¿Cómo se calcula de velocidad de un avión?

Hoy vamos con una entrada más técnica que probablemente resulte trivial para muchos estudiantes y aficionados a los aviones, pero que creo es desconocida por muchas personas. Ya conoceis la famosa frase por cada ecuación se pierden 100 lectores, así que trataré de no emplear ninguna de forma que al menos alguién llegue hasta el final de la entrada.

Antes de empezar hay que señalar que cuando alguien habla de velocidad de un avión se puede estar refiriéndose a la velocidad aerodinámica (velocidad respecto al aire que le rodea) o a la velocidad respecto a tierra, siendo la primera la más importante para determinar las condiciones de vuelo de la aeronave. Hecha esta aclaración podemos entrar en harina.

Habitualmente se atribuye la función de calcular la velocidad al tubo Pitot, lo cual no es mentira, pero son más los instrumentos que intervienen antes de proporcionar la indicación de la velocidad al piloto.

Modelo de tubo Pitot

La velocidad del avión se deduce a partir de la medición de dos presiones, la presión total y la estática:

• La presión total: aquella que resulta de la suma de la presión dinámica -la que produce un fluido en movimiento cuando es forzado a detenerse- y la presión estática. Esta es la que se mide mediante el tubo Pitot.
• La presión estática: aquella que tiene el fluido independientemente de su velocidad. Se mide mediante un sensor de presión sobre el cual no debe incidir el flujo de aire.

Así por ejemplo el Airbus 330 dispone de tres Pitot y 6 sensores de presión estática con los que calcular su velocidad aerodinámica. La filosofía del sistema es sencilla, si a la presión total se le resta el valor de la presión estática nos quedamos únicamente con la llamada presión dinámica. Esta presión dinámica es función únicamente de la densidad y de la velocidad del flujo, con lo cual es posible emplearla -junto con la densidad a la altura de vuelo- para calcular la velocidad.

Hasta aquí llega la teoría básica y más extendida, ahora bien, ¿qué pasa si la velocidad del aire que llega al tubo Pitot no es exactamente la de vuelo por efecto de la forma del avión? ¿O si el avión vuela a gran velocidad y los fenómenos de compresibilidad del aire -cambios en su densidad- no son despreciables? Por estas razones en los aviones comerciales se trabaja con varias velocidades y se requiere de un instrumento adicional -encargado de medir la Temperatura Total del Aire- para conocer la velocidad con la máxima precisión. En la siguiente imagen podemos comprobar los instrumentos necesarios para medir la velocidad y el diagrama de flujo con el procedimiento a seguir para calcularla.

Proceso de cálculo de la velocidad en el avión (Fuente: BEA)

Siguiendo el diagrama se comprueba que los valores de presión total y estática pueden ser empleados para calcular el Mach de vuelo del avión, el cual a su vez permite conocer la corrección que se debe aplicar a la presión estática. La presión estática ya corregida será empleada junto con la presión total para determinar la Velocidad Aerodinámica Calibrada (CAS en sus siglas en inglés) que suele ser la mostrada al piloto en la cabina.

Paralelamente, una vez conocido el Mach de vuelo y la temperatura total del aire -gracias al instrumento correspondiente que puede verse en el diagrama- puede calcularse la temperatura estática del aire. Con las temperaturas y presiones estáticas es posible determinar (omitiremos las fórmulas por mantenerme fiel a la promesa inicial) la Velocidad Aerodinámica Verdadera (TAS en sus siglas en inglés).

Este es el método para calcular la velocidad aerodinámica del avión, ahora bien, recordando las primeras líneas de la entrada existe otra velocidad también importante, la velocidad con respecto a tierra. Su valor determina la velocidad de desplazamiento efectiva de un punto de la Tierra a otro, y su diferencia con respecto a la velocidad aerodinámica vendra dada por la velocidad del viento. Si el viento es 0, velocidad aerodinámica y respecto a tierra son iguales. Actualmente existen dos formas básicas para conocer la velocidad respecto a tierra: la proporcionada por el servicio GPS que conocemos todos y la que suministra el sistema de navegación inercial del avión, un instrumento complejo del que podeis conocer más aquí.

Las universidades de León y Washington siguen estrechando lazos

Las universidades de León y Washington siguen ampliando sus buenas relaciones iniciadas hace algunos años cuando la universidad americana decidió abrir en León el que sería su segundo centro europeo. 

La colaboración abarca varios ámbitos pero aquí nos centraremos en los relativos a la Ingeniería Aeroespacial. Durante estos días se encuentra de visita una delegación de Washington entre los que figuran dos importantes miembros del departamento de Aeronáutica y Astronáutica, pero más allá de la visita institucional lo importante es las posibilidades que se abren para la colaboración. 

Los estudiantes del Grado en Ingeniería Aeroespacial de la Universidad de León podrán cursar parte de sus estudios en la Universidad de Washington, de forma equivalente al programa Erasmus en Europa. Además de cursar estudios oficiales los estudiantes podrán ir para realizar prácticas en empresas del ámbito aeroespacial asentadas en el entorno de Seattle, ciudad natal de un gigante mundial del sector como Boeing, que conserva un gran número de empleados en la zona.

Igualmente se abre la puerta a los intercambios de profesorado y participación conjunta en proyectos de investigación, además se buscará que en un futuro próximo sea posible obtener una doble titulación en Ingeniería Aeroespacial por ambas titulaciones.