Gestión del peso y del balance en un avión.
Gestión del peso y del balance en un avión.
Las Regulaciones requieren el establecimiento de los rangos de peso y CG dentro de los cuales una aeronave puede ser operada con seguridad. El fabricante proporciona esta información, que se incluye en el manual aprobado, o especificaciones de las aeronaves.
Si bien no existen requisitos específicos para un piloto de llevar a cabo cálculos de peso y balance antes de cada vuelo, si se requiere que el piloto al mando (PIC) cumpla con los límites de operación en el manual aprobado. Estos límites incluyen el peso y balance de la aeronave. Para permitir a los pilotos a realizar cálculos de peso y balance, se proporcionan cuadros y gráficos en el manual aprobado.
El control del peso y balance debería ser un motivo de preocupación para todos los pilotos. El piloto controla la carga y la gestión del combustible (los dos factores variables que pueden cambiar el peso total y el CG) de una aeronave en particular. El propietario de la aeronave o el operador debe asegurarse de que se disponga de información actualizada para uso del piloto, y debe asegurar que se hacen las entradas correspondientes en los libros cuando se han realizado reparaciones o modificaciones. La eliminación o agregado de equipos resulta en cambios en el CG.
Los cambios de peso deben tenerse en cuenta y hacer las anotaciones adecuadas en los registros de peso y balance. La lista del equipo debe ser actualizada, en su caso. Sin esa información, el piloto no tiene ninguna fundamento sobre el cual basar los cálculos necesarios y decisiones.
Piezas estándar con un peso insignificante o la adición de ítems pequeños de equipos tales como tornillos, tuercas, arandelas, remaches y similares piezas estándar de peso insignificante en aeronaves de ala fija no requieren una verificación de peso y balance. Los helicópteros son, en general, más críticos con respecto al control con cambios en la posición del CG.
Un cambio de CG insignificante es cualquier cambio de menos de 0,05 por ciento de la cuerda media aerodinámica (MAC) para aeronaves de ala fija, 0,2 por ciento del rango máximo del CG para helicópteros.
Exceder estos límites requiere un control de peso y balance del avión.
Antes de cualquier vuelo, el piloto debe determinar el peso y balance de la aeronave.
Procedimientos simples y ordenados sobre la base de sólidos principios se han elaborado por el fabricante para determinar las condiciones de carga. El piloto utiliza estos procedimientos y ejerce su buen juicio al determinar el peso y balance. En muchas aeronaves modernas, no es posible llenar todos los asientos, compartimientos de equipaje, y tanques de combustible, y todavía permanecer dentro de los límites aprobados de peso y balance. Si se utiliza la carga máxima de pasajeros, a menudo el piloto debe reducir la carga de combustible o reducir la cantidad de equipaje.
Términos y definiciones para el cálculo del peso y balance de un avión.
El piloto debe estar familiarizado con los términos utilizados en los problemas relacionados con el peso y balance. La siguiente lista de términos y sus definiciones es estándar, y el conocimiento de estos términos ayuda al piloto a entender mejor los cálculos de peso y balance de cualquier aeronave.
Los términos definidos por la Asociación de Fabricantes de Aviación General, (GAMA) como estándar de la industria están marcados en los títulos con GAMA.
• Brazo (momento del brazo) – distancia horizontal en milímetros o pulgadas de la línea de referencia Datum al CG de un elemento. El signo es positivo (+) si la medida está detrás del datum, y menos (-) si se mide por delante del datum.
• Capacidad de carga o Carga (GAMA) – el peso de los ocupantes, carga y equipaje.
• Carga de combustible – la parte de la carga de la aeronave sacrificable. Incluye solamente el combustible utilizable y no el combustible necesario para llenar las líneas o el que queda atrapado en los sumideros de tanque.
• Carga útil – el peso del piloto, copiloto, pasajeros, equipaje, combustible usable y aceite drenable. Es el peso básico vacío restado del peso máximo permitido. Este término se aplica a la aviación general (GA) solamente.
• Centro de gravedad (CG) – el punto sobre el que un avión se balancearía si fuera posible suspenderlo en ese punto. Es el centro de masa de la aeronave, o el punto teórico en el que se supone que está concentrado todo el peso de la aeronave. Puede ser expresado en pulgadas (o mm) desde el datum, o en porcentaje de MAC. El CG es un punto tridimensional con ubicación longitudinal, lateral y vertical en la aeronave.
• Cuerda media aerodinámica (MAC) – la distancia promedio desde el borde de ataque al borde de fuga del ala.
• Datum (punto de referencia) – un plano o línea vertical imaginaria desde donde se toman todas las mediciones de brazo. El datum es establecido por el fabricante.
Una vez que ha sido seleccionado el datum, todos los brazos de momento y la ubicación del rango de CG se miden a partir de este punto.
• Delta – letra griega expresada por el símbolo Δ para indicar un cambio de valores. Por ejemplo, ΔCG indica un cambio (o movimiento) del CG.
• Estación – una posición en la aeronave que se identifica por un número que designa la distancia desde el datum. El datum es, por tanto, identificado como estación cero. Un elemento situado en la estación +50 tendrá un brazo de 50 pulgadas.
• Índice de momento (o índice) – un momento dividido por una constante tal como 100, 1.000 o 10.000. El propósito de usar un índice de momento es simplificar los cálculos de peso y balance de los aviones, donde los elementos pesados y largos brazos resultan en números grandes, inmanejables.
• Límites de CG – los puntos delantero y trasero especificados dentro de los cuales debe estar localizado el CG durante el vuelo. Estos límites se indican en las especificaciones pertinentes de aeronaves.
• Límite de carga del piso – peso máximo que el piso puede sostener por centímetro/pulgada cuadrada dispuesto por el fabricante.
• Momento – el producto del peso de un elemento multiplicado por su brazo. Los momentos están expresados en libras-pulgadas o kilogramos milímetros. El momento total es el peso del avión multiplicado por la distancia entre el datum y el GC.
• Peso básico vacío (GAMA) – el peso vacío estándar más el peso de equipos opcionales y especiales que se hayan instalado.
• Pesos estándar – pesos establecidos de numerosos elementos que intervienen en los cálculos de peso y balance. Estos pesos no deben usarse si están disponibles los pesos reales. Algunos pesos estándar son:
AVGAS……………………………………… 0,72 kg/litro
Je t A, Jet A-1……………………………… 0,81 kg/litro
Jet B………………………………………….. 0,78 kg/litro
Aceite………………………………………… 0,90 kg/litro
Agua………………………………………….. 1,00 kg/litro
• Peso máximo – el peso máximo autorizado de la aeronave y todo su equipo como se especifica en el manual de la aeronave.
• Peso máximo al despegue: el peso máximo permitido para el despegue.
• Peso máximo de aterrizaje – el mayor peso que se le permite tener a una aeronave en el aterrizaje.
• Peso máximo en rampa – peso total de un avión cargado, e incluye todo el combustible. Es mayor que el peso de despegue debido al combustible que se quema durante las operaciones de rodaje y calentamiento. El peso en rampa también puede ser denominado como peso de rodaje.
• Peso máximo sin combustible (GAMA) – el peso máximo, excluyendo el combustible utilizable.
• Peso vacío de licencia – el peso en vacío que consiste en la estructura, motor (es), combustible no utilizable, y aceite no drenable más el equipamiento de serie y
opcional como se especifica en la lista de equipo. Algunos fabricantes utilizan este término antes de la normalización de GAMA.
• Peso vacío estándar (GAMA) – el peso de la aeronave, que consiste en el fuselaje, motores, y todos los elementos del equipo operativo que tienen posiciones fijas y están permanentemente instalados en la aeronave, incluyendo lastre fijo, el fluido hidráulico, el combustible no utilizable, y el aceite del motor.
• Rango del CG – distancia entre los límites delantero y trasero del CG indicados en las especificaciones de las aeronaves.
Principios de cálculos de peso y balance de un avión.
Sería conveniente en este punto revisar y discutir algunos principios básicos en la determinación del peso y balance. El siguiente método de cálculo se puede aplicar a cualquier objeto o vehículo para el cual la información de peso y balance es esencial.
Determinando el peso de la aeronave vacía y añadiendo el peso de todo lo cargado en el avión, se puede determinar el peso total, un concepto simple. Un problema mayor, particularmente si no se entienden los principios básicos de peso y balance, es distribuir este peso de tal manera que toda la masa de la aeronave cargada se balancea alrededor de un punto (CG) que debe estar situado dentro de límites específicos.
El punto en el que una aeronave se balancea puede ser determinado localizando el CG, que es, como se indica en las definiciones de términos, el punto imaginario en el que se concentra todo el peso. Para proporcionar el balance necesario entre la estabilidad longitudinal y el control de elevador, el CG normalmente se encuentra un poco por delante del centro de sustentación. Esta condición de carga provoca en vuelo una tendencia de picado, lo cual es deseable durante el vuelo a altos AOA y baja velocidad.
Como se mencionó anteriormente, una zona de seguridad en el que el punto de equilibrio (CG) debe caer se llama rango de CG. Los extremos del son llamados límites delantero y trasero del CG. Estos límites se especifican generalmente en pulgadas o mm, a lo largo del eje longitudinal del avión, medidos desde un punto de referencia, llamado datum. El datum es un punto arbitrario, establecido por el diseñador del avión, que pueden variar la localización entre diferentes aeronaves.
La distancia desde el datum a cualquier componente o cualquier objeto cargado en la aeronave, se llama brazo.
Cuando el objeto o componente está situado por detrás del datum, se mide en forma positiva; si está situado por delante del datum, se mide como negativo. La ubicación del objeto o parte se conoce a menudo como estación. Si el peso de cualquier objeto o componente se multiplica por la distancia al datum (brazo), el producto es el momento. El momento es la medida de la fuerza de la gravedad que provoca una tendencia del peso a girar alrededor de un punto o eje y se expresa en libras-pulgada o milímetros-kilogramos.
Para ilustrar, supongamos que sobre una tabla se coloca un peso de 50 libras en la estación o punto 100 pulgadas desde el datum. La fuerza hacia abajo del peso puede ser determinada multiplicando 50 libras por 100 pulgadas, lo que produce un momento de 5.000 libras pulgadas.
Para establecer un balance, un total de 5.000 in-lb debe aplicarse en el otro extremo. Cualquier combinación de peso y distancia que, al multiplicarse, produce un momento de 5.000 in-lb va a equilibrar la tabla. Por ejemplo, ver figura, si un peso de 100 libras se coloca en un punto (estación) a 25 pulgadas del datum, y otro peso de 50libras se coloca en un punto (estación) a 50 pulgadas del datum, la suma de los producto de los dos pesos y sus distancias da un momento total de 5.000 in-lb, lo que balancea la tabla.
Restricciones de Peso y Balance de un avión.
Las restricciones de peso y balance de la aeronave deben ser seguidas de cerca. Las condiciones de carga y el peso vacío de una aeronave en particular pueden variar de las que se encuentran en el AFM/POH porque se pueden haber realizado modificaciones o cambios de equipo. Los ejemplos de problemas de carga en el AFM /POH son solamente para guía; por lo tanto cada aeronave debe ser tratada por separado. A pesar que un avión está certificado para un determinado peso bruto máximo al despegue, no va a despegar de forma segura con esta carga bajo cualquier condición.
Las condiciones que afectan la performance al despegue y ascenso, tales como la elevación, altas temperaturas y alta humedad (alta altitudes de densidad) puede requerir una reducción en el peso antes de intentar el vuelo.
Otros factores a tener en cuenta antes del despegue son la longitud de la pista, superficie de la pista, pendiente de la pista, viento en superficie, y presencia de obstáculos. Estos factores pueden requerir una reducción de peso antes del vuelo.
Algunos aviones están diseñados de manera que es difícil cargarlos de una manera que coloque el CG fuera de los límites. Estos son por lo general aviones pequeños con los asientos, combustible, y áreas de equipaje ubicadas cerca de los límites de CG. Los pilotos deben ser conscientes de que dentro de los límites del CG estos aviones pueden ser sobrecargados en peso. Otros aviones pueden ser cargados de tal manera que estarán fuera de los límites del CG aunque no se haya excedido la carga útil. Debido a los efectos de un desbalance o condición de sobrepeso, un piloto debe estar siempre seguro de que una aeronave se ha cargado correctamente.
Para saber más:
Bibliografía.
U.S. Department of Transportation
Federal Aviation Administration