Ver un avión volar y preguntarnos ¿cómo es posible que esa masa enorme, que pesa toneladas, pueda sostenerse en el aire? es algo que a tod@s nos ha pasado alguna vez. Pues bien, no son sino principios básicos de la aerodinámica los que actúan.
La física se ha considerado siempre una ciencia esencial para entender la complejidad del universo. Combinada con otros campos, permite una observación minuciosa del objeto en estudio. Es así cómo la mecánica de fluidos, una rama de la física, conjuntamente con la aplicación de conocimientos de mecánica básica permite estudiar los fluidos tanto en reposo como en movimiento. En otras palabras, se enfoca en el movimiento de fluidos. A partir de aquí, se desarrolla el teorema de Bernoulli, ley por la que vuelan los aviones, también conocido como el principio de Bernoulli por el científico suizo que lo desarrolló, Daniel Bernoulli.
Daniel Bernoulli (1700-1782) fue un matemático, estadístico, físico y médico suizo que destacó no sólo en matemática pura sino también en las llamadas aplicadas, principalmente estadística y probabilidad. Hizo importantes contribuciones en hidrodinámica y elasticidad. En 1738 publicó su obra Hidrodynamica, en la que expone lo que más tarde sería conocido como el Principio de Bernoulli, que describe el comportamiento de un fluido al moverse a lo largo de un conducto cerrado.
La Ecuación Bernoulli establece que un aumento en la velocidad del aire en movimiento o de un fluido que fluye se acompaña de una disminución en la presión de dicho aire o fluido. Es decir, a mayor velocidad menor presión (y viceversa) para mantener un mismo valor.
Una de las aplicaciones más importantes de este principio, es la explicación de por qué vuelan los aviones pues, para que esto suceda, es necesario aplicar el principio de Bernoulli en el diseño de las alas.
Lo primero que hay que tener claro a la hora de saber por qué vuelan los aviones son las fuerzas que actúan sobre ellos cuando están en el aire. Estas fuerzas son cuatro: dos en horizontal, en sentido contrario, y dos en vertical, también en sentido contrario. Al impulso del avión, que lo conduce hacia delante por la acción del motor, se opone la resistencia del aire. Igualmente, al peso del avión, que tira de él hacia abajo, se opone la fuerza de sustentación, que levanta a la aeronave.
Aquí es donde entran en juego las alas y su particular diseño. Su parte superior, llamada extradós, es curva mientras que la inferior, denominada intradós, es más recta. Así, el aire que pasa por encima del ala tiene más superficie que recorrer y se acelera debido a la aerodinámica, viajando a mayor velocidad que el aire de abajo. De esta forma, se crea una diferencia de presiones entre el aire que hay encima y debajo de las alas generando una fuerza bajo el ala que impulsa a esta hacia arriba facilitando la suspensión en el aire.
Por otro lado, el diseño de las alas es redondeado por delante y afilado por detrás. Esto hace que la corriente de aire que viaja por arriba a mayor velocidad, cuando se encuentra con la corriente inferior empuje a esta hacia abajo. Como resultado, y según la Tercera Ley del Movimiento de Newton que establece que cada fuerza de acción tiene una fuerza de reacción de igual intensidad que actúa en sentido contrario, se genera una fuerza hacia arriba que ayuda a mantener el avión en el aire.
Conocer la atmósfera terrestre es fundamental para entender el comportamiento de las aeronaves en vuelo y poder planificar las rutas de forma más eficiente, evitando turbulencias y fenómenos meteorológicos intensos.
A medida que nos alejamos de la superficie de la Tierra, la atmósfera terrestre presenta distintas características. Para estudiarla se la divide en 5 capas diferentes:
La capa en la que vuelan los aviones es la troposfera, la más cercana a la Tierra, aunque, dentro de ella, cada tipo de avión usa una altitud diferente según sus necesidades. Generalmente, los aviones comerciales se mantienen a una altitud mínima de 10.000 metros donde se dan las condiciones perfectas para su vuelo: menos turbulencia, menos tormentas, menos obstáculos y una presión atmosférica ideal para mantener una óptima sustentación, que son la razón por la que los aviones vuelan tan alto.
No obstante, el techo máximo de estos vuelos no suele pasar de nivel 450 (unos 12150m), volando en la llamada tropopausa mientras que los vuelos de escuela, así como los vuelos privados en general, siempre permanecen en la troposfera. Caso aparte son los aviones caza que pueden sobrepasar el nivel 750 (más de 21000m), ya en la estratosfera.
En teoría la ruta más corta entre dos puntos es una línea recta. Sin embargo, dado que la Tierra es una esfera, la distancia más corta entre dos puntos es un arco en lugar de un rumbo recto y constante. Esta sería la principal razón por la que los aviones no vuelan en línea recta.
Los aviones comerciales, en general, vuelan en una línea llamada Gran Círculo, que es la distancia más corta entre dos puntos cualquiera en la Tierra.
Otro motivo serían las rutas que utilizan los aviones, las llamadas “aerovías”. Estas son carreteras aéreas planteadas para optimizar todos los recursos de la aeronave y perfectamente controladas por cada uno de los espacios aéreos que sobrevuelan hasta llegar a destino.
No, no es cierto que los aviones no sobrevuelan los océanos.
Como ya hemos dicho, debido a la curvatura de la Tierra, la distancia más corta y rápida no es siempre la más directa por lo que es habitual que la ruta, por ejemplo, para ir a México desde Madrid, entre por el norte de Estados Unidos para luego bajar.
Sin embargo, a la hora de planificar una ruta de vuelo hay muchos factores a tener en cuenta como son las condiciones meteorológicas, el tráfico, la localización geográfica del punto de destino y, por supuesto, la normativa ETOPS/ETOD (siglas que significan “Extended-range Twin-engine Operation Performance Standards” y “Extended Divertion Time Operations« respectivamente) que regula las normas que toda aerolínea debe cumplir si quiere volar con un avión de dos motores a más de 60 minutos de un aeropuerto.
Debido a la mayor rentabilidad de estos aviones, generada por el menor consumo de combustible, las líneas aéreas comenzaron a solicitar aprobación para realizar vuelos superando el límite impuesto de los 60 minutos respecto a un aeropuerto alternativo. Así, las autoridades aeronáuticas emitieron una serie de normas para que un bimotor pudiese cubrir rutas a más de 60 minutos de un aeropuerto alternativo, contemplando los siguientes rangos de tiempos de desvíos:
Estas normas se aplicaron también a aviones de tres y cuatro motores que volasen a más de 180 minutos de un aeropuerto y aplican tanto a vuelos sobre los océanos como sobre áreas remotas como la Amazonia, desiertos, etc.
Un vuelo ETOPS, EROPS, EDTO o LROPS (siglas usadas por las distintas autoridades aeronáuticas para referirse a este tipo de vuelos, independientemente del número de motores del avión) debe cumplir una muy estricta serie de normas para recibir dicha certificación.
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