¿Cómo funciona el velocímetro del avión?

El velocímetro, o anemómetro, es un instrumento que se encarga de medir la velocidad aerodinámica de la aeronave. Dada la importancia que tiene este instrumento en vuelo el piloto debe comprender a la perfección todo acerca del mismo ¿Cómo es su funcionamiento? ¿Cuáles son sus limitaciones?

El velocímetro (también llamado Airspeed Indicator, ASI, por sus siglas en inglés) mide la presión dinámica, esta es la presión generada por el movimiento de la aeronave a través del aire, para poder medir la presión dinámica el instrumento necesita del sistema Pitot-estático.

El Sistema Pitot-estático está conformado por el tubo Pitot y la(s) entrada(s) de presión estática. El tubo Pitot es una pequeña boquilla que tiene dos orificios, uno por donde recibe toda la presión del impacto del aire cuando la aeronave se encuentra en vuelo y el ultimo tiene la finalidad de drenar agua en caso de ingresar por la entrada principal. La imagen inferior es una representación grafica del sistema Pitot-estático completo

NOTA: El sistema Pitot-estático alimenta también al altímetro e indicador de velocidad vertical, sin embargo, el velocímetro es el único instrumento en recibir presión del tubo Pitot.

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La presión del aire de impacto recibida por el tubo Pitot está conformada por:

  • La presión dinámica, fue mencionada al inicio del artículo, relacionada al movimiento de la aeronave a través del aire.
  • La presión estática, es la presión atmosférica, varía según la altitud a la que se encuentre la aeronave.

NOTA: Si la aeronave se encuentra sin movimiento sobre la superficie el tubo Pitot solo recibirá presión estática, a menos que reciba el impacto de una corriente de viento.

La(s) entrada(s) de presión estática son orificio(s) cuidadosamente localizados en el exterior de la aeronave por donde ingresa libremente la presión presente en el ambiente, al instrumento. Aparte de dicha entrada de presión estática y el tubo Pitot el instrumento es prácticamente hermético para maximizar así su precisión. ¿Por qué se necesita esta fuente de presión estática?

La presión dinámica es dirigida hasta un diafragma en el interior del instrumento. El diafragma lo que hace es expandirse a medida que aumenta la velocidad (aumenta presión de impacto) y se contrae cuando baja la velocidad (baja la presión de impacto), levemente parecido a un globo inflando y desinflándose.

La presión estática, por otro lado, presuriza la caja completa del instrumento, haciendo presión en el diafragma con el fin de anular la presión estática presente en la presión de impacto, dejando solamente la presión dinámica actuando el diafragma (por eso se le dice instrumento diferencial). El diafragma se conecta con pequeños engranes que convierten su movimiento en el movimiento de la aguja del velocímetro. Si te parece un poco confuso puedes ver la siguiente formula que lo describe mejor.

Seguramente mientras leías el articulo pensabas “¿Qué ocurre si se tapa el tubo Pitot o la entrada estática? ¿o ambas?” Esto puede llegar a ocurrir ya sea por suciedad o, en el peor de los casos, por formación de hielo durante el vuelo. A continuación se hace una descripción de los posibles casos por obstrucción:

Caso 1, Solo tubo Pitot obstruido (Orificio principal y de drenaje)

En el caso de que esto ocurra, la presión de impacto se quedará en las líneas de presión sin tener por donde salir, pero la presión estática puede ingresar normalmente al instrumento dado que las entradas estáticas no están obstruidas, como resultado el velocímetro no podrá indicar la velocidad aérea, tendrá el comportamiento parecido al de un altímetro.

La presión ya contenida en el diafragma es constante, pero si reduce la presión estática (como es en el caso de un ascenso de altitud) el diafragma se expande, dando una indicación de aumento de velocidad, todo lo contrario, si aumenta la presión (como ocurre durante un descenso de altitud), aumenta la presión estática y el diafragma se contrae, resulta en una indicación de reducción de velocidad.

Caso 2, Solo la entrada principal del tubo Pitot obstruida

Cuando esto ocurre toda la presión de impacto abandona el sistema por medio del orifico de drenaje, permitiendo solo ingresar presión estática a través del tubo pitot.

Como indicación del instrumento, en este caso, el velocímetro indicaría 0 (cero), pero ¿por qué? Por el tupo Pitot solo ingresa presión estática y por la entrada estática también, en el interior del instrumento, dado su diseño ambas presiones se anulan y el diafragma no presenta ningún tipo de expansión, siendo “cero” la indicación.

Caso 3, Solo entrada(s) estática(s) obstruida(s)

En el caso de que esto ocurra, la presión en las líneas estáticas se mantendrá en el sistema. La indicación que señale el velocímetro solo será correcta a la altitud en la que se tapó por completo la entrada estática. A una mayor altitud el velocímetro indicará menor velocidad aérea de lo que realmente es, y todo lo contrario ocurre a menor altitud, el velocímetro indicará mayor velocidad aerodinámica.

Caso 4, Tubo Pitot (entrada principal y drenaje) + entrada(s) estática(s) obstruida(s)

Es muy raro que se obstruyan todos estos orificios al mismo tiempo, pero si ocurre…la indicación que señalaría el instrumento seria la velocidad al momento previo a la obstrucción.

El velocímetro (anemómetro) cuenta con algunos errores los cuales debemos tener conocimiento, y tener consideración durante el vuelo para aumentar la seguridad operacional, estos son:

1.- Error de densidad. Cuando la aeronave vuelo en diferentes condiciones de temperatura y presión varía la densidad del aire, mientras menor sea la densidad del aire mayor debe ser la velocidad de la aeronave para poder generar la misma presión dinámica. Veamos el siguiente ejemplo para poder entenderlo mejor.

Una aeronave volando al nivel del mar en una atmosfera estándar el velocímetro le indica 120 nudos, sin embargo, cuando vuela a 5000 pies para que el instrumento le indique 120 nudos debe volar a una velocidad mayor, la menor densidad del aire afecta a la lectura de presión dinámica. Este error es fácil de corregir, y se hace a través de un computador de vuelo o formulas matemáticas.

2.- Error de instalación o posición, es el resultado de disturbios en el flujo de aire alrededor del tubo Pitot y/o entradas estáticas, este error es mas notorio en cambios de configuración de la aeronave, la magnitud del error varía dependiendo de la aeronave, la velocidad y ángulo de ataque. Los diseñadores siempre tratan de localizar el tubo Pitot y las entradas estáticas lo mejor posible para minimizar este error, pero siempre estará presente. Para corregir el error de instalación la aeronave tiene una serie de tablas en su respectivo manual.

3.- Error de compresibilidad, este es producido gracias a que el aire se comprime en la toma de presión de impacto del tubo Pitot, causando lecturas superiores en el instrumento, sin embargo, a bajas velocidades el error es prácticamente despreciable. Este error es significativo en velocidades superiores a los 200 nudos (370 Km/h).

Gracias a las nuevas tecnologías implementadas en los instrumentos de cabina, algunas aeronaves ahora están equipadas de instrumentación digital, EFDs (Electronic Flights Displays, por sus siglas en ingles). Este equipo funciona de una manera muy similar, la presión estática y de impacto ingresa de igual forma por una entrada estática y tubo pitot respectivamente, pero esta no llega directamente al instrumento, la presión es computada por un equipo llamado ADC (Air Data Computer), posteriormente la información, ahora en pulsos eléctricos, es enviada a los instrumentos digitales del PFD (Primary Flight Display, Pantalla primaria de vuelo por sus siglas en inglés) Imagen Inferior.

Artículo redactado por: Rafael Paccieri F.

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