Sistemas de Compás en aviación.
Sistemas de Compás en aviación.
La Tierra es un enorme imán, girando en el espacio, rodeada por un campo magnético compuesto por líneas de flujo invisibles. Estas líneas salen de la superficie en el polo norte magnético y vuelven a entrar en el polo sur magnético.
Las líneas de flujo magnético tienen dos características importantes: cualquier imán libre de girar se alineará con ellos, y una corriente eléctrica es inducida en cualquier conductor que cruce a través de ellas. La mayoría de los indicadores de dirección instalados en los aviones hacen uso de una de estas características.
Brújula magnética
Uno de los instrumentos más antiguo y más simple para indicar la dirección es la brújula (o compás) magnética. También es uno de los instrumentos básicos requeridos tanto para VFR como IFR.
Un imán es una pieza de material, generalmente un metal que contiene hierro, que atrae y mantiene las líneas de flujo magnético. Independientemente de su tamaño, cada imán tiene dos polos: norte y sur. Cuando un imán se coloca en el campo de otro, los polos opuestos se atraen entre sí, y como polos iguales se repelen.
Un compás magnético de avión,
tiene dos imanes pequeños unidos a un flotador de metal sellado dentro de un recipiente con un líquido claro similar al querosén. Una escala graduada, llamada carta, se enrolla alrededor del flotador y se ve a través de una ventana de cristal con una línea que la cruza. La carta está marcada con letras que representan los puntos cardinales, norte, este, sur y oeste, y un número cada 30° entre estas letras. El “0” final se omite en estas direcciones. Por ejemplo, 3=30°, 6=60°, y 33=330°. Hay marcas de graduación largas y cortas entre las letras y los números, cada marca larga representa 10° y cada marca corta representa 5°.
El conjunto de flotador y carta tiene un pivote de acero endurecido en su centro que se asienta dentro de un cristal especial duro (ágata o zafiro), cargado por un resorte. La flotabilidad del flotador saca la mayor parte del peso del pivote, y el fluido amortigua la oscilación del flotador y la carta. Este tipo de montaje de cristal y pivote permite la libertad de flotador para girar e
inclinarse hasta un ángulo de aproximadamente 18°. En ángulos de inclinación mayores, las indicaciones de la brújula son erráticas e impredecibles.
El contenedor de la brújula está totalmente lleno de líquido. Para evitar daños o fugas cuando el líquido se expande y contrae con los cambios de temperatura, la parte trasera de la caja de la brújula está sellada con un diafragma flexible, o con un fuelle metálico en algunas otras.
Los imanes se alinean con el campo magnético de la Tierra y el piloto lee la dirección en la escala frente a la línea. Note que en la figura anterior, el piloto ve la carta por su parte posterior. Cuando el piloto está volando hacia el norte como se muestra en la brújula, el este se encuentra a la derecha del piloto. En la carta, “33”, que representa a 330° (al oeste del norte), está a la derecha del norte. La razón para esta aparente graduación invertida es que la carta permanece estacionaria y la caja de la brújula y el piloto giran alrededor de ella, siempre mirando la carta por su parte trasera.
Un conjunto compensador montado en la parte superior o inferior de la brújula permite a un técnico de mantenimiento crear un campo magnético en el interior de la brújula que anula la influencia de campos magnéticos exteriores locales. Esto se realiza para corregir los errores por desviación. El conjunto compensador tiene dos ejes en cuyos extremos hay ranuras para destornillador accesibles desde el frente de la brújula. Cada eje gira uno o dos imanes compensadores pequeños. El extremo de un eje está marcado E-W, y sus imanes afectan la brújula cuando la aeronave se orienta hacia el este o el oeste. El otro eje está marcado N-S y sus imanes afectan la brújula cuando la aeronave se orienta hacia el norte o el sur.
Errores inducidos del compás magnético La brújula magnética es el instrumento más simple en el panel, pero está sujeto a una serie de errores que deben ser considerados.
Variación o Declinación de la brújula.
La Tierra gira alrededor de su eje geográfico; mapas y cartas se dibujan utilizando meridianos que pasan por los polos geográficos. Los rumbos medidos desde los polos geográficos se denominan rumbos verdaderos. El Polo Norte magnético al que apunta la brújula no está ubicado en el Polo Norte geográfico, sino a unos 2.000 kilómetros de distancia; los rumbos medidos desde los polos magnéticos se denominan rumbos magnéticos.
En la navegación aérea, la diferencia entre los rumbos verdaderos y magnéticos se denomina variación. Esta misma diferencia angular en topografía y navegación terrestre se llama declinación.
La figura muestra las líneas isogónicas que identifican el número de grados de variación en su área. La línea verde se denomina línea agónica. En cualquier lugar a lo largo de esta línea los dos polos están alineados, y no hay variación. Al este de esta línea, el Polo Norte magnético está al oeste del Polo Norte geográfico y se debe aplicar una corrección a una indicación del compás para obtener un rumbo verdadero.
Volando en el área de Paraná (Argentina), por ejemplo, la variación es de 7° oeste. Si un piloto quiere volar un rumbo verdadero sur (180°), la variación debe ser añadida a este, lo que resulta en un rumbo magnético de 187°. Volando en el área de Bariloche (Argentina), la variación es de 7° este. Para volar un rumbo verdadero de 180° allí, el piloto tendría que restar la variación y volar un rumbo magnético de 173°. El error de variación o declinación no cambia con el rumbo de la aeronave; es el mismo en cualquier parte a lo largo de la línea isogónica.
Desviación de la brújula
Los imanes en una brújula se alinean con cualquier campo magnético. Los campos magnéticos locales en un avión producidos por la corriente eléctrica que circula por la estructura, en el cableado cercano o cualquier parte magnetizada de la estructura, entra en conflicto con el campo magnético de la Tierra y causa un error en el compás llamado desviación.
La desviación, a diferencia de la variación, es diferente en cada rumbo, pero es afectada por la ubicación geográfica. El error por variación no puede ser reducido o cambiado, pero puede ser minimizado cuando un técnico realiza la compensación de la brújula.
La mayoría de los aeropuertos tiene una rosa de los vientos, que es una serie de líneas marcadas en la plataforma o zona de mantenimiento donde no hay interferencia magnética. Las líneas, orientadas al norte magnético, están pintadas cada 30°, como se muestra en la figura siguiente.
El técnico alinea la aeronave en cada rumbo magnético y ajusta los imanes compensadores para minimizar la diferencia entre la indicación de la brújula y el rumbo magnético actual de la aeronave. Cualquier error que no puede ser eliminado es anotado en una tarjeta de corrección, como la de la Figura siguiente, y se coloca en un soporte cerca de la brújula.
El piloto puede rodar el avión a la rosa de los vientos y maniobrar la aeronave a los rumbos previstos por el técnico; sin embargo, sólo el técnico puede ajustar la brújula o completar la tarjeta de corrección. Si el piloto quiere volar un rumbo magnético de 120° y la aeronave está operando con las radios encendidas, el piloto debe volar un rumbo de compás de 123°.
Las correcciones para variación y desviación se deben aplicar en la secuencia correcta y se muestra a continuación, a partir del curso verdadero deseado.
—–Paso 1: Determinar el campo magnético Rumbo verdadero (180°)±Variación (+10°)=Rumbo magnético (190°)
El rumbo magnético (190°) se debe seguir si no hay que aplicar error de desviación. La tarjeta de compás debe ser considerada ahora para el rumbo del compás de 190°.
—–Paso 2: Determinar el rumbo del compás Rumbo magnético (190°, del paso 1)±Desviación (-2°, de la tarjeta de corrección)=Rumbo compás (188°)
NOTA: Los rumbos magnéticos intermedios entre los que se listan en la tarjeta deben ser interpretados. Por lo tanto, para seguir un rumbo verdadero de 180°, el piloto seguirá un rumbo de compás de 188°.
Para encontrar el rumbo verdadero que se vuela cuando se conoce el rumbo de la brújula:
Rumbo compás ± Desviación = Rumbo magnético ± Variación = Rumbo verdadero
Errores de inclinación de la brújula
Se considera que las líneas de flujo magnético dejan la Tierra en el Polo Norte magnético y entran en el Polo Sur magnético. En ambos lugares las líneas son perpendiculares a la superficie de la Tierra. En el ecuador magnético, que está a medio camino entre los polos, las líneas son paralelas con la superficie. Los imanes de una brújula se alinean con este campo, y cerca de los polos inclinan el flotador y la carta. Esta inclinación hace muy notable dos errores: el error por viraje y el error por aceleración.
La componente vertical del campo magnético de la Tierra causa el error por viraje, que se manifiesta con un rumbo norte o sur. En el hemisferio norte, cuando una aeronave que vuela con rumbo norte hace un viraje hacia el este, el avión alabea a derecha, y la brújula se inclina hacia la derecha. La componente vertical del campo magnético de la Tierra tira del extremo del imán que apunta al norte hacia la derecha, y el flotador gira, causando que la carta para gire hacia el oeste, la dirección opuesta a la dirección del viraje que está haciendo.
Si el viraje se realiza de norte a oeste, el avión alabea a la izquierda y la carta de la brújula se inclina hacia abajo en el lado izquierdo. El campo magnético tira del extremo del imán haciendo que la carta gire hacia el este. Esta indicación es de nuevo apuesta a la dirección del viraje que está haciendo. La regla para este error es la siguiente: cuando se inicia un viraje desde un rumbo norte, la indicación del compás se retrasa al viraje. En el hemisferio sur ocurre lo contrario, y la brújula se adelanta al viraje.
Cuando una aeronave vuela rumbo sur y comienza un viraje hacia el este, el campo magnético de la Tierra tira del extremo del imán girando la carta hacia el este, la misma dirección del viraje. Si el viraje se hace desde el sur hacia el oeste, la atracción magnética hace girar la carta hacia el oeste, de nuevo en la misma dirección que se está haciendo el viraje. La regla de este error es la siguiente: cuando inicia un viraje desde un rumbo sur, la indicación de compás se adelanta al viraje. Otra vez, en el hemisferio sur ocurre lo contrario, y la brújula se atrasa al viraje.
En el error por aceleración, el peso de corrección de la inclinación hace que el extremo del flotador y carta marcado N (el extremo que apunta al sur) sea más pesado que el extremo opuesto. Cuando la aeronave vuela a velocidad constante en un rumbo este u oeste, el flotador y la carta están nivelados. Los efectos de la inclinación magnética y el peso son aproximadamente iguales. Si la aeronave se acelera en un rumbo este la inercia del peso retiene su extremo de del flotador y la carta rota hacia norte.
Tan pronto como la velocidad del avión se estabiliza, la carta vuelve a su indicación este. Si, mientras vuela con rumbo este, el avión se desacelera, la inercia hace que el peso se mueva hacia adelante y la carta de gira hacia el sur hasta que la velocidad se estabiliza de nuevo.
Al volar con rumbo oeste, sucede lo mismo. La inercia por aceleración hace que el peso se atrase, y la carta rote hacia el norte. Cuando el avión desacelera en rumbo oeste, la inercia hace que el peso se mueva hacia adelante y la carta rota hacia el sur.
En el hemisferio sur, la aceleración provoca una indicación hacia el sur, y la desaceleración provoca una indicación hacia el norte.
Error por oscilación de la brújula
La oscilación es una combinación de todos los otros errores, y resulta en la oscilación de la rosa de los vientos en torno al rumbo que se está volando. Al ajustar el indicador de rumbo giroscópico con la brújula, utilice una indicación promedio.
Brújula magnética de carta vertical
El tipo de compás de imán flotante no sólo tiene todos los errores descriptos, sino que también se presta a la confusión. Es fácil comenzar un giro en la dirección equivocada, porque su carta aparece al revés. El este está donde el piloto esperaría que esté el lado oeste. El compás magnético de carta vertical elimina algunos de los errores y confusiones. La esfera de este compás se gradúa con letras que representan los puntos cardinales, números cada 30°, y marcas cada 5°. El dial es girado por engranajes del imán montado en el eje, y la nariz del símbolo del avión en el cristal del instrumento representa la línea de fe para la lectura del rumbo de la aeronave. Corrientes de Foucault inducidas en una copa de aluminio amortiguan, o disminuyen, la oscilación del imán.
Retrasos o adelantos del compás
Cuando se inicia un viraje desde un rumbo norte, la brújula se retrasa al viraje. Cuando se inicia un viraje desde rumbo sur, la brújula se adelanta al viraje.
Amortiguación por Corrientes de Foucault
En el caso de un compás magnético de carta vertical, el flujo del imán permanente oscilante produce corrientes parásitas en un disco o copa de amortiguación. El flujo magnético producido por las corrientes de Foucault se opone al flujo del imán permanente y disminuyen las oscilaciones.
Indicador Temperatura del aire exterior – OAT
El indicador de temperatura del aire exterior (OAT – Outside Air Temperature) es un dispositivo simple y efectivo montado de manera que el elemento sensor está expuesto al aire exterior. El elemento sensor consta de un termómetro de tipo bimetálico en el que dos materiales diferentes se sueldan entre sí en una sola tira y torcida en espiral. Un extremo está unido a un tubo protector y el otro extremo se fija a la aguja, que indica sobre una esfera. Los medidores de OAT son calibrado en grados ºC, ºF, o ambos. Una temperatura exacta de aire proporciona al piloto información útil sobre el gradiente de temperatura al cambiar de altitud.
Para saber más:
Bibliografía.
U.S. Department of Transportation
Federal Aviation Administration