ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA
MECANICA Y ELECTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMAN
OPCION CURRICULAR INGENIERIA AERONAUTICA
“DESARROLLO DE UN PROGRAMA PRELIMINAR DE
SIMULACIÓN PARA DETERMINAR LA CAPACIDAD DE
PISTAS DEL AEROPUERTO INTERNACIONAL DE LA
CIUDAD DE MÉXICO”
TESINA DE PROYECTO
PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO EN AERONAUTICA
P R E S E N T A: AZPIRI CHARTERIS PABLO HERNANDEZ DAVILA ERIKA ORUCUTA GUEVARA ANDRES RODRIGUEZ PONCE RAFAEL M.
I
INDICE
PAGINA
RELACIÓN DE TABLAS
IIIRELACIÓN FIGURAS
IVRESUMEN
VABSTRACT
VIINTRODUCCIÓN
VIICAPITULO I:
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1 Descripción del problema 1
1.2 Objetivo 7
1.3 Objetivos Específicos 7
1.4 Justificación 7
1.5 Alcances 8
CAPITULO II: MARCO TEORICO
2.1 Federal Aviation Administration 9
2.2 Recomendaciones de la Internacional Air Transport Association
15
2.3 Estudios previos de capacidad de pistas en otros países: Programa de Investigación de Capacidad de Pista
25
2.4 Programa de simulación para determinar capacidades: Airport Capacity Analysis Through Simulation
28
CAPITULO III: PROCESO DE LA INVESTIGACION
3.1 Elementos a considerar 31
3.2 Formatos utilizados 35
3.3 Análisis de resultados 37
CAPITULO IV: DESARROLLO DEL PROGRAMA
II
4.2 Diagrama de flujo 56
4.3 Comparación de datos recabados-simulados 57
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
58BIBLIOGRAFIA
61LISTADO DE SIGLAS
62GLOSARIO
64APENDICES
A1 Formatos utilizados AA2 Características del aeropuerto C
A3 Reglas de separación E
A4 Base de datos J
III
RELACIÓN DE TABLAS
TABLA PAGINA
1.1 Capacidad obtenida de la AC 150/5060-5, para el AICM (2006). Cortesía del AICM
6
2.1 Clasificación de aeronaves 10
2.2 Configuración de pista, índice de mezcla, capacidad por hora y volumen de servicio anual.
14
2.3 Separaciones por turbulencia 20
2.4 Producción máxima típica horario de pistas 24
3.1 Toma de tiempos para despegues 36
3.2 Pesos máximos de despegue 38
3.3 Clasificación de aeronaves 39
3.4 Distancia en MN y Km 40
3.5 Velocidades y promedios por pistas y tipos 41
3.6 Distancias calculadas para las pistas 05L y 23R 43 3.7 Distancias calculadas para las pistas 05R y 23L 44 3.8 Capacidad obtenida por hora de observación, durante el
periodo de recopilación
50
4.1 Valores utilizados en las pruebas del programa 57 4.2 Resultados obtenidos, para los datos proporcionados 57
IV
RELACIÓN FIGURAS
FIGURA PAGINA
1.1 Separación entre pistas 3
1.2 Plano de obstáculos del AICM 4
1.3 Plano de localización del AICM 5
3.1 Vórtices de turbulencia 31
3.2 Ejemplos de distancias calculadas 45
3.3 Diagrama espacio tiempo, 12 de Marzo pista 05R 48
4.1 Pantalla del programa de simulación 54
V
RESUMEN
La presente investigación surgió por el interés de desarrollar un programa de simulación que se utilizara como herramienta para determinar la capacidad de un aeropuerto.
Para la realización de este trabajo se contó con facilidades y equipo para analizar las operaciones de llegada y salida, en las pistas del Aeropuerto Internacional de la Ciudad de México (AICM), en donde se tomaron datos específicos de cada operación y ello tomando diversas muestras en el periodo comprendido del 09 de Enero al 04 de Abril de 2007.
Con la investigación realizada fue posible constatar diversos aspectos vinculados con el factor humano que de una u otra forma afecta la capacidad del sistema de pistas de un aeropuerto.
Aunque durante la realización del estudio se presentaron algunas limitaciones de acceso a información relevante, fue posible superar este factor, logrando desarrollar un programa que permite determinar la capacidad de pistas del AICM, con la posibilidad de modificar las variables que intervienen.
Existen cuatro métodos para determinar la capacidad de un sistema de pistas: la gráfica, que como su nombre lo dice se basa en la obtención de gráficas de espacio-tiempo; la numérica, que se basa en la sustitución de fórmulas; la de la Federal Aviation Administration, que utiliza fórmulas y gráficas, agrupadas en tablas; y por último el método de la simulación, que busca simular las operaciones del aeropuerto.
De todos los métodos mencionados con anterioridad y debido a las condiciones actuales del Aeropuerto Internacional de la Ciudad de México, el método de simulación de operaciones puede presentar un resultado cercano al número de operaciones reales realizadas en el Aeropuerto. Sin embargo, los programas de simulación existentes son de costos elevados y de origen extranjero.
VI
ABSTRACT
The present research, appear as the result of the interest in develop a simulation program that will be use as a tool for determine the capacity of an airport.
In order to realize this work, facilities and equipment were supplied for study the arrivals and departures on the runway system of the International Airport of Mexico City (AICM), taking specific data in every kind of operation during the period established between January 9th and April 4th of 2007.
During the research, it was possible to notice different aspects related to the human factor, which affects, in one way or other, the capacity of a runway system in an airport.
Although some limitations of access to relevant information were presented during the research, it was possible to develop a program that allows determining the capacity of the runway system in the AICM.
There are four methods for determine airport capacity: the graphic, that as the name suggests uses the space-time graphs; the numeric, based in the substitution of formulae; the Federal Aviation Administration Method, that use tables of graphs and formulas; and finally, the simulation method, which simulates the flight operations of the airport.
Of the four methods mentioned and taking into consideration the present conditions of the AICM, only the method of simulation can give a result that reflects more or less accurately the real number of operations taking place. However it is worth mentioning that the existing programs are very expensive and were designed abroad.
VII
INTRODUCCION
La definición de capacidad de pistas es el número máximo de operaciones, es decir, de llegadas y salidas de aeronaves por unidad de tiempo, para una mezcla de aeronaves dada.
En este proyecto de investigación, se busca crear un programa de simulación de pistas, diseñado en México, que permita determinar la capacidad de éstas en el Aeropuerto Internacional de la Ciudad de México (AICM), tomando en cuenta los elementos reales recabados en la observación de campo realizada y que intervienen en la cantidad de operaciones que se pueden realizar en el sistema de pistas.
Para lograr desarrollar el programa de simulación propuesto en este estudio, el proyecto se encuentra compuesto por los siguientes capítulos:
Capitulo I: Este capítulo describe la problemática del AICM, las razones por las
cuales no se puede obtener un resultado de capacidad congruente, se identifican algunos factores que afectan la capacidad del aeropuerto así como la importancia de hacer este cálculo de la manera más exacta posible. Se muestran los resultados obtenidos de aplicar la circular AC 150/5060-5 Airport Capacity and Delay de la Federal Aviation Administration (FAA).
Capitulo II: En esta parte se mencionan las recomendaciones y procedimientos
para el cálculo de capacidad aeroportuaria, hechas por organizaciones como la FAA o la International Air Transport Association (IATA). Se mencionan, además, el estudio de capacidad realizado en España y la forma en que se realizó; así como el programa de simulación que desarrolló la empresa Mitre, Airport Capacity Analysis Through Simulation (ACATS).
Capitulo III: En esta sección se da a conocer el estudio de campo realizado en el
AICM; los datos que se tomaron, diagramas espacio-tiempo; así como los resultados de capacidad obtenidos a través de este análisis.
VIII
Capitulo IV: Es el capítulo que describe el funcionamiento del programa; los datos
que requiere que el usuario ingrese para hacer el cálculo de capacidad, así como los datos que considera el programa para hacer dichos cálculos. Se realiza una comparación de resultados entre los obtenidos por el programa y los obtenidos en la investigación de campo, donde se verificará la efectividad del mismo.
1
CAPÍTULO I: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
El conocimiento preciso de los factores que afectan a la operación en las pistas de un aeropuerto es fundamental para que la determinación de la capacidad se ajuste, con el mayor rigor posible, a la realidad de las operaciones y aportar así cifras concretas, a fin de satisfacer mejor las necesidades de los usuarios.
En México, es muy difícil obtener resultados congruentes en cuanto a capacidad aeroportuaria, debido a que existen varios Aeródromos que no cumplen con las normas o recomendaciones de los organismos oficiales, ello como resultado de la mala planeación y falta de exigencias por parte de las autoridades.
La capacidad del Aeropuerto Internacional de la Ciudad de México (AICM) es necesaria para determinar las características de operación, así como para evaluar las características del aeropuerto y poder implantar nuevos proyectos.
Las características de la infraestructura del aeropuerto son el principal problema al que se enfrenta, rodeado en todo su perímetro por zonas habitacionales y sin posibilidad alguna de ampliación, lo que deja ver claramente la poca planeación a futuro hecha para el aeropuerto con más operaciones en el país.
Como se describe en el anexo 14 Aeródromos de la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI), en su capitulo 3, la separación entre los ejes de pistas paralelas debiera ser de 210 m o más cuando en éstas se realizan únicamente vuelos visuales. Para vuelos por instrumentos la separación entre los ejes debe ser la siguiente:
1035 m en aproximaciones paralelas independientes. 915 m en aproximaciones paralelas dependientes. 760 m en salidas paralelas independientes.
2
760 m en operaciones paralelas segregadas.
La separación existente entre los ejes de pistas, en el Aeropuerto Internacional de la Ciudad de México, como se puede observar en la figura 1.3, es de 310 m, lo cual es menor a la distancia mínima requerida recomendada por la OACI, para llevar a cabo operaciones simultáneas.
Otro aspecto importante a considerar con respecto a las pistas del AICM son las diferentes superficies limitadoras de obstáculos, siendo una de éstas la de aproximación a las pistas 05L y 05R en donde la presencia de edificaciones obligo el desplazamiento de los umbrales de ambas pistas. (Ver figura 1.2)
3
4
5
Los obstáculos que se encuentran en la pendiente de aproximación son otro de los problemas que afectan la capacidad del AICM (Figura 1.2).
Como se puede observar en la figura 1.3, el AICM se encuentra rodeado de las casas y edificios ubicados en la Ciudad de México, ya que debido a la mala planeación urbana, las trayectorias a las pistas pasan sobre áreas habitacionales. Es por ello que los umbrales fueron desplazados. Sumado al problema de la mala planeación del desarrollo urbano, además, se puede observar que los cerros que limitan el Valle de México, se encuentran muy cerca del Aeropuerto, afectando los procedimientos de aproximación y de salidas.
6
Otro de los problemas que se presentan es que, para conocer la capacidad, de manera cercana a la realidad, se tienen que adaptar varios valores y omitir otros, por lo que los resultados no son precisos.
Los operadores del aeropuerto pueden contratar a empresas que utilizan programas de simulación para calcular las capacidades, sin embargo, son empresas de consultoría extranjeras que realizan los cálculos, pero a costos muy elevados y muchas veces obteniendo resultados incongruentes con la operación real.
1.1.1 ¿QUÉ CAPACIDAD SE HA OBTENIDO, A TRAVÉS DE LOS
MÉTODOS TRADICIONALES?
El número de operaciones estimado durante un año según la siguiente tabla es de 285,000 operaciones, el cual fue obtenido de los cálculos realizados basados en la circular de la Federal Aviation Administration (FAA) AC 150/5060-5 Airport Capacity and Delay, y es menor que el valor de demanda esperado del AICM el cual se estima de 347,635 operaciones con un índice de mezcla de 103.68.
Índice de mezcla
Capacidad horaria
(ops/hr) “ASV” Volumen de
Servicio Anual (ops/año)
VFR IFR
81-120 105 59 285,000
Tabla 1.1 Capacidad obtenida de la AC 150/5060-5, para el AICM (2006). Cortesía del AICM
Ahora bien, las operaciones reales en el 2006 en el AICM fueron: 352,973 (fuente OACI). Con ello se observa que los resultados obtenidos están en función del método utilizado, donde las variables aplicadas se encuentran delimitadas por el mismo método, ya que los valores calculados y estimados son superados claramente por el valor real de operaciones anuales en dicho aeropuerto.
7
Para tratar de encontrar un método a través del cual se eliminen las diferencias entre los valores estimados de capacidad de un sistema de pistas con el número de operaciones que se realizan en la realidad, el presente trabajo busca el siguiente objetivo.
1.2 OBJETIVO
Desarrollar un programa preliminar de simulación que sirva como herramienta para determinar la capacidad de pistas del Aeropuerto Internacional de la Ciudad de México.
1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Analizar los métodos teóricos existentes para realizar el cálculo de capacidad.
Recopilar los tiempos de aterrizajes y despegues en una muestra de operaciones del AICM.
Desarrollar un programa que realice los cálculos de capacidad de manera precisa.
Comprobar el buen funcionamiento del programa.
1.4 JUSTIFICACIÓN
Determinar la capacidad del AICM es de vital importancia para el desarrollo de las operaciones del mismo, pues si se pasa por alto este cálculo se esta dejando de lado la saturación del aeropuerto, que es uno de los principales problemas a los que se enfrenta y que se ha ido agravando con el paso de los años.
La Subdirección de Operaciones, del AICM, ha contratado a la Asociación Internacional del Transporte Aéreo (IATA), para realizar los cálculos de capacidad de manera precisa, pero debido a las condiciones de los aeropuertos mexicanos, los resultados de capacidad exceden los parámetros, ya que el valor obtenido es
8
mucho menor al valor real de operaciones realizadas, por lo que, esta investigación busca disminuir los costos en los estudios, generar un programa hecho en México y obtener los cálculos de capacidad de manera correcta y de acuerdo a las condiciones particulares del Aeropuerto internacional de la Ciudad de México.
1.5 ALCANCES
Desarrollar un programa hecho en México, que simule las operaciones del AICM, para poder determinar la capacidad de las pistas de éste a costos más reducidos y de manera precisa.
9
CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO
2.1 FEDERAL AVIATION ADMINISTRATION (FAA)
En Estados Unidos, la FAA elaboró la circular AC 150/5060-5 Airport Capacity and Delay, en la cual se mencionan los procedimientos para calcular la capacidad en un sistema de pistas y la demora de aeronaves.
Esta circular se conforma por los siguientes capítulos:
o El Capitulo 1, provee un panorama general de la capacidad aeroportuaria y el análisis de demora de aeronaves.
o El Capitulo 2, contiene el cálculo de computadora para determinar la capacidad aeroportuaria, el volumen de servicio anual (ASV), y demora de aeronaves para la evaluación a largo plazo.
o El Capitulo 3, contiene más a detalle los cálculos apropiados para un rango más amplio del diseño del aeropuerto y las aplicaciones planificadoras.
o El Capitulo 4, contiene cálculos especiales de capacidad relativa a: Periodos de visibilidad pobre y condiciones de cielo.
Aeropuertos que no cuenten con una cobertura de radar y/o un sistema de aterrizaje por instrumentos (ILS).
Aeropuertos con pistas paralelas cuando una pista es limitada a ser usada por aeronaves pequeñas.
o El Capitulo 5, identifica los modelos computacionales los cuales pueden utilizarse para refinar la capacidad de pistas y el análisis de aeronaves.
o El apéndice contiene ejemplos aplicando los capítulos 2, 3, y cálculos del 4 de la circular AC 150/5060-5 Airport Capacity and Delay.
10
Los siguientes son términos utilizados en la citada circular y son utilizados en Estados Unidos y consultados a nivel mundial, por lo cual se destacan a continuación algunos de los aspectos en ella contenidos:
a. Mezcla de Aeronaves. La mezcla de aeronaves es un porcentaje relativo del comportamiento de las aeronaves por cada una de las cuatro clases de aeronaves (A, B, C y D). La Tabla 2.1 identifica los aspectos físicos de las cuatro clases de aeronaves y la relación a los términos usados en los estándares de estela de turbulencia.
CLASE DE AERONAVE PESO MAXIMO CERTIFICADO AL DESPEGUE (lbs). NUMERO DE MOTORES CLASIFICACIÓN DE ESTELA DE TURBULENCIA A
12,500 o menor Sencillo Pequeña (S)
B Multimotor
C 12,500 – 300,000 Multimotor Grande (L)
D Arriba de 300,000 Multimotor Pesada (H)
Tabla 2.1. Clasificación de Aeronaves
b. Volumen de Servicio Anual (AVS). El AVS es un estimado razonable de la capacidad anual del aeropuerto expresado en operaciones. Éste informa el uso de pistas, mezcla de aeronaves, condiciones climáticas, etc., las cuales pueden encontrarse durante el tiempo de un año.
c. Capacidad (estimación de la capacidad). Es una medida del número máximo de operaciones de aeronaves las cuales podrán ser acomodadas en el aeropuerto o en la componente de aeropuerto en una hora. Considerando que la capacidad de una componente aeroportuaria es independiente de la capacidad de otros elementos del aeropuerto, ésta puede ser calculada separadamente.
d. Cielo y Visibilidad. Para propósitos de esta AC, los términos VFR, IFR, y PVC son usados como medidas relacionadas para las siguientes cielo y visibilidad.
11
1) Reglas de vuelo visual (VFR), representa condiciones que suceden siempre que las nubes del cielo estén cuando menos a 1,000 pies sobre el nivel de tierra y la visibilidad sea cuando menos de tres millas estatutas.
2) Reglas de vuelo por instrumentos (IFR), representa condiciones que suceden siempre que se reporten nubes en el cielo cuando menos a 500 pies pero menor a 1,000 pies y/o la visibilidad sea mayor a una milla estatuta pero menor que tres millas estatutas.
3) Pobre visibilidad y cielo (PVC) condiciones que suceden siempre que las nubes del cielo están a menos de 500 pies y/o la visibilidad es menor a una milla estatuta.
e. Demora. Es la diferencia entre lo obligado y lo no obligado en una operación a tiempo.
f. Demanda. Es la magnitud de las operaciones de aeronaves para ser acomodadas en un periodo específico.
g. Puerta- Es la posición de estacionamiento de una aeronave usada por ésta para un embarque y desembarque de pasajeros, correo, carga, etc.
1) Tipo de puerta está referido al tipo y/o tamaño de aeronave que utiliza ésta. Un Tipo de puerta 1 es capaz de acomodar todos los tipos de aeronaves, incluyendo las de fuselaje ancho como los del A-300, B-747, B-767, DC-10, L-1011, B777, A340, MD11 entre otros. Una puerta tipo 2 podrá acomodar solamente aeronaves de fuselaje angosto.
2) Mezcla de puertas es el porcentaje de aeronaves con los fuselajes angostos que puedan ser acomodadas por el grupo de puertas.
3) El tiempo de ocupación de puertas es la longitud de tiempo requerido para atender el ciclo de servicios que requiera una aeronave en la puerta.
12
h. Índice de exponente. Es una expresión matemática. Este es el porcentaje de la aeronave Clase C más 3 veces el porcentaje de la aeronave Clase D, y es escrito: %(C+3D).
i. Porcentaje de Arribos (PA). Es la razón de los arribos para el total de operaciones y es calculado de la siguiente forma:
A + ½ (T&G)
Porcentaje de arribos = --- x 100 A + DA + (T&G)
Donde:
A = número de arribos de aeronaves en la hora
DA = número de salidas por aeronave en la hora
T&G = número de toques y despegues en la hora
j. Porcentaje de toques y despegues. Es la taza de aterrizajes con un despegue inmediato del total de las operaciones y es calculada de la siguiente forma:
(T&G)
Porcentaje de toques y despegues = --- x 100 A + DA + (T&G)
Donde:
A = número de arribos de aeronave en la hora
DA = número de salidas de aeronaves en la hora
T&G = número de toques e idas en la hora
Las operaciones de toque y despegues están normalmente asociadas al entrenamiento de vuelo. El número de estas operaciones usualmente decrece en tanto el número de operadores aéreos se incrementa, así como la demanda para el servicio de aproximación de la capacidad de pista, o como las condiciones del clima se deterioren.
13
k. Configuración del Uso de Pista. La configuración del uso de pista es el número, ubicación, y orientación de la(s) pista(s), el tipo y dirección de las operaciones, y las reglas de vuelo en efecto en un tiempo en particular.
Para calcular la aproximación de la capacidad por hora y el ASV, según esta circular, se realizan los siguientes procesos:
a. Determinar el porcentaje de aeronaves de clase C y D en uso, o esperarse a usar, el aeropuerto.
b. Seleccionar la configuración del uso de pista, apoyado en la tabla No. 2.2, que mejor represente al aeropuerto.
c. Calculo del índice de mezcla.
d. Leer la aproximación VFR e IFR de capacidad por horas y el ASV directamente de la tabla No. 2.2.
Para el caso particular del AICM se incluirán solo las configuraciones de pistas paralelas.
14 No. CONFIGURACION DE USO DE PISTA INDICE DE MEZCLA %(C+3D) CAPACIDAD POR HORA OPS/HR VOLUMEN DE SERVICIO ANUAL OPS/Año VFR IFR 1. 0 a 20 98 59 230,000 21 a 50 74 57 195,000 51 a 80 63 56 205,000 81 a 120 55 53 210,000 121 a 180 51 50 240,000 2. 0 a 20 197 59 355,000 21 a 50 145 57 275,000 51 a 80 121 56 260,000 81 a 120 105 59 285,000 121 a 180 94 60 340,000 3. 0 a 20 197 62 355,000 21 a 50 149 63 285,000 51 a 80 126 65 275,000 81 a 120 111 70 300,003 121 a 180 103 75 365,000 4. 0 a 20 197 119 370,000 21 a 50 149 113 320,000 51 a 80 126 111 305,000 81 a 120 111 105 315,000 121 a 180 103 99 370,000
Tabla 2.2Configuración de pista, índice de mezcla, capacidad por hora y volumen de servicio anual.
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2.2 RECOMENDACIONES DE LA INTERNATIONAL AIR
TRANSPORT ASSOCIATION (IATA)
La IATA sugiere, en primer lugar, el uso coordinado de horario para manejar la demanda/capacidad.
En general la coordinación de horarios representa el más efectivo método de administración de la capacidad/demanda determinada.
La coordinación de ajustes de horario deberá ser hecha en un foro internacional donde las industrias pertinentemente representativas puedan discutir los cambios requeridos, al mismo tiempo en varios aeropuertos con las respectivas variaciones que afectan a otros aeropuertos.
CAPACIDAD MEDIDA DE FORMA VISUAL:
La capacidad medida varía de un subsistema a otro. El termino capacidad tiene varias definiciones pero en general hace referencia cuando rebasa o excede el limite, con afectación en las operaciones aéreas y niveles de servicio
La capacidad es usada con frecuencia para describir las variables medidas de un aeropuerto específico, sistema o subsistema. A través de la capacidad se propone acomodar y designar los niveles de demanda
CAPACIDAD DINÁMICA:
Se refiere al procedimiento máximo o proporción de flujo de personas (en ocupación) a través de un sistema por unidad de tiempo. La unidad de tiempo seleccionada para la medición señalada (minutos, horas, etc.) dependen de la naturaleza de la observación.
16 CAPACIDAD ESTÁTICA:
Es usada para describir el almacenamiento potencial y es expresada usualmente como el número de ocupantes que pueden estar en una misma área o que podrían ser acomodados en algún momento. Esta en función del total de espacio utilizable y los niveles de servicio que se han previsto para la cantidad de espacio que cada ocupante puede o necesita hacer uso
CAPACIDAD SUSTENTABLE:
Es usada para describir la capacidad completa de un subsistema y para la adaptación de la demanda de tráfico, sobre un periodo sustentado dentro de los estándares de espacio y tiempo de un nivel de servicio particular.
CAPACIDAD MÁXIMA:
Se refiere al tráfico máximo de afluencia la cual puede ser considerada por la unidad de tiempo elegida, pero no puede ser sostenida por un largo periodo de acuerdo con los requerimientos de seguridad y en todos los casos de demoras o niveles de servicio.
CAPACIDAD DECLARADA:
Se refiere a la capacidad limitada al sitio específico o por lugares específicos, como también en términos numéricos de facilidades individuales y recursos. Esta capacidad es un adelanto apropiado para los cuerpos de servicio y en la preparación de programas de vuelo.
CAPACIDAD BALANCEADA:
Es requerida para evadir desplazamientos, cuellos de botella, considerando la capacidad máxima de pista por la máxima capacidad de un aeropuerto.
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PERIODOS PICO TÍPICOS O DEMANDA DE HORAS PICO:
El pico típico es el máximo nivel de tráfico, por debajo del pico absoluto alcanzado en periodos de ocupación de un día típico ocupado. El segundo día más ocupado o el segundo día más ocupado en la semana de tráfico normal del aeropuerto es un buen día típico pico, especialmente excluyendo picos asociados con, por ejemplo: religiosos y otros días festivos
Las temporadas es una serie de tiempos que puede ser usada para segregar mensualmente pasajeros y datos de movimientos de aviones dentro de un ciclo de mayor tendencia y constituyentes accidentales. Es usual para identificar repetidos picos de pasajeros y vuelos por cada día de la semana distinguiendo altas tendencias para fluctuaciones al azar.
PROGRAMA DE REQUERIMIENTOS IMPUESTOS:
Es el plan detallado para la validación de conceptos, niveles de servicio valorados, facilidad de optimización y estudios de diseño que deberán ser administrados con dirección específica para los programas planeados como una herramienta de acceso.
Los programas planeados deben reflejar las características básicas de tráfico de los usuarios de los sistemas a estudiar. Un flujo de pasajeros estudiado típicamente requiere más información que un estudio de capacidad de pistas como son:
Flujo de aerolíneas
Tipos de aviones
Identificador de aviones
Tiempos de llegadas y salidas
Volumen de pasajeros origen/destino, transferencia de volúmenes de pasajeros, volumen de transito, etc.
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Trafico en el sector (internacional, nacional, etc.)
Asignación de puertas (gating)
SISTEMAS DE PISTA VISUAL:
El contraste fundamental de la capacidad de un aeropuerto se encuentra en el sistema de pistas. La capacidad de pistas pone un límite natural en la expansión de capacidad de algún aeropuerto y necesita una consideración cuidadosa para ser dada y eliminar factores que afecten la seguridad de flujo máximo que pueden ser procesados por pistas.
Esto siempre se debe intentar para asegurar que otros sistemas críticos como las puertas y las terminales, sean finamente balanceados con el funcionamiento máximo de pistas. Un desequilibrio entre capacidad de pista y capacidad de puerta resulta significante por retrasos de aviones y reduce sustancialmente la capacidad de los aeropuertos. Retrasos y procedimientos son el indicador principal del funcionamiento de pista.
CAPACIDAD DE PISTAS:
La capacidad de pistas es definida como la medida de operaciones por hora (salidas, llegadas o ambos) que razonablemente puedan ser esperados para ser acomodados por una pista o combinación de pistas, debajo de las condiciones locales especificas.
La capacidad de pista depende de la velocidad, tiempo de ocupación de pista, aproximación y espaciamiento de salida entre aviones sucesivos y el diseño del espacio aéreo, el modo de operación entre otras variables importantes.
19
FACTORES QUE INTERFIEREN LA CAPACIDAD:
La capacidad máxima está basada en las condiciones de operación y reglas, pero es también dependiente de los perfiles de demoras creados por la mezcla de vuelos y sector de vuelo para un día típico ocupado.
Los factores que interfieren la capacidad horaria de un aeropuerto incluyen:
a) Disposición de pistas.
b) Sistemas de rodajes.
c) Área de plataforma, puertas.
d) Tiempo de ocupación de pista.
e) La mezcla de aeronaves.
f) Condiciones climáticas.
g) Radio ayudas para llegadas/salidas.
h) Separación en aproximación final.
i) Facilidades y procedimientos de Control de Transito Aéreo (ATC)
j) Procedimientos de reducción de ruido
CÁLCULOS DE CAPACIDAD:
Los cálculos de capacidad de pista requieren una cuidadosa observación del programa de tráfico actual en el aeropuerto, particularmente durante periodos pico típico.
TURBULENCIA GENERADA:
La turbulencia generada es utilizada para describir el efecto de rotación de masas de aire generadas detrás de las alas de las aeronaves y las cuales afectan las operaciones de aviones atrás de ellos. Los aviones pesados generan más turbulencia. Es difícil controlar un avión cuando también está cerca un avión
20
aterrizando por lo cual existe una separación mínima recomendada, los aviones pequeños son más afectados que los grandes.
La separación entre aviones es un factor crítico en la determinación de capacidad de pista. La exitosa implementación de procesos, equipos y facilidades pueden resultar en la separación mínima entre aeronaves como medio efectivo para incrementar la capacidad de pista. La separación mínima por turbulencia generada está basada en la masa de las aeronaves de acuerdo a la clasificación que otorga la Organización Internacional de Aviación Civil (OACI).
AVION PRECEDENTE AVION SUCESIVO SEPARACION MINIMA
Pesado (1) Pesado 4 MN Mediano 5 MN Pequeño 6 MN Mediano (2) Pesado 3 MN Mediano 3 MN (4) Pequeño 5 MN Pequeña (3) Pesado 3 MN Mediano 3 MN Pequeño 3 MN
Tabla 2.3 Separaciones por turbulencia
(1) Aeronaves de 136 000 Kg. o más como peso máximo de despegue
(2) Aeronaves entre 7000 y 136 000 Kg.
(3) Aeronaves menores de 7000 Kg.
(4) 2.5 MN separación mínima radar en aproximación en aproximación final es tomada por varios aeropuertos europeos y debe ser investigada antes de considerar la construcción de nuevas pistas.
La tabla 2.3 muestra las previsiones básicas para la separación mínima por turbulencias para llegadas.
21
La separación mínima por turbulencia también aplica a salidas. Una separación mínima de 120 segundos es requerida para un despegue después de un avión pesado. Todas las otras categorías requieren 60 segundos de separación.
TIPOS DE OCUPACIÓN DE PISTA:
Un avión subsiguiente no puede tocar suelo hasta que el avión precedente deja libre la pista o buena posición en el rodaje de salida, asegurándose que el tiempo que gasta físicamente el avión sea mantenido en un mínimo.
Un tiempo de ocupación mínima de pista es de 50-55 segundos. El espaciamiento entre aviones sucesivos es aumentado y la capacidad de pistas decrece si los 50 segundos no pueden ser conseguidos.
EQUIPO Y PROCEDIMIENTO ATC:
El desempeño del equipo radar y las limitaciones ATC a veces asigna una mejor separación que la mínima demostrada en la tabla.
Estas limitaciones deben ser distribuidas para considerar sus prioridades investigadas en nuevas pistas.
MEZCLA DE AVIONES:
La separación entre los aviones depende de la categoría de los aviones. Por lo tanto la mezcla de aviones sucesivos operando puede tener un impacto en la separación y la capacidad de pistas. Por ejemplo, en un aeropuerto operando con la mayoría de aviones medianos tendrá un promedio de separación de llegadas de 3 MN.
El mismo aeropuerto despachando una mezcla de aviones pequeños, medianos y pesados podrá tener una separación de 3 a 6 MN, dependiendo de la secuencia de llegadas y tendrá una significante reducción de capacidad de pista.
22 MEZCLA DE LLEGADAS Y SALIDAS:
Un aeropuerto es parte de una red y tiene una mezcla de llegadas y salidas durante el día. Aviones que aterrizan en el aeropuerto y eventualmente despegan. La distribución de llegadas y salidas tiene impacto en la capacidad de pista, los procedimientos de control de transito aéreo no solo se consideran para la separación entre llegadas precedidas por una salida.
MEZCLA O MODO SEGREGADO:
Aeropuertos con dos o mas pistas a veces dedicadas a salidas y pistas dedicadas a llegadas, como sea, los picos raramente coinciden en la separación de llegadas y salidas, entre llegadas sucesivas y salidas sucesivas es diferente. Estos resultados en espacios en una pista cuando la capacidad es otra; en esas situaciones mezclando llegadas y salidas cuando se operan en una sola pista pueden incrementar la capacidad.
CONFIGURACIÓN DE PISTAS:
Pistas paralelas con espaciamiento adecuado (1035 m o más) puede procesar llegadas independientes. La interacción entre pistas es un contraste que limita la capacidad. Cuando las distancias entre pistas no se mantienen o existen pistas cruzadas. Las pistas paralelas independientes son recomendadas por esta razón.
La disposición de un aeropuerto y la configuración de pistas es otro factor que tiene impacto en demoras y capacidad del aeropuerto. Un aeropuerto requiere cruces significativos de una pista activa de lo contrario la puerta experimentara mas demoras que un aeropuerto con una Terminal que minimiza las pistas cruzadas.
MONITOREO DE PRECISIÓN DE PISTAS (PRM) DE (FAA):
El PRM es un radar de vigilancia continua que actualiza la información esencial de los aviones 4 ó 5 veces más que el equipo de radar convencional. PRM también
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precise el paso de aviones y provee alarmas, cuando un avión penetra zonas de no trasgresión por 10 segundos. El uso del PRM es permitido para los controladores de tráfico aéreo. Para asegurar una separación segura de aviones en la aproximación en cursos paralelos y mantiene un eficiente ritmo de aterrizaje durante condiciones adversas. En diciembre del 2001 FAA determino que (TCAS) puede ser operado en modo de resolución (RA), cuando conduce un PRM aproximado.
La FAA tiene comisionada los PRMs en Minneapolis y San Luís y en el aeropuerto internacional de Philadelphia en septiembre del 2001.
Se tiene programado comisionar los PRMs a San Francisco y John F. Kennedy en 2002, Cleveland en 2004, y Atlanta en 2006, que coinciden con la configuración de quince pistas paralelas. La FAA tiene que aprobar también procedimientos usados en PRM para permitir instrumentos en aproximaciones simultáneas en condiciones adversas.
SIMULACIÓN DE MOVIMIENTO EN PISTAS:
La simulación es muy recomendada para determinar la capacidad de pistas antes y después de mejora en procedimientos y reglas implementadas.
Los modelos de simulación, como son Total AirportSim desarrollado por IATA, son efectivos para predecir el impacto de aerolíneas, proyectar programas de las diferentes facilidades del aeropuerto. Pueden ser utilizadas para identificar la naturaleza del problema antes de llegar al grado de congestión y para medir demoras. Debe cuidarse la previsión del uso de datos correctos y se debe reconocer que la operación de un software de forma segura se debe realizar con una alta experiencia y operadores experimentados quienes deberán entender completamente las operaciones del aeropuerto.
La pista sustentable proveerá a los aeropuertos no solo para la capacidad actual calculada sino para el incremento de la demanda diaria hasta que el sistema de
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pistas sea saturado y para sumir la misma distribución horaria de tráfico y mezcla de flota, se debe asumir la limitante de la puerta.
El propósito de IATA es el seguimiento de reglas de Thumb basado en la OACI, para salidas y aterrizajes de separación por vértices y asumiendo una ocupación de pista de 50 segundos o menos.
La tabla 2.4 es una muestra de producción máxima típica:
% PESADO % MEDIANO SALIDAS ATERRIZAJES ATERRIZAJES (1)
25 75 48 39 + 5
50 50 40 37 + 3
75 25 34 36 + 2
Tabla 2.4 Producción máxima típica horario de pistas.
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2.3 ESTUDIOS PREVIOS DE CAPACIDAD DE PISTAS EN OTROS
PAÍSES: PROGRAMA DE INVESTIGACIÓN DE CAPACIDAD
DE PISTA (PICAP)
Con el fin de conocer los factores que afectan las operaciones en la pista de un aeropuerto, se inició oficialmente en el año 1997 el Programa de Investigación de Capacidad de Pista (PICAP) para el aeropuerto de Madrid-Barajas.
La División de Gestión de Operaciones Aeroportuarias (ATC) de Aena, en estrecha colaboración con la empresa Ineco, son los encargados de desarrollar esta actividad. Los principios fundamentales que dirigen su línea de actuación son la transparencia del proceso y la participación de todas las partes involucradas en la operación aeroportuaria.
Hasta 1997, las cifras de capacidad en los aeropuertos españoles estaban basadas fundamentalmente en la experiencia de los responsables de operaciones en los aeropuertos y apoyadas en cálculos teóricos. Sin embargo, este método no era satisfactorio, principalmente porque no estaba acorde con el alto nivel de calidad de servicio que Aena debía ofrecer.
Por este motivo y con el fin de atender de forma apropiada el continuo crecimiento de la demanda de tráfico en los aeropuertos españoles, se estableció la necesidad de crear una metodología que fuera capaz de suministrar no sólo datos precisos y mejorar el entendimiento que, hasta el momento, se tenía de las operaciones dentro del aeropuerto, sino que asesoraran en la toma de decisiones sobre capacidad basándose en datos reales.
El acierto fue que, a través de la aplicación de esta nueva metodología, era posible obtener medidas reales de diferentes aspectos relacionados con las operaciones en pista. Así, podían ser identificados los llamados «cuellos de botella» y apoyar las propuestas de mejoras operacionales en procesos de
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simulación que se presentarían a la dirección para ayudarles en la toma de decisiones.
La capacidad se puede estimar desde el punto de vista de los recursos y su organización. Para conseguir este objetivo, existe una metodología que establece los pasos necesarios para identificar y validar la información relativa a los recursos disponibles, su organización y su relación con la capacidad ATM. Estas son las fases en las que se estructura el proceso:
Identificación de los factores involucrados Toma de datos en escenarios reales Validación del modelo
Obtención de resultados.
Análisis de estimaciones de la capacidad.
El resultado final de la metodología se centra en la elaboración de diagramas de actividades que reflejan de forma precisa el proceso que se sigue dentro del sistema, a la vez que identifica a las personas y sistemas que toman parte en el mismo. De manera más detallada se siguen estas pautas:
Diagramas de actividades. Según el ámbito de la información, los diagramas
resultantes pueden ser genéricos (aplicables a cualquier sistema) o específicos (particularizados para la operación de un sistema concreto). Un diagrama de actividades describe la interacción entre el conjunto de objetos de un escenario determinado. El objetivo de esta técnica es describir el comportamiento dinámico del sistema mediante el intercambio de mensajes entre sus elementos.
Para calcular la capacidad, se utilizan como base los diagramas de actividades, por lo que se desarrolla así un modelo detallado de aeródromo que se fundamenta en la teoría de colas de redes extendidas. El resultado es un modelo matemático que consta de una red de nodos que prestan un servicio específico a un conjunto de transacciones, mediante el uso de unos recursos limitados. El servicio prestado
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por cada nodo está ligado a un tiempo de ejecución que se determina por medio de observaciones in situ.
Mediante la simulación y el análisis del modelo detallado del sistema, se obtiene un conjunto de gráficas que permiten estimar la capacidad del sistema ATM para una organización específica de los recursos humanos y técnicos. Así mismo, mediante estas gráficas, es posible determinar la organización óptima de los recursos para una demanda de tráfico concreta.
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2.4 PROGRAMAS DE SIMULACIÓN PARA DETERMINAR
CAPACIDADES: AIRPORT CAPACITY ANALYSIS
THROUGH SIMULATION (ACATS)
Es un programa desarrollado por la empresa Mitre para determinar la capacidad de un aeropuerto, que se realiza en base a simular, con apoyo del promedio de vuelos obtenido en periodos de alta demanda, un flujo constante de llegadas y salidas por cientos de horas.
Para poder determinar los efectos que nuevas tecnologías, procedimientos e infraestructuras tendrán sobre un sistema de pistas, es necesario calcular la capacidad de un aeropuerto basado en diferentes suposiciones como reglas de separación, procedimientos y número de pistas. Además, saber la capacidad de pistas de un aeropuerto ayuda a otros modelos de los sistemas aéreos nacionales. El modelo de capacidad aeroportuaria, elaborado por la FAA, en colaboración con Mitre, es fácil de usar, pero empieza a fallar y a complicarse para aeródromos complejos, por lo que varios aeródromos han decidido emplear los programas de simulación. Si el programa de simulación está bien elaborado, se pueden modelar más elementos que los medidos que el modelo creado por FAA. El único problema para los programas de simulación, es que se tienen que elaborar para cada aeropuerto específico, y este trabajo lleva varios meses de toma de datos, desarrollo de programa, experimentación y análisis.
El programa desarrollado por la empresa Mitre, ACATS, tiene la ventaja de que el usuario, de manera rápida, proporciona los elementos necesarios para calcular la capacidad de un sistema de pistas en tan solo horas o minutos. Además, permite el probar la tecnología nueva, así como las reglas de separación elaboradas por los servicios de control de tráfico aéreos.
Existen varios tipos de modelos de simulación, pero algunos son demasiado costosos y tardan mucho en completarse. Un ejemplo de estos modelos es el Modelador Total de Aeródromos y Aeropuertos. Otro tipo de modelo es el
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SIMMOD, para el cual es necesario el conocer los horarios de manera precisa para un determinado periodo de tiempo. Otros modelos, calculan el flujo de aeronaves en base a ecuaciones cerradas, elaboradas por la FAA. Este tipo de modelos, son relativamente rápidos, pero con el problema de tener una reducida flexibilidad. Cuando se utilizan las ecuaciones para aeropuerto complejos, es necesario, en la mayoría de las ocasiones, descomponer el sistema de pistas en subsistemas y analizarlos por separado.
Una vez concluido el análisis, se debe unir todos los resultados para tratar de determinar una capacidad total.
Con el ACATS, la empresa está tratando de evitar los problemas generados por el uso de fórmulas, en base al uso de programas de simulación, y que además, se puedan evitar los problemas de los tradicionales programas de simulación.
El programa de simulación procesa los datos estandarizados y devuelve los resultados de manera gráfica y numérica. Este proceso, para un aeropuerto complejo, puede tardar varios minutos.
El programa ACATS da dos resultados primarios. El primero es una serie de capacidades en base a una mezcla de aeronaves y de operaciones pero elaboradas de manera particular, como por ejemplo, la capacidad de realizar distinto tipo de mezclas operacionales, para un tipo de aeronave en específico, obteniendo una gráfica de aterrizajes contra despegues.
El segundo resultado primario es un registro de las operaciones simuladas, que puede ser usado para analizar patrones o determinados fenómenos producidos por las operaciones. Este registro puede ser animado para mejorar el entendimiento de cómo se comporta el tráfico.
El ACATS no solo puede ser utilizado para determinar la capacidad de un aeropuerto, también puede ser utilizado para analizar la demora producida por los requerimientos de separación, secuencias tácticas y asignaciones de pistas.
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El programa requiere que el usuario proporcione los siguientes datos:
1.- La configuración de las pistas.
2.- Los requerimientos de separación por las líneas de vórtices.
3.- Mezcla de aeronaves.
4.- Parámetros de rendimientos de aeronaves.
5.- La relación de llegadas – salidas.
6. Las reglas de los controladores usadas para la separación de
Aeronaves.
7. Los atributos de control de simulación.
El software automáticamente transforma, en segundos, la descripción del aeropuerto en la base para crear la simulación y obtener los resultados.
Ha sido demostrado que, en casos sencillos, el programa obtiene resultados similares a los obtenidos de manera matemática.
Como conclusión, se tiene que Mitre creó un programa de simulación para el cual no es necesario que el usuario conozca de simulación, se puede utilizar cualquier regla de separación usada por los controladores, y por último, es más preciso que los métodos matemáticos para aeropuertos complejos.
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CAPÍTULO III: PROCESO DE LA INVESTIGACIÓN
3.1 ELEMENTOS A CONSIDERAR
La turbulencia o estela turbulenta, es un peligroso e invisible efecto que obliga a dejar una cierta separación entre operaciones de aeronaves en pista, sobretodo si detrás de una aeronave pesada llega una ligera. La capacidad de un aeropuerto se mide en la cantidad de operaciones (despegues y aterrizajes) se pueden efectuar por hora, como se mencionó con anterioridad, y esto se ve afectado de manera importante por dos factores fundamentalmente: el tiempo de ocupación en la pista y el tiempo de separación debido a la estela turbulenta.
Cuando un avión está en vuelo, sus alas experimentan una fuerza sustentadora que es la que permite que el avión se mantenga en el aire, pero debido a dicha fuerza, se desprenden de las puntas de las alas, unos torbellinos que evolucionan como se aprecia en la figura 3.1.
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La intensidad de estos torbellinos es proporcional a la fuerza de sustentación, y ésta a su vez, al peso de la aeronave. Es por esto, que cuando aterriza un B747, mejor que no haya nada al alcance de su estela turbulenta. El estudio de este efecto es relativamente reciente, y a causa de algunos accidentes, ha sido necesario establecer una clasificación de las aeronaves en pesadas, medias y ligeras, estableciéndose unas separaciones según el tipo de aeronave precedente y la que le sigue en una operación de despegue o aterrizaje.
Como se decía al principio, este efecto es invisible a menos que se cuente con emisores de humo, o se vea el torbellino en nubes o niebla. Pero es tan importante, que se puede apreciar el sonido del torbellino una vez que el avión ya ha pasado. Se distingue perfectamente del ruido de los motores, y hay gente que se dedica a esperar a los aviones en la zona de aproximación final y grabar este sonido.
3.1.1 VARIABLES PARA DETERMINAR LA CAPACIDAD
Para poder determinar la capacidad de pistas de un aeropuerto, se necesita conocer cuanto tiempo una aeronave ocupa la pista en su operación (despegue o arribo). Por este motivo, una de las variables importantes es la velocidad.
Cuando una aeronave aterriza a mayor velocidad, más tiempo tarda en desalojar la pista, sin embargo, en su aproximación final, el tiempo es menor tomando en cuenta la distancia del umbral al marcador. Por el contrario, si la aeronave va a una baja velocidad, su tiempo en la aproximación final será mayor, pero una vez haya tocado tierra, el tiempo en pista será menor.
Cabe mencionar que, dependiendo de las reglas que utilicen los controladores de tránsito aéreo (ATC) para separar las aeronaves, una vez que la aeronave se encuentre a una distancia determinada del umbral de la pista, ya ninguna aeronave podrá utilizarla. Si por algún motivo, una aeronave sigue utilizando la pista, cuando otra haya pasado dicha distancia, esta segunda aeronave tendrá que realizar el procedimiento denominado como aproximación fallida.
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Otro dato muy importante, pero que se ve directamente relacionado con la velocidad, son los tiempos que tarda la aeronave en realizar su operación. Es importante mencionar, que para fines de este proyecto, se tomaron tres tiempos en puntos fijos. Todos los tiempos se tomaron de acuerdo al Tiempo Universal Coordinado (UTC), que es el horario que se utiliza en todas las operaciones aéreas, y fueron tomados de la siguiente manera:
PARA LA OPERACIÓN DE ARRIBO:
T1: La aeronave se encuentra a una distancia de 4.7 MN del VOR MEX.
T2: La aeronave esta sobre el umbral de la pista.
T3: Desfogue de la aeronave.
PARA LA OPERACIÓN DE DESPEGUE:
T1: La aeronave inicia su carrera de despegue.
T2: La aeronave pasa por el rodaje E2.
T3: La aeronave pasa por el umbral de la pista.
La configuración de pistas, es decir, el número, la longitud, la separación y la orientación, es una variable que se ve involucrada en la capacidad del aeropuerto, así como la disposición de salidas de la pista (número y localización). Estos dos datos, junto con las reglas de separación utilizadas por los controladores, son constantes para un aeropuerto en específico, por lo que, para el caso del AICM, esta información se encuentra en la sección de anexos.
Las variables anteriores pueden verse afectadas por los siguientes motivos:
A) Condiciones atmosféricas del aeropuerto.
B) Uso de pistas.
34 D) Número de llegadas y salidas.
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3.2 FORMATOS UTILIZADOS
En la sección de Apéndices se pueden observar los formatos utilizados. Sin embargo, es importante explicar como fueron tomados los datos, así como la forma en que fueron tomados estos datos.
Como se mencionó con anterioridad, es necesario registrar los tiempos que tardan las aeronaves en aterrizar y despegar. Posteriormente, se debe realizar una gráfica de tiempo contra distancia, y así determinar la capacidad de las pistas de manera manual. Este dato es importante para poder realizar las pruebas al programa de simulación.
El equipo de trabajo, para el registro de tiempos, fue dividido en tres comisiones: aterrizajes, despegues y velocidades. A continuación se explica en que consistió la tarea de cada comisión.
ATERRIZAJES
Esta comisión, formada por una persona, se encargó de tomar los tiempos de aterrizaje, el equipo, la compañía, la identificación de la aeronave y la pista. Los tiempos, como se mencionó anteriormente, son tres y se toman de la siguiente manera:
T1: Se toma con ayuda del radar, al momento de que pasan a una distancia de 4.7 MN del VOR MEX. Aquí se toma la identificación de la aeronave y compañía.
T2: Se toma de manera visual, al momento de que la aeronave pasa sobre el umbral de la pista. En este momento se toma el dato de tipo de aeronave o equipo, así como la pista.
T3: Se toma al momento en que las aeronaves desalojan la pista, tomando en cuenta el rodaje por el que desalojan.
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Esta persona tomó los datos desde la torre del Centro de Control Operativo (CCO).
VELOCIDADES
Con ayuda de una pistola de velocidades, esta comisión, también formada por una persona, tomó las velocidades de aterrizaje, antes de que tocaran suelo los aviones, y las de despegue al momento de pasar por el rodaje E2. Esta persona se colocó entre la pista 05L-23R y el rodaje B, a la altura del rodaje B7, para cuando se utilizaban las pistas 05; y a la altura del rodaje B8 para cuando utilizaban las pistas 23.
DESPEGUES
Esta comisión se encontró formada por dos personas, que se ubicaron en dos lugares diferentes: la persona uno en la torre CCO y la persona dos entre las pistas, a la altura de las cabeceras 23 y el rodaje H. Su función varía dependiendo del uso de las pistas, como se muestra en la tabla 3.1.
PISTAS PERSONA 1 (CCO) PERSONA 2 (H)
05 Inicio, Equipo, Pista, T1 y T2 T3
23 Equipo, Pista, T2 y T3 Inicio y T1
Tabla 3.1 Toma de tiempos para despegues.
Inicio se refiere al rodaje por el que inician la carrera de despegue y T1 es el tiempo en el que la inician. T2 es el tiempo cuando pasan el rodaje E2 y T3 el tiempo cuando pasan por el umbral.
Debido a las complicaciones que se pueden presentar y para comparar los datos, se tomaron varios datos en común, como la pista, compañía o el equipo.
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3.3 ANÁLISIS DE RESULTADOS
Al realizar el análisis de los datos recabados, que se puede consultar una muestra en la sección de ”Apéndices”, se encontraron las aeronaves que realizan operaciones continuamente en el AICM, y fueron clasificadas en tres grupos principales, en función de los pesos máximos de despegue: ligeras, medianas y pesadas.
Los pesos de las aeronaves ligeras no fueron incluidos por que son demasiado variables, sin embargo todos se encontraban dentro de la categoría de aeronaves ligeras, las cuales se muestran a continuación:
LEARJET
SABRE
38 AERONAVE PESO Lbs. Airbus 318 84600 Airbus 319 129000-166450 Airbus 320 169500 ATR 42 41005 Boeing 727 160000-209500 Boeing 737 115500-174200 Boeing 757 255000-270000 Embraer ERJ-145 48500 Fokker 100 101000 Mc Donnell Douglas MD 80 149500 Airbus A340 606275-804675 Boeing 747 700000-910000 Boeing 767 387000-450000
Tabla 3.2 Pesos máximos de despegue
La tabla 3.2, muestra los pesos máximos de despegue, para el resto de las aeronaves principales que operan en el AICM. En la tabla 3.3 se encuentra la clasificación de dichas aeronaves, en los tres grupos mencionados con anterioridad.
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Tabla 3.3 Clasificación de aeronaves
A partir de las velocidades que se tomaron, se sacaron los promedios de velocidades con las siguientes características:
Por aeronave Por pista
Por clasificación de pesos
Además se calculó, mediante interpolación utilizando la ecuación 3.1, la velocidad para la clasificación que se realizó en base a los pesos máximos de despegue.
Ecuación 3.1 TIPO EQUIPO LIGERAS LEARJET SABRE DASH MEDIANA A318 A319 A320 ATR B727 B737 B757 EBR F100 MD80 DC-9 PESADA A340 B747 B767
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Donde:
y= Velocidad que se desea calcular Km/h.
yo= Velocidad promedio para pistas 5L y 23R Km/h.
y1= Velocidad promedio para pistas 5R y 23L Km/h.
x= Distancia promedio entre el umbral y E2 (para pistas 5L y 5R) Km.
x0= Distancia entre el umbral y E2 para pista 5R Km.
x1= Distancia entre el umbral y E2 para pista 5L Km.
Para determinar las distancias utilizadas, se muestra la tabla 3.5.
DISTANCIAS DESDE EL UMBRAL AL RODAJE E2
PISTAS MN Km 5L 1.062 1.96 5R 0.81 1.5 PROMEDIO 1.73 23R 0.648 1.2 23L 1.071 1.983 PROMEDIO 1.5915 Tabla 3.4 Distancias en MN y Km.
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VELOCIDADES DESPEGUES
TIPO EQUIPO PISTA 5L-23R PISTA 5R-23L
LIGERA LEARJET 160 149 SABRE 168 160 DASH 171 158 PROMEDIO 174.75 162.5 MEDIANA A318 295 188 A319 296 202 A320 311 221 ATR 166 180 B727 290 287 B737 302 289 B757 289 239 EBR 228 225 F100 277 197 MD80 288 255 DC-9 290 279 PROMEDIO 275.63 232.9 PESADA A340 315 290 B747 300 283 B767 243 284 PROMEDIO 286 285.66
Tabla 3.5 Velocidades y promedios por pistas y tipos.
Las velocidades obtenidas, de la interpolación realizada, se muestran en la tabla 3.5. Las velocidades son importantes en el método numérico, donde se sustituyen en fórmulas.
Los promedios por pesos de aeronaves fueron los siguientes:
Ligera: 169 km/h.
Mediana: 254 km/h.
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3.3.1 GRÁFICAS DE CAPACIDAD PARA EL AEROPUERTO INTERNACIONAL DE LA CIUDAD DE MÉXICO
Es importante destacar, que para el desarrollo de las gráficas, el umbral para todas las pistas se toma como la distancia cero, por lo que la distancia al marcador del ILS, referenciado al umbral, variará dependiendo de la pista graficada o utilizada.
Como se puede ver, los aviones en llegada, tienen como puntos similares el paso por el marcador del ILS, que para la pista 05L se encuentra a 3.332 MN del umbral. Para el caso de los aviones en despegue por ambas pistas, los puntos en común son el paso por el rodaje E2 y por el umbral al final de la pista.
Todas las distancias consideradas se encuentran en las tablas No. 3.6 y 3.7, donde todos los valores están expresados en millas náuticas y están en función del umbral y se calcularon para la realización de los diagramas espacio tiempo, así mismo se utilizaron para sacar los promedios de velocidades.
Así mismo, en dichas tablas se presentan todas las distancias correspondientes para todos los rodajes referentes a cada pista y en función del umbral como se menciono anteriormente.
43 05L 23R RODAJE D MN RODAJE D MN B -0.198 H -0.270 A1 -0.153 B -0.036 B1 0.000 F 0.000 B2 0.072 B9 0.036 B3 0.144 E 0.090 B4 0.180 B8 0.306 B5 0.432 C2 0.396 B6 0.522 E2 0.648 B7 0.720 B7 0.990 E2 1.062 B6 1.188 C2 1.314 B5 1.278 B8 1.404 B4 1.530 E 1.620 B3 1.566 B9 1.674 B2 1.638 F 1.710 B1 1.710 B 1.746 A1 1.863 H 1.980 B 1.908
VOR MEX 1.368 VOR MEX 0.342
MARCADOR -3.332 MARCADOR -4.358
44 23L 05R RODAJE DMN RODAJE D MN D 0.000 AA -0.330 H 0.207 B2 -0.252 B 0.333 B3 -0.162 G 0.567 B4 0.144 F 0.603 B6 0.450 E 0.801 E1 0.495 E2 1.071 B7 0.540 B7 1.341 E2 0.810 E1 1.386 E 1.080 B6 1.431 F 1.278 B4 1.737 G 1.314 B3 2.043 B 1.548 B2 2.133 H 1.674 AA 2.214 D 1.881
VOR MEX 0.801 VOR MEX 1.080
MARCADOR -3.899 MARCADOR -3.620
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A continuación se presenta una de las gráficas, obtenida con los datos registrados el día 12 de marzo del 2007 en el que se tomaron las lecturas, comprendiendo una hora de operaciones por la pista 05R, tomada de las 22:00:00 a las 23:00:00 UTC. Cabe mencionar que se seleccionó esta gráfica debido a que fue uno de los días que mayor saturación hubo en el aeropuerto, durante el periodo de observación.
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Fig ura 3.3 Diagrama espacio tiempo, 12 de Marzo, pista 5R
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3.3.2 CAPACIDAD OBTENIDA PARA EL AEROPUERTO INTERNACIONAL DE LA CIUDAD DE MÉXICO
En base a las observaciones realizadas durante el periodo de recopilación de datos, comprendido entre el 9 de enero del 2007 y el 4 de abril del 2007, se realizaron las gráficas de espacio-tiempo donde se ilustran los aterrizajes y despegues, en función de las distancias ya calculadas anteriormente, obteniendo la capacidad por hora del AICM. La tabla 3.8 muestra los resultados obtenidos en el periodo comprendido del 9 de enero del 2007 y el 4 de abril del 2007. Es importante mencionar que se encuentran separados por hora.
Esta capacidad, para el día 12 de marzo del 2007, fue de 66 operaciones/hora, que son 12 operaciones más a las reportadas por el AICM como capacidad de pista (54 operaciones/hora).
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FECHA OPERACIONES/HR SALIDAS LLEGADAS %SALIDAS %LLEGADAS
09/01/2007 62 29 33 46.77 53.22 09/01/2007 48 24 24 50.00 50.00 10/01/2007 59 30 29 50.84 49.15 10/01/2007 55 29 26 52.72 47.27 10/01/2007 57 27 30 47.36 52.63 11/01/2007 57 28 29 49.12 50.87 11/01/2007 60 29 31 48.33 51.66 12/01/2007 59 30 29 50.84 49.15 12/01/2007 58 27 31 46.55 53.44 16/01/2007 55 30 25 54.54 45.45 16/01/2007 65 36 29 55.38 44.61 17/01/2007 60 26 34 43.33 56.66 18/01/2007 58 28 30 48.27 51.72 19/01/2007 60 34 26 56.66 43.33 19/01/2007 57 24 33 42.10 57.89 23/01/2007 60 32 28 53.33 46.66 24/01/2007 59 28 31 47.45 52.54 24/01/2007 57 25 32 43.86 56.14 25/01/2007 61 24 37 39.34 60.65 02/03/2007 62 30 32 48.38 51.61 05/03/2007 62 29 33 46.77 53.22 09/03/2007 58 30 28 51.72 48.27 12/03/2007 66 33 33 50.00 50.00 13/03/2007 53 25 28 47.17 52.83 13/03/2007 54 29 25 53.70 46.29 14/03/2007 59 28 31 47.45 52.54 15/03/2007 58 25 33 43.10 56.89 15/03/2007 56 28 28 50.00 50.00 16/03/2007 60 24 36 40.00 60.00 16/03/2007 61 26 35 42.62 57.37 04/04/2007 56 31 25 55.35 44.64 04/04/2007 54 31 23 57.40 42.59 04/04/2007 57 26 31 45.61 54.38 04/04/2007 61 36 25 59.01 40.98 PROMEDIO 58.35 28.55 29.79 48.97 51.02
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Estos datos son de utilidad, para realizar la comparación de los resultados obtenidos por el programa con las operaciones reales. Un resumen del número de operaciones/hora, obtenido durante el periodo de recopilación, puede ser consultado el la sección de “Apéndices”.
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CAPÍTULO IV: DESARROLLO DEL PROGRAMA
4.1 PROGRAMA DE SIMULACIÓN
En el programa se pide al usuario que proporcione las características del aeropuerto, considerando los siguientes elementos:
Número de pistas
Nomenclatura de las pistas
Porcentaje de llegadas y salidas por tipo de aeronave Porcentaje de uso de pistas por tipo de operación Porcentaje de uso de pista total
Tiempo de simulación en horas
Con estos valores, el programa comienza la simulación. La figura 4.1 muestra la pantalla del programa.
Esta simulación, se hace basada en tiempos, que fueron determinados en función de los datos obtenidos durante las observaciones de campo, para lograr que el programa de un resultado cercano a la realidad.
Los tiempos que se utilizaron para realizar la simulación, fueron obtenidos del promedio de la diferencia de tiempos que existía entre las aeronaves al pasar por un punto determinado. Esto se realizó con el propósito de incluir, en un tiempo, varios de los factores que afectan la capacidad de las pistas, como es la separación entre aeronaves, tiempo de ocupación y velocidades, tanto de aproximación como de despegue.
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Figura 4.1. Pantalla del programa de simulación
Los factores meteorológicos, también fueron considerados al sacar el promedio de los tiempos, debido a que durante el periodo de observación se presentaron varias condiciones meteorológicas como fue lluvia, ráfagas de viento, etc. Sin embargo, para un mejoramiento del programa, deberían de ser considerados de manera más específica.
El programa de simulación comienza en el tiempo 0 para concluir la simulación en el tiempo solicitado. Los valores de tiempo son manejados en segundos, por lo que transforma a segundos las horas solicitadas por el usuario. La razón por la que el tiempo de simulación se solicita en horas, es por que principalmente la capacidad se declara en horas. Sin embargo, haciendo las conversiones a horas adecuadas, se pueden simular incluso años.
Una vez que el programa recupera los datos proporcionados por el usuario, comienza un ciclo de simulación, en el que en primera instancia elige la pista a utilizar, posteriormente selecciona el tipo de operación a realizar, para que al final seleccione el tipo de aeronave y realice la operación.
