Ruidos originados por aeronaves

El ruido producido por los aviones está considerado entre los más molestos. Su impacto y variedad no se limita a las proximidades de los grandes aeropuertos, sino que afecta también en mayor o menor medida, a un gran número de zonas urbanas y rurales en todos los países del mundo.

De igual manera, el aumento del número de personas que utilizan con frecuencia el avión como medio de transporte y la generalización de su uso en el transporte de mercancías, ha producido un aumento exponencial del tráfico aéreo en las últimas décadas. La expectativa es que con el pasar del tiempo el número de pasajeros transportados aumente. Dentro de este marco, en 1966 se celebró la Primera Conferencia Internacional sobre el Ruido producido por los aviones, en la que se trató de llegar a un esfuerzo concertado por todos los países para buscar una solución a través de la Organización de la Aviación Civil Internacional. En 1971 se adoptó finalmente un conjunto de recomendaciones estándar para la regulación de los niveles de ruido permisibles a la Aviación Civil. (Esteban Alonso, 2003, p.79)

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La mayor fuente de ruido en una aeronave son los motores o el sistema de propulsión y el ruido aerodinámico. El ruido de un motor de reacción que es principalmente el que se oye en tierra, procede de dos zonas principales: la zona de escape y la zona de compresor. (Harris, 1995)

Es por esto que, describiremos brevemente los diferentes tipos de motores, como son:

Figura 4: Partes de un avión Fuente: Aviación para todos 2009

Figura 5: Fuente de control de vuelo Fuente: Airbus319, display y controles

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 Motores de Reacción Motores turborreactores.

En términos constructivos, el turborreactor es el más básico de todos los motores de turbina de gas para aviación. Comúnmente se divide en zonas de componentes principales que van a lo largo del motor, desde la entrada hasta la salida del aire: en la zona de admisión (parte delantera) hay un compresor que toma el aire y lo comprime, una sección de combustión inyecta y quema el combustible mezclado con el aire comprimido, a continuación una o más turbinas obtienen potencia de la expansión de los gases de escape para mover el compresor de admisión, y al final una tobera de escape acelera los gases de escape por la parte trasera del motor para crear el empuje. Entre los diseños de turborreactores se distinguen dos grandes grupos: los de compresor centrífugo y los de compresor axial. (Motores de aviación, 2015) La cantidad de ruido producido depende principalmente del área de la sección recta de la tobera, de la densidad de los gases y de su velocidad relativa (Harris, 1995).

Estos procesos realizados en la turbina del avión generan tres tipos de ruidos, como son: • Ruido en la boca de entrada: Provocado por la toma de aire, especialmente como resultado del ruido del comprensor más el ruido aerodinámico.

• Ruido emitido por las vibraciones del armazón del motor.

• Ruido de escape: Incluye aportaciones de fuentes sonoras del interior del motor, tales como el ruido de combustión y turbinas, pero se originan sobre todo en el área exterior de la tobera, donde se mezclan el chorro de aire a alta velocidad y el aire circundante. A este ruido se le conoce precisamente como ruido aerodinámicodel escape, y es la principal causa de ruidos delmotor turborreactor en condiciones normales de plena potencia, yen lo relativo a potencia de sonido supera a todos los demásruidos (Harris, 1995).

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El compresor produce un ruido que principalmente se genera en los alabes del rotor y en los del estator. Es un ruido de alta frecuencia, que se oye de forma muy acusada delante del motor y aunque este ruido aumenta con las revoluciones del compresor, en general queda enmascarado por el mayor nivel de ruido del escape; no obstante, el ruido del compresor predomina en regímenes que requieren poco empuje del motor como ocurre en las operaciones de aproximación y aterrizaje (Cuesta, 1982).

Para comprender mejor la generación de ruido en un turborreactor, exponemos sucintamente el principio de la operación de los motores de reacción y que está basado en la aplicación de la Segunda y Tercera Ley de Newton, que se plantea a continuación:

• Segunda Ley de Newton.- El incremento de la cantidad de movimiento es igual a la impulsión de la fuerza aplicada y tiene la misma dirección que aquella. También se expresa como la fuerza (F) total ejercida sobre un cuerpo y es igual al producto de su masa (m) por la aceleración (a), es decir:

𝐹 = 𝑚 𝑥 𝑎

. Tercera Ley de Newton.- A toda acción de una fuerza (F), hay una reacción o empuje (E) igual y actuando en la misma dirección y sentido contrario, es decir

𝐸 = −𝐹

Figura 6: Motor Turborreactor Fuente: Harris, 1995.

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La relativa simplicidad de diseño de los turborreactores se prestaba para la producción en tiempo de guerra, pero la Segunda Guerra Mundial finalizó antes de que los turborreactores pudieran ser producidos en masa. El modelo más avanzado desarrollado durante la guerra fue el Heinkel HeS 011 pero no llegó a tiempo para entrar en servicio. En los años posteriores a la guerra, gradualmente se fueron evidenciando los inconvenientes de los turborreactores. Por debajo de una velocidad en torno al Mach 2, los turborreactores son muy ineficientes en cuanto a consumo de combustible y producen una enorme cantidad de ruido. Además, los primeros diseños tenían una respuesta muy lenta a los cambios de potencia, un hecho que provocó la muerte a muchos pilotos experimentados cuando intentaron la transición a los reactores. Esos inconvenientes finalmente condujeron a la caída del turborreactor puro, quedando solo un puñado de modelos en producción y dando paso a los turborreactores de doble flujo conocidos como turbofan o turboventiladores. (Lezcano, A., L., 2002)

Motores turboventiladores

Los motores turbo ventiladores o también llamados turbofan son la generación de motores que reemplazo a los antes descritos, pues tienen varias ventajas respecto a los turborreactores: menor consumo de combustible, menos contaminación y ruido ambiental. (Anzaldo Muñoz, 2013).

Barreto (2007) señala que un generador de gas es la parte fundamental del motor, pues este fluye del generador a una turbina de baja presión que impulsa un ventilador en el frente del motor. El aire del ventilador se divide: parte de él se va a través del generador de gas. Como este último flujo de aire no se calienta mediante el proceso de combustión, se le llama chorro frío. La relación de aire en el chorro frío en comparación con el que fluye a través del generador de gas se define como relación de desviación o bypass.

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 Motores de Turbina Motores Turbohélice.

Es un motor a reacción que tiene como sistema propulsor una hélice y una tobera; sus componentes internos de un motor no se diferencian demasiado a los de un turborreactor. Su principal diferencia reside en el funcionamiento, pues a medida que aumenta la altura de vuelo, disminuyen: la potencia, el consumo de combustible y el empuje residual. (Anzola y Ortiz, 2015)

Estas características demuestran que son más adecuados para despegar con cargas pesadas en pistas de longitud corta y media. Además, su velocidad se limita hasta 805 km/h aproximadamente debido al rendimiento de la hélice que disminuye fácilmente con el aumento de velocidad por la formación de ondas de choque. (Oñate, 1981)

Figura 7: Motor Turbofan Fuente: Diseños de elementos de motor aerorreactor, 2013.

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Motores turboeje

Es un motor muy similar al turbohélice. No obstante, en el turbohélice la hélice es soportada directamente por el motor, y el motor está atornillado a la estructura de la aeronave en cambio, en el turboeje el motor no tiene que ofrecer un soporte físico directo a los rotores del helicóptero, pues el rotor está conectado a una transmisión fijada a la estructura y sencillamente transmite la potencia por medio de un eje de transmisión. Algunos ven esta distinción poco relevante, de hecho, en algunos casos las compañías fabricantes de motores producen turbohélices y turboejes basados en el mismo diseño. (Cruz Ramón, 2013)

 Motores de Explosión

Motores de cilindros en oposición:

Este motor tiene dos bancadas de cilindros ubicadas en los lados del cárter una en contraposición de la otra. Puede ser refrigerado por aire o por líquido, pero las refrigeradas por aire son las predominantes. Además, “Este tipo de motor es montado con el cárter en posición horizontal en aeroplanos, pero puede ser montado con el cárter en vertical en helicópteros. Debido a la disposición de los cilindros, las fuerzas recíprocas tienden a

Figura 8: Esquema de Motor turbohélice Fuente: Motores a reacción: turbohélice, 2015.

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cancelarse, resultando en un buen funcionamiento del motor. Por lo tanto, son relativamente pequeños, livianos y económicos, los motores de cuatro o seis cilindros opuestos refrigerados por aire son de lejos los motores más comúnmente usados en pequeñas aeronaves de aviación general que requieren una potencia no superior a 400 HP (300 kW) por motor. Las aeronaves que necesitan una potencia superior en cada motor tienden a ser propulsados por motores de turbina”. (Cruz Ramón, 2013, p.13, 14)