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La utilidad de la temperatura

En la cabina, un piloto tiene varios instrumentos dedicados al vuelo. Los instrumentos proveen al piloto de información y, en función de la importancia que tenga, se le presenta de un modo más o menos visible. Hoy hablamos de la indicación de temperatura, un parámetro de escasa presencia visual, pero de mucha utilidad para el vuelo.

Cuando Charles Lindberg se lanzó a cruzar el Atlántico norte en un monomotor, estaba muy concienciado sobre las condiciones en las que iba a realizar el cruce. Su traje, como no podía ser de otro modo en aquellos tiempos, estaba concienzudamente preparado para combatir el frío. También sabía que era muy probable, como así sucedió, que encontraría hielo durante el vuelo. Sin embargo, la parca instrumentación que incorporaba el Spirit of Saint Louis no incluía un indicador de temperatura exterior. Dicho instrumento le habría sido muy útil para prever condiciones de hielo antes de formarse y poder tomar así las acciones oportunas.

Hoy en día la normativa europea EASA requiere la obligatoriedad de equipar los aviones con un indicador de OAT (Outside Air Temperature) en todas aquellas operaciones comerciales (normativa CAT) y no comerciales (Tanto NCC como NCO), que se realicen en IFR (Instrument Flight Rules). Y tiene mucho sentido.

En la aviación general ligera era habitual contar con este instrumento alejado de la vista del piloto, colocado principalmente en la ventana o en la parte superior del cristal frontal; sin embargo, gracias a los sistemas modernos de aviónica esta indicación comienza a estar ahora integrada en las pantallas de instrumentos del panel frontal.

Instrumento de OAT de la Piper PA-38-112 Tomahawk e indicador de temperatura en Cirrus SR22T con aviónica Avidyne.

Los aviones reactores y de mayor tamaño, disponen de información de temperatura en diversos puntos del avión, tanto en el fuselaje exterior como en los depósitos de combustible, muy vulnerables al frío debido a la formación de parafinas con el hielo, que pueden obstruir los filtros y provocar paradas de motor en vuelo.

Previsión de engelamiento.

El hielo es uno de los mayores peligros a los que se enfrentan los pilotos durante la operación, sobre todo en aquellos aviones que, o bien no disponen de medios para eliminarlo de la estructura o éstos son limitados, como los aparatos de pistón y otras estructuras menos aerodinámicas.

En estos aviones, antes del vuelo se vigila mucho en los mapas significativos a qué nivel se encuentra la isocero, es decir, la altitud a la cual la temperatura es de 0º C ya que, a ese nivel, si existe humedad visible y nuestro indicador de temperatura ronda los cero grados (tanto positiva como negativa), las posibilidades de formación de hielo son muy altas.

Hay zonas donde las posibilidades de encontrar hielo son aún mayores. Cuando se vuela en zonas costeras o en las zonas a barlovento de los sistemas montañosos, al incrementarse la humedad, el engelamiento que se pueda producir es más severo. El tipo de nubes influye significativamente. Se puede realizar un vuelo en nubes en condiciones muy frías y encontrar hielo con temperaturas muy por encima de los 10ºC. En los aviones de motor de pistón, se puede producir en la boca de entrada del propio motor o en los carburadores (si disponen de estos), concretamente en la válvula de mariposa, donde el aire se expande y se enfría, pudiendo condensarse si la humedad es suficiente. En estos casos es posible la formación de hielo con temperaturas positivas.

Dado lo anterior, ¿en qué rango de temperaturas podemos encontrar formación de hielo? Un factor distintivo que el piloto debe tomar en cuenta es la humedad. Sin humedad no puede haber engelamiento. Según libros y manuales de los fabricantes de aviones, se debe prestar atención en cuanto exista humedad visible y la temperatura sea inferior a +10ºC. El rango en el que mayor probabilidad de engelamiento encontraremos, será entre 0º y -20ºC. Por otra parte, a temperaturas inferiores a -40ºC es muy difícil encontrar hielo.

Si nos encontramos volando en nubes y en rango de temperaturas en las es posible la formación de hielo, la velocidad de formación será muy variable en función del tipo de nube. En estos casos, el piloto podrá evitarlas descendiendo por debajo de la isocero, o bien ascendiendo por encima de las nubes si éstas son muy estratificadas o de niebla, pues esto puede ser síntoma de inversión de temperatura. No siempre descender es la solución correcta.

Acumulación de hielo claro en un BAe146 y un Jetstream J31 (Fotos: Think Ice de BAe Systems)

En los aviones reactores, además, interviene un factor más: el calentamiento cinético. Es decir, ante velocidades superiores a 730 km/h, las superficies del avión sufren un calentamiento por el roce rozamiento en el aire. El trabajo realizado por las fuerzas de fricción se transforma en calor. Es por ello que este tipo de aviones disponen de un indicador de temperatura denominado TAT (Total Air Temperature).

Si bien la OAT, también conocida como SAT (Static Air Temperature), es la temperatura exterior sin perturbar, la TAT es la suma a la SAT/OAT más el calentamiento adiabático que experimenta el aire debido al efecto de compresibilidad.

La aparición de esta medida de la temperatura ayuda al piloto a discernir en cuál de las dos debe fijarse a la hora de establecer las medidas para evitar el hielo o activar los sistemas de prevención. Por ello, en tierra y bajas velocidades el piloto utilizará la OAT y, en vuelo en crucero o a niveles altos, utilizará la TAT.

La TAT es una herramienta muy útil para poder prever los peligrosos cristales de hielo a altos niveles o HLIC (High Level Ice Crystals), factor que influyó en el accidente del A330 de Air France AF447 al atravesar la Zona de Convergencia Intertropical (ITCZ) en el Atlántico Sur.

Restos del A330 de Air France (Crédito: Fuerza Aérea de Brasil/Agencia REUTERS)

Es al atravesar esta zona donde las probabilidades de encontrar cristales de hielo a altos niveles, es muy probable. Para poder preverlos, el piloto ha de apuntar en su plan de vuelo las temperaturas TAT que va encontrando a lo largo de la ruta ya que, si por un casual observa un incremento de entre 10 y 20 grados de la TAT, la probabilidad de encontrarse cristales de hielo aumenta, al ser partículas de hielo muy pequeñas que generan fricción en las superficies del avión. De hecho, es común encontrar Fuego de Santelmo por esta causa, incluso hasta 20 NM fuera de nubes convectivas en estado de disipación.

Turbulencia asociada a la corriente en chorro.

En su día, Edgar nos escribió un gran artículo sobre la corriente en chorro (Jetstream), fenómeno con el que el lector seguro que ya se encuentra familiarizado y sobre cómo afecta a la aviación. No obstante, disponéis del citado artículo en la página web.

Se pueden observar las corrientes en chorro y las áreas de turbulencia asociadas en línea discontínua.

Los vuelos realizados entre Europa y América se suelen realizar en general a latitudes más bajas para poder evitar “los chorros”. En el hemisferio norte, aquellos realizados de oeste a este se intentan planificar a latitudes más altas, donde sus vientos, al ser de componente en cola, resultan favorables para la operación, siendo en el hemisferio sur, en sentido contrario. Sin embargo, existe una contrapartida: La turbulencia asociada.

El Jetstream, tiene una forma serpenteante, tanto en niveles como en latitudes. Su estructura responde a varios cientos de kilómetros de ancho, un espesor de varios kilómetros y una longitud de miles de kilómetros. La turbulencia asociada suele encontrarse en zonas determinadas. ¿Pero cómo determinar en qué zona nos encontramos?

Corriente en chorro entrando en la imagen desde el lector.

Por su estructura, y poniendo siempre como ejemplo la corriente en chorro típica del hemisferio norte, la turbulencia se encuentra principalmente a la izquierda del chorro, debajo y encima de la tropopausa y a la derecha del chorro debajo de la tropopausa, siendo algo más ligera por debajo de él. Justo estas zonas se corresponden con variaciones de temperaturas relativas, siendo bajas donde mayor probabilidad de turbulencia hay y con aire relativamente cálido en las zonas donde menos probabilidad de turbulencia hay. Si el piloto observa variaciones de temperatura descendentes, es posible que el chorro esté desplazándose hacia el norte o hacia arriba, por lo tanto, puede prever turbulencia o tratar de evitarla si se encuentra en ella. La variación de temperatura suele ayudar para localizar en qué sector del chorro se encuentra el avión y lo más fácil, dado lo plano del chorro, es evitarla ascendiendo, o descendiendo un par de niveles, aunque en ocasiones un pequeño desvío de un par de millas, puede paliar la turbulencia.

El combustible, mejor calentito.

El vuelo en reactores, y más aún si se realiza a latitudes elevadas, tiene como peculiaridad que hay que tener en cuenta la limitación del punto de congelación del combustible. Un avión reactor suele volar a niveles en o por encima de la tropopausa, lo que implica que las temperaturas exteriores rondan los -56ºC. En contraposición, el combustible típico de los aviones reactores suele ser el JET A1 o JET A, cuyas temperaturas de congelación son de -47ºC y -40ºC respectivamente. Los pilotos suelen tener un indicador en cabina de la temperatura del combustible en los depósitos exteriores de los aviones, más expuestos a las bajas temperaturas. Aunque los aviones tienen un sistema mediante intercambiador de calor para aumentar la temperatura del combustible, si las temperaturas exteriores son extremadamente bajas, puede comenzar a convertir el combustible en una especie de parafina viscosa. Este indicador, en algunos aviones como el A330, avisa siempre a -37ºC, próximos a los -40ºC del JET A, más restrictivo que el JET A1, que aguanta temperaturas más frías antes de empezar a congelarse.

Sistema de combustible del A350. Se puede observar la temperatura en los tanques de combustible (rodeado en color rojo).

Monitorizar esta temperatura en vuelos a Asia o Norteamérica, sobre todo en invierno, es imprescindible para tomar medidas. La más efectiva es mezclar el combustible enfriado de los tanques exteriores con el más cálido de los centrales, ya que descender o acelerar para aumentar la TAT suele ser muy contraproducente en vuelos de largo alcance por el gran incremento en el gasto de combustible.

La temperatura como medida de performance.

La temperatura es un factor primordial que permite al piloto conocer las actuaciones de su avión.

Si bien antes de despegar y aterrizar, este parámetro resulta imprescindible en los cálculos de performances, en vuelo también debe ser tenido en cuenta.

Los pilotos de los aviones reactores y más aún los de largo radio llevan grabado a fuego la búsqueda del nivel de vuelo óptimo. Aquel que les permita un mayor alcance con el menor gasto de combustible. O lo que es lo mismo, el mejor alcance específico (Specific Range o SR).

Dicho nivel óptimo viene determinado por la temperatura para un peso dado, lo que implica que un aumento de la temperatura supondrá un descenso de dicho nivel, y más crítico aún, del nivel máximo para un peso determinado. En aviones de mayor peso, y menos aerodinámicos, como el A340, el cruce por la ITCZ suponía muchas veces un factor determinante para establecer el nivel del cruce, pues atravesar el ecuador implica un aumento de la temperatura, reduciendo el nivel de vuelo máximo recomendado sensiblemente. Por lo tanto, la temperatura merece una atención especial en estos casos.

El Mach Limit (pérdida por alta velocidad) y el Stall Limit (Pérdida por baja velocidad) dependen de la temperatura. Gráfico conocido como “Coffin Corner” o rincón del féretro. (Foto de una tabla de performance del U2 del Departamento de Defensa de los Estados Unidos)

Si nos ceñimos a las aeronaves ligeras, también tienen niveles óptimos en los que tienen mejor alcance específico. Los motores atmosféricos tienen un mayor consumo cuanto más alto vuele el avión. Por otra parte, cuanto más alto vuele, mayor velocidad verdadera (TAS) tendrá ya que, a mayor altitud, menor densidad del aire. Es decir, aunque la velocidad indicada (IAS) es fija, la real dependerá de la densidad del aire y por tanto de la altitud. Como ya hemos dicho, cuanta más altura, mayor TAS. Así, estableciendo un compromiso entre el consumo del motor y la velocidad encontraremos el nivel óptimo, normalmente entre 5.000 y 8.000 pies de altitud. ¿Pero cómo determinamos la TAS?

Algunos anemómetros típicos de las Piper, Cessna o Socata, llevan una banda móvil integrada en la parte de las velocidades. Así, al girar la parte móvil de la escala obtenemos una correlación entre la altitud a la que volamos y la temperatura exterior. Al mover la escala, la aguja del anemómetro indicará sobre esta escala la velocidad verdadera y la indicada. Muy útil para replanificar los tiempos entre tramos, si difieren de lo planificado en tierra.

Obsérvese la banda móvil de color blanco. La parte inferior es la resultante de alinear el desvío de la ISA con la altitud de presión de la parte superior.

Como habéis podido comprobar, la temperatura es un parámetro que nos puede ayudar a mejorar la seguridad del vuelo, la eficiencia y la confortabilidad. Prestar atención a su evolución nos permite prever con gran acierto situaciones que de otra manera, nos provocarían desconcierto o sorpresa, ayudándonos a establecer una conciencia situacional correcta en zonas como los trópicos, donde el conocimiento de la temperatura puede resultar fundamental para optimizar las performances y minimizar el riesgo operacional.