Despegues en aeropuertos de gran altitud

En las últimas décadas, se ha producido una notable expansión del transporte aéreo de pasajeros y mercancías. Esto ha tenido dos consecuencias importantes, una ha sido el desarrollo de la industria de mantenimiento de motores, aviones y componentes aeronáuticos, que ha alcanzado un volumen de negocio que ha superado al de la construcción propiamente dicha y la otra, como no podía ser de otra forma, ha sido la construcción de nuevos aeropuertos o potenciación de los ya existentes, para expedir y recibir ese enorme tráfico de mercancías y personas.

Entre estos, como es lógico, hay algunos situados a gran altitud sobre el nivel del mar. Aparte de los ya clásicos de Méjico 2.230 metros (7316 pies) y la Paz (Bolivia) de 4.061 metros (13.323 pies), están Inca Manco Cápac cerca del Lago Titicaca en Perú (3.826 metros (12.552 pies), Lhasa-Gonggar en China 3.570 metros (11713 pies), Jiuzhai Huanglong, también en China con 3.448 metros (11.312 pies), Andahuaylas en Perú 3.444 metros (11.299 pies), Cuzco en Perú 3.310 metros (10.860 pies), Juana Azurduy De Padilla en Bolivia 2.904 metros (9.528 pies), Mariscal Sucre-Quito en Ecuador 2.813 metros (9.196 pies) y Comandante Germán Arias Grazini en Perú 2.773 metros (9.098 pies). Completan la lista los aeropuertos de Banga en Qando (Tibet) con 4.334 metros (14.219 pies) de altitud, y el Daocheng, que se alza en Gaarzi, un departamento tibetano de la provincia de Sichuan que, con sus 4.411 metros (14.570 pies) sobre el nivel del mar, es el aeropuerto a más altitud del mundo.

Las tripulaciones que operan aviones en aeropuertos de gran elevación, acompañados algunas veces de altas temperaturas, saben que las prestaciones del avión y de los motores en estas condiciones cambian sustancialmente de las encontradas al nivel del mar. Hay varios factores que afectan la capacidad de un motor para producir un nivel de empuje especificado. Uno de ellos es la densidad del aire. Cuando la elevación se incrementa, la densidad del aire decrece, dando lugar a que menos masa de aire pase a través del motor. Menos flujo de aire, significa menos empuje. Otro factor es la temperatura ambiente. Cuando ésta se incrementa, la densidad del aire decrece, dando lugar a otra pérdida de masa de aire, con la consiguiente disminución de empuje. La combinación de ambos factores, aeropuerto elevado y alta temperatura ambiente, provocan un déficit sustancial de empuje.
Los cambios de densidad también afectan la capacidad de producir sustentación del ala. Para un peso dado, se requieren velocidades más altas y mayor ángulo de ataque del ala en un aeropuerto elevado, que en uno situado al nivel del mar.

Existe otro tercer factor cuya acción, afortunadamente, va en contra de los anteriores, es la velocidad. A medida que ésta se incrementa, aumenta la presión dinámica en la entrada del motor llegando a ser significativa a altas velocidades. Lo mismo sucede en las alas del avión cuya sustentación es proporcional al cuadrado de la velocidad. Por ello es beneficioso conseguir altas velocidades de despegue. Sin embargo, la misma está limitada por la velocidad de giro de las ruedas y la capacidad de absorción de energía del sistema de frenado. Los despegues deben ser realizados teniendo en cuenta la posibilidad de abortar, la decisión puede ser motivada por diversas circunstancias, tales como un fallo de motor, reventón de un neumático o un obstáculo en la pista. Aunque improbable, es posible que la decisión de parar deba ser tomada a una velocidad próxima a la V₁, por ello conviene asegurarse de los límites del sistema de frenos.

De acuerdo a todo lo anterior y con la necesidad de realizar una operación rentable, mediante el transporte de una carga de pago razonable, se comprende la necesidad de contar con pistas más largas que las necesarias para el despegue con el mismo peso en un aeropuerto al nivel del mar. Ejemplos son las pistas de La Paz con una pista de 13.124 pies (4.000 metros) o la de Méjico con 12.966 pies (3.985 metros) de longitud frente a Barcelona con la pista más larga de 10.997 pies (3.743 metros).

Vamos a ilustrar lo anterior con un ejemplo, utilizando para ello los gráficos incluidos en el “787 Airplane Characteritistics for Airport Planning” de Boeing.

La figura 2.1.1 proporciona las características generales, en cuanto a peso, del Boeing787-8. Seleccionamos la columna del motor Rolls-Royce con un MDTW (Max. Design Taxi Weight) de 503500 lbs. y nos movemos por la misma hasta el OEW (Operating Empty Weight) cuyo valor es 259.700 lbs.
Supongamos que queremos transportar una carga de pago de 75.000 lbs a una distancia de 4.500 millas náuticas. Sumamos este valor al OEW (resultado aprox. 335.000 lbs.) y vamos al gráfico 3.2.1. Se coloca la distancia en el eje de abscisas y el peso en el eje de ordenadas y por ambos puntos se trazan unas líneas vertical y horizontal, respectivamente. La intersección de ambas nos da un peso al despegue (línea diagonal) de 450.000 lbs.

Con el peso al despegue calculado vamos al gráfico 3.3.1 y lo situamos en el eje de abscisas. Sobre él trazamos una línea vertical que corte las curvas situadas encima, sea level, 2.000, 4.000 y 6.000 pies de altitud. Sobre estos puntos se trazan líneas horizontales al eje de ordenadas, obteniéndose así las longitudes de pista necesarias para este peso, en las altitudes correspondientes con temperatura estándar, sin viento, sin pendiente de pista y con pista seca. Repitiendo este procedimiento para temperaturas ambiente de 30º y 45º centígrados (gráficos 3.3.2 y 3.3.3 del manual mencionado), obtenemos los resultados indicados en la Tabla I

En esta tabla puede observarse el incremento de la longitud de pista necesaria con la altitud de aeropuerto y, también, para una misma altitud el incremento con la temperatura.
En suma, la diferencia de despegar de un aeropuerto de elevada altitud con, posiblemente, alta temperatura y hacerlo de otro al nivel del mar y con temperatura estándar, está en que en el primero nos encontramos próximos a varios límites de prestaciones, por lo que es obligatorio seguir estrechamente los procedimientos establecidos, para asegurar que se aprovecha la longitud de pista sin exceder los límites de velocidad.

Bibliografía:
“787 Airplane Characteritistics for Airport Planning” de Boeing.