La contaminación acústica de las aeronaves se refiere al ruido producido por las aeronaves en vuelo que se ha asociado con varios efectos negativos para la salud mediados por el estrés, desde trastornos del sueño hasta trastornos cardiovasculares. [1] [2] [3] Los gobiernos han promulgado controles extensos que se aplican a los diseñadores, fabricantes y operadores de aeronaves, lo que ha permitido mejorar los procedimientos y reducir la contaminación.
La producción de sonido se divide en tres categorías:
- Ruido mecánico: rotación de las piezas del motor, más notable cuando las aspas del ventilador alcanzan velocidades supersónicas.
- Ruido aerodinámico: procedente del flujo de aire alrededor de las superficies de la aeronave, especialmente cuando se vuela bajo a altas velocidades.
- Ruido de los sistemas de la aeronave: sistemas de acondicionamiento y presurización de cabina y de cabina, y unidades de energía auxiliar.
Mecanismos de producción de sonido
El ruido de las aeronaves es la contaminación acústica producida por una aeronave o sus componentes, ya sea en el suelo mientras está estacionada, como unidades de potencia auxiliares, durante el rodaje, al acelerar desde la hélice y el escape del jet, durante el despegue, debajo y lateral a las rutas de salida y llegada. , sobrevolando en ruta o durante el aterrizaje. [ cita requerida ] Un avión en movimiento que incluye el motor a reacción o la hélice provoca la compresión y enrarecimiento del aire, produciendo el movimiento de las moléculas de aire. Este movimiento se propaga por el aire en forma de ondas de presión. Si estas ondas de presión son lo suficientemente fuertes y están dentro del espectro de frecuencias audibles , se produce una sensación de audición. Los diferentes tipos de aeronaves tienen diferentes niveles de ruido y frecuencias. El ruido se origina en tres fuentes principales:
- Motor y otros ruidos mecánicos
- Ruido aerodinámico
- Ruido de los sistemas de aeronaves
Motor y otros ruidos mecánicos
Gran parte del ruido en los aviones de hélice proviene igualmente de las hélices y la aerodinámica. El ruido de helicóptero es ruido inducido aerodinámicamente de los rotores principal y de cola y ruido inducido mecánicamente de la caja de cambios principal y varias 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 partes móviles. En términos de modelado por computadora , el ruido de una aeronave en movimiento puede tratarse como una fuente de línea .
Los motores de turbina de gas de las aeronaves (motores a reacción ) son responsables de gran parte del ruido de la aeronave durante el despegue y el ascenso, como el ruido de la sierra circular que se genera cuando las puntas de las aspas del ventilador alcanzan velocidades supersónicas. Sin embargo, con los avances en las tecnologías de reducción de ruido, la estructura del avión suele ser más ruidosa durante el aterrizaje. [ cita requerida ]
La mayor parte del ruido del motor se debe al ruido de los reactores, aunque los turbofans de alta relación de derivación tienen un ruido de ventilador considerable. 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 en vórtices anulares. Esto luego se convierte en turbulencia. El SPL asociado con el ruido del motor es proporcional a la velocidad del chorro (a una potencia alta). Por lo tanto, incluso reducciones modestas en la velocidad de escape producirán una gran reducción en el ruido de los aviones. [ cita requerida ]
Los motores son la principal fuente de ruido de los aviones. El Pratt & Whitney PW1000G con engranajes ayudó a reducir los niveles de ruido de los aviones de fuselaje estrecho crossover Bombardier CSeries , Mitsubishi MRJ y Embraer E-Jet E2 : la caja de cambios permite que el ventilador gire a una velocidad óptima, que es un tercio de la velocidad de la turbina LP , para velocidades de punta del ventilador más lentas. Tiene una huella de ruido un 75% menor que sus equivalentes actuales. El PowerJet SaM146 en el Sukhoi Superjet 100 cuenta con aspas de ventilador aerodinámicas 3D y una góndola con una boquilla de flujo de conducto mixto largo para reducir el ruido. [4]
Ruido aerodinámico
El ruido aerodinámico surge del flujo de aire alrededor del fuselaje de la aeronave y las superficies de control. Este tipo de ruido aumenta con la velocidad de la aeronave y también a bajas altitudes debido a la densidad del aire. Los aviones propulsados a reacción crean un ruido intenso debido a la aerodinámica . Los aviones militares de baja velocidad y alta velocidad producen un ruido aerodinámico especialmente fuerte.
La forma del morro, el parabrisas o la capota de un avión afecta el sonido producido. 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 del helicóptero 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. En términos generales, existen dos tipos principales de ruido de la estructura del avión:
- Ruido del cuerpo del acantilado: el vórtice alterno que se desprende de ambos lados de un cuerpo del acantilado , crea regiones de baja presión (en el centro de los vórtices del cobertizo) que se manifiestan como ondas de presión (o sonido). El flujo separado alrededor del cuerpo del acantilado es bastante inestable y el flujo "se enrolla" en vórtices anulares, que luego se descomponen en turbulencias. [5]
- Ruido de borde: cuando un flujo turbulento pasa por el extremo de un objeto o por huecos en una estructura (huecos de espacio para dispositivos de elevación alta), las fluctuaciones de presión asociadas se escuchan a medida que el sonido se propaga desde el borde del objeto (radialmente hacia abajo). [5]
Ruido de los sistemas de aeronaves
Los sistemas de acondicionamiento y presurización de cabina y cabina suelen ser un factor importante en las cabinas de aeronaves tanto civiles como militares. Sin embargo, una de las fuentes más importantes de ruido de cabina de los aviones comerciales a reacción, además de los motores, es la unidad de potencia auxiliar (APU), un generador de a bordo que se utiliza en las aeronaves para arrancar los motores principales, generalmente con aire comprimido , y para proporcionar energía eléctrica mientras la aeronave está en tierra. También pueden contribuir otros sistemas internos de aeronaves, como equipos electrónicos especializados en algunas aeronaves militares.
Efectos en la salud
Los motores de las aeronaves son la principal fuente de ruido y pueden superar los 140 decibeles (dB) durante el despegue. Mientras está en el aire, las principales fuentes de ruido son los motores y las turbulencias de alta velocidad sobre el fuselaje. [6]
Los niveles elevados de sonido tienen consecuencias para la salud . El lugar de trabajo elevado u otro ruido pueden causar problemas de audición , hipertensión , cardiopatía isquémica , molestias , trastornos del sueño y disminución del rendimiento escolar. [7] Aunque algo de pérdida auditiva ocurre naturalmente con la edad, [8] en muchas naciones desarrolladas el impacto del ruido es suficiente para dañar la audición a lo largo de la vida. [9] [10] Los niveles elevados de ruido pueden crear estrés, aumentar las tasas de accidentes en el lugar de trabajo y estimular la agresión y otros comportamientos antisociales. [11] El ruido del aeropuerto se ha relacionado con la hipertensión arterial. [12] El ruido de las aeronaves aumenta el riesgo de ataques cardíacos . [13]
Estudio medioambiental alemán
Bernhard Greiser, para Umweltbundesamt , la oficina central de medio ambiente de Alemania, llevó a cabo un análisis estadístico a gran escala de los efectos en la salud del ruido de las aeronaves a fines de la década de 2000 . Se analizaron los datos de salud de más de un millón de residentes alrededor del aeropuerto de Colonia para determinar los efectos en la salud que se correlacionan con el ruido de los aviones. Luego, los resultados se corrigieron por otras influencias del ruido en las áreas residenciales y por factores socioeconómicos, para reducir la posible distorsión de los datos. [14]
El estudio alemán concluyó que el ruido de las aeronaves perjudica de forma clara y significativa la salud. [14] Por ejemplo, un nivel de presión sonora promedio durante el día de 60 decibeles aumenta la enfermedad coronaria en un 61% en los hombres y en un 80% en las mujeres. Como otro indicador, un nivel de presión sonora promedio durante la noche de 55 decibeles aumentó el riesgo de ataques cardíacos en un 66% en los hombres y en un 139% en las mujeres. Sin embargo, los efectos sobre la salud estadísticamente significativos comenzaron a partir de un nivel medio de presión sonora de 40 decibeles . [14]
Asesoramiento de la FAA
La Administración Federal de Aviación ( FAA ) regula el nivel máximo de ruido que las aeronaves civiles individuales pueden emitir al exigir que las aeronaves cumplan con ciertos estándares de certificación de ruido. Estos estándares designan los cambios en los requisitos de nivel máximo de ruido mediante la designación de "etapa". Los estándares de ruido de EE. UU. Se definen en el Código de Regulaciones Federales (CFR) Título 14 Parte 36 - Estándares de ruido: Tipo de aeronave y certificación de aeronavegabilidad (14 CFR Parte 36). La FAA dice que un nivel de sonido promedio máximo de día y noche de 65 dB es incompatible con las comunidades residenciales. [15] Las comunidades en las áreas afectadas pueden ser elegibles para medidas de mitigación como la insonorización.
Ruido de cabina
El ruido de las aeronaves también afecta a las personas dentro de la aeronave: tripulación y pasajeros. El ruido de la cabina se puede estudiar para abordar la exposición ocupacional y la salud y seguridad de los pilotos y asistentes de vuelo. En 1998, se encuestó a 64 pilotos de aerolíneas comerciales sobre la pérdida de audición y el tinnitus . [16] En 1999, el NIOSH realizó varios estudios de ruido y evaluaciones de peligros para la salud, y encontró niveles de ruido que excedían su límite de exposición recomendado de 85 decibeles ponderados A como TWA de 8 horas . [17] 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 producen un empuje mínimo, los niveles de ruido en la cabina se registraron en 65 dB (A ). [18] 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 máxima ponderada A de 114 dB, pero no encontró cambios importantes en el umbral de audición. [19] En 2018, un estudio de los niveles de sonido medidos en 200 vuelos que representan a seis grupos de aviones encontró un nivel de ruido en los medios de 83,5 db (A) con niveles que alcanzan los 110 dB (A) en ciertos vuelos, pero solo el 4,5% excedió el recomendado por NIOSH 8 -hr TWA de 85 dB (A). [20]
Efectos cognitivos
Se ha demostrado que el ruido de aeronave simulado a 65 dB (A) afecta negativamente la memoria de las personas y el recuerdo de la información auditiva. [21] En un estudio que comparó el efecto del ruido de las aeronaves con el efecto del alcohol en el rendimiento cognitivo, se encontró que el ruido de una aeronave simulado a 65 dB (A) tenía el mismo efecto en la capacidad de las personas para recordar información auditiva que si estuvieran intoxicados con un nivel de concentración de alcohol en sangre (BAC) de 0,10. [22] Un BAC de 0,10 es el doble del límite legal requerido para operar un vehículo de motor en muchos países desarrollados como Australia.
Programas de mitigación
En los Estados Unidos, desde que el ruido de la aviación se convirtió en un problema público a fines de la década de 1960, los gobiernos han promulgado controles legislativos. Los diseñadores, fabricantes y operadores de aeronaves han desarrollado aeronaves más silenciosas y mejores procedimientos operativos. Los motores turbofan de derivación alta modernos , por ejemplo, son más silenciosos que los turborreactores y los turboventiladores de derivación baja de la década de 1960. Primero, la Certificación de Aeronaves de la FAA logró reducciones de ruido clasificadas como aeronaves de "Etapa 3"; que se ha actualizado a la certificación de ruido "Etapa 4", lo que resulta en aviones más silenciosos. Esto ha dado como resultado una menor exposición al ruido a pesar del aumento del crecimiento del tráfico y la popularidad. [23]
En la década de 1980, el Congreso de los Estados Unidos autorizó a la FAA a diseñar programas para aislar hogares cerca de los aeropuertos. Si bien esto no aborda el ruido externo, el programa ha sido eficaz para interiores residenciales. Algunos de los primeros aeropuertos en los que se aplicó la tecnología fueron el Aeropuerto Internacional de San Francisco y el Aeropuerto Internacional de San José en California. Se utiliza un modelo informático que simula los efectos del ruido de los aviones sobre las estructuras de los edificios. Se pueden estudiar las variaciones del tipo de aeronave, los patrones de vuelo y la meteorología local . Luego , se pueden evaluar los beneficios de las estrategias de remodelación de edificios, como la mejora del techo, la mejora del acristalamiento de las ventanas , el deflector de chimeneas y el calafateo de las juntas de construcción. [24]
Regulación
Las etapas se definen en el Código de Regulaciones Federales de los EE . UU . (CFR) Título 14, Parte 36. [25] Para aviones de reacción civiles , la Fase 1 de la FAA de EE . [26] Se requirió la etapa 3 para todos los aviones a reacción y turbohélice grandes en los aeropuertos civiles de EE. UU. Desde el año 2000, [25] y al menos la etapa 2 para aviones MTOW de menos de 75,000 lb (34 t) hasta el 31 de diciembre de 2015. [26] La anterior fue la Etapa 4 para aviones grandes, equivalente a las normas del Capítulo 4 del Volumen 1 del Anexo 16 de la OACI , mientras que el Capítulo 14, más estricto, entró en vigencia 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 certificados de nuevo tipo a partir del 31 de diciembre de 2017 o 31 de diciembre de 2020 dependiendo del peso. [25]
Estados Unidos permite helicópteros de la Etapa 1 más ruidosos y silenciosos de la Etapa 2 . [26] El estándar de ruido de helicópteros de Etapa 3 más silencioso entró en vigencia el 5 de mayo de 2014 y es consistente con el Capítulo 8 y el Capítulo 11. de la OACI. [25]
Capítulo | Año | Ch. 3 Margen | Tipos [28] |
---|---|---|---|
ninguno | antes de | ninguno | Boeing 707 , Douglas DC-8 |
2 | 1972 | ~ + 16 dB | B727 , DC-9 |
3 | 1978 | base | 737 clásico |
4 (etapa 4) | 2006 | -10 dB | B737NG , A320 , B767 , B747-400 |
14 (etapa 5) | 2017/2020 | -17 dB | A320 , B757 , A330 , B777 , A320neo , B737 MAX , A380 , A350 , B787 |
Restricciones de vuelo nocturno
En los aeropuertos de Heathrow , Gatwick y Stansted en Londres , Reino Unido y el aeropuerto de Frankfurt en Alemania, se aplican restricciones de vuelo nocturno para reducir la exposición al ruido durante la noche. [29] [30]
Se llevaron a cabo una serie de pruebas en el aeropuerto de Heathrow de Londres, entre diciembre de 2013 y noviembre de 2014, como parte de la "Estrategia futura del espacio aéreo" del Reino Unido y el proyecto de modernización del " Cielo único europeo " a nivel europeo . Los ensayos demostraron que el uso de sistemas de navegación basados en satélites era posible ofrecer alivio del ruido a más comunidades circundantes, aunque esto condujo a un aumento inesperado significativo en las quejas por ruido (61,650 [31] ) debido a las trayectorias de vuelo concentradas. El estudio encontró que los ángulos más pronunciados para el despegue y el aterrizaje llevaban a que menos personas experimentaran el ruido de los aviones y que el alivio del ruido podría compartirse mediante el uso de rutas de vuelo más precisas, lo que permite controlar la huella de ruido de los aviones que salen. El alivio del ruido podría mejorarse cambiando las rutas de vuelo, por ejemplo, utilizando una ruta de vuelo por la mañana y otra por la tarde. [32]
Avances tecnológicos
Diseño del motor
Los turboventiladores de alto bypass modernos no solo son más eficientes en el consumo de combustible , sino que también son mucho más silenciosos que los turborreactores y los turbofan de bajo bypass más antiguos. En los motores más nuevos, los galones reductores de ruido reducen aún más el ruido del motor, [33] mientras que en los motores más antiguos se utilizan kits de silenciamiento para ayudar a mitigar su ruido excesivo.
Ubicación del motor
La capacidad de reducir el ruido puede verse limitada si los motores permanecen por debajo de las alas de la aeronave. La NASA espera un acumulado de 20-30 dB por debajo de los límites de la Etapa 4 para 2026-2031, pero mantener el ruido de las aeronaves dentro de los límites del aeropuerto requiere al menos una reducción de 40-50 dB. El tren de aterrizaje , los listones de las alas y los flaps de las alas también producen ruido y es posible que deban protegerse del suelo con nuevas configuraciones. La NASA descubrió que las góndolas sobre el ala y en la mitad del fuselaje podrían reducir el ruido entre 30 y 40 dB, incluso entre 40 y 50 dB para el cuerpo del ala híbrida, que puede ser esencial para los rotores abiertos. [34]
Para 2020, las tecnologías de helicópteros ahora en desarrollo, además de nuevos procedimientos, podrían reducir los niveles de ruido en 10 dB y la huella de ruido en un 50%, pero se necesitan más avances para preservar o expandir los helipuertos . Los UAS de entrega de paquetes deberán caracterizar su ruido, establecer límites y reducir su impacto. [34]
Ver también
- Tributación y subvenciones de la aviación
- Avion electrico
- Farley contra Skinner
- Kit de silencio
- Reducción de ruido de helicópteros
- Ruido de chorro
- Barrera de ruido
- Interacción rotor-estator
- Iniciativa de aviones silenciosos
- Ruido de tren
- XF-84H Thunderscreech , el avión más ruidoso jamás construido.
General:
- Efectos del ruido en la salud
- La contaminación acústica
- Regulación de ruido
- Aviación y medio ambiente
Referencias
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