Instrumentos06,0[1]

MÓDULO 4: LA CIRCULACIÓN AÉREA

UNIDAD 2: USO DE LOS INSTRUMENTOS
NO RADIOELÉCTRICOS

Unidad 2. Uso de los instrumentos no radioeléctricos.

ÍNDICE

1. Introducción .................................................................................. Pág. 3
2. Reloj, brújula y termómetro ......................................................... Pág. 4
2.1. Reloj
2.2. Brújula magnética
2.3. Termómetro
3. Altímetro y variómetro ............................................................... Pág. 10
3.1. Introducción
3.2. Instrumentos basados en la diferencia de presión
3.3. Altímetro
3.4. Variómetro
4. Clases de altitud ......................................................................... Pág. 17
4.1. Definición
4.2. Clases de altitudes
5. Anemómetro................................................................................ Pág. 19
5.1. Introducción
5.2. Clases de velocidad
6. Instrumentos basados en propiedades giroscópicas........... Pág. 22
6.1. Uso de las propiedades
6.2. El horizonte artificial
6.3. Direccional giroscópica
6.4. Indicador de virajes

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1. INTRODUCCIÓN

Propósito: El contenido de esta Unidad tiene como propósito familiarizar al
alumno con la utilización y cometidos de los distintos instrumentos no
radioeléctricos, así como con las definiciones y empleo de las distintas
clases de velocidad, altitud...etc.

Objetivos: Al finalizar esta Unidad el alumno conocerá: Los fundamentos
básicos y empleo de los diferentes instrumentos no radioeléctricos.

La utilización correcta de las distintas altitudes y velocidades.

Nociones sobre el uso de estos instrumentos y sus errores.

Síntesis: Reloj, brújula y termómetro.
Altímetro y Variómetro.
Clase de altitud.
Anemómetro.
Clases de velocidad.
El horizonte artificial.
El direccional giroscópico.
El indicador de virajes.
Instrumentos basados en propiedades giroscópicas

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2. RELOJ, BRÚJULA Y TERMÓMETRO

2.1. RELOJ
Es el dispositivo con el que se mide el tiempo. Tiene una esfera
como un reloj convencional, para leer las horas y los minutos.

Los que llevan instalados los aviones hoy día, se suelen ajustar a la
hora UTC (Universal Time Coordinated), antiguamente llamada hora
Z o también hora GMT(hora del meridiano de Greenwich).

Pueden llevar botones selectores de diferentes funciones, como la
de cronómetro (para medir tiempos pequeños en ciertas maniobras)
o la de tiempo transcurrido (elapsed time) entre dos posiciones
distantes.

Normalmente, estas funciones vienen integradas en el mismo
instrumento.

Aparte de indicar la hora, en los aviones de tecnología moderna el
reloj envía señales a diferentes sistemas del avión.

Figura 1: Panel de instrumentos

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2.2. BRÚJULA MAGNÉTICA

Un imán es un metal que tiene la propiedad de atraer a otros metales; si le damos
forma de barra alargada, sus extremos son dos polos, positivo y negativo y las líneas
del campo magnético van del uno al otro.

La Tierra se comporta como un imán, siendo los polos de este imán terrestre el
Norte y el Sur (magnéticos), que no coinciden exactamente con los polos
geográficos. La diferencia en grados entre ambos polos Norte, se llama
DECLINACIÓN y puede ser Este u Oeste.

Las líneas de fuerza magnéticas fluyen del polo Sur al polo Norte (ambos
magnéticos), formando el campo magnético de la Tierra. Estas líneas son paralelas
a la superficie de la Tierra en el ecuador magnético y son perpendiculares a dicha
superficie en los polos magnéticos; el ángulo que forman dichas líneas con la
superficie se llama INCLINACIÓN.

Una brújula terrestre normal tiene una carta en la que están marcados 360 grados y
una aguja superpuesta imantada que se orienta al Norte magnético siguiendo las
líneas del campo magnético de la Tierra.

La brújula del avión indica el rumbo del avión con respecto al norte magnético de la
Tierra. Se llama rumbo magnético al ángulo formado por el norte magnético y el eje
longitudinal del avión, en el sentido de las agujas del reloj.
Como la brújula no requiere energía eléctrica para funcionar, sirve como sistema de
rumbos de reserva (brújula standby) en casos de emergencia y para comprobar
otros sistemas de indicación de rumbo.

La brújula consta de dos barras imantadas unidas a una rosa de rumbos marcada
con 360º, montada sobre un pivote, que permite el giro de las barras y la rosa; todo
ello metido en un recipiente con un líquido. Los grados de la rosa de rumbos se ven
a través de un cristal; en este cristal hay marcada una raya (línea de fe), bajo la cual
se lee el rumbo.

Un gran número de instrumentos de navegación se apoyan o complementan con
las indicaciones de la brújula.

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Los tipos de brújula son muy variados por lo que respecta a detalles constructivos,
perfeccionamientos y utilización que deba dársele; pero esencialmente todas
constan de un recipiente hermético llamado cámara de líquido o cuba, en cuyo
interior va colocada la rosa orientable con libertad de giro sobre un pivote,
graduada de 0º a 360º. Esta rosa lleva unidos unos imanes sobre los que ejerce la
fuerza directiva el magnetismo terrestre. La cuba lleva un líquido que desempeña
la función de amortiguamiento de trepidaciones y oscilaciones. Para poder leer los
rumbos, en el cristal exterior hay una línea de fe que se debe hacer coincidir con
el rumbo que representa la rosa de rumbos (Fig. 2).

Figura 2: Earth’s magnetic compared to a bar magnet

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Figura 3

Errores Errores de la brújula magnética :

- Declinación: Debida a la diferencia entre Norte magnético y
Norte geográfico. Si la declinación es hacia el Oeste, se suma
al rumbo geográfico para obtener el rumbo magnético. Si es
hacia el Este, se resta.

- Inclinación: Se produce cuando una parte de la rosa de rumbos
apunta hacia el suelo, debido al ángulo que forman las líneas
de fuerza del campo magnético con la superficie terrestre.

- Aceleración y alabeo: Producido por ambos movimientos de la
aeronave, en conjunción con el error de inclinación.

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- Desviación: Causado por interferencias magnéticas producidas
dentro del avión por los diferentes equipos eléctricos.

- Oscilación: Producido por el balanceo de la rosa de rumbos a
causa de movimientos bruscos de la aeronave (por ejemplo, en
turbulencias).

Limitaciones Debido a los errores citados y a ser algo inestable, la brújula
magnética debe ser leída en condiciones de vuelo recto, nivelado y
sin aceleraciones.

Figura 4

2.3. TERMÓMETRO

Es necesario conocer la temperatura del aire exterior, porque tiene
relación con los valores de velocidad y altitud.

La temperatura se mide en grados Celsius (centígrados), aunque
también se usan los grados Fahrenheit, especialmente en U.S.A.

Para transformar grados Celsius a Fahrenheit, se usa la fórmula:

º C º F − 32
=
5 9

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Errores Hay dos errores principales que afectan a la temperatura que indica el
instrumento de a bordo, es decir, a la temperatura indicada (IAT).

El error de instalación, producido en la escala de lectura por la propia
aguja.

El error de calentamiento, producido por el rozamiento y la
compresión del aire contra las superficies del avión; es un error al
alza, es decir, provoca que la IAT sea mayor que la temperatura
exterior real.

Corrigiendo la IAT adecuadamente, tendremos la temperatura
verdadera (TAT).

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3. ALTÍMETRO Y VARIÓMETRO

3.1. INTRODUCCIÓN
Los instrumentos básicos que proporcionan al piloto la información
necesaria para poder gobernar al avión son seis, tres basados en las
diferencias de presión y otros tres basados en las propiedades de los
giróscopos.

Los tres basados en las diferencias de presión son el anemómetro, el
altímetro y el variómetro.

Los tres basados en las propiedades de los giróscopos son el
horizonte artificial, el direccional giroscópico y el indicador de virajes.

En los siguientes capítulos vamos a estudiar primero los tres
instrumentos basados en las diferencias de presión.

Figura 5

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3.2. INSTRUMENTOS BASADOS EN LA DIFERENCIA DE PRESIÓN
La velocidad, la altitud y el régimen de subida o bajada se obtienen
midiendo las presiones estática y dinámica que se generan en la
masa de aire del entorno del avión. Para ello necesitamos un sistema
que mida ambas presiones.

3.2.1. SISTEMA ESTÁTICO-DINÁMICO

PARTE ESTÁTICA: La parte del sistema que mide la presión
ambiente alrededor del avión, es el conjunto de tomas y conductos
que llevan dicha presión a los tres instrumentos, anemómetro,
altímetro y variómetro; también puede ser llevada al ordenador de
datos de aire (ADC).El anemómetro usa este dato para calcular la
velocidad, tanto en nudos, como en forma de número de Mach.

Las tomas de presión estática se instalan en las áreas del avión
menos afectadas por el flujo de aire, normalmente en los costados o
en el tubo de toma dinámica.

PARTE DINÁMICA: La parte del sistema que mide la presión dinámica
es un tubo (el tubo pitot), orientado hacia delante para recibir el aire
de impacto y colocado en el sentido del eje del avión. Es muy
importante que esté limpio y que no se le pueda formar hielo, por lo
que lleva un potente sistema de calefacción, normalmente eléctrico.

Figura 5: Estructura del tubo pitot

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Figura 6

3.3. ALTÍMETRO
El altímetro es el instrumento que mide la altitud del avión; se basa en el principio de
que la presión atmosférica disminuye al ir aumentando la altura sobre la superficie
de la Tierra.

El altímetro consta de una cápsula cerrada que se expande o se contrae cuando la
presión atmosférica de su entorno disminuye o aumenta; ese movimiento de
expansión o contracción se transmite mecánicamente a las agujas del altímetro que
se mueven sobre la escala o carta indicadora.

Como la presión atmosférica en la superficie no siempre es la estándar, hay que
cambiar la referencia sobre la que el altímetro efectúa la medición; en la escala
indicadora hay una ventanilla en la que se selecciona la presión sobre la que se
quieren tener las indicaciones de la escala. Las agujas marcarán la altitud sobre el
plano correspondiente a la presión seleccionada en la ventanilla.

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Esta altitud se expresa normalmente en pies, aunque también hay
altímetros que la expresan en metros, especialmente si hay que
sobrevolar la C.E.I. (antigua Rusia). En los aviones modernos, hay un
codificador que transmite la altitud de 100 en 100 pies (si el
transponder tiene Modo C), a la pantalla de radar del controlador. El
altímetro tiene algunos errores en su indicación, como los de fricción,
escala, mecánicos e histéresis (retraso en la marcación).

Figura 7

Figura 8

13



Figura 9

Figura 10

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Figura 11

Selecciones en la ventanilla de presión:

QNH: Es la presión atmosférica real al nivel del mar. Al poner el QNH
en la ventanilla, el altímetro marcará la elevación del aeropuerto. Por
ejemplo, si en Madrid-Barajas el QNH es 1030, al poner 1030 en la
ventanilla el altímetro marcará 2.000 pies, aproximadamente.

QFE: Es la presión atmosférica real al nivel del aeropuerto. Al poner el
QFE en la ventanilla, el altímetro marcará 0 pies. Por ejemplo, si en
Madrid-Barajas el QFE es 1009, al poner 1009 en la ventanilla el
altímetro marcará 0 pies.

QNE: Es la selección en la ventanilla de 1013,2. El altímetro indicará
la altitud sobre la isobara de 1013,2; es el reglaje para usar niveles de
vuelo (FL).

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3.4. VARIÓMETRO
Es el instrumento que mide la variación de presión estática en la
unidad de tiempo; no confundir con el altímetro, que medía la
variación de presión atmosférica. La indicación del variómetro es la
velocidad vertical o el régimen de cambio de presión estática y
aparece en la escala o carta como el cambio de altura en la unidad de
tiempo, en pies por minuto

El variómetro tiene una cápsula barométrica, unida a la presión
estática exterior y está colocada dentro del recipiente que también
está unido a dicha presión, pero por medio de un tubo muy fino.

Al subir o bajar el avión, la presión disminuye o aumenta, lo que se
transmite inmediatamente al interior de la cápsula, pero muy
lentamente al interior del recipiente con lo que dicha cápsula se
expande o contrae inicialmente, movimiento que es enviado a la aguja
indicadora.

Una vez que el avión ha subido o bajado, se van igualando las
presiones de la cápsula y del recipiente, por lo que si se mantiene la
altura, el variómetro indicará velocidad vertical cero.

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4. CLASES DE ALTITUD

4.1. DEFINICIÓN

Altitud es la distancia vertical entre un punto o un nivel y una
superficie dada. En aviación, esta superficie es el nivel medio del mar.

Hay diferentes tipos de altitudes, dado que el altímetro mide
variaciones de presión teniendo en cuenta una atmósfera estándar.

Figura 12: Vertical velocity indicator

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4. CLASES DE ALTITUD

4.2. CLASES DE ALTITUDES
1. ELEVACIÓN
Elevación de un punto de la superficie de la Tierra es la distancia
entre ese punto y el nivel medio del mar (el nivel medio del mar, en
España, se toma sobre Alicante). La elevación de un aeropuerto es la
de su punto de referencia (ARP), que viene especificado en el AIP.
2. ALTITUD ABSOLUTA
Es la distancia (altura) que hay entre el avión y la elevación del
terreno situado debajo de él.

3. ALTITUD INDICADA
Es la altitud que se lee en el altímetro.

4. ALTITUD CALIBRADA
Es la altitud indicada, corregida por el error de instalación.

5. ALTITUD VERDADERA
Es la altitud calibrada, corregida por las condiciones de la atmósfera
no estándar. Es la altura real sobre el nivel medio del mar.

6. ALTITUD DE PRESIÓN
Es la altitud (calibrada) sobre la isobara de 1013,2, suponiendo una
temperatura estándar. Normalmente se usa como altitud de presión la
lectura de altímetro cuando en la ventanilla se selecciona 1013,2. Es
la lectura usada para mantener niveles de vuelo (FL).

7. ALTITUD DE DENSIDAD
Es la altitud de presión corregida por temperatura.

ERRORES Como ya vimos, la densidad de la atmósfera está afectada por la
presión y la temperatura, por lo que las variaciones de ambos,
afectarán a la altitud del avión.

Si se vuela hacia un área de bajas presiones, el avión desciende con
relación al terreno, aunque esté manteniendo el nivel de vuelo (FL).
Ocurriría lo contrario si volásemos hacia un área de altas presiones.

Si se vuela hacia un área fría, el avión desciende con relación al
terreno, aunque esté manteniendo el nivel de vuelo (FL). Ocurriría lo
contrario si volásemos hacia un área más caliente.

Por lo que respecta al control de tráfico aéreo (ATC), el que la
atmósfera no sea estándar no afecta a la separación vertical entre
aviones, pues todos sufren los mismos errores; pero sí tiene
importancia en relación con la separación sobre el terreno.

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5. ANEMÓMETRO

5.1. INTRODUCCIÓN
Es el instrumento que mide la velocidad del avión.

Se compone de un tubo que toma la presión estática y la de impacto
del aire y las envía a un receptáculo que tiene una cápsula receptora
de la presión de impacto; el resto del receptáculo recibe la presión
estática. La diferencia entre ambas señales es la presión dinámica que
hace que la cápsula se expanda o se contraiga; ese movimiento es
transmitido a una escala o carta, sobre la cual una aguja indica la
velocidad (normalmente, en nudos).

El número de Mach es una forma de expresar la velocidad en relación
con la velocidad del sonido. Se obtiene dividiendo la velocidad
verdadera (TAS) por la velocidad del sonido.

Figura 13

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5. ANEMÓMETRO

Figura 14

Figura 15

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5. ANEMÓMETRO

5.2. CLASES DE VELOCIDAD

Los anemómetros están calibrados para la atmósfera estándar, por lo
que normalmente sufrirán unos errores que dan lugar a diferentes
clases de velocidades.

IAS . . . . . . . . VELOCIDAD INDICADA
Es la velocidad que se lee en la escala o carta

CAS . . . . . . . . VELOCIDAD CALIBRADA
Es la velocidad indicada corregida por el error de instalación.

EAS ............... VELOCIDAD EQUIVALENTE
Es la velocidad calibrada corregida por el error de compresibilidad.

TAS ................ VELOCIDAD VERDADERA O PROPIA
Es la velocidad equivalente corregida por el error de densidad del
aire.

GS ………. VELOCIDAD SOBRE EL SUELO
Es la velocidad verdadera corregida por el viento.

M ……….. NÚMERO DE MACH
Es el cociente de dividir la velocidad verdadera por la velocidad del
sonido. Volar a Mach 1 (1M), significa ir a la velocidad del sonido;
hacerlo a 0,8 M, significa ir un poco menos de la velocidad del
sonido.

Los aviones de moderna tecnología, muestran la IAS, la TAS y la
GS, aunque la más corrientemente usada por el control de tráfico
aéreo es la IAS.

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6. INSTRUMENTOS BASADOS
EN PROPIEDADES GIROSCÓPICAS

Una vez vistos los instrumentos básicos basados en la diferencia de
presión, vamos a estudiar los tres basados en las propiedades de los
giróscopos: El horizonte artificial, el direccional giroscópico y el
indicador de virajes.

Un giróscopo es una masa homogénea que gira alrededor de un eje,
pudiendo tener libertad de movimientos alrededor de los ejes del
espacio. La masa homogénea se llama rotor.

Las dos propiedades fundamentales de los giróscopos son la inercia y
la precesión.

Gracias a la propiedad de INERCIA, cuando el rotor de un giróscopo
gira rápidamente, el eje de giro mantiene su orientación, sin importarle
los movimientos del sitio o base en el que esté montado.

La PRECESIÓN es la desviación del eje de giro de su alineación
anterior en el espacio. Es provocada por cualquier fuerza aplicada al
eje de giro, aunque la desviación no ocurre donde se aplica la fuerza,
sino a 90º de donde se aplica, en el sentido del giro y en la misma
dirección.

Hay una precesión aparente, provocada por el movimiento de rotación
de la Tierra, en la cual el eje de giro del rotor no cambia de dirección en
el espacio, apunta de diferente forma hacia la superficie terrestre; no es
realmente una precesión del giróscopo.

Para alinear el eje de giro hay un sistema enderezador o de nivelación,
que aplica una fuerza al eje cuando se acciona un mando en el
instrumento que corresponda.

6.1. USO DE LAS PROPIEDADES

El horizonte artificial y el giróscopo direccional hacen uso de ambas
propiedades; el horizonte usa la inercia para tener un plano de
referencia y la precesión para mantener el eje de giro en posición
vertical. El direccional usa la inercia para tener un plano de referencia y
la precesión para mantener el eje de giro en posición horizontal. El
indicador de virajes usa sólo la precesión.

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Figura 16

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Figura 17

Figura 18

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Figura 19: Apparent Presesión (Earth Rate Presesión)

6.2. EL HORIZONTE ARTIFICIAL

Es el instrumento que proporciona al piloto una referencia que
coincide con el horizonte terrestre, dando la posición del avión en
cabeceo (morro arriba o abajo) y en alabeo (inclinación de las alas),
con relación a dicho horizonte.

Para dar esa información usa las propiedades del giróscopo citadas
anteriormente; por otro lado, se hace que el eje de giro se mantenga
perpendicular a la superficie de la Tierra.

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La escala de presentación de la información está dividida en dos
partes separadas por una raya horizontal que coincide con el
horizonte real terrestre. La parte superior es de color azul claro y la
inferior de un color oscuro, normalmente negro. En ambas partes, hay
unas marcas cada 5º, siendo más grandes las de 10º y 20º, que
indican los grados de posición de morro hacia arriba o hacia abajo.
Superpuesto en la escala, hay un avión en miniatura y una
graduación en alabeo con marcas grandes en 0º, 30º, 60º y 90º; hay
marcas pequeñas en las posiciones de 10º y 20º.

En los aviones de nueva tecnología, en esta escala se presentan,
además, datos del director de vuelo (FD), radioaltímetro, rumbo,
aproximación ILS o VOR, velocidad, variómetro, ángulo de ataque,
etc, por lo que el instrumento ha pasado a llamarse ADI y más
modernamente, PFD.

En todas las formas de presentación de datos, se incluyen unos
avisos en forma de banderas o destellos, que alertan del mal
funcionamiento de alguna señal.

Figura 20: J-8 Attitude Indicador

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Figura 21: El instrumento se muestra desde la perspectiva del piloto

Figura 22

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6.3. DIRECCIONAL GIROSCÓPICA

Es el instrumento que indica el rumbo del avión. Funciona usando las
propiedades del giróscopo, con el eje de giro en posición horizontal.

La escala o carta de presentación de datos está marcada de 0º a 360º
en el sentido de las agujas del reloj, con marcas grandes cada 10º
desde 0º y marcas pequeñas cada 10º desde 5º.

El giróscopo hay que ajustarlo al rumbo, lo que se hacía con la brújula
del avión, inicialmente en el suelo y en vuelo, cada 15 minutos.

Para evitar este inconveniente, se ha instalado posteriormente en el
extremo de las alas un equipo que detecta las líneas magnéticas de
fuerza del campo terrestre (flux valve); los movimientos del avión en
dirección, hacen variar las líneas de fuerza detectadas, lo que
produce una señal que es enviada al giróscopo para su realineación.

A la escala de presentación de rumbos se le han ido añadiendo datos
de ADF, VOR, DME, ILS, etc, por lo que ha pasado a llamarse HSI y
más modernamente, ND.

En todas las formas de presentación de datos, se incluyen unos
avisos en forma de banderas o destellos, que alertan del mal
funcionamiento de alguna señal.

Figura 23

28


Figura 24

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Figura 25

30


Figura 26

31



6.4. INDICADOR DE VIRAJES
Es el instrumento usado para hacer virajes coordinados. Indica, por lo tanto, no sólo
si el avión vira, sino si lo hace correctamente, es decir, sin resbalar hacia dentro del
viraje ni derrapar.

La escala o carta de presentación de información tiene dos indicadores: Una aguja
que marca el viraje (también llamada “bastón”) y una bola que marca si dicho viraje
es correcto.

La aguja recibe señales de un giróscopo que tiene el eje de giro horizontal y usa la
propiedad de la precesión giroscópica para generar dichas señales. Normalmente,
cuando está desviada del centro un ancho de aguja, el régimen de viraje es de 1,5º
por segundo, por tanto, un viraje de 360º durará cuatro minutos.

La bola está dentro de un tubo curvado, transparente y lleno de líquido, por cuyo
interior se desplaza debido a las fuerzas de gravedad y centrífuga. Si el viraje es
correcto, ambas se compensan y la bola permanece centrada; si en el viraje se
resbala (se cae el avión hacia dentro del giro), la bola se desplazará hacia el mismo
lado del viraje; si se derrapa, la bola se desplazará hacia fuera.

Figura 27

© Este documento es propiedad de Aena - SENASA

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