobre un dial. Para medir presiones altas se usa un tubo de Bourdon, cuyo funcionamiento se basa en un tubo de latón de forma elíptica en semicírculo. Un extremo está abierto, por donde pasa el fluido a medir, y el otro está cerrado. Cuando pasa el fluido, este tiende a enderezar el tubo.

• Presión Diferencial

  Es la presión comparada con otra. Este instrumento mide la diferencia entre la Presión Pitot y la Presión Estática (o ambiental). La P. Pitot es la que se crea por el movimiento hacia delante de la aeronave, y la P. estática es la P. atmosférica fuera de la aeronave. Este instrumento se denomina Pitot-Estática.

  Para medir una P. diferencial se utilizan dos cámaras selladas, cada una conectada a su presión. Son dos fuelles diferenciales cerrados donde el de mayor presión desplaza al otro, haciendo que mueva el mecanismo del cursor. (Ejemplo: Anemómetro).

Instrumentos Especiales de Presión

• Manómetro de Presión de Admisión

  Mide la presión absoluta en el interior del sistema de inducción, reflejando la potencia del motor de explosión.

• Interruptores de Presión

  Es un microinterruptor que se activa por la presión que ejerce un fluido a un fuelle. Si la presión del fluido vence a la del fuelle, el microinterruptor se activará. Se usa comúnmente para luces de aviso de presión.

• Altímetro

  Es un barómetro aneroide que mide la presión absoluta del aire. Esta presión se origina por el peso del aire sobre el instrumento, que varía al ascender o descender, referenciado al nivel del mar.

  • Consiste en una caja cilíndrica dentro de la cual hay cápsulas aneroides herméticas y taradas a una presión estándar.
  • Una toma se conecta al sistema de estática, que permite la entrada de la P. atmosférica dentro de la caja, presión que varía al ascender o descender el avión.
  • La diferencia de presión entre la caja y la cápsula aneroide provoca que estas se contraigan o dilaten, transmitiendo el movimiento a un sistema de varillas y engranajes que hacen que se muevan las agujas del altímetro.
  • El frontal visible consta de una esfera con un dial numerado y una ventana de Kollsman entre los números 2 y 3, que se ajusta con un botón giratorio.

  Algunos altímetros presentan la información de forma digital y otros tienen dispositivos electrónicos que codifican la altitud y la mandan a estaciones de tierra.

Presiones Referenciales

Puesto que la atmósfera varía constantemente, el altímetro no puede mostrar valores de altitud con respecto a la atmósfera ISA de forma directa. Por ello, hay que ajustarlo para situaciones no estándar. Este ajuste se hace mediante el botón giratorio de reglaje del altímetro, que permite seleccionar la presión de referencia. La escala puede estar en mb o en inch de Hg, o ambas. Los aeródromos usan la regla de 1” por cada 1000 ft o 110 mb por cada 1000 m para deducir la presión a nivel del mar. Existen distintos tipos de presión referencial:

• QNH (Ajuste de Altitud)

  Presión a nivel del mar deducida del aeródromo considerando la atmósfera ISA. Cuando el altímetro está calado en QNH, hablamos de altitud indicada (ejemplo: 4500 ft, 5000 ft, etc.).

• QNE (Presión Estándar)

  Presión estándar al nivel del mar (29,92” o 1013 mb). Por encima de la altitud de transición (generalmente 6000 ft), se establece que se vuele con la misma presión de referencia (QNE). Cuando está calado en QNE, se habla de niveles de vuelo (ejemplo: FL075, FL350, etc.). Esto se conoce como Altitud Presión (ISA).

Tipos de Altitud

• Indicada: Leída directamente del altímetro. Si está calado con QNH, la altitud será aproximadamente igual a la Altitud sobre el Nivel Medio del Mar (MSL).
• Verdadera (o Real): Altitud real sobre el nivel del mar. (Altitud que se proporciona en las cartas de navegación).
• Absoluta: Distancia vertical entre el avión y la tierra (Altura sobre el terreno, AGL).
• Altitud Presión: Altitud calada en QNE (1013 mb).

Tipos de Altímetros

Existen dos tipos principales de altímetros: los analógicos (que tienen 3 cursores) y los altímetros codificados.

• Altímetros Codificados

  Contienen un sensor electrónico de presión que envía un código digital al transponder de la aeronave (Modo C), y este manda la información de altitud a la estación en tierra.

• Radio-Altímetro

  Muestra la altura de la aeronave mediante una señal de radio, calculando la diferencia entre señales. Es efectivo dentro de 2500 ft y muestra la AGL (Above Ground Level).

Chequeo del Altímetro

Los chequeos periódicos del altímetro incluyen la verificación de:

• Error de escala (debe estar dentro de la tolerancia permitida).
• Histéresis (debe marcar lo mismo al bajar que al subir).
• Efecto posterior.
• Fricción.
• Fugas.
• Error barométrico de escala.

La aeronave debe ser chequeada a la mayor altitud a la que va a volar y los resultados se guardan en los registros de la aeronave.

Sistema Pitot-Estática

El sistema Pitot-Estática es fundamental para la instrumentación de vuelo:

• Pitot: Mide la Presión Dinámica (Presión Total).
• Estática: Mide la Presión Atmosférica.
• Pitot – Estática: Utilizado por el anemómetro y el machímetro.
• Estática: Utilizado por el variómetro y el altímetro.

• Presión Estática

  Presión del aire que rodea la aeronave. Esta presión se toma de un puerto estático donde hay las mínimas perturbaciones.

• Tubo Pitot

  Es un tubo abierto, orientado en la dirección de la aeronave para que el flujo de aire impacte dentro de él. Dentro del tubo se instalan unos calentadores eléctricos para evitar la formación de hielo.

En algunas aeronaves se utiliza una cabeza combinada de Pitot-Estática. En el terminal abierto se toma la presión Pitot y en los orificios de alrededor de la cabeza se toma la presión estática.

Es crucial evitar que los orificios de Pitot y estática se atasquen y que no haya distorsiones en el fuselaje, ya que producirán errores en los instrumentos. Si el Pitot se atasca:

• Al ascender: la velocidad indicada sube.
• Al descender: la velocidad indicada baja.

Revisión del Sistema de Estática

• No debe acumular humedad.
• Fugas dentro de las tolerancias admitidas.
• El calentador debe estar operativo.

Indicadores de Velocidad

Miden la diferencia entre la presión Pitot y la estática.

Consisten en una carcasa cerrada alimentada por la presión estática y un diafragma de metal fino alimentado por la presión Pitot. El diafragma se expande o comprime en función de la diferencia de presiones Pitot y estática. El diafragma está unido mecánicamente a unos cursores que indican la velocidad.

Tipos de Velocidades

• IAS (Indicated Airspeed): Lectura sin corrección o directa.
• CAS (Calibrated Airspeed): Velocidad calibrada.
• TAS (True Airspeed): Velocidad verdadera (CAS corregida por la altitud y temperatura no estándar).
• GS (Ground Speed): Velocidad con respecto al suelo.

Indicador VSI (Vertical Speed Indicator)

El Indicador de Velocidad de Ascenso y Descenso asiste a instrumentos como el altímetro.

Contiene un fuelle o cápsula a presión, que está conectado a la fuente de estática y con una abertura al interior de la carcasa del instrumento a través de un difusor, que proporciona un escape calibrado de presión.

Teoría del Giróscopo

El giróscopo posee dos características fundamentales:

• Rigidez en el Espacio

  Debido a una masa que gira a gran velocidad y que se mantiene fija en su eje, independientemente del movimiento de su soporte.

• Precesión

  Cuando se aplica una fuerza externa al giróscopo, tratando de inclinarlo, el giróscopo responde como si la fuerza hubiera sido aplicada en un punto 90º después de la dirección de rotación.

Instrumentos Giroscópicos

• Indicador de Dirección (Giro Direccional)

  El giróscopo se usa para indicar el rumbo de la aeronave. En los primeros indicadores de rumbo, el rotor del giro estaba suspendido de un doble gimbal en el interior de una escala calibrada. El rotor giraba mediante un chorro de aire dirigido hacia su periferia. Algunos indicadores de dirección más avanzados tienen instalados sistemas de sincronización automática con la brújula o con las líneas de flujo magnético terrestre, aunque no suelen instalarse en aviones ligeros.

• Indicador de Actitud (Horizonte Artificial)

  Tiene un rotor de latón muy pesado, que gira en el plano horizontal, montado en dos cardanes que permiten que permanezca en ese plano independientemente del avión.

  El frontal móvil, pintado con un horizonte, está unido mediante un brazo con un contrapeso al alojamiento del giróscopo.

  Nota: 3 movimientos requieren 2 cardanes. 2 movimientos requieren 1 cardán.

  Consta de un giróscopo fijado a una esfera visible; el eje tiene 3º de libertad.

• Indicadores de Viraje

  • Indicador de Viraje: Contiene un rotor de latón que es girado por un chorro de aire o por un motor eléctrico. El eje puede inclinarse a la derecha y a la izquierda.
  • Coordinador de Viraje: Tiene la ventaja de poder detectar alabeo y guiñada.
  • Derrape: La bola se mueve hacia el lado contrario del viraje; la fuerza centrífuga es mayor que la de la gravedad.
  • Resbale: La bola se mueve hacia el lado del viraje; la fuerza de la gravedad es mayor que la centrífuga.

Compás Magnético

Consta de un alojamiento de aluminio con una lente de vidrio, una marca de referencia, un flotador de latón puesto en un punto de baja fricción y una tarjeta de compás graduada de 0 a 360º. El alojamiento está relleno de fluido magnético para amortiguar las oscilaciones. Para que el alojamiento no sufra daños cuando se expanda por el calor, se monta dentro un fuelle. También hay colocados un juego de magnetos compensadores en el exterior del compás.

• Variación: Diferencia angular entre el polo real y el polo magnético.
• Desviación: Error del compás debido a las perturbaciones de los campos magnéticos producidas por metales o accesorios electrostáticos en el interior de la aeronave. Los compases llevan compensadores para corregir estas desviaciones y también llevan una carta de corrección anotando las desviaciones.

Sistemas de Mantenimiento a Bordo (ATA 45)

Algunos sistemas o equipos llevan instalado el BITE (Built-in Test Equipment), que detecta y registra los fallos o averías de sus componentes. Su funcionamiento se basa en:

• Detección del Fallo: Continuamente durante el funcionamiento del equipo.
• Aislamiento de la Avería: El equipo se puede aislar o puentear.
• Verificación Operacional: Comprobación del equipo después de la corrección de la avería.

Los sistemas BITE están diseñados para detectar las LRU (Line Replaceable Units) o LRI, que son elementos que pueden ser sustituidos con mayor o menor facilidad en la línea de vuelo.

Pruebas BIT

1. PBIT (Power-on Built-in Test)

   Pruebas de encendido del equipo. Se basa en una autodiagnosis inicial amplia. Si detecta algún fallo en el equipo, no se inicia el modo normal de funcionamiento. Si esta diagnosis la realiza el TMA (Test and Monitoring Assembly), se denomina IBIT. Este test se realiza en un prevuelo o después de una reparación.

2. CBIT (Continuous Built-in Test)

   Realiza una prueba reducida de las LRU. Comienza cuando el equipo está conectado y el PBIT no detecta ningún fallo.

Filosofía BITE

1. Detección de Fallo: Puede ser permanente o intermitente.
2. Aislamiento: Después de la detección de un fallo, el BITE es capaz de aislar la LRU que ha fallado y mostrar dónde ha ocurrido el fallo.
3. Memorización: Toda la información es almacenada en una memoria no volátil.
4. Test: Se divide en 4 grupos:
   • Power Up Test: Test de arranque, primer test de seguridad. El sistema está inoperativo durante la prueba.
   • Test Cíclico: Se realizan continuamente sin perturbar la operación normal. Sus operaciones incluyen WATCHDOG (reinicia el procesador si el software falla) y RAM TEST.
   • Prueba Test de Sistema: Prueba para la resolución de la avería.
   • Test Específico: Genera estímulos a válvulas o actuadores.

Tipos de Sistemas del Avión (Clasificación BITE)

1. Tipo 1: Memoriza fallos de los últimos 64 vuelos.
2. Tipo 2: Memoriza fallos del último vuelo.
3. Tipo 3: La entrada permite iniciar el TEST o RESET y la salida indica si el sistema está OK. No memoriza fallos.

CFDS (Clasificación de Fallos)

1. Clase 1: Tienen consecuencia operacional en vuelo. Se muestran en el MCDU (Multi-purpose Control and Display Unit). Clasificados como GO, GO IF, NO GO. Requieren acción inmediata según la MEL (Minimum Equipment List).
2. Clase 2: No tienen una consecuencia operacional inmediata, pero deben ser reparados en menos de 10 días. Requieren acción según la MEL.
3. Clase 3: No tienen una consecuencia operacional. No tienen tiempo límite de reparación y no aparecen en la lista MEL.