Fundamentos de Instrumentación Aeronáutica y Parámetros de Vuelo

Clasificación y Principios de Instrumentación Aeronáutica

Los instrumentos aeronáuticos se clasifican según su función (vuelo, motor, navegación) y su principio de operación (estático, giroscópico, magnético). Es importante destacar que la posición y la condición de la aeronave no son categorías de clasificación de instrumentos.

Conceptos Fundamentales de Presión y Altitud

• Presión Estándar: La presión estándar es de 1013,2 hPa. Se mide con un barómetro y disminuye aproximadamente 1 hPa cada 8 metros de altitud.
• Altitud: En aviación civil, la altitud se refiere a la altura dentro de la troposfera.
• Presión Manométrica: Se define como la diferencia entre la presión de entrada (puerto de alta presión) y la presión ambiente (puerto de baja presión).

Instrumentos de Medición de Presión

• Tubo Bourdon: Este instrumento (tipos: C, hélice, espiral) mide presiones líquidas y neumáticas, siendo reconocido por su amplio rango de medición.
• Diafragma: Utilizado para medir bajas presiones. Existen tipos metálicos y no metálicos. Un diafragma sellado se conoce como cápsula aneroide.
• Cápsula: Mide bajas presiones y consiste en dos diafragmas unidos por sus bordes, lo que la hace más sensible.
• Fuelle: Mide la diferencia de presión entre dos gases.
• Transductor: Detecta la presión y la convierte en una señal eléctrica. Su precisión puede depender de la temperatura y genera una señal analógica de voltaje (V) o corriente (I).

Sistemas y Componentes de Presión en Aeronaves

• Sistema Pitot-Estático: Mide la presión de impacto (dinámica) y la presión estática del aire.
• Puerto de Presión Estática: Se monta en el fuselaje y puede tener una configuración en 'T' o 'Y'.
• Sensor Multifunción: Es un tubo Pitot que incorpora orificios de purga.
• Manómetro Diferencial: Se utiliza para gestionar el sistema de aire acondicionado y presurización de la aeronave.

Parámetros de Calibración y Errores Comunes

• Linealidad: Se refiere a la ausencia de desviación de la curva de calibración de un instrumento respecto a una línea ideal.
• Histéresis: Es el retraso en la respuesta de un instrumento al cambiar las condiciones externas.
• Variación de Temperatura: Afecta el rendimiento de los instrumentos; el frío lo mejora, mientras que el calor lo empeora.
• Error de Posición: Inexactitud del altímetro debido a cambios en el flujo de aire sobre el fuselaje, corregido por el ADC (Air Data Computer).
• Fuga en el Sistema Estático: Provoca lecturas inexactas y requiere pruebas de verificación cada 24 meses.
• Retraso del Instrumento: Para corregir este retraso, se utiliza el IVSI (Indicador de Velocidad Vertical Instantánea), que incorpora un pistón amortiguado.

Tipos de Altitud y su Medición

• Altitud Indicada: Es la altura ajustada a la presión local al nivel medio del mar.
• Altitud Absoluta: Es la altura sobre el terreno directamente debajo de la aeronave, medida con un altímetro de radar.
• Altitud Real: Es la altura sobre el nivel medio del mar, corregida por temperatura y presión, ajustada al QNH local.

Códigos Q de Presión

• QNE: Presión estándar, crucial para la separación vertical de aeronaves en vuelo.
• QFE: Presión en un lugar específico, indicando la altura sobre el terreno. El altímetro marcará 0 en el suelo.
• QNH: Presión al nivel del mar. Por debajo de la altitud de transición, es necesario actualizarla al cambiar de región.

Instrumentos de Vuelo Específicos

• Indicador de Velocidad Vertical (VSI): Mide la tasa de ascenso y descenso mediante la comparación de presiones entre un diafragma y su carcasa, basándose en la presión diferencial.
• Indicador de Velocidad del Aire (ASI): Mide la velocidad de la aeronave en relación con el aire circundante.
• Indicadores de Temperatura No Eléctricos: Son termómetros bimetálicos, útiles en entornos donde se requiere simplicidad y eficacia.
• Ratiómetro: Menos susceptible a errores por fluctuaciones de voltaje (V).
• Indicador de Temperatura del Aire: Utiliza una sonda Rosemount para su medición, siendo crucial para corregir errores de medición y prevenir la formación de hielo.
• Indicador de Cantidad de Combustible: Puede ser eléctrico (tipo ratiómetro, usando un flotador y un resistor variable) o mecánico (usando una varilla que se sumerge en el tanque).
• Sensor Ultrasónico: Mide la cantidad de combustible a través del tiempo de tránsito de ondas sonoras, desde un transmisor hasta la superficie del combustible.

Fórmulas Clave en Aeronáutica

A continuación, se presentan algunas fórmulas fundamentales utilizadas en el ámbito aeronáutico:

Atmósfera Estándar Internacional (ISA)

La Atmósfera Estándar Internacional (ISA) se define con una temperatura de 15ºC y una presión de 1013,25 hPa a nivel del mar.

Conversiones de Unidades

• Temperaturas:
  • ºC = (ºF - 32) / 1,8
  • ºF = (ºC · 1,8) + 32
  • ºK = ºC + 273,15
• Alturas:
  • ft = m · 3,28
• Presión:
  • Pa = hPa · 100

Fórmulas de Presión, Densidad y Velocidad

Donde P = Presión en Pascales (Pa), T = Temperatura en Kelvin (ºK), h = Altura en metros (m), α = Gradiente de temperatura (0.0065 K/m en troposfera), g = Aceleración de la gravedad (9.80665 m/s²), R = Constante de los gases para el aire (287.05 J/(kg·K)).

• Presión en Altitud (Palt): Palt = P · (1 - (α / T) · h)g / (α · R)
• Densidad (ρ): ρ = Palt / (R · T)
• Ecuación de Bernoulli para Velocidad (v): v = √((2 · (Palt - Ppitot)) / ρ)
• Número de Mach (M): M = v / 340,3 (donde 340,3 m/s es la velocidad del sonido a nivel del mar en ISA)

Fórmula de Wheatstone

La fórmula para el puente de Wheatstone es: Vout = Vsource · ((R1 / (R1 + RS)) - (R3 / (R2 + R3)))