¿Qué es el Techo de Servicio de una aeronave?

Cada fabricante determinará cuál es el techo de servicio de una aeronave, esto quiere decir, la altitud máxima a la que podrá volar sin degradar el funcionamiento de la misma en el seno del aire. Las funciones derivan en la sustentación, sistemas, aerodinámica, límite de presurización y empuje o tracción, entre otras.

La densidad del aire juega un papel fundamental para determinar este techo, ya que depende de la potencia de los motores y del perfil aerodinámico para poderse sustentar en el aire. A menor altitud, la densidad del aire aumenta, mientras que a mayor altitud, la densidad del aire disminuye.

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Lógicamente las aeronaves a nivel del mar tienen una actuación mucho mejor que en otras altitudes. Por ejemplo, un avión cualquiera que este sea civil, a un altitud de 50,000 pies, su comportamiento aerodinámico será insuficiente, así como su control y sus motores quizá puedan ya no generar la misma potencia necesaria de empuje o simplemente se apaguen.

En la actualidad los aviones comerciales tienen la capacidad de poder volar en espacios aéreos relativamente altos; generalmente pueden ascender a una altitud 39,000 hablando de aviones de los fabricantes Boeing y Airbus, que son los más utilizados para la aviación comercial.

El techo de servicio varía

Es claro que dependiendo de la capacidad del avión, su motor, sistemas, sistemas de presurización, entre otras, dependerá del techo de servicio al cual se hable. Por ejemplo, un Cessna 172 o un Piper PA, que son aviones ligeros, tienen un techo de servicio máximo de alrededor de 14,000 pies, pero en estos casos –y por reglamentación en México-, no se puede volar por arriba de los 10,000 pies durante un tiempo prolongado si no se cuenta con oxígeno suplementario. Esto quiere decir que un piloto por arriba de esa altitud podría no experimentar valores adecuados de oxígeno en el cuerpo y por lo consiguiente hipoxiarse.

Existen otros aviones de categorías similares, pero con tanques de oxígeno, lo que ayuda a aumentar el techo de servicio, pero puede verse limitado a pocos miles de pies más pues el motor comenzará a degradar su funcionamiento con la altitud. Es por ello que algunos son turbo cargados para volar más rápido y alto.

A diferencia, los aviones de alto rendimiento, como lo son los equipos comerciales y corporativos, tienen excelentes prestaciones a grandes altitudes. De hecho, consumen mucho menos combustible a grandes altitudes. Sin embargo, también están limitados a un techo de servicio.

De hecho un avión corporativo, llámese Gulfstream, Learjet, Falcon, etc, tienen mayores capacidades de velocidad y techo de servicio que un Airbus A350 o Boeing 777, por ejemplo, donde el tamaño no implica que tenga un mejor performance. Como poner un ejemplo, los Gulfstream G650, han marcado varios hitos de vuelo, pudiendo alcanzar los 50,000 pies de altitud, pero a velocidades cerca del sonido, casi Mach 0.95. La velocidad importa mucho.

¿Qué influye en el techo de servicio?

Como lo explicábamos anteriormente, la densidad del aire juega un papel fundamental para determinar la actuación del avión en diferentes escenarios y sobre todo el levantamiento de la misma.

Hablemos de la fórmula de levantamiento, y que surge muy bien en el tema, ya que los factores que pondera esta fórmula pueden determinar y ejemplificar por qué un avión puede o no subir más que otro.

Lift= CL X ½ p V2 S

Esta fórmula nos dice que la sustentación (lift) depende de varios factores, como es el coeficiente de levantamiento (CL), la densidad del aire (p), la velocidad y por último la superficie alar (S).

Pero dentro de esta fórmula algunos valores son determinantes a la hora de sacar un cálculo en específico. Para el caso del techo de servicio, tomaremos en cuenta que el valor de la resultante total de levantamiento, es igual al ángulo de ataque (AOA) más la velocidad indicada (IAS), y por la contraparte la velocidad está determinada por la densidad del aire (p) y la velocidad verdadera (TAS).

Ahora bien, como lo dijimos anteriormente, a mayor altitud las partículas que conforman el aire (78% de nitrógeno, 21% de oxígeno y 1% de gases raros), disminuye con la altitud, ya que el aire al ser un gas comprensible, se encontrará mayormente en las altitudes más bajas.

Esto trae como consecuencia que a una mayor altitud los aviones ya no puedan sustentarse y pierdan una efectividad aerodinámica para realizar cualquier maniobra que depende de la diferencia de presiones por el movimiento que le dan la superficies de control primaria, es decir para los movimientos de cabeceo, alabeo y guiñada, ya que al haber poca cantidad de aire (poca densidad), el avión comenzará a perder efectividad, y ya no hablar de los motores que pueden apagarse por una falta de flama (flameo out), o una deficiente mezcla estequiometria (porcentajes correctos de combustible y oxígeno).

Es ahí donde entra un factor importante para que la efectividad en vuelo se produzca, y es la velocidad. Entre mayor velocidad pueda recorrer un avión el seno del aire, tendrá una mejor capacidad para volar a grandes altitudes, debido a la presión que se ejerce y que produce más levantamiento y control.

Evidentemente la velocidad también tiene que ver con qué tan aerodinámica es esa superficie para recorrer el seno del aire, es por ello que los aviones que tienen perfiles aerodinámicos en flecha, son más efectivos al momento de desplazarse y de volar a grandes altitudes.

Tal es el caso de los aviones de combate, corporativos y algunos comerciales, como fue el Boeing 727, el avión comercial más rápido del mundo.

En resumen, el techo de servicio tiene que ver con la densidad del aire y la calidad de ese avión de volar de una forma segura una altitud determinada. Para más información, les dejamos colocado este video, donde explica más a detalle este tema.

• NOTA: Si no puedes ver el video, da click aquí.