Club de Planeadores Bariloche Curso de Piloto Tema: Instrumentos I INSTRUMENTOS NEUMATICOS

Transcripción

1 INSTRUMENTOS NEUMATICOS OBJETO El objeto de este documento es describir el funcionamiento y uso de los instrumentos normalmente utilizados como apoyo al vuelo en un planeador, cuya información afecta la operación del mismo. Los parámetros referidos al vuelo de un planeador, velocidad, altura, inclinación, actitud, rumbo, etc. son percibidos por el piloto en forma imperfecta aun en condiciones normales, y en condiciones de baja visibilidad los sentidos del piloto pueden ser totalmente engañados siendo su percepción de la realidad falsa, lo que lo puede llevar a tomar decisiones erróneas. Por lo tanto y dado que para la precisión y seguridad del vuelo es necesario tener información real sobre esos parámetros es que se han desarrollado los diversos instrumentos que describiremos a continuación, y que al medir fenómenos físicos del entorno de vuelo del planeador no resultan engañados por sensaciones como los sentidos del piloto. Dado que los fenómenos atmosféricos son muy complejos y los parámetros atmosféricos que los instrumentos medirán (básicamente presión o su variación), se verán afectados por la temperatura en el lugar en que se realiza la medición, esto nos llevara a un factor de corrección del parámetro medido, debido a la influencia de otro parámetro que afecte la medición que el instrumento lleva a cabo. El piloto debe conocer a sus instrumentos, los datos que le proporcionan, los errores que cometen y como corregirlos CÁPSULA DIAFRAGMATICA Existe un elemento básico en todos aquellos instrumentos cuyo funcionamiento se basa en la medición de diferencias de presión, es la cápsula diafragmática. Presión exterior Presión interior Sentido de la deformación Cápsula diafragmática La misma esta formada por un pequeño recipiente de aleación ligera (usualmente latón) de forma tal que es fácilmente deformable cuando la diferencia de presión entre su interior y el exterior sufre una variación. Pagina 1

2 Las diversas formas en que la cápsula es conectada nos lleva a instrumentos que miden la altura, su variación, la velocidad, etc. En lo que sigue daremos una descripción de los instrumentos clásicos, cuyo funcionamiento se basa en principios neumáticos, en la actualidad existen muchos instrumentos electrónicos cuya descripción esta fuera del objeto de este apunte. ALTIMETRO Resorte Cápsula Mecanismo Cuadrante Ajuste de cero Altímetro Es el instrumento destinado a medir la altura de vuelo del planeador. A los efectos de tener una referencia absoluta, en el interior de la cápsula se hace vacío (cápsula aneroide), la cápsula responde con dilataciones o contracciones al disminuir o aumentar la presión exterior, actuando como un barómetro, mide la presión exterior. Dada la gran deformabilidad de la cápsula y al tener hacho el vacío en su interior, al actuar la presión atmosférica en su exterior se provocaría la destrucción de la misma, para evitar esto en su exterior actúa un resorte destinado a mantener a la cápsula dilatada pero conservando la elasticidad del sistema. Al actuar como un barómetro al aumentar la altura la presión atmosférica disminuye, esta disminución es respondida por la cápsula con una dilatación pues la presión interior en constante (vacío) esa dilatación es transmitida mediante un mecanismo de relojería al cuadrante del instrumento, el cual esta calibrado en unidades de longitud (metros o pies) para facilitar su lectura. Dada la variación de la presión atmosférica en el tiempo existe un mecanismo de ajuste del cero para que el piloto pueda poner el instrumento en cero en el aeropuerto donde se origina el vuelo, esto es útil solamente para los vuelos locales y de corta duración, pues la presión atmosférica varia en un mismo lugar a lo largo del Pagina 2

3 tiempo, en especial durante el transcurso de algunos fenómenos atmosféricos como ser el pasaje de un frente. A los efectos de vuelos de distancia debido a la variación de la presión atmosférica entre dos puntos geográficamente lejanos y a que la altura absoluta de los puntos de partida y llegada puede nos ser la misma, el ajuste del cero previo a la partida no es efectivo a lo efectos de aterrizaje en el punto de llegada, para este tipo de corrección existe en el instrumento una ventanilla llamada ventana Kollsman que permite actuar sobre el instrumento corrigiendo la altura en referencia a una atmósfera (llamada atmósfera standard), normalizada en todo el mundo. Los datos para realizar este ajuste deben ser obtenidos de fuentes locales, como ser un aeropuerto próximo al lugar previsto de aterrizaje. Valores de la atmósfera standard: Altitud 0 metros Temperatura 15 C Presión 760,00 mm Mercurio Presión 1013,25 milibares Presión 29,92 pulgadas Mercurio Densidad 0,12497 Kg/m 3 Estos son los valores al nivel del mar, la atmósfera standard esta definida para todas las alturas. Definiciones relacionadas a altimetría: QFE: denominada Altura, es la distancia vertical del planeador sobre el aeropuerto de partida, se mide por lectura directa del altímetro si el piloto puso en cero el mismo antes de la partida. QNH: denominada Altitud, es la distancia vertical del planeador a la cota cero o sea la del nivel del mar. Por lo tanto se verifica: Efecto de la temperatura: QNH= QFE + Altura del aeropuerto sobre el nivel del mar. Al enfriarse el aire se contrae, por lo tanto su densidad aumenta, en consecuencia las isobaras (líneas de presión constante) bajan, se aproximan al suelo, por lo tanto si volamos con el altímetro indicando una altura constante, al entrar en una masa de aire de temperatura inferior estaremos volando a una altura inferior a la indicada por el instrumento (los instrumentos están calibrados para atmósfera standard, o sea que dan la indicación correcta a 15 C). La mayoría de los computadores de vuelo tiene una escala para realizar la corrección del altímetro por temperatura. Pagina 3

4 VELOCIMETRO Club de Planeadores Bariloche Cápsula Cuadrante Presión dinámica del Aire Toma dinámica Toma estática Velocímetro Presión estática Este instrumento esta destinado a medir la velocidad de avance del planeador, lo logra midiendo el impacto del aire en movimiento contra una toma dinámica, sobre la que también actúa la presión estática de la atmósfera, comparando esa suma de presiones con la presión recibida por una toma estática. Como vemos el interior de la cápsula recibe la suma de las presiones estática y dinámica, mientras que el ambiente que rodea exteriormente a la cápsula recibe solamente la presión estática, la diferencia entre ambas es la presión dinámica pura, que es función solamente de la velocidad del aire y de su densidad. Donde: PD: Presión dinámica K: Constante δ: Densidad V: velocidad del aire PD = K x δ x V 2 Al aumentar la presión dinámica por acción de la velocidad aumenta la presión en el interior de la cápsula, este aumento es respondido por la cápsula con una dilatación pues la presión exterior es constante (presión atmosférica) esa dilatación es transmitida mediante un mecanismo de relojería al cuadrante del instrumento, el cual esta calibrado en unidades de velocidad (kilómetros/hora, millas/hora o nudos) para facilitar su lectura. Pagina 4

5 Al aumentar la altura del planeador la presión estática disminuye, pero como la misma actúa sobre ambos lados de la cápsula no tiene ningún efecto, por lo tanto no existe corrección del velocímetro por altura. Efecto de la temperatura: Dado que la densidad del aire es función de la temperatura a la que este se encuentra, el velocímetro dará una indicación exacta solamente a los 15 C, o sea a la temperatura de la atmósfera standard al nivel del mar, que es la temperatura a la cual son calibrados. La mayoría de los computadores de vuelo tienen una escala para realizar la corrección del velocímetro por temperatura. VARIOMETRO Presión estática Cápsula Conexión al estático Mecanismo Cámara intermedia Orificio calibrado Variómetro Termo Este instrumento esta destinado a medir la variación de altura de vuelo del planeador, lo logra mediante una ingeniosa disposición de las conexiones de la cápsula. El exterior de la cápsula esta sometida a la presión atmosférica mediante una conexión al estático, el interior de la misma esta conectado a una cámara intermedia que posee dos conexiones, una a un recipiente térmicamente aislado (termo) y la otra a un orificio calibrado. Al aumentar la altura la presión atmosférica disminuye por lo tanto la presión en el exterior de la cápsula disminuirá, esa disminución de presión hará que salga aire del termo hacia el interior de la cápsula cuya deformación es transmitida, mediante un mecanismo de relojería, a una aguja frente al cuadrante del instrumento que exhibe al piloto ese ascenso, el cual esta calibrado en unidades de velocidad (metros/segundo, pies/minuto o nudos) para facilitar su lectura. Cuando el planeador Pagina 5

6 deja de ascender la presión atmosférica se mantiene constante, el exceso de presión que mantenía a la cápsula dilatada, es evacuado por el orificio calibrado igualándose las presiones interior y exterior con lo cual el instrumento vuelve a cero. El fenómeno inverso sucede durante un descenso. El recipiente debe ser térmico, pues de otra forma una variación de temperatura provocaría una dilatación o contracción del aire contenido en el mismo que darían mediciones espurias, interpretadas por el piloto como ascensos o descensos. NOTA: Algunos variometros electrónicos utilizan la medición de las resistencias de dos termistores conectados en serie (resistencias altamente variables con la temperatura) los cuales son calentados por una corriente eléctrica. Los termistores se encuentran ubicados uno a continuación de otro, en un tubo por el que pasa el aire que sale o entra al termo, ese aire provoca un enfriamiento del termistor que encuentra primero, ese aire calentado pasa sobre el segundo termistor calentándolo. La resistencia eléctrica de ambos varia de diferente forma, su medición es llevada a una aguja sobre el cuadrante que se calibra de forma tal que indique la variación de altura. Cuanto mayor es la velocidad de variación de altura, mayor es el flujo de aire sobre los termistores, mayor es su diferencia de temperatura y por lo tanto su variación de resistencia y por lo tanto mayor es la deflección de la aguja. De acuerdo a cual es el termistor que se calienta y cual el que se enfría el instrumento indicara ascenso o descenso. Adicionalmente es posible utilizar estas mediciones para provocar una señal auditiva que permiten al piloto conocer su estado de ascenso o descenso sin necesidad de bajar la vista al tablero de instrumentos, muy útil cuando se vuela en proximidad de otros planeadores. VARIOMETRO DE ENERGIA TOTAL Este no es un instrumento diferente al anterior, sino que se modifica su forma de conexión a lo efectos de no mostrar el ascenso o descenso absolutos del planeador sino del aire que lo rodea. Si durante un vuelo normal a una velocidad dada tiramos palanca hacia atrás el planeador ascenderá, ese ascenso es indicado por el variómetro común, pero para un piloto de planeador en busca de ascenso atmosférico esa información no es útil, la indicación de un variómetro común puede ser utilizada para ese fin con la sola condición de mantener la velocidad constante Esa condición no se da en el vuelo a vela pues la velocidad de planeo de un planeador entre dos ascensos sucesivos suele ser del orden del doble o superior al doble de la velocidad a la que vira un ascenso, por lo tanto una brusca elevación para perder ese exceso de velocidad al encontrar un ascenso atmosférico llevara a una indicación del variómetro en que se suman ambos ascensos (atmosférico y provocado) esto no dará indicación al piloto del verdadero valor del ascenso atmosférico, que es lo que le interesa determinar. Pagina 6

7 Para corregir esto se aprovecha que la altura ganada lo es mediante el aprovechamiento de la energía de velocidad que trae el planeador, al convertir energía de velocidad en energía de altura (energía cinética en energía potencial), en el instrumento se logra conectando el exterior de la cápsula a la toma dinámica, en vez que a la toma estática, mediante un orificio especialmente calibrado, con lo cual se logra que una brusca variación altura debida a una maniobra, que provoca la variación de la presión interior de la cápsula se vea compensada por una variación de la presión dinámica en el exterior de la cápsula y por lo tanto el variómetro en ese caso no da indicación de ese ascenso provocado. Para mayor claridad ejemplificaremos esto, un planeador que avanza a alta velocidad en aire calmo es forzado por su piloto a iniciar un brusco ascenso, como resultado su velocidad disminuirá en proporción a ese ascenso. La presión exterior a la cápsula diminuirá debido a la disminución de velocidad y la presión interior disminuirá debido al aumento de altura, si el instrumento ha sido debidamente calibrado la diferencia entre ambas presiones se mantendrá constante y la indicación del instrumento será nula. Sobre la base de lo anterior vemos porque un variómetro así conectado es llamado de energía total, pues mide solamente la energía que el planeador recibe de la atmósfera que lo rodea no midiendo el juego entre las energías cinética y potencial presente en todas las maniobras en la que hay cambios de velocidad y altura. A los efectos de la navegación del planeador deberá existir a bordo del mismo un variómetro de conexión convencional que indique las verdaderas variaciones de altura. Pagina 7