EL PESO Y BALANCE DE UNA AERONAVE
Un procedimiento que la mayoría de los consumidores de transporte aéreo desconocen
Explicación básica de en qué consiste
Jorge Osmani Moreno Pérez
Cada día. a nivel global, miles de aeronaves realizan vuelos comerciales, cada vuelo realizado lleva implícito un proceso de preparación para que todos los parámetros que deben cumplirse se ejecuten adecuadamente, esto es parte de garantizar el nivel de seguridad de los vuelos.
El peso y balance de una aeronave se convierte en un paso esencial y primordial donde todo el “payload” (carga de pago) debe ser ubicado en cada sección de la aeronave dentro de un límite de peso determinado, tanto en la cabina de pasajeros como en los compartimientos de carga. A esto se le agrega el peso y ubicación del combustible, así como cualquier elemento adicional que incremente el peso permitido por el fabricante y teniendo en cuenta que con esta operación se garantice el centrado de la aeronave teniendo en cuenta los límites del desplazamiento del centro de gravedad de la misma. Este proceso es imprescindible para la realización de un vuelo.
El peso y Balance de los aviones es esencial, aunque es muy importante observar las limitaciones de peso dadas por el fabricante del aeroplano en cuanto a cantidad, pero más importante es aún si cabe atenerse a las limitaciones en cuanto a su distribución, dado que el mismo peso según se coloque en uno u otro lugar ejercerá mayor o menor efecto de palanca. Aunque una aeronave mantenga el peso dentro de los límites, una inadecuada distribución del mismo puede acarrear graves consecuencias las cuales estaremos viendo detalladamente a continuación.
Expondremos en detalles conceptos que avalan lo anteriormente expresado:
El peso afecta al centro de gravedad de un avión, la distribución de este se le llama Balance.
Peso: En física, el peso de un cuerpo es una magnitud vectorial, el cual se define como la fuerza con la cual un cuerpo actúa sobre un punto de apoyo, a causa de la atracción de este cuerpo por la fuerza de la gravedad.
Balance: es la determinación de igualdad o equilibrio entre todos los pesos que ingresan o forman parte del avión para lograr que el avión maniobre de la manera correcta
Línea Datum: La línea datum es un punto de referencia a partir del cual obtendrás el centro de gravedad de la aeronave. La mayoría de las veces esta línea se encuentra en la nariz del avión y a partir de aquí, obtienes las distancias por ejemplo al borde de ataque o al tren de aterrizaje.
Brazo (Arm). Es la distancia horizontal existente desde el datum hasta un elemento (tripulante, pasaje, equipaje, etc.…).
Momento (Moment). Denominación simplificada para describir la fuerza de palanca que ejerce una fuerza o peso. En este caso, es el producto del peso de un elemento por su brazo.
A esto se le puede ampliar, que el Momento es el producto del peso de un elemento multiplicado por su brazo. Los Momentos se expresan en (lbs-in) libras/pulgadas. El Momento total es el peso de una aeronave multiplicado por la distancia en pulgadas entre el Datum y el C.G.
Centro de Gravedad: El centro de gravedad (C.G.) es el punto de aplicación de la resultante de todas las fuerzas de gravedad que actúan sobre las distintas porciones materiales de un cuerpo, de tal forma que el momento respecto a cualquier punto de esta resultante aplicada en el centro de gravedad es el mismo que el producido por los pesos de todas las masas materiales que constituyen dicho cuerpo.
Esquema que muestra los conceptos anteriores
El G.C.(Centro de Gravedad) es el punto del cual si pudiéramos amarrarle un hilo al avión y lo levantáramos este se mantendría estático y en equilibrio, pero no todos los aviones tienen el C.G. en el mismo lugar, y todo depende de lo largo del fuselaje y de donde se encuentran los motores, el movimiento del centro de gravedad es más evidente sobre el eje longitudinal que sobre el eje transversal, es decir el movimiento de lado a lado del centro de gravedad no es tan fácil de notar como el movimiento de nariz a cola, de ahí que los manifiestos de peso y balance solo tengan en cuenta el movimiento sobre el eje longitudinal.
Los límites del C.G.
Durante el balance de los pesos en una aeronave, el C.G. de la misma puede desplazarse hacia delante o hacia detrás, pero este desplazamiento este marcado con un límite, el límite más común es que el centro de gravedad se encuentre entre el 10% y el 40% del ala, si el C.G. se encuentra más adelante el avión puede que nunca eleve su nariz o si es de patín de cola puede que se vaya de nariz al suelo, si esta por detrás del límite puede que sea muy fácil perder el control del cabeceo provocando en el despegue un ángulo mayor a 20º lo cual provocaría una pérdida.
El cumplimiento de lo anterior lleva a los resultados siguientes:
- Cómodo en el aspecto de que mientras más centrado este el C.G. menos ajustes tendrá que hacer el piloto durante el vuelo.
2. Económico por qué un C.G. mal centrado puede provocar un consumo mayor de combustible, así como provocar que el avión no alcance su velocidad óptima en crucero.
Una aeronave, no importa su potencia o capacidad tiene sus límites. Conocer de antemano si el centro de gravedad está dentro de parámetros aceptables es necesario para predecir el comportamiento de esta en el aire y además permite determinar factores de riesgo tales como ¿puede volar realmente esta aeronave con esta configuración? Son conocidos numerosos accidentes de aviación en los que no se ha respetado la configuración recomendada por el fabricante.
Resultado de una mala ubicación o manipulación de la carga donde no se respetaron los parámetros del peso y balance
En este esquema se puede apreciar toda una serie de elementos que pueden incidir en un apropiado peso y balance de una aeronave.
En azul: Área de la cabina de pasajeros donde se ubican los mismos
En rojo: Las áreas de los compartimientos de carga donde su ubica tanto la carga como el equipaje de los pasajeros.
En verde: Área del ala donde se alojan los tanques de combustible
Una línea vertical negra señala el C.G. de la aeronave, un rectángulo longitudinal en negro señala los límites hasta donde se puede desplazar el C.G.
Tanto la carga y/o equipaje y los pasajeros pueden ser ubicados (teniendo en cuenta su peso) en posiciones donde el desplazamiento del C.G. queden dentro del rango del Límite delantero y Límite trasero.
Las aeronaves están divididas en diferentes locaciones designadas por un número y denominadas Stations expresando su distancia desde el Datum. Por ello, el Datum es identificado como Station 0 por lo que un objeto colocado en la Station +50 tendría un brazo de 50 pulgadas.
Si la aeronave queda delantera o trasera dentro de los límites del desplazamiento de C.G. esto puede corregirse con la selección del ángulo de incidencia del estabilizador de cola que puede desplazarse hacia arriba o hacia abajo en magnitudes expresadas en grados.
En este esquema se puede apreciar con claridad todo lo relacionado con el peso y balance de una aeronave (en este caso un Cessna 172) se observa el Datum, los brazos de palanca y los límites del desplazamiento del C.G. dentro de los límites delantero y trasero.
Los pesos
Los pesos que se reseñan en cada tipo de aeronave son establecidos por los fabricantes y se convierten en datos que no deben excederse y de hecho son muy tenidos en cuenta durante la preparación de un vuelo de una aeronave.
Los pesos están muy bien definidos dentro de la nomenclatura correspondiente, veamos:
MTW / Max Taxi Weight = Peso máximo de una aeronave en rampa
MTOW / Max Take-Off Weight = Peso máximo permisible en el momento del despegue
MLW / Max Landing Weight = Peso máximo permisible para aterrizar
MZFW / Max Zero Fuel Weight = Max peso de la aeronave sin combustible
EW / Empty Weight = Peso de la aeronave vacía
Payload = Máximo peso permitido en carga de pago (incluye peso de los pasajeros + carga y equipaje.
Usable Fuel = Máxima capacidad de combustible en sus tanques
Basado en las anteriores definiciones observaremos los pesos de una aeronave B-757-200.
EW = 59,363 kgs
Payload = 24,097 kgs
MZFW = 85, 276 kgs
MTW = 115, 119 kgs
Calculemos, al peso vacío le agregamos el peso de la carga de pago (payload = pasajeros, carga y equipaje) y nos da el ZFW = 83, 460 kg menor en 1,816 kg del máximo de 85,276 kg.
A partir de ahí se define la cantidad de combustible que se debe cargar para cumplir su plan de vuelo. Como la máxima capacidad de combustible en tanque es de 34,275 kg no se puede utilizar esa cantidad, ya que si se la sumamos al MZFW el MTW alcanza los 117,736 kgs excediéndose en 1,616 kg al máximo peso en rampa. Esto es un cálculo básico demostrativo, pero si fuera un vuelo real habría que ajustar los pesos por combustible y carga de pago a las necesidades de la ruta a volar teniendo en cuenta la distancia a recorrer con el calculo apropiado del combustible a consumir (Trip Fuel) más combustible adicional para contingencias y para volar a un aeropuerto alterno. Como no se puede exceder el MTOW se impone hacer correcciones que pueden derivarse en disminuir el peso de la carga de pago (payload). Esa es una de las razones por la cual los pasajeros se preguntan como se limitó la venta de boletos y al abordar la aeronave descubrieron un número indeterminado de asientos vacíos.
En este esquema se aprecia el peso y balance de un B-767-300ER. Se refleja el número de pasajeros, el peso de la carga y el peso del combustible. Abajo se reseña el ZFW, el GW y el C.G. expresado en % MAC (Mean Aerodynamic Chord) distancia promedio desde el borde de ataque del ala al borde de salida expresado en %. Entre un 19 y un 21% MAC es considerado optimo para este tipo de aeronave. También se aprecia la ubicación de los pasajeros y la ubicación de la carga en ambos compartimientos.
Hasta aquí hemos reseñado la importancia del peso y balance para la ejecución de un vuelo en una aeronave, han podido apreciar los datos necesarios que e deben tener en cuenta para esta tarea.
El resultado de esa tarea queda reflejado en un Manifiesto o Guía de Peso y Balance documento que forma parte de la documentación del vuelo y debe ser aceptado por el Comandante de la Aeronave luego de ser revisado, ante discrepancias, el Comandante puede solicitar rehacer el manifiesto de Peso y Balance o hacerle las correcciones pertinentes. Finalmente, ese Manifiesto debe ser firmado por el Comandante expresando su conformidad y aprobación.
Facsímil de un Manifiesto o Guía de Peso y Balance
La guía o manifiesto de Peso y Balance es elaborada por personal calificado de la aerolínea que opera la aeronave o por personal que brinda este servicio en los aeropuertos, un representante de la aerolínea tiene la tarea de supervisar todas las acciones que se desarrollan durante la preparación del vuelo y debe velar que el personal que manipula el equipaje y la carga lo haga de acuerdo a lo que esta establecido en la guía o manifiesto.
Como han podido apreciar, el Peso y Balance de una aeronave es fundamental para el mejor performance del vuelo y es un procedimiento básico e imprescindible para el desarrollo exitoso de un vuelo con altos índices de seguridad. Este procedimiento está presente en cada uno de los miles de vuelos que las aerolíneas realizan en un día y los millones de vuelos que se ejecutan anualmente a nivel global.
Para la realización de este trabajo se tomaron en cuenta referencias publicadas en:
Diseño del Manifiesto de Peso y Balance de la Aeronave Airbus 318-111 / Instituto Politécnico Nacional / Estados Unidos Mexicanos.
Publicación Mundo Aeronáutico
Pre Vuelo. Cálculo de carga y Centrado mmuñ[email protected]
Peso y equilibrio de una aeronave / Florida Flyers Flight Academy
Manual para el cálculo de peso y balance de la FAA
Esquema del B-767-300ER tomado del Simulador de Vuelo XPlane