IAS, CAS, TAS, EAS, GS… ABSOLUTA

El día era soleado, mi sobrino y yo habíamos ido por un helado, al subir al auto me preguntó ¿Tío cómo funciona el indicador de velocidad del auto?

-Como bien sabes nuestra apreciación del mundo se basa en observaciones y nuestra descripción de éste en medir las cosas, por ejemplo las distancias y el tiempo. Para distancias se han creado unidades diversas: ya sabes las yardas para el football, los metros con su múltiplo el kilometro para medir distancias entre ciudades, o en países como Estados unidos usan la milla, curiosamente la unidad de tiempo se ha estandarizado más y lo que se utiliza en casi todo el mundo es el segundo. Esas son unidades fundamentales. De estas podemos derivar unidades como la velocidad que quiere decir que tan rápido voy o que tanto me lleva recorrer una distancia en determinado tiempo, kilómetros y horas- el niño de nueve años dejo de comer la bola de helado para poner atención a lo que yo explicaba.

-Ahora bien- continué – si en una hora recorro un kilometro quiere decir que voy a un kilometro por hora si en esa misma hora recorro 60 kilómetros quiere decir que voy…-

-¡A 60 kilómetros por hora!- me interrumpió enseguida y le dio una gran saboreada a su helado -¡entiendo muy bien!- claro que lo entendía, la inteligencia es herencia de familia.

-La circunferencia de las ruedas del auto tienen una medida, supongamos un metro, a la primer vuelta de esas ruedas habremos recorrido un metro y en mil vueltas un kilometro de esa manera el auto puede medir la distancia que va recorriendo, también tiene un mecanismo muy parecido a un reloj de engranes, resortes y contrapesos; en el interior con él cual puede hacer una comparación de cuantas vueltas por segundo da una rueda y mediante unos engranes y un chicote nos muestran una aguja en el tablero donde se marca nuestra velocidad.-
Por un momento creí que fue una explicación muy compleja.

-Es como cuando pongo un bote vacío en la rueda de la bicicleta, entre mas rápido voy, suena con más frecuencia; si tuviera un mecanismo para contar cuantas veces suena por segundo, podría saber mi velocidad en la bicicleta- quede impresionado por su analogía -¿y los aviones, tío? entiendo que en tierra pueden trabajar las ruedas de la misma forma, ¡pero en el aire qué es lo que gira?
TUBO PITOT

Pues bien, sabemos que nada gira para darnos una lectura de velocidad en nuestra aeronave y que afortunadamente tenemos un aparto llamado tubo pitot que toma aire de impacto para darnos una medida. Este instrumento fue ideado por un ingeniero francés del mismo nombre que su invento. Originalmente lo había utilizado para medir la velocidad del río Sena, basándose en el principio de Bernoulli el cual puede derivar la velocidad si conocemos la presión dinámica y la estática del fluido (agua, aire).
Análogamente al flujo del río a través del tubo pitot, la masa de aire que envuelve a nuestra aeronave se comporta “casi” igual, por lo cual podemos hacer una medición de la velocidad del viento alrededor de la aeronave. Como podemos considerar que la velocidad del viento, es relativa a la velocidad de la aeronave se podría utilizar este instrumento para medir la velocidad del viento que entra directamente al pitot o la velocidad de la aeronave. Por ejemplo en un día con mucho viento, supongamos 30 nudos, si mi avión está orientado al viento y éste se encuentra frenado, sin movimiento, el velocímetro me indicará una velocidad de 30 nudos.

VELOCIDAD INDICADA IAS INDICATED AIRSPEED

Si el viento fuera cero y mi avión avanzara a una velocidad de 30 nudos tendría la misma indicación de velocidad. Pero si el viento fuera de 10 nudos de frente mi instrumento leería 40 nudos, se sumarían las dos velocidades, en el siguiente caso el viento viene de cola, la velocidad sería de 20 nudos, ya que aquí se resta. Es por esto que siempre se trata de despegar y aterrizar con viento de frente.
Esta velocidad se llama indicada porque es la que “indica” mi velocímetro. Toda la aerodinámica de mi avión se basa en la velocidad indicada, digamos que realmente es una velocidad del conteo de moléculas de aire que están pasando alrededor de mi aeronave; tanto el perfil alar como las superficies que generan una resistencia o una sustentación se ven afectadas por la cantidad de aire y la velocidad de éste. El ala de un avión comenzará a volar (tendrá una fuerza aerodinámica de sustentación mayor que el peso del mismo) a una velocidad indicada específica. Un tren de aterrizaje podrá bajar con un limite de velocidad indicada ya que el aire de impacto genera resistencia que si se excede podría afectar el mecanismo del tren de aterrizaje; lo mismo ocurre con los flaps.

VELOCIDAD CALIBRADA CAS CALIBRATED AIRSPEED

El flujo de aire que recorre el cuerpo del avión tiene perturbaciones por parte de las diferentes superficies de hiper sustentación (slats, flaps), así como la estructura misma de la aeronave generando zonas de micro turbulencia o variaciones minúscula de presión a lo largo de la aeronave, estas perturbaciones nos llevan a errores inducidos por los lugares donde se instalan las tomas de presión dinamica (tubos pitot) o las tomas de presión estática, por lo cual los fabricantes de los aviones generan mediante datos experimentales, en vuelos de prueba o en un túnel de viento, donde determinan este error para diferentes configuraciones. Más adelante publican tablas de corrección en el manual del avión para tener un dato de velocidad mas preciso.
En la actualidad muchos aviones ya cuentan con una “Computadora de Datos de Aire” o ADC, por sus siglas en inglés, que se encarga de hacer esta corrección dándonos realmente la velocidad calibrada directamente a nuestro instrumento, sin embargo por conveniencia se le sigue llamando velocidad indicada.

VELOCIDAD VERDADERA TAS TRUE AIRSPEED

Ya tenemos un dato más certero de nuestra velocidad, sin embargo, el principio por el cual medimos el viento relativo, Bernoulli, considera presiones (estática y dinámica) las cuales varían en función de la densidad del aire y esta misma varía con respecto a la temperatura y a la altitud presión. Por lo cual necesito encontrar una velocidad que considere esta variación. Digamos pues en una atmósfera estándar y volando a nivel del mar, mi velocidad calibrada y mi velocidad verdadera sería la misma; sin embargo las operaciones aéreas no son en su mayoría a nivel del mar ni en condiciones ISA, por lo cual hay que hacer una corrección con los datos de desviación de temperatura ISA y presión ISA, esto se logra mediante un computador de vuelo E6B, que es una regla de calculo, donde ponemos los datos anteriores. Incluso algunos velocímetros incluyen un dial en el cual hay que poner la altitud presión junto al valor de temperatura exterior para obtener la TAS. Las aeronaves que cuentan con ADC hacen el cálculo de esta velocidad y nos la muestran en el EFIS. La velocidad verdadera es la velocidad a la que se mueve nuestra aeronave considerando variaciones en la presión.
Regresando al ejemplo que dimos en el párrafo de la velocidad indicada de la suma y resta de la velocidad de viento a la velocidad de nuestra aeronave podemos deducir que hasta ahora ninguna de estas velocidades nos ayudan a la navegación. ¿Por qué es esto? Hemos visto alguna gaviota en el mar que parece volar estéticamente, no avanza simplemente vuela en el mismo lugar. Esto se debe a que la velocidad que es capaz de desarrollar es igualada por la intensidad del viento. Si este fuera el caso de una aeronave la indicación que tendríamos en cabina sería igual a la intensidad del viento, vamos a imaginar que la velocidad del viento es de 30 nudos, si aumentáramos 10 nudos al acelerar nuestro motor o motores, la velocidad en cabina es la intensidad del viento mas diez nudos o sea 40 nudos . Pero no podríamos determinar con este dato el tiempo que nos llevaría recorrer 40 millas náuticas ya que caeríamos en el error de que tardaríamos una hora, cuando en realidad haríamos cuatro horas ya que la velocidad a la que nos vamos moviendo es en realidad 10 nudos, a esta velocidad se le conoce como absoluta, pero antes de llegar a ésta hay que ver otra, que aunque no se utiliza por los pilotos es importante conocerla.

VELOCIDAD EQUIVALENTE EAS EQUIVALENT AIRSPEED

Cuando dije que “casi” se comporta igual el fluido del Sena al aire que pasa alrededor de nuestra aeronave es porque el agua, que como todo líquido tiene una particularidad, es incompresible, lo que en pocas palabras quiere decir que no cambia su densidad a lo largo de su flujo, la densidad se mantiene constante, por lo cual las ecuaciones de Bernoulli trabajan bien, sin embargo los gases, el aire, es compresible a altas velocidades lo cual nos induce a un error en el calculo de velocidad, la corrección de estos errores mediante cálculos matemáticos se le conoce como Velocidad Equivalente, cuando se hacen correcciones a altas velocidades es mejor hacerlos con relación a la velocidad del sonido, de ahí viene el numero Mach. ¡Y adivinen qué! La ADC también lo calcula. La EAS es de gran utilidad a velocidades mayores, de hecho el instrumento que da la velocidad de los transbordadores espaciales lo hace como EAS.

VELOCIDAD ABSOLUTA GS GROUND SPEED

Esta es la velocidad a la cual se mueve nuestro avión en relación al suelo, la cual es esencial para nuestra navegación, ya que con ésta sí podemos calcular el tiempo al cual vamos a recorrer cierta distancia y viceversa. Esta velocidad no es otra mas que la TAS más, o menos la componente de viento de frente o de cola, respectivamente. Los reportes de vientos a diferentes altitudes y niveles de vuelo es prácticamente nueva y es una tanto inexacta ya que no es actualizada en tiempo real, entonces ¿cómo se calcula?
Si volamos en condiciones visuales y conocemos la distancia entre dos puntos a lo largo de nuestra ruta (una estación de tren y una montaña, por ejemplo) y hemos calculado nuestra TAS puedo determinar dos cosas, primero mi velocidad absoluta, dividiendo la distancia recorrida entre el tiempo de vuelo. La diferencia entre esta velocidad y mi TAS me dará la intensidad de la componente de viento de frente o de cola, si mi TAS es menor que mi GS quiere decir que la componente es de cola, y en el caso contrario tengo una componente de frente.
Con estos datos, la ayuda del computador E6B y la deriva de corrección de rumbo que lleve en ese momento, podré también calcular la dirección e intensidad total del viento.
Con la llegada de radio ayudas como el RDF y posteriormente el ADF se podían calcular intercepciones entre dos estaciones y sustituirlas por las referencias visuales, para obtener con el mismo método la velocidad absoluta y la intensidad del viento. Con la llegada de radio ayudas más precisas como el VOR , el DME, LORAN, etc., estos cálculos pudieron ser mas precisos. Tenemos instrumentos DMEs que si nosotros estamos volando sobre una radial de salida o recalando la estación nos da nuestra velocidad absoluta con mucha precisión.

Posterior a esto y con la llegada de sistemas como el GPS o sistemas inerciales de navegación, INS, en automático obtenemos nuestra velocidad absoluta sin necesidad de pasar de la indicada a la calibrada, y de la calibrada a la verdadera, y de la verdadera a la absoluta. Siendo esto de gran utilidad para la reducción de cargas de trabajo en cabina. El primero, GPS, trabaja mediante cálculos trigonométricos a partir de la obtención de posiciones de varios satélites con respecto a nuestra aeronave, el inercial trabaja a partir de elementos internos, acelerometros y giroscopos capaces de calcular nuestro desplazamiento linear y angular, dándonos de manera precisa, posición y velocidad.

CONCLUSIÓN

La velocidad indicada en nudos KIAS es la que nos sirve con fines de operar nuestra aeronave, ya que todas las velocidades de despegue y aterrizaje que hemos visto en publicaciones anteriores son con referencia a ésta. Las limitaciones de operación, (extensión del tren de aterrizaje, de flaps, velocidad máxima, penetración de turbulencia, mínima de maniobra, etc.) también son en KIAS.

Tanto la velocidad calibrada como la verdadera no tienen usos directos para volar nuestra aeronave, si no mas bien son para calcular nuestra GS a partir de la IAS, si contamos con sistemas de navegación autónoma o de área la GS la obtenemos automáticamente, así como tiempos de llegada y distancias de un punto cualquiera a otro. A pesar de ser una gran ayuda, y que tal vez nunca necesitemos hacer un calculo de este tipo, ya que cada vez mas y mas aviones, incluso los monomotores, cuentan con sistemas de avionica avanzada, es necesario comprender de donde provienen cada una de estas velocidades y su uso, en caso de una falla esto podría salvar nuestras vidas.