VOLAR BAJO PRESIÓN

Otro de los muchos hechos que prueban, de forma incontestable, que los humanos no están diseñados para volar, es la cantidad de problemas que tienen cuando se encuentran a altitudes por encima de los 2500 metros. Desde mareos, pérdida de visión, fatiga, náuseas, pérdida de la consciencia, hasta edemas pulmonares o incluso la muerte.

Sin embargo, los aviones comerciales actuales, que transportan a millones de personas todos los años, vuelan en su mayoría por encima de los 10000 metros, haciendo necesaria una serie de medidas que suponen un desafío desde el punto de vista del diseño de la estructura y los sistemas de un avión.

¿Y por qué complicarse tanto la vida? ¿No sería mucho más sencillo volar a una altitud más moderada, digamos, una a la que pudieran sobrevivir?

Pues sí, seguramente, pero hacerlo tendría, a ojos de los humanos, una gran desventaja. ¿Adivináis cuál es? Por supuesto: el DINERO. Volar a gran altitud supone disminuir mucho el consumo de combustible, ya que hace que los motores a reacción sean más eficientes y disminuye la resistencia aerodinámica, permitiendo también alcanzar mayores velocidades. Así que un mismo avión puede hacer más viajes con menos costes en un tiempo determinado.

De modo que por eso las cabinas de los aviones van presurizadas. Y esto implica que es necesario diseñar el fuselaje de la aeronave para que soporte las cargas derivadas de la presurización, mayores cuanto más grande sea la diferencia entre la presión interior y la exterior. Como el mantenimiento de la presión es esencial para la supervivencia, todos los sistemas implicados en él deben estar además duplicados para minimizar el riesgo de despresurización de la cabina. Y, en caso de que a pesar de todo ocurriera dicha despresurización, debe haber un sistema auxiliar de mascarillas de oxígeno que permita que el pasaje sobreviva.

Los miembros de la tripulación del avión deben ser capaces de identificar los síntomas de la hipoxia en sí mismos y en los pasajeros (aquí hay un artículo muy interesante sobre cómo la tripulación debe enfrentarse a una despresurización). Algo que no es tan sencillo como podría parecer, como quedó demostrado por el accidente del vuelo 522 de Helios Airways.

La consecuencia más directa de la presurización es la forma de la cabina, que es, grosso modo, un depósito (un cilindro entre dos mamparos de presión), ligeramente modificado para que sea aerodinámicamente eficiente. Normalmente la sección es circular, ovalada y/o lobular, porque así las cargas debidas a la presión se distribuyen uniformemente y no hay puntos de concentración de esfuerzos, algo muy peligroso si las cargas son cíclicas, como en el caso de un avión que despega y aterriza unas cuantas veces todos los días. De esto se dieron cuenta los humanos en el año 1954, cuando dos aviones de Havilland Comet sufrieron descompresiones explosivas, perdiendo a todo su pasaje y haciendo que toda la flota de aviones similares aterrizara por si las moscas.

Tras una exhaustiva investigación, los ingenieros del Comet llegaron a la conclusión de que la causa del fallo había sido precisamente la concentración de esfuerzos en las esquinas de las ventanas, que eran cuadradas, provocando la aparición de grietas de fatiga que debilitaron el fuselaje, hasta que estalló debido a las cargas de vuelo (por eso ningún avión presurizado ha vuelto a tener las ventanas cuadradas). Después de estos accidentes el Comet fue rediseñado para solucionar el problema.

Tanto la cabina de pasajeros como la bodega de carga van presurizadas, y están comunicadas entre sí a lo largo de todo el fuselaje para que, en caso de una pérdida de presión en cualquiera de los compartimentos, ésta se iguale en ambos y la estructura no sufra por la diferencia de presión entre uno y otro. El fuselaje se diseña para que soporte una diferencia máxima de presión con el exterior de unos 61 kPa (8,85 psi), lo que haría que, a una altitud de, por ejemplo, 11000 metros (36000 pies), la presión en el interior de la cabina fuera la equivalente a la que habría a 1600 metros de altitud (es lo que se conoce como «altitud de cabina»).

La altitud de cabina normalmente está por encima del valor correspondiente al máximo diferencial de presión, aunque se suele limitar como mucho a 2500 metros, y varía suavemente según lo hace la altitud de vuelo, reajustándose durante el descenso a la altitud del aeropuerto de destino. Las normas limitan la altitud máxima que un avión puede alcanzar a los 40000 pies (12000 metros), en previsión de que se produzca algún fallo en los sistemas de presurización.

El aire a presión se obtiene mediante un sangrado de los motores desde el compresor del turbofán, y la presión interior se controla a través de una válvula que expulsa el exceso de aire a la atmósfera. Todo el sistema es redundante y funciona de forma automática, aunque también puede controlarse manualmente en caso de ser necesario.

Como medida adicional de seguridad, las puertas de la mayoría de los aviones están diseñadas para que sea imposible abrirlas con la cabina presurizada. Suelen abrirse hacia adentro, con lo que la propia presión interior se opone a ello, y algunas tienen una de sus dimensiones mayor que el marco, para que además sea necesario girarlas para poder abrirlas.

A pesar de todas estas medidas y precauciones, son muchos los humanos que temen la posibilidad de que el avión se despresurice en vuelo. Y, como ocurre con casi todo (si los humanos tienen algo que ver en ello), la aeronáutica va aprendiendo de sus errores, y casos como el del Comet, debidos a fallos de diseño, son poco probables. Por supuesto, eso no quiere decir que la industria cinematográfica (como todos sabéis, un fiel reflejo de la psique humana) no saque buen provecho del concepto de despresurización, a veces bajo premisas bastante peregrinas.

En definitiva, queda claro que los humanos son expertos en complicarse la vida.

ESTA SANTA ESCUELA

¡Hola de nuevo, chorlitos del mundo! Tras esta larga ausencia, por fin regreso, y con un nuevo y flamante título de ingeniera en la mano (ayer fue la defensa de mi Proyecto de Fin de Carrera). Esta vez voy a ser yo quien hable, y no Juan, que amablemente me ha cedido un espacio en su blog para contaros un poco cómo ha sido mi experiencia en la Escuela de Aeronáuticos durante estos años.

Quiero hablar sobre ello porque la mayor parte de las dudas y consultas que llegan al correo de contacto de Juan de la Cuerva son de estudiantes que se plantean entrar en esta carrera, y que, como cuando yo me lo planteé, no encuentran nadie a quien preguntar ni referencias ni información suficientes como para tomar una decisión tan importante sabiendo dónde se meten.

Todo el mundo dice que la Ingeniería Aeronáutica es muy dura, y no les falta razón. No sé cómo es en comparación con las otras ingenierías, porque yo sólo he estudiado esto, así que no puedo hacer recomendaciones en cuanto a si elegir una u otra. Puedo decir que, salvando algunas distancias importantes, el temario de Aeronáutica y el de Industriales se parecen bastante, y que mucha de la gente que trabaja en esto de los aviones ha estudiado Ingeniería Industrial, sobre todo en lo que yo conozco, que son las estructuras.

La mayor pega que tiene esta carrera, bajo mi punto de vista, es la forma en que está planteada. No sé cómo cambiará las cosas el Plan de Bolonia en este sentido, ni cómo los nuevos tiempos están afectando a la forma de impartir las asignaturas. Hace ya un par de años que desconecté de la Escuela. Me comentaba ayer un compañero que empezó la carrera conmigo que una de las asignaturas hueso de primero, el Cálculo General, ha pasado a ser de las fáciles, y que ahora ya no es tan raro que un alumno pase su primer año con primero limpio. Espero que eso quiera decir que las cosas realmente han cambiado a mejor, y que ahora lo que hacen es preocuparse por enseñar de verdad, en lugar de por ver quién suspende a más gente.

En mis tiempos (vaya, ¡me siento vieja! xD), la forma de dar clase de los profesores en general, salvo unas pocas excepciones, presuponía unos conocimientos en los alumnos de los que la mayoría carecíamos, con lo que uno podía aprovechar más bien poco de lo que se decía en clase. Además, en muchas asignaturas, cualquier parecido entre lo que se hacía en clase y lo que pedían en el examen era pura coincidencia. Y al final lo que hacíamos casi todos era apuntarnos a una academia, donde al menos te explicaban las cosas empezando por el suelo y no por el tejado, y donde te preparaban para poder hacer los exámenes con alguna perspectiva de éxito, porque es muy difícil enfrentarse a algo que no has visto nunca y pretender hacerlo bien a la primera y para colmo en poco tiempo y exactamente como al profesor le gusta. La mayoría de los suspensos no eran por falta de estudio, ni por falta de capacidad: la materia prima siempre ha sido bastante buena en la Escuela.

En este sentido, algo que siempre me ha gustado mucho de la Escuela, y que me hace estar orgullosa de ella (de sus estudiantes, para ser precisos), es el apoyo que normalmente encuentras en el resto de compañeros. La biblioteca de apuntes, incluso con apuntes de academia, donde generalmente se puede encontrar casi todo lo que falta en las clases, es un buen ejemplo. O lo que llaman programa Mentaer, en el que alumnos de último curso echan una mano a los novatos.

Luego están las cosas buenas de la carrera, que no todo es malo. Si realmente te gusta la ingeniería y no te importa el enfoque teórico, la Aeronáutica es bonita y muy completa. Aprendes cosas de motores, aerodinámica, estructuras, electrónica, electricidad, materiales, fabricación… aparte de un poco de culturilla general sobre la mayoría de los bichos que vuelan (hechos por el hombre, claro). Hasta te dejan oler un poco algún avión (no todas las Escuelas de ingeniería tienen un F5 en el hangar… de hecho, ¡no todas tienen hangar! :D).

En cuanto a las perspectivas de trabajo una vez terminas, no están mal, la verdad. Eso sí, que nadie espere hacerse rico siendo ingeniero, al menos en este país. Fue una de las primeras cosas que me dijeron a mí cuando empecé. También nos dijeron, el primer día, que si realmente éramos inteligentes nos iríamos a hacer Económicas o cualquier cosa por el estilo.

Haciendo balance, sin embargo, considero que no me he equivocado con la carrera. Me gusta mi trabajo y me gusta ser lo que soy. Es verdad que lo he pasado mal y que he recibido una buena somanta de palos, que seguía estudiando cuando la mayoría de mis amigos ya tenían trabajo, que he pasado ocho años sin tener un verano de verdad, y que en mi casa han terminado hasta las narices de mantenerme durante tanto tiempo (y yo de ser una mantenida), hasta que por fin he podido independizarme. Y que he tenido que hacer uso de toda mi cabezonería, que no es poca precisamente, para poder acabar la carrera.

Pero, a fin de cuentas, éste sólo es el primer paso, y al final orientas tu vida por donde te lleven las circunstancias y las decisiones que vas tomando. Y cuando empiezas la carrera normalmente no sabes en qué vas a acabar, así que lo mejor es escoger algo que te guste, porque al fin y al cabo la Universidad es para aprender y disfrutar aprendiendo, y lo de forjarse la vida ya vendrá luego.

Así que aquí lo dejo. ¡Un brindis por todos los que deciden empezar, y otro por los que la terminan!

LA ENERGÍA DEL VIENTO

Todos sabemos que la fiebre consumista de los humanos es insostenible. Y últimamente este hecho se ha vuelto tan flagrante que hasta los propios humanos se han visto forzados a reconocerlo, a pesar de que durante casi todo su desarrollo industrial han hecho como si no pasara nada. Por fin se han dado cuenta de que los recursos del planeta son limitados, y de que, de seguir como hasta ahora, llegará un momento en el que sólo queden unos pocos despojos, o ni siquiera eso. Y, claro, les está empezando a entrar miedito.

Más terrorífico aún resulta que la parte del mundo más desarrollada, lo que ellos llaman el «primer mundo» (culpable, entre otras cosas, de que el planeta parezca un estercolero), no supone ni la mitad de la población, y que las regiones en vías de desarrollo, que es donde se concentra la mayor parte de la gente, van (¡proporcionalmente!) por el mismo camino. Es por eso por lo que buscan como locos formas de energía que no consuman los recursos que aún quedan, que no contaminen, que sean eficientes, y que además sean baratas (sólo les queda pedir que traigan la paz al mundo y que se puedan aplicar como cura para el cáncer). Lo cual explica la curiosa proliferación de molinos de viento (o aerogeneradores).

En realidad los humanos llevan muchos siglos aprovechando la fuerza del viento para mil cosas, desde bombear agua a moler grano. Sin embargo, el concepto de molino como generador de energía a nivel masivo es un invento más bien reciente. Los aerogeneradores han sido los grandes beneficiados del desarrollo del helicóptero: el hecho de comprender –más o menos, que lo suyo les costó– cómo funciona el ala rotatoria posibilitó un diseño mucho más eficiente de los molinos de viento, ya que en esencia vienen a ser iguales que los helicópteros, aunque con algunas diferencias importantes.

En un helicóptero el objetivo es crear una fuerza de sustentación en la dirección perpendicular al plano del rotor que sea capaz de contrarrestar el peso, para lo que es necesario un motor que le suministre potencia, manteniendo la velocidad de giro del rotor y, por tanto, también el movimiento de la corriente de aire a través de él. En cambio un aerogenerador produce potencia debido a que funciona extrayendo energía de una corriente de aire que ya está en movimiento y que a su vez produce una fuerza que lo hace girar. Simplificando: un helicóptero mueve el aire con el rotor y un aerogenerador mueve el rotor con el aire, y el orden de los factores, en este caso, sí que altera el producto.

Hay otra gran diferencia entre un helicóptero y un aerogenerador. Mientras que, por lo general, el rotor de un helicóptero siempre gira a la misma velocidad (lo que simplifica mucho el sistema de transmisión y permite un diseño óptimo del motor), un aerogenerador está sujeto a los caprichos del viento (que es realmente muy, muy caprichoso, como las aves sabemos muy bien). Habrá una velocidad mínima del viento a partir de la cual el generador comience a funcionar, cuando ésta sea suficiente para mover las palas, llamada velocidad de conexión, y una velocidad máxima que garantice la integridad del mismo, que es la velocidad de corte (el rango de funcionamiento suele estar entre 3 y 24 m/s), y a partir de la cual el aerogenerador no puede funcionar. La curva de potencia del generador eléctrico relaciona la velocidad del viento con la potencia que el molino es capaz de producir, que es una magnitud variable, ya que la velocidad del viento también lo es.

Hay que tener en cuenta que, como en el helicóptero, el viento produce fuerzas de sustentación y rozamiento sobre la pala que se invierten en parte en hacer que el aerogenerador gire, y que en parte empujan el molino hacia atrás. Cuanto mayor sea la velocidad del viento, mayor será la velocidad de giro y mayores serán estas fuerzas, haciendo que todo el molino esté sometido a grandes esfuerzos que pueden llegar a romperlo. El aerogenerador debe detenerse para evitar daños a la maquinaria y a la estructura. La mayoría de los aparatos que funcionan hoy en día consiguen esto cambiando el ángulo de paso de la pala, de forma que la fuerza del aire sobre ella sea mínima. Y si este dispositivo no funciona... el siguiente video es un ejemplo bastante gráfico de lo que puede suceder:

Aunque, como decíamos, los aerogeneradores se han puesto muy de moda últimamente, y cada vez se ven más por los campos españoles (de hecho, hay muchos agricultores que han decidido plantar molinos en lugar de cosas más tradicionales), no se puede poner un complejo eólico en cualquier sitio. No sólo hay que tener en cuenta lo abundante de los vientos en la zona: la orografía circundante, la rugosidad del terreno y la presencia de obstáculos son cruciales en el rendimiento de un aerogenerador. La tierra funciona como cualquier otra superficie en presencia de una corriente de aire: los obstáculos y los terrenos rugosos disminuyen la velocidad del viento y crean una zona turbulenta que puede llegar a cubrir por completo un molino de viento convencional (y estamos hablando de alturas de entre 30 y 90 metros). Y para que un molino trabaje a pleno rendimiento lo ideal es una corriente estable y laminar, así que cuanto más pequeña sea la zona turbulenta mucho mejor.

Según este razonamiento el lugar ideal para colocar un molino de viento es una zona completamente llana, que es por lo que a veces se colocan en el mar directamente. Las zonas de costa también son un buen lugar, ya que el viento suele soplar de forma estable y siempre en la misma dirección, durante el día del mar a la tierra y durante la noche de la tierra hacia el mar. Otro buen emplazamiento son los valles, debido al llamado «efecto túnel», que hace que el viento se acelere al comprimirse entre sus paredes. Y en la cima de una elevación, donde se produce el «efecto colina», que hace que la velocidad sea también mayor que en los alrededores al comprimirse el aire contra la ladera. Entre los efectos negativos se cuentan en general todos los producidos por obstáculos, y en particular por la estela de otros molinos de viento, donde el aire es turbulento y tiene ya muy poca energía. Es decir, que lo ideal sería alejar mucho un molino de otro... algo que sin embargo muchas veces es imposible, debido a la infraestructura necesaria para conectar los molinos a la red eléctrica, así que en los parques eólicos se llega a lo que los ingenieros humanos son aficionados a llamar una «solución de compromiso» entre los dos extremos.

Hoy en día la producción de energía eólica en España (que es el tercer país del mundo en potencia instalada tras Estados Unidos y Alemania) supone un 15,3% de la producción nacional total, según la REE.

Hay muchos defensores de este tipo de energía entre los humanos, y también, como no podía ser de otra forma (que hablamos de humanos), muchos detractores. Los principales argumentos que esgrimen en contra de los molinos de viento son lo antiestéticos que resultan, ya que destacan mucho sobre el paisaje, el ruido que hacen, que es bastante, y lo peligrosos que resultan para nosotros los pájaros. De donde se sigue que los detractores de los molinos piensan que los pájaros, en general, somos cortos de vista y estamos medio sordos (o eso, o que somos bastante lerdos).

En fin, creo que a estas alturas ya he superado lo de sentirme ofendido por lo que puedan decir los humanos...

VOLANDO SEGUROS

Hoy, chorlitos, trataremos un tema un poco delicado que hace tiempo que quiero abordar: la seguridad en la aeronáutica. Los humanos son bastante subjetivos a la hora de evaluar lo seguro que es un medio de transporte, y normalmente confían más en sus instintos que en los datos puros y duros. Y en el caso de los aviones, sus instintos les dicen que no saben volar (lo que, esencialmente, es cierto, claro). Un humano siempre se sentirá más seguro en tierra que dentro de un avión, independientemente de la probabilidad real de peligro que haya.

E, irónicamente, la falta de confianza que tienen en los aviones es la principal razón de que el transporte aéreo sea el más fiable de todos (sí, es una de esas típicas contradicciones humanas). Como vimos no hace mucho, pocas cosas pasan unos controles de calidad tan estrictos y exhaustivos.

Pero, a pesar de todo, el hecho es innegable: los aviones se estrellan. No es una ocurrencia demasiado común, pero sigue siendo una de las muchas, muchas, muchas cosas que los humanos pueden mejorar. Y, sorprendentemente, es una de las pocas cosas que realmente se esfuerzan por mejorar.

Para que un avión se estrelle normalmente deben alinearse unos cuantos astros. Casi todo en el transporte aéreo está diseñado para que un solo fallo no sea causa suficiente para ello, así que deben producirse varios a la vez. Para que os hagáis una idea, todos los equipos esenciales para el funcionamiento del avión y la supervivencia de su pasaje van al menos por duplicado, y los protocolos de seguridad y las medidas preventivas que se aplican en todas las operaciones, si se aplican bien, evitan la mayor parte de los accidentes.

Pero, claro, no puede pasarse por alto lo que los propios humanos, en un momento de inspirada iluminación y sorprendente autoconocimiento, han llamado "el factor humano". Es decir, que son unos metepatas. Los aviones están diseñados para evitar los fallos, y ningún aparato va al aire sin que antes se haya demostrado que el diseño es seguro, y sin haber sido certificado por la Agencia de Aviación Civil correspondiente. Puede haber algún fallo, por supuesto (después de todo, son humanos quienes lo han diseñado), pero lo más común es que no lo haya. El problema llega después, con las cosas que dependen directamente de la competencia humana: desde el pilotaje hasta el mantenimiento, los controles de seguridad, los de navegación... los frentes a atacar son unos cuantos.

Echemos un vistazo a esas famosas buenas estadísticas (fuente: resumen estadístico de accidentes de aviones comerciales a reacción, Boeing). Los tramos más peligrosos durante la operación de un avión son el despegue y el aterrizaje. En el despegue y el ascenso inicial se concentra el 19% de los accidentes, mientras que en la aproximación final y el aterrizaje llega a producirse el 33%. El tramo más seguro, con diferencia, es el de crucero, considerando la fracción del tiempo de vuelo que el crucero representa con respecto a las demás etapas.

En realidad, la frecuencia con la que ocurren accidentes es tan baja que normalmente se mide en número de accidentes por millón de vuelos. También resulta interesante hacer el análisis por modelo de avión, aunque no hay que pasar por alto que hay modelos que se utilizan mucho más que otros, y otros que todavía no han llegado al millón de vuelos y que, por tanto, no pueden arrojar unas estadísticas demasiado concluyentes. Son por ejemplo notables los 30 accidentes sufridos por el 737-300/-400/-500, un avión relativamente moderno, que parece estar bastante por encima de sus aviones contemporáneos en cuanto a siniestralidad. Pero, considerando que es el avión más vendido de la historia con bastante diferencia, esta cifra es en realidad bastante buena (0,5 accidentes por millón de vuelos).

Es importante diferenciar entre aviación general y aviación comercial, porque, aunque la forma de transporte es en esencia la misma, las estadísticas no tienen absolutamente nada que ver. La aviación general abarca desde ultraligeros hasta aviones acrobáticos, pasando por veleros, avionetas, paramotores, y mil cosas más. Los controles en estos casos son mucho menos estrictos (y los pilotos más temerarios, también), y eso se nota. Según la NTSB, entre 1997 y 2006 ocurrieron 2305 accidentes de aviación general, frente a sólo 0,089 de aviación comercial (por cada 100.000 horas de vuelo).

Para situarnos un poco mejor en contexto: sólo en España y durante el año 2007 hubo 3082 muertes en las carreteras, mientras que, en todo el mundo y entre los años 1998 y 2007, los muertos por accidentes de aviación comercial fueron 5147. La verdad es que, a la vista de estas cifras, casi podríamos llegar a la conclusión de que el coche es uno de los principales depredadores que actúan sobre los humanos (los propios humanos son el otro gran depredador, claro). Otra obviedad es que los aviones son mucho, mucho más seguros que los coches, sin ningún tipo de duda.

Las causas que desencadenan un accidente son, sin embargo, lo más interesante a analizar de cara a evitar que se produzca otro igual en el futuro. Como ya hemos dicho, normalmente no se puede aislar una sola causa, pero suelen buscarse las principales, aquellas circunstancias sin cuya ocurrencia el accidente se habría evitado. Casi todos los países tienen una agencia que se dedica a investigar los accidentes (en el caso de España es la CIAIAC, que depende del Ministerio de Fomento), y que responde directamente ante las agencias internacionales como EASA o la FAA.

El Anexo 13 del convenio de Chicago de la OACI detalla las recomendaciones para el procedimiento a seguir a la hora de investigar un accidente, a quién notificar, y, sobre todo, qué hacer con las conclusiones alcanzadas tras la investigación. Muchos humanos piensan que el objetivo de una investigación de este tipo es encontrar a los responsables últimos para tener unos cuantos turcos a los que descabezar, pero nada más lejos de la realidad, y de lo verdaderamente importante. Las culpas y las condenas no son lo que salvarán vidas en el futuro, sino aprender de los propios errores e intentar que no vuelvan a repetirse.

Por desgracia, estas -por una vez- nobles intenciones quedan a menudo enmascaradas por el morbo de los medios de comunicación y el interés político.

A veces hasta siento lástima por ellos. Para una cosa que hacen bien...

CONFERENCIA SOBRE AEROPIONERAS

Aunque ahora parece que las cosas están cambiando, casi desde el principio de los tiempos ha habido muchas culturas humanas que han relegado la presencia de la mujer a un segundo plano, sobre todo en determinadas áreas (es otro de esos comportamientos incomprensibles típicos de los humanos). La ciencia y la tecnología, y en particular la aeronáutica, son uno de esos campos que tradicionalmente han sido feudo casi exclusivo del macho de esta especie. Es por ello que unos cuantos amigos, entre ellos mi autora y los autores de Sandglass Patrol, se han puesto de acuerdo para dar a conocer un poquito de la parte de la historia de la aeronáutica en la que han intervenido las mujeres, y para dejar constancia de que, en realidad, los aviones y el espacio nunca han sido sólo cosa de hombres.

La conferencia será ESTE MIÉRCOLES 22 DE OCTUBRE a las 18:00 en el AULA MAGNA de la ETSI AERONÁUTICOS de Madrid. ¡Y estais invitados todos los chorlitos!