contaminación acústica de los aviones

Gran parte del ruido en los aviones de hélice proviene tanto de las hélices como de la aerodinámica . El ruido de los helicópteros es un ruido inducido aerodinámicamente por los rotores principal y de cola , y un ruido inducido mecánicamente por la caja de engranajes principal y las diversas cadenas de transmisión. Las fuentes mecánicas producen picos de alta intensidad de banda estrecha relacionados con la velocidad de rotación y el movimiento de las piezas móviles. En términos de modelado computacional , el ruido de una aeronave en movimiento puede tratarse como una fuente lineal .

Los motores de turbina de gas de las aeronaves ( motores a reacción ) son responsables de gran parte del ruido que producen durante el despegue y el ascenso, como el zumbido característico que se genera cuando las puntas de las palas del ventilador alcanzan velocidades supersónicas. Sin embargo, gracias a los avances en las tecnologías de reducción de ruido, la estructura del avión suele ser más ruidosa durante el aterrizaje.

La mayor parte del ruido del motor que se escucha se debe al ruido del chorro, aunque los turbofanes de alta relación de derivación también generan un ruido considerable del ventilador. El chorro de alta velocidad que sale de la parte trasera del motor tiene una inestabilidad inherente en la capa de cizallamiento (si no es lo suficientemente gruesa) y se enrolla formando vórtices anulares. Estos posteriormente se descomponen en turbulencia. El nivel de presión sonora (SPL) asociado al ruido del motor es proporcional a la velocidad del chorro (a alta potencia). Por lo tanto, incluso reducciones modestas en la velocidad de escape producirán una gran reducción en el ruido del chorro. ^{[ 4 ]}

Los motores son la principal fuente de ruido de las aeronaves. ^{[ 5 ]} El motor Pratt & Whitney PW1000G con engranajes ayudó a reducir los niveles de ruido de los aviones de fuselaje estrecho Bombardier CSeries , Mitsubishi MRJ y Embraer E-Jet E2 : la caja de engranajes permite que el ventilador gire a una velocidad óptima, que es un tercio de la velocidad de la turbina LP, para velocidades más bajas en las puntas del ventilador. Tiene una huella de ruido un 75 % menor que los equivalentes actuales. ^{[ 5 ]} El PowerJet SaM146 en el Sukhoi Superjet 100 cuenta con álabes de ventilador aerodinámicos 3D y una góndola con una boquilla de flujo de conducto mixto larga para reducir el ruido. ^{[ 5 ]}

El ruido aerodinámico se origina por el flujo de aire alrededor del fuselaje y las superficies de control de la aeronave. Este tipo de ruido aumenta con la velocidad y también a bajas altitudes debido a la densidad del aire. Las aeronaves a reacción generan un ruido aerodinámico intenso . Los aviones militares que vuelan a baja altitud y alta velocidad producen un ruido aerodinámico especialmente fuerte.

La forma del morro, el parabrisas o la cabina de una aeronave influye en el sonido que produce. Gran parte del ruido de un avión de hélice es de origen aerodinámico, debido al flujo de aire alrededor de las palas. Los rotores principal y de cola de los helicópteros también generan ruido aerodinámico. Este tipo de ruido aerodinámico es principalmente de baja frecuencia, determinada por la velocidad del rotor.

Normalmente, el ruido se genera cuando el flujo pasa por un objeto en la aeronave, por ejemplo, las alas o el tren de aterrizaje. Existen, a grandes rasgos, dos tipos principales de ruido en la estructura del avión:

• Ruido de cuerpo romo: el desprendimiento alterno de vórtices desde ambos lados de un cuerpo romo crea regiones de baja presión (en el núcleo de los vórtices desprendidos) que se manifiestan como ondas de presión (o sonido). El flujo separado alrededor del cuerpo romo es bastante inestable y se enrolla formando vórtices anulares, que posteriormente se descomponen en turbulencia. ^{[ 6 ]}
• Ruido de borde: cuando el flujo turbulento pasa por el extremo de un objeto o por huecos en una estructura (huecos de separación de dispositivos de alta sustentación), las fluctuaciones de presión asociadas se oyen a medida que el sonido se propaga desde el borde del objeto (radialmente hacia abajo). ^{[ 6 ]}

estallido sónico

Las explosiones sónicas producidas por grandes aeronaves supersónicas pueden ser particularmente fuertes y sorprendentes, tienden a despertar a las personas y pueden causar daños menores a algunas estructuras . Esto llevó a la prohibición de los vuelos supersónicos rutinarios sobre tierra. Si bien las explosiones sónicas no se pueden prevenir por completo, las investigaciones sugieren que, con un diseño cuidadoso del vehículo, las molestias causadas por las explosiones sónicas pueden reducirse hasta el punto de que los vuelos supersónicos sobre tierra podrían convertirse en una opción viable. ^{[ 7 ] [ 8 ]}

Los sistemas de presurización y climatización de la cabina de mando y de pasajeros suelen ser una fuente importante de ruido en las cabinas de aeronaves civiles y militares. Sin embargo, una de las fuentes más significativas de ruido en la cabina de los aviones comerciales, además de los motores, es la Unidad de Potencia Auxiliar (APU), un generador a bordo que se utiliza para arrancar los motores principales, generalmente con aire comprimido , y para suministrar energía eléctrica mientras la aeronave está en tierra. Otros sistemas internos de la aeronave también pueden contribuir al ruido, como el equipo electrónico especializado en algunos aviones militares.

A finales de la década de 2000, Bernhard Greiser, para la Umweltbundesamt , la oficina ambiental central de Alemania, llevó a cabo un análisis estadístico a gran escala de los efectos del ruido de los aviones en la salud. Se analizaron los datos de salud de más de un millón de residentes de los alrededores del aeropuerto de Colonia para detectar posibles correlaciones entre el ruido de los aviones y la salud. Posteriormente, los resultados se corrigieron para tener en cuenta otras influencias del ruido en las zonas residenciales y factores socioeconómicos, con el fin de reducir posibles sesgos en los datos. ^{[ 17 ]}

El estudio alemán concluyó que el ruido de los aviones perjudica la salud de forma clara y significativa. ^{[ 17 ]} Por ejemplo, un nivel de presión sonora promedio diurno de 60 decibelios aumentó la enfermedad coronaria en un 61 % en hombres y en un 80 % en mujeres. Como otro indicador, un nivel de presión sonora promedio nocturno de 55 decibelios aumentó el riesgo de infarto en un 66 % en hombres y en un 139 % en mujeres. Sin embargo, los efectos en la salud estadísticamente significativos comenzaron a manifestarse a partir de un nivel de presión sonora promedio de 40 decibelios . ^{[ 17 ]}

La Administración Federal de Aviación ( FAA ) regula el nivel máximo de ruido que pueden emitir las aeronaves civiles individuales exigiendo que cumplan con ciertos estándares de certificación de ruido. Estos estándares designan cambios en los requisitos de nivel máximo de ruido mediante designaciones de "etapa". Los estándares de ruido de EE. UU. se definen en el Título 14, Parte 36 del Código de Regulaciones Federales (CFR): Estándares de ruido: Certificación de tipo de aeronave y aeronavegabilidad (14 CFR Parte 36). La FAA afirma que un nivel máximo de sonido promedio diurno-nocturno de 65  dB es incompatible con las comunidades residenciales. ^{[ 18 ]} Las comunidades en las áreas afectadas pueden ser elegibles para medidas de mitigación como el aislamiento acústico.

El ruido de los aviones también afecta a las personas dentro de la aeronave: tripulación y pasajeros. El ruido de la cabina puede estudiarse para abordar la exposición ocupacional y la salud y seguridad de los pilotos y auxiliares de vuelo. En 1998, se encuestó a 64 pilotos de aerolíneas comerciales sobre pérdida auditiva y tinnitus . ^{[ 19 ]} En 1999, el NIOSH realizó varias encuestas de ruido y evaluaciones de riesgos para la salud, y encontró niveles de ruido que superaban su límite de exposición recomendado de 85 decibelios ponderados A como un TWA de 8 horas . ^{[ 20 ]} En 2006, se informó que los niveles de ruido dentro de un Airbus A321 durante el crucero eran de aproximadamente 78  dB(A) y durante el rodaje, cuando los motores de la aeronave producían un empuje mínimo, los niveles de ruido en la cabina se registraron en 65  dB(A). ^{[ 21 ]} En 2008, un estudio de tripulaciones de cabina de aerolíneas suecas encontró niveles de sonido promedio entre 78 y 84  dB(A) con una exposición ponderada A máxima de 114  dB pero no encontró cambios importantes en el umbral auditivo. ^{[ 22 ]} En 2018, un estudio de niveles de sonido medidos en 200 vuelos que representaban seis grupos de aeronaves encontró un nivel de ruido de medios de 83,5 dB(A) con niveles que alcanzaban los 110  dB(A) en ciertos vuelos, pero solo el 4,5 % superó el TWA de 8 horas recomendado por NIOSH de 85  dB(A). ^{[ 23 ]}

 Se ha demostrado que el ruido simulado de aeronaves a 65 dB(A) afecta negativamente la memoria y el recuerdo de información auditiva de las personas. ^{[ 24 ]} En un estudio que comparó el efecto del ruido de aeronaves con el efecto del alcohol en el rendimiento cognitivo, se encontró que el ruido simulado de aeronaves a 65  dB(A) tenía el mismo efecto en la capacidad de las personas para recordar información auditiva que estar intoxicado con un nivel de concentración de alcohol en sangre (BAC) de 0,10. ^{[ 25 ]} Un BAC de 0,10 es el doble del límite legal requerido para operar un vehículo motorizado en muchos países desarrollados como Australia.

Las etapas de ruido se definen en el Título 14 Parte 36 del Código de Regulaciones Federales (CFR) de los Estados Unidos. ^{[ 28 ]} Para aeronaves civiles , la Etapa 1 de la FAA de los Estados Unidos es la más ruidosa y la Etapa 4 es la más silenciosa. ^{[ 29 ]} La Etapa 3 fue requerida para todos los aviones a reacción y turbohélice grandes en los aeropuertos civiles de EE. UU. desde el año 2000, ^{[ 28 ]} y al menos la Etapa 2 para aviones a reacción con un MTOW inferior a 75 000 lb (34 t) hasta el 31 de diciembre de 2015. ^{[ 29 ]} La anterior era la Etapa 4 para aviones grandes, equivalente a las normas del Anexo 16, Volumen 1, Capítulo 4 de la OACI , mientras que el Capítulo 14, más estricto, entró en vigor el 14 de julio de 2014 y fue adoptado por la FAA como Etapa 5 a partir del 14 de enero de 2016, vigente para los nuevos certificados de tipo a partir del 31 de diciembre de 2017 o del 31 de diciembre de 2020, dependiendo del peso. ^{[ 28 ]}  

Estados Unidos permite tanto los helicópteros más ruidosos de la Etapa 1 como los silenciosos de la Etapa 2. ^{[ 29 ]} La norma de ruido para helicópteros más silenciosa de la Etapa 3 entró en vigor el 5 de mayo de 2014 y es coherente con los Capítulos 8 y 11 de la OACI. ^{[ 28 ]}