La Historia y evolución de la aviación siempre ha estado motivada por la superación de diferentes hitos: Otto lilienthal marca uno de ellos en 1891 con sus primeros planeos sobre la “colina de la aviación”, construida por él mismo para probar sus aerodinos. Apenas nueve años más tarde, Ferdinand von Zeppelin realiza el primer vuelo de un dirigible rígido, el LZ1, portando a 5 pasajeros en un vuelo de 18 minutos. Alberto Santos-Dumont, en 1906, marcaría un nuevo hito para la aviación al despegar una aeronave motorizada sin ayudas externas (los Wright lo hicieron con  artefactos que catapultaban sus aparatos). En 1909, el ingeniero francés Louis Blériot se convirtió en la primera persona que a bordo de un aeroplano atravesó el Canal de la Mancha.

28 de Septiembre de 1921, el Capitan John A. Macready alcanza una altitud de 40,800 pies (12,436 metros), superando la anterior cifra de 33,114 pies (10,093 metros) conseguida un año antes y marcando un nuevo hito para la aviación.

Packard LePere Lusac11

Macready lo conseguiría a los mandos de su Packard-Le Père LUSAC-11. Inadecuados para el combate, los Lusac-11 fueron introducidos por la United States Army Air Service a partir de Mayo de 1918, unos meses antes del final de la Primera Guerra Mundial. Utilizados como aviones de enlace por los militares desplegados en Europa, acabada la guerra fueron modificados con el fin de realizar ensayos experimentales en Estados Unidos.

Dentro de estas modificaciones destacan dos: el uso pionero del Turbocompresor en su motor, un Liberty L-12 conformado por 12 cilindros dispuestos en V, refrigerado por agua, diseñado para una alta relación potencia-peso y facil producción en masa. E instalar un dispensador de oxígeno en cabina. Éste, a diferencia de los utilizados anteriormente, disponía de unos tubos conectores para ser acoplados a un traje y no a una máscara como venía siendo habitual.

Con la instalación del Turbocompresor, el Lusac11 estaba preparado para el vuelo a gran altitud. Para los que no lo tengan demasiado claro, la presión atmosférica no es más que el peso de la columna de aire que tenemos encima, por tanto, esta presión disminuye a medida que ascendemos ya que, a más altura, menos “peso atmosférico” tendremos sobre nuestras cabezas (en torno a 1Hpa menos cada 27 pies).

Los motores alternativos, como el caso del Liberty 12, funcionan con una mezcla de aire y combustible, por lo que si al ascender tenemos menos presión (por tanto menos densidad del aire) cada vez tendremos menos potencia (en torno a un 3% menos cada 1000 ft). La solución para solventar esta bajada de rendimiento y poder realizar los ensayos experimentales a gran altitud fué la de instalar el citado Turbocompresor. Éste aumenta artificialmente la presión de admisión del motor y por tanto, su potencia, gracias al aprovechamiento de los gases de escape.

John Mcready vistiendo un traje experimental. Fuente: thisdayinaviation.com

Sin embargo, a pesar del record marcado por Macready en 1921, las mejoras en el Lusac11 no eran del todo seguras. Un año antes, en Febrero de 1920, durante uno de los vuelos experimentales realizados por el Mayor Rudolf W. Schroeder el suministro de oxigeno falló, causando que el piloto se desmayara y recuperando el control de la aeronave a escasos metros del suelo. Alcanzaría una altitud de 33,114 pies.

Con este sistema (Turbocompresor + Suministro de Oxígeno) los vuelos que se aproximaban a los 40,000 pies (12,000 m) eran posibles, pero la falta de presión atmosférica a esa altitud hizo que el corazón de los pilotos se agrandara visiblemente y muchos de ellos informaran acerca de problemas de salud. Por ello y para evitar los peligros derivados de estos vuelos, comenzaron las investigaciones para la creación de camaras herméticas en los aeroplanos.

En 1921 se modificó un biplano de reconocimiento Wright-Dayton USD-9A con la adición de una de estas cámaras cerradas que podían presurizarse con aire forzado por pequeñas turbinas externas. Ésta contaba con una pequeña escotilla que sería sellada por el piloto a 3,000 pies (910 m). La cámara contenía sólo un altímetro, mientras que los instrumentos de vuelo básico estaban montados fuera de la cámara, visibles con dificultad a través de pequeños ojos de buey.  El primer vuelo exitoso fue realizado por el piloto de pruebas Harrold Harris, convirtiéndose en el primer vuelo del mundo en un avión presurizado.

Habrían de pasar casi 20 años para que se inaugurara el primer transporte comercial de pasajeros a gran altitud a bordo del cuatrimotor Boeing 307 Stratoliner. A pesar del tiempo transcurrido hasta la actualidad, los principios de funcionamiento del sistema de presurización del Boeing 307 era similar al que utilizamos hoy, consistente en el bombeo activo de aire comprimido en la cabina para garantizar la seguridad y confort de los ocupantes. Este sistema, como hemos mencionado con anterioridad, se hace necesario cuando un avión alcanza niveles de vuelo elevados, ya que la presión atmosférica natural es demasiado baja como para suministrar el suficiente oxígeno a los ocupantes. Sin presurización se puede sufrir mal de montaña, barotrauma y hipoxia debido a la baja saturación de oxígeno en sangre.

Este proceso de presurización cuenta con tres elementos fundamentales para su funcionamiento: una fuente de aire, el fuselaje y una válvula de control y escape.

La fuente de aire es la misma que se utiliza para el sistema de aire acondicionado. Éste es extraido mediante “sangrado del motor” y “tratado” en los denominados PACKs (Pressure and Air Conditioning Kits), donde es enfriado a través del RAM Air (Aire de impacto) y alcanza la presión deseada. Tras este proceso y para aumentar el confort de los pasajeros, el aire pasa por un separador de agua. Finalmente se introduce tanto en la cabina de pasajeros como en la de pilotos, donde además refrigera los componentes electricos y electrónicos de la aeronave.

Para contener ese aire es necesario que el fuselaje (de tipo semimonocasco) aguante las fuerzas generadas por las diferencias de presión. En resumidas cuentas, el fuselaje y sus elementos actúan como una bombona estanca a presión, una presión que es controlada mediante un mecanismo (las válvulas OUT-FLOW y el control de presurización).

OUT-FLOW de un B777. Fuente: Quora.com

Situadas por lo general en la zona lateral, inferior o trasera del fuselaje con el fin de facilitar la circulación correcta del aire, estas valvulas son el principal y más importante control mecánico de los sistemas de presurización de la aeronave ya que sin ellas, no podríamos tener un dominio de la salida de aire previamente inyectado desde el sistema de aire acondicionado.

Las valvulas de tipo OUT-FLOW están constituidas por dos componentes: una válvula de mariposa para regular el flujo saliente y una tobera de salida para evacuar el aire. Dada la importancia del funcionamiento de este sistema, la válvula de escape está conectada a dos o tres motores eléctricos monofásicos independientes que funcionan a 115V AC, de los cuales solo uno está en funcionamiento. En caso de falla, los sistemas redundantes entran en juego.

En cabina, contamos con un panel de presurización donde podremos selectar el modo de funcionamiento de la válvula (AUTO/ALTN/MAN). Por lo general, se utiliza el modo AUTO preconfigurado, sin embargo, existen situaciones en las que se hace necesario reprogramar la configuracion del modo AUTO (aterrizajes en aeropuertos de elevada altitud, aeropuertos que no se encuentran en la base de datos del Flight Management System y no se encuentran cerca del nivel del mar…). La OUTFLOW VALVE se puede selectar en modo MANUAL en situaciones poco deseables dentro de una aeronave: motores en llamas, mal funcionamiento de los PACKs de presurización, humo en cabina, manera creativa de incapacitar a un secuestrador o hielo en la válvula. Es tal la importancia del funcionamiento de este obturador que, en caso de estar seleccionado el citado modo MANUAL en un Boeing 737, la única tarea del primer oficial es controlar la presión de cabina mediante la apertura o el cierre de la válvula.

Panel de presurización de un Boeing 737

Cuando estamos en tierra, y siempre utilizando el modo AUTO, la valvula permanecerá abierta, por lo tanto no habrá diferencia de presión entre el exterior y el interior del avión. Sin embargo, a medida que ascendemos hacia el nivel de vuelo asignado, la presión exterior irá disminuyendo, por lo que la OUTFLOW se irá cerrando gradualmente según la presión diferencial lo exija para, de esta forma, conseguir un nivel de presurización idoneo. Durante el descenso, el proceso se invierte, la válvula se irá abriendo hasta justo después del aterrizaje, momento en el cual estará totalmente abierta y las presiones tanto exterior como interior se igualarán.

Comparativa de elevación avión-cabina

Hoy en dia, cuando nos disponemos a volar en cualquier compañía aerea siempre se repite el mismo procedimiento. Antes del despegue, el personal de cabina nos indica dónde se sitúan las mascarillas de oxígeno, las salidas de emergencia y los chalecos salvavidas. Sin embargo, obviamente y para la tranquilidad del pasaje, se pasan por alto detalles como que las mascarillas que usaríamos en caso de despresurización no tienen Oxígeno, sino que funcionan gracias a una reacción química provocada por varios compuestos no gaseosos ricos en oxígeno, como clorato de sodio, perclorato de potasio y peróxido de bario o que solo tienen reservas para unos 15 minutos.

Otro hecho que tomamos por cierto es el de que el avión en el que vamos, en caso de emergencia, podrá aterrizar en el agua, o lo que es lo mismo: amerizar.

Si tachamos de la lista los aviones o helicopteros provistos de flotadores y diseñados expresamente para amarar en el agua o despegar desde esta, como son el caso del Sikorsky SH-3D o el Beriev BE-A42 PE, en toda la historia de la aviación comercial tan solo dos aeronaves han logrado amerizar: un Tupolev 124 en el año 1963 y un Airbus A320 en 2009. Ambos tenían un factor en común, lo hicieron sobre ríos que además contaban con aguas heladas o extremadamente calmas (el Neva en el primer caso, el Hudson en el segundo).

 

A pesar de ello, los fabricantes diseñan los aviones con la posibilidad de realizar uno de estos aterrizajes forzosos. Nos centraremos en el caso de Airbus.

El gigante europeo ha implementado en sus aeronaves el “Ditching Mode” o “Modo Amerizaje” cuyo fin es mantener el avión a flote la mayor parte del tiempo posible. Para ello habrá que activar un boton situado en el OVERHEAD que cambiará la configuración de la aeronave para que ésta permanezca estanca gracias al cierre de todas las válvulas situadas bajo la linea de flotación (outflow valve, emergency ram air inlet, avionics vent inlet, extract valve, pack control flow valves).

Pero ¿cómo funciona este sistema?.

Si pulsaramos el “Ditching Mode” a gran altura no pasaría nada ya que está preconfigurado para activarse solo cuando descendamos a cierto nivel (por debajo de los 15.000-10.000 pies), a partir de entonces se desencadena el uso de los actuadores de todas las válvulas comenzando por la OUTFLOW. Ésta se abrirá bruscamente para despresurizar el aparato e igualar presiones (a pesar del consecuente malestar fisico de los pasajeros). Una vez el avión se encuentra despresurizado, todas las válvulas citadas en el párrafo anterior se cierran de golpe. Tomando como referencia el QRH (Quick Reference Handbook) del A320 (aquí os dejo el QRH completo de los Airbus A319-320-321), con FLAP 3, una velocidad no inferior a 150 nudos y a 2000 pies sobre el agua el procedimiento de amerizaje se inicia:

Desde la decada de 1920 y gracias a figuras como la del capitan John Macready, hoy día podemos decir que el límite de un avión a grandes altitudes  no es el aerodinámico, sino el que limita la presurización. El techo de operación de un avión depende de cuán grande puede ser el diferencial de presiones, de cuanta de esta presión es capaz de soportar un fuselaje y de qué capacidad tienen las válvulas de control; unas válvulas que como hemos podido leer, no solo gracias a su control de la presión nos proporcionan horas de una atmósfera artifical confortable en nuestros viajes por la tropopausa, sino que además pueden regalarnos unos minutos fundamentales si llegado el caso, amerizamos a bordo de un Airbus.

 

www.VueloyVela.com

FUENTES CONSULTADAS:

Documentos:

  • ATA21. Sistema de Aire Acondicionado y Presurización
  • QRH (Quick Reference Handbook) A319-320-321

Webs:

http://airlinecareer.com/tests/pa-announcements/ Anuncios de seguridad y servicio en cabina. Autor: AirlineCareer

https://blogaero.com/2013/09/01/como-se-prepara-un-avion-para-el-amerizaje/ ¿como se prepara un avión para el amerizaje?. Autor: Xarlie

https://curiosity.com/topics/airplane-emergency-masks-dont-need-oxygen-tanks-they-make-it-themselves-curiosity/ Las máscaras de emergencia de los aviones no necesitan tanques de oxígeno. Autora: Ashley Hamer

https://en.wikipedia.org/wiki/Water_landing Autor: AAVV

https://en.wikipedia.org/wiki/Cabin_pressurization Autor: AAVV

http://www.eluniversal.com.mx/destinos/sabias-que-las-mascarillas-de-los-aviones-no-llevan-oxigeno ¿Sabías que las mascarillas de los aviones no llevan oxígeno? Autora: Samantha Michelle Guzmán

https://giraenlared.com/2018/07/29/por-que-los-aviones-seran-mas-lentos-por-el-cambio-climatico/ Por qué los aviones serán más lentos por el cambio climático

http://www.landingshort.com/2009/01/20/por-que-los-airbuses-flotan/ Por qué los Airbus flotan. Autor: Joan de Battle

https://mundaereo.wordpress.com/2017/01/22/como-funciona-el-sistema-de-presurizacion-de-un-avion/ Cómo funciona el sistema de presurización de un avión

https://www.nationalmuseum.af.mil/Visit/Museum-Exhibits/Fact-Sheets/Display/Article/197464/packard-lepere-lusac-11/ Packard LePere Lusac11

http://col2.com/tan-solo-dos-aviones-comerciales-han-logrado-aterrizar-sobre-el-agua-en-toda-la-historia-de-la-aviacion Solo dos aviones comerciales han logrado aterrizar sobre agua. Autor: Col2.com

https://www.pprune.org/tech-log/358285-airbus-ditching-button.html Botón Ditching en Airbus. Autor: AAVV. Foro para pilotos profesionales

https://www.quora.com/How-does-cabin-pressure-in-a-plane-change-with-altitude-before-it-reaches-10-000-feet-is-the-plane-pressurized-to-4000-feet-at-4000-feet-ASL Autor: Bruno Gilissen

https://www.quora.com/How-does-a-ditching-button-work-on-Boeing-planes Cómo funciona el botón Ditching en Boeing. Autor: Matt Joyce

https://www.quora.com/How-did-the-MH370-captain-depressurize-the-main-cabin-Could-he-have-drilled-a-pinhole-in-the-fuselage-to-cause-a-slow-leak MH370 y despresurización. Autor: Trent Hopkinson

https://www.skybrary.aero/index.php/Ditching:_Fixed_Wing_Aircraft Sistema Ditching en aviones de ala fija

https://www.thisdayinaviation.com/tag/john-a-macready/ Important dates in aviation History. John Macready. Autor: Bryan R. Swopes