
La presurización de cabina es un proceso mediante el cual se bombea aire acondicionado a la cabina de una aeronave o nave espacial para crear un entorno seguro y confortable para los humanos que vuelan a gran altitud. En las aeronaves, este aire generalmente se extrae de los motores de turbina de gas en la etapa del compresor, y en las naves espaciales, se transporta en tanques de alta presión, a menudo criogénicos . El aire se enfría, humidifica y mezcla con aire recirculado mediante uno o más sistemas de control ambiental antes de ser distribuido a la cabina. [ 1 ]
Los primeros sistemas experimentales de presurización se utilizaron durante las décadas de 1920 y 1930. En la década de 1940, entró en servicio el primer avión comercial con cabina presurizada . [ 2 ] La práctica se generalizó una década después, particularmente con la introducción del avión a reacción británico de Havilland Comet en 1949. Sin embargo, dos fallas catastróficas en 1954 dejaron temporalmente en tierra al Comet en todo el mundo. [ 3 ] Estas fallas fueron investigadas y se descubrió que fueron causadas por una combinación de fatiga progresiva del metal y tensiones en la superficie del avión causadas por la presurización. Las pruebas mejoradas incluyeron múltiples ciclos de presurización a escala real de todo el fuselaje en un tanque de agua, [ 3 ] y los principios de ingeniería clave aprendidos se aplicaron al diseño de los aviones a reacción posteriores.
Ciertas aeronaves tienen necesidades de presurización inusuales. Por ejemplo, el avión supersónico Concorde tenía una diferencia de presión particularmente alta debido a que volaba a una altitud inusualmente elevada: hasta 18 288 m (60 000 pies ) mientras mantenía una altitud de cabina de 1829 m (6000 pies ) . Esto aumentó el peso de la estructura del avión y propició el uso de ventanas de cabina más pequeñas, diseñadas para ralentizar la descompresión en caso de que se produjera una despresurización.
El incidente del vuelo 243 de Aloha Airlines en 1988, en el que un Boeing 737-200 sufrió una falla catastrófica en la cabina en pleno vuelo, fue causado principalmente por la operación continua de la aeronave a pesar de haber acumulado más del doble del número de ciclos de vuelo para los que fue diseñada la estructura del avión. [ 4 ]
Para aumentar la comodidad de los pasajeros, varios aviones comerciales modernos, como el Boeing 787 Dreamliner y el Airbus A350 XWB , cuentan con altitudes de cabina operativas reducidas, así como con mayores niveles de humedad; el uso de fuselajes de materiales compuestos ha contribuido a la adopción de estas prácticas que maximizan la comodidad.
Necesidad de presurizar la cabina

La presurización se vuelve cada vez más necesaria a altitudes superiores a 3048 m (10 000 pies ) sobre el nivel del mar para proteger a la tripulación y a los pasajeros del riesgo de sufrir diversos problemas fisiológicos causados por la baja presión atmosférica exterior a esa altitud. En las aeronaves privadas que operan en EE. UU., los miembros de la tripulación deben usar máscaras de oxígeno si la altitud de la cabina (una representación de la presión atmosférica, véase más abajo ) se mantiene por encima de 3810 m (12 500 pies ) durante más de 30 minutos, o si alcanza los 4267 m (14 000 pies ) en algún momento. A altitudes superiores a 4572 m (15 000 pies ) , también se deben proporcionar máscaras de oxígeno a los pasajeros, pero no es obligatorio su uso. En las aeronaves comerciales, la altitud de la cabina debe mantenerse a 2438 m (8000 pies ) o menos. También es necesario presurizar la bodega de carga para evitar daños a las mercancías sensibles a la presión, que podrían tener fugas, expandirse, reventar o aplastarse al volver a presurizarse. Los principales problemas fisiológicos se enumeran a continuación.
- Hipoxia
- La menor presión parcial de oxígeno a gran altitud reduce la tensión de oxígeno alveolar en los pulmones y, posteriormente, en el cerebro, lo que provoca lentitud mental, visión borrosa, pérdida del conocimiento y, en última instancia, la muerte. En algunas personas, especialmente aquellas con enfermedades cardíacas o pulmonares, los síntomas pueden comenzar a partir de los 1524 m (5000 pies ) , aunque la mayoría de los pasajeros pueden tolerar altitudes de 2438 m (8000 pies ) sin efectos adversos. A esta altitud, hay aproximadamente un 25 % menos de oxígeno que a nivel del mar. [ 5 ]
- La hipoxia puede tratarse mediante la administración de oxígeno suplementario, ya sea a través de una mascarilla de oxígeno o de una cánula nasal . Sin presurización, se puede suministrar suficiente oxígeno hasta una altitud de aproximadamente 40 000 pies (12 192 m) . Esto se debe a que una persona acostumbrada a vivir a nivel del mar necesita una presión parcial de oxígeno de aproximadamente 0,20 bar (20 kPa; 2,9 psi) para funcionar normalmente, y esa presión se puede mantener hasta aproximadamente 40 000 pies (12 192 m) aumentando la fracción molar de oxígeno en el aire que se respira. A 40 000 pies (12 192 m) , la presión del aire ambiente desciende a aproximadamente 0,2 bar, a lo que mantener una presión parcial mínima de oxígeno de 0,2 bar requiere respirar oxígeno al 100 % utilizando una mascarilla de oxígeno .
- Las máscaras de oxígeno de emergencia en la cabina de pasajeros de los aviones no necesitan ser máscaras de presión positiva a demanda, ya que la mayoría de los vuelos se mantienen por debajo de los 12 192 m (40 000 pies ) . Por encima de esa altitud, la presión parcial de oxígeno caerá por debajo de 0,2 bar incluso con oxígeno al 100 %, y será esencial cierto grado de presurización de la cabina o un descenso rápido para evitar el riesgo de hipoxia.
- Mal de altura
- La hiperventilación , la respuesta más común del cuerpo a la hipoxia, ayuda a restablecer parcialmente la presión parcial de oxígeno en la sangre, pero también provoca la liberación de dióxido de carbono (CO₂ ) , elevando el pH sanguíneo e induciendo alcalosis . Los pasajeros pueden experimentar fatiga, náuseas , dolores de cabeza, insomnio e incluso edema pulmonar (en vuelos prolongados) . Estos son los mismos síntomas que experimentan los alpinistas, pero la duración limitada del vuelo motorizado hace que el desarrollo de edema pulmonar sea improbable. El mal de altura puede controlarse con un traje presurizado completo con casco y máscara facial, que envuelve completamente el cuerpo en un entorno presurizado; sin embargo, esto no es práctico para los pasajeros de vuelos comerciales.
- Enfermedad por descompresión
- La baja presión parcial de los gases, principalmente nitrógeno (N₂ ) pero incluyendo todos los demás, puede provocar la precipitación de los gases disueltos en el torrente sanguíneo, lo que resulta en una embolia gaseosa o la presencia de burbujas en la sangre. El mecanismo es el mismo que el de los buceadores con aire comprimido al ascender desde profundidad. Los síntomas pueden incluir los primeros síntomas de la enfermedad por descompresión: cansancio, olvido, dolor de cabeza, accidente cerebrovascular, trombosis y picazón subcutánea; pero rara vez se presentan todos los síntomas. La enfermedad por descompresión también puede controlarse con un traje presurizado, al igual que el mal de altura.
- Barotrauma
- A medida que el avión asciende o desciende, los pasajeros pueden experimentar molestias o dolor agudo debido a la expansión o contracción de los gases atrapados en sus cuerpos. Los problemas más comunes ocurren con aire atrapado en el oído medio (aerotitis) o los senos paranasales por una obstrucción de la trompa de Eustaquio o los senos. También se puede experimentar dolor en el tracto gastrointestinal o incluso en los dientes ( barodontalgia ). Por lo general, estos no son lo suficientemente graves como para causar un trauma real, pero pueden provocar dolor en el oído que persiste después del vuelo [ 6 ] y pueden exacerbar o precipitar afecciones médicas preexistentes, como el neumotórax .
Altitud de la cabina

La presión dentro de la cabina se denomina técnicamente altitud efectiva equivalente de cabina o, más comúnmente, altitud de cabina . Esta se define como la altitud equivalente sobre el nivel medio del mar que tiene la misma presión atmosférica según un modelo atmosférico estándar, como la Atmósfera Estándar Internacional . Por lo tanto, una altitud de cabina de cero tendría la presión que se encuentra al nivel medio del mar, que se considera de 101,325 kPa (14,696 psi; 29,921 inHg) . [ 7 ]
Aeronave
En los aviones comerciales , la altitud de cabina durante el vuelo se mantiene por encima del nivel del mar para reducir la presión sobre la parte presurizada del fuselaje ; esta presión es proporcional a la diferencia de presión dentro y fuera de la cabina. En un vuelo comercial típico, la altitud de cabina está programada para aumentar gradualmente desde la altitud del aeropuerto de origen hasta un máximo reglamentario de 8000 pies (2438 m) . Esta altitud se mantiene mientras la aeronave vuela a su altitud máxima y luego se reduce gradualmente durante el descenso hasta que la presión de la cabina se iguala a la presión atmosférica en el destino.

Mantener la altitud de la cabina por debajo de 8000 pies (2438 m) generalmente previene la hipoxia significativa , el mal de altura , la enfermedad por descompresión y el barotrauma . [ 9 ] Las regulaciones de la Administración Federal de Aviación (FAA) en los EE. UU. exigen que, en condiciones normales de operación, la altitud de la cabina no puede exceder este límite a la altitud máxima de operación de la aeronave. [ 10 ] Esta altitud máxima obligatoria de la cabina no elimina todos los problemas fisiológicos; se recomienda a los pasajeros con afecciones como neumotórax que no vuelen hasta que se hayan recuperado por completo, y las personas que sufren de un resfriado u otra infección aún pueden experimentar dolor en los oídos y los senos paranasales. La tasa de cambio de la altitud de la cabina afecta fuertemente la comodidad, ya que los humanos son sensibles a los cambios de presión en el oído interno y los senos paranasales y esto debe manejarse cuidadosamente. Los buceadores que vuelan dentro del período de "no volar" después de una inmersión corren el riesgo de sufrir enfermedad por descompresión porque el nitrógeno acumulado en sus cuerpos puede formar burbujas cuando se expone a una presión reducida en la cabina.
La altitud de cabina del Boeing 767 es típicamente de unos 7000 pies (2134 m) cuando vuela a 37 000 pies (11 278 m) . [ 11 ] Esto es típico para los aviones de pasajeros más antiguos. Un objetivo de diseño para muchos, pero no todos, los aviones más nuevos es proporcionar una altitud de cabina más baja que los diseños más antiguos. Esto puede ser beneficioso para la comodidad de los pasajeros. [ 12 ] Por ejemplo, el avión ejecutivo Bombardier Global Express puede proporcionar una altitud de cabina de 4500 pies (1372 m) cuando vuela a 41 000 pies (12 497 m) . [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] El avión ejecutivo Emivest SJ30 puede proporcionar una altitud de cabina a nivel del mar cuando vuela a 41 000 pies (12 497 m) . [ 16 ] [ 17 ] Un estudio de ocho vuelos en aeronaves Airbus A380 encontró una altitud de presión de cabina media de 6128 pies (1868 m) , y 65 vuelos en aeronaves Boeing 747-400 encontraron una altitud de presión de cabina media de 5159 pies (1572 m) . [ 18 ]
Antes de 1996, aproximadamente 6000 aviones de transporte comercial grandes contaban con un certificado de tipo para volar hasta 45 000 pies (13 716 m) sin tener que cumplir con condiciones especiales para gran altitud. [ 19 ] En 1996, la FAA adoptó la Enmienda 25-87, que impuso especificaciones adicionales de presión de cabina para gran altitud en los nuevos diseños de aeronaves. Las aeronaves certificadas para operar por encima de 25 000 pies (7620 m) "deben diseñarse de manera que los ocupantes no estén expuestos a altitudes de presión de cabina superiores a 15 000 pies (4572 m) después de cualquier condición probable de falla en el sistema de presurización". [ 20 ] En caso de descompresión que resulte de "cualquier condición de falla que no se demuestre que es extremadamente improbable", el avión debe estar diseñado de manera que los ocupantes no estén expuestos a una altitud de cabina que exceda los 25 000 pies (7620 m) durante más de 2 minutos, ni a una altitud que exceda los 40 000 pies (12 192 m) en ningún momento. [ 20 ] En la práctica, esa nueva enmienda a las Regulaciones Federales de Aviación impone un techo operativo de 40 000 pies (12 000 m) a la mayoría de las aeronaves comerciales de nuevo diseño. [ 21 ] [ 22 ] Los fabricantes de aeronaves pueden solicitar una flexibilización de esta regla si las circunstancias lo justifican. En 2004, Airbus obtuvo una exención de la FAA que permite que la altitud de cabina del A380 alcance los 43 000 pies (13 106 m) en caso de un incidente de descompresión y supere los 40 000 pies (12 192 m) durante un minuto. Esto permite que el A380 opere a mayor altitud que otros aviones civiles de nuevo diseño. [ 21 ]
Astronave
Los ingenieros rusos utilizaron una mezcla de nitrógeno y oxígeno similar al aire, mantenida a una altitud de cabina cercana a cero en todo momento, en sus naves espaciales Vostok ( 1961) , Voskhod (1964) y Soyuz (1967 hasta la actualidad) . [ 23 ] Esto requiere un diseño de vehículo espacial más pesado , ya que la estructura de la cabina debe soportar la presión de 14,7 libras por pulgada cuadrada (1 atm, 1,01 bar) contra el vacío del espacio, y también porque se debe transportar una masa inerte de nitrógeno. También se debe tener cuidado para evitar la enfermedad por descompresión cuando los cosmonautas realizan actividades extravehiculares , ya que los trajes espaciales blandos actuales se presurizan con oxígeno puro a una presión relativamente baja para proporcionar una flexibilidad razonable. [ 24 ]
Por el contrario, Estados Unidos utilizó una atmósfera de oxígeno puro para sus naves espaciales Mercury de 1961 , Gemini de 1965 y Apolo de 1967 , principalmente para evitar la enfermedad por descompresión. [ 25 ] [ 26 ] Mercury utilizó una altitud de cabina de 24 800 pies (7600 m) ( 5,5 psi (0,38 bar) ); [ 27 ] Gemini utilizó una altitud de 25 700 pies (7800 m) ( 5,3 psi (0,37 bar) ); [ 28 ] y Apolo utilizó 27 000 pies (8200 m) ( 5,0 psi (0,34 bar) ) [ 29 ] en el espacio. Esto permitió un diseño de vehículo espacial más ligero. Esto es posible porque con oxígeno al 100%, llega suficiente oxígeno al torrente sanguíneo para permitir que los astronautas operen normalmente. Antes del lanzamiento, la presión se mantuvo ligeramente por encima del nivel del mar a una presión constante de 5,3 psi (0,37 bar) por encima de la presión ambiente para Gemini, y de 2 psi (0,14 bar) por encima del nivel del mar en el momento del lanzamiento para Apolo, y se transfirió a la altitud de la cabina espacial durante el ascenso. Sin embargo, la atmósfera de oxígeno puro a alta presión antes del lanzamiento resultó ser un factor que contribuyó a un riesgo fatal de incendio en Apolo, lo que provocó la muerte de toda la tripulación del Apolo 1 durante una prueba en tierra en 1967. Después de esto, la NASA revisó su procedimiento para usar una mezcla de nitrógeno/oxígeno a altitud cero en la cabina en el momento del lanzamiento, pero mantuvo la atmósfera de oxígeno puro a baja presión a 5 psi (0,34 bar) en el espacio. [ 30 ]
Después del programa Apolo , Estados Unidos utilizó "una mezcla respiratoria de 74 por ciento de oxígeno y 26 por ciento de nitrógeno" a 5 psi (0,34 bar) para Skylab , [ 31 ] y una atmósfera de cabina de 14,5 psi (1,00 bar) para el transbordador espacial y la Estación Espacial Internacional . [ 32 ]
Mecánica

Un fuselaje hermético se presuriza mediante una fuente de aire comprimido y se controla mediante un sistema de control ambiental (ECS). La fuente más común de aire comprimido para la presurización es el aire de purga de la etapa del compresor de un motor de turbina de gas ; ya sea de una etapa baja o intermedia, o de una etapa alta adicional, dependiendo la etapa exacta del tipo de motor. Cuando el aire exterior frío llega a las válvulas de purga, se ha calentado a unos 200 °C (392 °F ) . El control y la selección de las fuentes de purga alta o baja son totalmente automáticos y se rigen por las necesidades de los distintos sistemas neumáticos en las diferentes etapas del vuelo. Las aeronaves con motor de pistón requieren un compresor adicional (véase el diagrama de la derecha). [ 34 ]
La parte del aire de purga que se dirige al sistema de control de emisiones (ECS) se expande hasta alcanzar la presión de cabina, lo que provoca su enfriamiento. Finalmente, se logra una temperatura adecuada mediante la adición de calor del aire comprimido caliente a través de un intercambiador de calor y un sistema de ciclo de aire conocido como sistema PAC (Presurización y Aire Acondicionado). En algunos aviones de mayor tamaño, se puede añadir aire caliente de compensación después del aire acondicionado proveniente de los compresores si es necesario calentar una sección de la cabina que esté más fría que otras.

Al menos dos motores suministran aire comprimido a todos los sistemas neumáticos del avión, garantizando así una redundancia total . Si la aeronave está equipada con aire comprimido, también se obtiene de la unidad de potencia auxiliar (APU) en caso de emergencia y para el suministro de aire a la cabina en tierra antes del arranque de los motores principales. La mayoría de los aviones comerciales modernos cuentan hoy en día con controladores electrónicos duplicados y totalmente redundantes para mantener la presurización, además de un sistema de control manual de respaldo.
Todo el aire de escape se descarga a la atmósfera a través de una válvula de salida, generalmente en la parte trasera del fuselaje. Esta válvula controla la presión de la cabina y también actúa como válvula de seguridad, además de otras válvulas de seguridad. Si fallan los controladores automáticos de presión, el piloto puede controlar manualmente la válvula de presión de la cabina, según la lista de verificación del procedimiento de emergencia de respaldo. El controlador automático normalmente mantiene la altitud de presión de cabina adecuada ajustando constantemente la posición de la válvula de salida para que la altitud de la cabina sea lo más baja posible sin exceder el límite máximo de diferencial de presión en el fuselaje. El diferencial de presión varía según el tipo de aeronave; los valores típicos están entre 540 hPa (7,8 psi ) y 650 hPa (9,4 psi ) . [ 35 ] A 39 000 pies (11 887 m) , la presión de la cabina se mantendría automáticamente a unos 6900 pies (2100 m) , ( 450 pies (140 m) más bajo que Ciudad de México), lo que equivale a unos 790 hPa (11,5 psi) de presión atmosférica. [ 34 ]
Algunos aviones, como el Boeing 787 Dreamliner , han reintroducido compresores eléctricos que antes se usaban en aviones de pasajeros con motores de pistón para proporcionar presurización. [ 36 ] [ 37 ] El uso de compresores eléctricos aumenta la carga de generación eléctrica en los motores e introduce varias etapas de transferencia de energía; [ 38 ] por lo tanto, no está claro si esto aumenta la eficiencia general del sistema de manejo de aire de la aeronave. Sin embargo, eliminan el peligro de contaminación química de la cabina , simplifican el diseño del motor, evitan la necesidad de instalar tuberías de alta presión alrededor de la aeronave y proporcionan una mayor flexibilidad de diseño.
Descompresión no planificada

La pérdida imprevista de presión en cabina a gran altitud o en el espacio es poco frecuente, pero ha provocado varios accidentes mortales . Los fallos van desde la pérdida repentina y catastrófica de la integridad de la estructura del avión (descompresión explosiva) hasta fugas lentas o fallos en los equipos que permiten que la presión en cabina disminuya.
Cualquier fallo en la presurización de la cabina por encima de 3000 m (10 000 pies ) requiere un descenso de emergencia a 3000 m o a la altitud más cercana, manteniendo la altitud mínima del sector (MSA), y el despliegue de una máscara de oxígeno para cada asiento. Los sistemas de oxígeno proporcionan oxígeno suficiente para todos a bordo y dan a los pilotos tiempo suficiente para descender por debajo de los 3000 m. Sin oxígeno de emergencia, la hipoxia puede provocar la pérdida de conciencia y la consiguiente pérdida de control de la aeronave. Los aviones comerciales modernos incluyen un tanque de oxígeno puro presurizado en la cabina, lo que da a los pilotos más tiempo para llevar la aeronave a una altitud segura. El tiempo de consciencia útil varía según la altitud. A medida que disminuye la presión, la temperatura del aire de la cabina también puede caer en picado hasta la temperatura ambiente exterior, con el consiguiente riesgo de hipotermia o congelación .
Para los aviones comerciales que necesitan sobrevolar terrenos que no permiten alcanzar la altitud segura en un máximo de 30 minutos, las botellas de oxígeno presurizado son obligatorias, ya que los generadores de oxígeno químico instalados en la mayoría de los aviones no pueden suministrar suficiente oxígeno.
En los aviones de combate , el reducido tamaño de la cabina implica que cualquier descompresión sería muy rápida y no daría tiempo al piloto a colocarse una máscara de oxígeno. Por lo tanto, los pilotos y la tripulación de los aviones de combate deben usar máscaras de oxígeno en todo momento.
El 30 de junio de 1971, la tripulación de la Soyuz 11 , los cosmonautas soviéticos Georgy Dobrovolsky , Vladislav Volkov y Viktor Patsayev murieron después de que la válvula de ventilación de la cabina se abriera accidentalmente antes de la reentrada atmosférica. [ 39 ] [ 40 ]
Historia

Entre los aviones que fueron pioneros en los sistemas de cabina presurizada se incluyen:
- Packard-Le Père LUSAC-11 (1920, un diseño francés modificado, que en realidad no estaba presurizado pero sí contaba con una cabina cerrada y enriquecida con oxígeno).
- División de Ingeniería USD-9A , un Airco DH.9A modificado (1921 – el primer avión en volar con la adición de un módulo de cabina presurizada) [ 41 ]
- Junkers Ju 49 (1931 – un avión experimental alemán construido específicamente para probar el concepto de presurización de cabina)
- Farman F.1000 (1932 – un avión experimental francés con cabina presurizada que batió récords)
- Chizhevski BOK-1 (1936 – un avión experimental ruso)
- Lockheed XC-35 (1937: un avión estadounidense presurizado. En lugar de una cápsula de presión que encerrara la cabina, el fuselaje monocasco actuaba como recipiente a presión).
- Renard R.35 (1938 – el primer avión de pasajeros de pistón presurizado)
- Boeing 307 Stratoliner (1938 – el primer avión de pasajeros presurizado en entrar en servicio comercial)
- Lockheed Constellation (1943 – el primer avión de pasajeros presurizado en servicio generalizado)
- Boeing 377 Stratocruiser (1947: el primer avión presurizado de dos pisos en entrar en servicio comercial de largo alcance).
- Avro Tudor (1946 – primer avión de pasajeros británico presurizado)
- de Havilland Comet (británico, Comet 1 1949 – el primer avión a reacción, Comet 4 1958 – solucionando los problemas del Comet 1)
- Tupolev Tu-144 y Concorde (1968 URSS y 1969 anglo-francés respectivamente; los primeros en operar a gran altitud).
- Cessna P210 (1978) Primer avión monomotor presurizado de éxito comercial [ 42 ]
- SyberJet SJ30 (2005) Primer avión de negocios civil en certificar un sistema de presurización de 12,0 psi que permite una cabina a nivel del mar a 41.000 pies (12.497 m) . [ 43 ]
El primer avión comercial con cabina presurizada fue el Boeing 307 Stratoliner , construido en 1938, antes de la Segunda Guerra Mundial , aunque solo se produjeron diez unidades antes de que la guerra interrumpiera la producción. El compartimento de presión del 307 se extendía desde la nariz del avión hasta un mamparo de presión en la parte trasera, justo delante del estabilizador horizontal. [ 44 ]

La Segunda Guerra Mundial fue un catalizador para el desarrollo de aeronaves. Inicialmente, los aviones de pistón de la Segunda Guerra Mundial, aunque a menudo volaban a altitudes muy elevadas, no estaban presurizados y dependían de máscaras de oxígeno. [ 45 ] Esto se volvió impráctico con el desarrollo de bombarderos más grandes, donde la tripulación debía moverse por la cabina. El primer bombardero construido con una cabina presurizada para su uso a gran altitud fue el Vickers Wellington Mark VI en 1941, pero la RAF cambió de política y, en lugar de actuar como aviones guía , se utilizaron para otros fines. El bombardero estratégico de largo alcance Boeing B-29 Superfortress de EE. UU . fue el primero en entrar en servicio de bombardeo. El sistema de control para este fue diseñado por Garrett AiResearch Manufacturing Company , basándose en parte en la concesión de licencias de patentes que Boeing poseía para el Stratoliner. [ 46 ]
Los aviones de pasajeros con motor de pistón de la posguerra, como el Lockheed Constellation (1943), hicieron que la tecnología se popularizara en el servicio civil. Estos aviones generalmente dependían de compresores eléctricos para proporcionar aire presurizado en la cabina. La sobrealimentación del motor y la presurización de la cabina permitieron que aeronaves como el Douglas DC-6 , el Douglas DC-7 y el Constellation tuvieran techos de servicio certificados de entre 24 000 y 28 400 pies (7315 y 8656 m) . Diseñar un fuselaje presurizado para soportar ese rango de altitud estaba dentro de los conocimientos de ingeniería y metalurgia de la época. La introducción de los aviones a reacción requirió un aumento significativo en las altitudes de crucero, hasta el rango de 30 000 a 41 000 pies (9144 a 12 497 m) , donde los motores a reacción son más eficientes en el consumo de combustible. Ese aumento en las altitudes de crucero exigió una ingeniería mucho más rigurosa del fuselaje, y al principio no se comprendieron completamente todos los problemas de ingeniería.
El primer avión comercial a reacción del mundo fue el británico de Havilland Comet (1949), diseñado con un techo de servicio de 11 000 m (36 000 pies ) . Fue la primera vez que se construyó y voló a esta altitud un fuselaje presurizado de gran diámetro con ventanas. Inicialmente, el diseño fue un éxito, pero dos fallos catastróficos de la estructura del avión en 1954, que provocaron la pérdida total de la aeronave, los pasajeros y la tripulación, paralizaron la flota mundial de aviones a reacción. Una exhaustiva investigación y un innovador análisis de ingeniería de los restos condujeron a importantes avances que resolvieron los problemas básicos del diseño de fuselajes presurizados a gran altitud. El problema fundamental resultó ser una combinación de una comprensión insuficiente del efecto de la fatiga progresiva del metal a medida que el fuselaje se somete a ciclos de tensión repetidos, junto con una mala interpretación de cómo se redistribuyen las tensiones en la superficie del avión alrededor de las aberturas del fuselaje, como ventanas y orificios para remaches.
Los principios de ingeniería críticos sobre fatiga de metales aprendidos del programa Comet 1 [ 47 ] se aplicaron directamente al diseño del Boeing 707 (1957) y todos los aviones de pasajeros a reacción posteriores. Por ejemplo, se introdujeron procesos de inspección rutinarios detallados, además de inspecciones visuales exhaustivas de la superficie exterior, los operadores realizaban muestreos estructurales obligatorios de forma rutinaria; la necesidad de inspeccionar áreas que no son fácilmente visibles a simple vista llevó a la introducción de exámenes radiográficos generalizados en la aviación; esto también tuvo la ventaja de detectar grietas y defectos demasiado pequeños para ser vistos de otra manera. [ 48 ] Otro legado visiblemente notable de los desastres de Comet son las ventanas ovaladas en todos los aviones de pasajeros a reacción; las grietas por fatiga de metales que destruyeron los Comet se iniciaron por las esquinas de pequeño radio en las ventanas casi cuadradas del Comet 1. [ 49 ] [ 50 ] El fuselaje del Comet fue rediseñado y el Comet 4 (1958) se convirtió en un exitoso avión de pasajeros, pionero del primer servicio transatlántico a reacción, pero el programa nunca se recuperó realmente de estos desastres y fue superado por el Boeing 707. [ 51 ] [ 52 ]
Incluso después de los desastres de Comet, hubo varias fallas catastróficas posteriores por fatiga atribuidas a la presurización de la cabina. Quizás el ejemplo más destacado fue el vuelo 243 de Aloha Airlines , que involucró un Boeing 737-200 . [ 53 ] En este caso, la causa principal fue la operación continua de la aeronave específica a pesar de haber acumulado 35 496 horas de vuelo antes del accidente, esas horas incluyeron más de 89 680 ciclos de vuelo (despegues y aterrizajes), debido a su uso en vuelos cortos; [ 54 ] esto equivalía a más del doble de la cantidad de ciclos de vuelo que la estructura del avión estaba diseñada para soportar. [ 55 ] El vuelo 243 de Aloha pudo aterrizar a pesar del daño sustancial infligido por la descompresión, que había resultado en la pérdida de un miembro de la tripulación de cabina; el incidente tuvo efectos de gran alcance en las políticas de seguridad aérea y llevó a cambios en los procedimientos operativos. [ 55 ]
El avión supersónico Concorde tuvo que lidiar con diferenciales de presión particularmente altos porque volaba a una altitud inusualmente alta (hasta 60 000 pies (18 288 m) ) y mantenía una altitud de cabina de 6000 pies (1829 m) . [ 56 ] A pesar de esto, su altitud de cabina se mantuvo intencionalmente en 6000 pies (1829 m) . [ 57 ] Esta combinación, si bien proporcionó mayor comodidad, hizo necesario que el Concorde fuera una aeronave significativamente más pesada, lo que a su vez contribuyó al costo relativamente alto de un vuelo. De manera inusual, el Concorde estaba provisto de ventanas de cabina más pequeñas que la mayoría de los demás aviones comerciales de pasajeros para ralentizar la tasa de descompresión en caso de falla del sello de una ventana. [ 58 ] La alta altitud de crucero también requirió el uso de oxígeno de alta presión y válvulas de demanda en las máscaras de emergencia, a diferencia de las máscaras de flujo continuo utilizadas en los aviones comerciales convencionales. [ 59 ] La FAA, que aplica tasas mínimas de descenso de emergencia para aeronaves, determinó que, en relación con la mayor altitud operativa del Concorde, la mejor respuesta a un incidente de pérdida de presión sería realizar un descenso rápido. [ 60 ]
La altitud operativa de cabina diseñada para los nuevos aviones está disminuyendo y se espera que esto reduzca cualquier problema fisiológico restante. Tanto el Boeing 787 Dreamliner como el Airbus A350 XWB han realizado tales modificaciones para aumentar la comodidad de los pasajeros. La presión interna de la cabina del 787 es equivalente a una altitud de 6000 pies (1829 m) lo que resulta en una presión más alta que para la altitud de 8000 pies (2438 m) de los aviones convencionales más antiguos; [ 61 ] según un estudio conjunto realizado por Boeing y la Universidad Estatal de Oklahoma , dicho nivel mejora significativamente los niveles de comodidad. [ 62 ] [ 63 ] Airbus ha declarado que el A350 XWB proporciona una altitud típica de cabina en o por debajo de 6000 pies (1829 m) , junto con una atmósfera de cabina de 20 % de humedad y un sistema de gestión del flujo de aire que adapta el flujo de aire de la cabina a la carga de pasajeros con circulación de aire sin corrientes. [ 64 ] La adopción de fuselajes compuestos elimina la amenaza que representa la fatiga del metal que se habría visto exacerbada por las mayores presiones de cabina adoptadas por los aviones comerciales modernos; también elimina el riesgo de corrosión por el uso de mayores niveles de humedad. [ 61 ]
Véase también
Notas a pie de página
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- Fragmentos del Manual del Cirujano de Vuelo Naval de los Estados Unidos
- "121 muertos en accidente aéreo en Grecia" , CNN
Enlaces externos
- Vídeo con demostración de presurización de cabina en aeronaves civiles en YouTube
- Ingeniería aeroespacial
- Recipientes a presión
- Seguridad aérea
- Presión atmosférica