Cuando alguien maneja un auto, mira habitualmente el velocímetro para verificar que cumple los límites locales de velocidad. El método por el que funciona es simple: la rotación de las ruedas se transmite mecánicamente por un cable a un dial en el tablero, o un sensor electrónico cuenta las rotaciones del tren motriz y una aguja o pantalla controlada electrónicamente muestra la velocidad.
¿Pero qué pasaría si estuvieras en una aeronave, donde las ruedas no tienen nada que ver con qué tan rápido vas? ¿Cómo se empieza siquiera a medir la velocidad? Hay dos vías: una solución conveniente enraizada en la mecánica de fluidos simple, y una solución moderna mucho más compleja. Hoy exploramos cómo aviones y helicópteros logran calcular qué tan rápido se mueven, entre lo viejo y lo nuevo.
Métodos clásicos
Lo que la mayoría de los aviadores quiere saber es qué tan rápido va la aeronave. Específicamente, es útil saber qué tan rápido se mueve relativa al flujo de aire que la rodea, lo que se conoce como airspeed. Es importante porque es la velocidad de la aeronave respecto al flujo, incluyendo viento, la que determina el rendimiento de los perfiles alares, cuánta sustentación se genera y si la aeronave se acerca o no a una condición de pérdida (stall) donde podría caer del cielo.
La medición de airspeed se realiza más comúnmente con un dispositivo llamado tubo Pitot. Es un tubo con un orificio en un extremo que apunta directamente al flujo de aire en la dirección de viaje de la aeronave.
Cuando el aire entra, llega a un extremo cerrado y el flujo se frena hasta detenerse, o se estanca, ya que no tiene a dónde ir. Esto permite que un sensor de presión, un manómetro u otro dispositivo mida la presión de estancamiento en ese punto. Esta medición se relaciona con la velocidad de flujo del aire entrante porque la energía cinética del flujo se convierte en presión cuando este se detiene.
Un tubo secundario, apuntando perpendicular al flujo, se usa entonces para medir la presión estática del aire circundante, sin el efecto ram del aire empujado hacia adentro por el avance de la aeronave. Con ambas presiones, es posible calcular la velocidad de la aeronave relativa al flujo introduciendo presión de estancamiento y presión estática en una ecuación de Bernoulli reordenada. Si tubo Pitot y tubo estático están conectados a sensores electrónicos, la airspeed se calcula digitalmente y se envía a un display o indicador digital.
Alternativamente, es posible realizar este "cálculo" mecánicamente. En días más tempranos, la presión estática y de estancamiento capturadas por cada tubo se enviaban a un indicador. Adentro, la presión de estancamiento alimentaba un diafragma que se movía según la diferencia respecto a la presión estática que entraba al cuerpo del gauge, y el movimiento del diafragma movía la aguja mediante un mecanismo simple.
Una aeronave pequeña de aviación general puede montar un único tubo Pitot alimentando el instrumento de airspeed en la cabina. Aeronaves comerciales pueden montar dos o más por seguridad, en caso de que uno quede inoperante, mientras aerolíneas grandes pueden tener cuatro o incluso más para redundancia y verificación de errores. Se instalan calentadores en los tubos Pitot para mantenerlos libres de hielo, que de otro modo puede bloquear completamente un tubo e impedir la lectura.
Para los pilotos, no saber qué tan rápido (o lento) va la aeronave puede ser altamente peligroso, ya que puede llevar a entrar en regímenes de vuelo inestables como el stall. Por lo tanto, es imperativo que los tubos Pitot permanezcan sin obstrucciones y funcionales para un vuelo seguro. Muchos accidentes aéreos ocurrieron por tubos Pitot bloqueados o instrumentos de airspeed defectuosos.
La forma nueva
Uno podría lidiar con tubos Pitot, sensores de presión y sistemas anti-hielo, pero es todo muy engorroso y muy anticuado. Hay una manera completamente distinta de calcular la velocidad de un avión, aunque solo está disponible hace unas décadas: instalar un receptor GNSS en la aeronave.
Sí, sin importar el gusto (GPS, Beidou, GLONASS o Galileo), cualquier sistema mayor de navegación por satélite puede reportar la velocidad de su receptor. Simplemente medir el cambio de posición del receptor a lo largo del tiempo alcanza para calcular la velocidad, y cualquier receptor comercial entrega esa información como estándar. Generalmente no se usa como indicador primario en aeronaves, porque reporta ground speed (velocidad respecto al suelo), no airspeed, que es la más relevante para propósitos aeronáuticos. Aún así, puede ser una verificación útil cuando los indicadores de airspeed tradicionales están inoperativos o reportan datos confusos, y los dispositivos GNSS se usan hoy ampliamente en muchas aeronaves.
¿Por qué no reemplazar el Pitot con GPS?
Si alguna vez te preguntaste cómo un avión mide su velocidad al flotar por la nube amorfa de gas que llamamos atmósfera, ahora sabes. Incluso hoy, cuando electrónica y magia computacional controlan las aeronaves más elegantes, las mediciones de airspeed siguen haciéndose con la misma física simple, apenas con sensores más finos como ayuda. Los fundamentos no han cambiado en absoluto. La razón por la que el GNSS no reemplaza al Pitot es simple: la aeronave necesita saber su velocidad respecto al aire, no respecto al suelo. Un avión volando a 200 km/h contra un viento en contra de 100 km/h avanza a 100 km/h ground speed pero sus alas ven 200 km/h de flujo, y esa es la cifra que decide si vuela o entra en stall.
