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 amplios controles que se aplican a los diseñadores, fabricantes y operadores de aeronaves, lo que ha dado como resultado mejores procedimientos y reducciones en la contaminación.
La producción de sonido se divide en tres categorías:
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El ruido de las aeronaves es la contaminación acústica producida por una aeronave o sus componentes, ya sea en tierra mientras está estacionada, como las unidades de potencia auxiliares, durante el rodaje, durante el arranque por la hélice y el escape del reactor, durante el despegue, por debajo y lateralmente a las rutas de despegue y llegada, sobrevolando durante la ruta o durante el aterrizaje. Una aeronave en movimiento, incluido el motor a reacción o la hélice, provoca la compresión y enrarecimiento del aire, lo que produce el movimiento de las moléculas de aire. Este movimiento se propaga a través del aire en forma de ondas de presión. Si estas ondas de presión son lo suficientemente fuertes y se encuentran dentro del espectro de frecuencias audibles , se produce una sensación auditiva. Los diferentes tipos de aeronaves tienen diferentes niveles y frecuencias de ruido. El ruido se origina en tres fuentes principales:
Gran parte del ruido en los aviones de hélice proviene tanto de las hélices como de la aerodinámica. El ruido de los helicópteros es el ruido inducido aerodinámicamente por los rotores principal y de cola y el ruido inducido mecánicamente por 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 un avión en movimiento puede tratarse como una fuente lineal .
Los motores de turbina de gas de los aviones ( motores a reacción ) son responsables de gran parte del ruido de los aviones durante el despegue y el ascenso, como el ruido de 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, el fuselaje suele ser más ruidoso durante el aterrizaje. [ cita requerida ]
La mayor parte del ruido del motor que se escucha se debe al ruido del chorro, aunque los turbofán con una alta relación de derivación tienen un ruido considerable en el ventilador. El chorro de alta velocidad que sale de la parte trasera del motor tiene una inestabilidad inherente de la capa de corte (si no es lo suficientemente gruesa) y se enrolla en vórtices anulares. Esto luego se descompone en turbulencia. El nivel de presión sonora 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 del chorro. [ cita requerida ]
Los motores son la principal fuente de ruido de los aviones. [4] 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 engranajes permite que el ventilador gire a una velocidad óptima, que es un tercio de la velocidad de la turbina LP, para velocidades más lentas de la punta del ventilador. Tiene una huella de ruido un 75% menor que los equivalentes actuales. [4] El PowerJet SaM146 en el Sukhoi Superjet 100 presenta aspas de ventilador aerodinámicas 3D y una góndola con una boquilla de flujo de conducto mixto largo para reducir el ruido. [4]
El ruido aerodinámico surge del flujo de aire alrededor del fuselaje y las superficies de control de la aeronave. Este tipo de ruido aumenta con la velocidad de la aeronave y también a bajas altitudes debido a la densidad del aire. Los aviones con propulsión a reacción generan un ruido aerodinámico intenso . Los aviones militares que vuelan a baja velocidad producen un ruido aerodinámico especialmente alto.
La forma del morro, el parabrisas o la cubierta de un avión afectan al sonido que se 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 del helicóptero también dan lugar a ruido aerodinámico. Este tipo de ruido aerodinámico es en su mayoría de baja frecuencia, determinado por la velocidad del rotor.
Por lo general, el ruido se genera cuando el flujo pasa por un objeto en la aeronave, por ejemplo, las alas o el tren de aterrizaje. Existen, en líneas generales, dos tipos principales de ruido en la estructura de la aeronave:
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Los sistemas de presurización y acondicionamiento de la cabina de mando y de la cabina de mando suelen ser un importante contribuyente en las cabinas de los aviones tanto civiles como militares. Sin embargo, una de las fuentes más importantes de ruido en la cabina de los aviones comerciales a reacción, aparte de los motores, es la unidad de potencia auxiliar (APU), un generador de a bordo que se utiliza en los aviones para poner en marcha los motores principales, normalmente con aire comprimido , y para proporcionar energía eléctrica mientras el avión está en tierra. Otros sistemas internos de la aeronave también pueden contribuir, como el equipo electrónico especializado en algunos aviones militares.
Los motores de los aviones son la principal fuente de ruido y pueden superar los 140 decibeles (dB) durante el despegue. En el aire, las principales fuentes de ruido son los motores y la turbulencia a alta velocidad sobre el fuselaje. [6]
Los niveles elevados de ruido tienen consecuencias para la salud . El ruido elevado en el lugar de trabajo o en otros lugares puede causar problemas de audición , hipertensión , cardiopatía isquémica , molestias , trastornos del sueño y disminución del rendimiento escolar. [7] Aunque cierta pérdida de audición se produce de forma natural con la edad, [8] en muchos países desarrollados el impacto del ruido es suficiente para perjudicar la audición a lo largo de la vida. [9] [10] Los niveles elevados de ruido pueden crear estrés, aumentar las tasas de accidentes laborales y estimular la agresión y otros comportamientos antisociales. [11] El ruido de los aeropuertos se ha relacionado con la hipertensión arterial. [12] El ruido de los aviones aumenta los riesgos de ataques cardíacos . [13]
A finales de los años 2000, Bernhard Greiser realizó un análisis estadístico a gran escala de los efectos del ruido de los aviones sobre la salud para el Umweltbundesamt , la oficina central de medio ambiente de Alemania. Se analizaron los datos de salud de más de un millón de residentes de los alrededores del aeropuerto de Colonia para determinar los efectos sobre la salud relacionados con el ruido de los aviones. A continuación, los resultados se corrigieron para tener en cuenta otras influencias del ruido en las zonas residenciales y factores socioeconómicos, con el fin de reducir la posible distorsión de los datos. [14]
El estudio alemán concluyó que el ruido de los aviones perjudica de forma clara y significativa la salud. [14] Por ejemplo, un nivel de presión sonora medio diurno de 60 decibeles aumentó el riesgo de enfermedad coronaria en un 61% en hombres y un 80% en mujeres. Como otro indicador, un nivel de presión sonora medio nocturno de 55 decibeles aumentó el riesgo de ataques cardíacos en un 66% en hombres y un 139% en mujeres. Sin embargo, los efectos estadísticamente significativos sobre la salud comenzaron ya a partir de un nivel de presión sonora medio de 40 decibeles . [14]
La Administración Federal de Aviación ( FAA ) regula el nivel máximo de ruido que pueden emitir las aeronaves civiles individuales al exigirles que cumplan con ciertas normas de certificación de ruido. Estas normas designan cambios en los requisitos de nivel máximo de ruido por designación de "etapa". Las normas de ruido de los 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 dice que un nivel de sonido promedio máximo día-noche de 65 dB es incompatible con las comunidades residenciales. [15] Las comunidades en las áreas afectadas pueden ser elegibles para mitigación como la insonorización.
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El ruido de los aviones también afecta a las personas dentro del avión: 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, 64 pilotos de aerolíneas comerciales fueron encuestados sobre pérdida de audición y tinnitus . [16] En 1999, el NIOSH realizó varias encuestas de ruido y evaluaciones de riesgos 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, los niveles de ruido dentro de un Airbus A321 durante el crucero se informaron como 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 las 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 seis grupos de aeronaves encontró un nivel de ruido mediático de 83,5 db(A) con niveles que alcanzaron 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). [20]
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. [21] 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. [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.
En los Estados Unidos, desde que el ruido de la aviación se convirtió en un problema público a finales de los años 1960, los gobiernos han promulgado controles legislativos. Los diseñadores, fabricantes y operadores de aeronaves han desarrollado aeronaves más silenciosas y mejores procedimientos operativos. Los modernos motores turbofán de alto bypass, por ejemplo, son notablemente más silenciosos que los turborreactores y los turbofán de bajo bypass de los años 1960. La certificación de aeronaves de la FAA logró reducciones de ruido clasificadas como aeronaves de "Etapa 3", que se han actualizado a la certificación de ruido de "Etapa 4", lo que ha dado como resultado aeronaves más silenciosas. 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 las viviendas cercanas a los aeropuertos. Si bien esto no aborda el ruido externo, el programa ha sido eficaz para los interiores residenciales. Algunos de los aeropuertos donde se aplicó por primera vez 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 las aeronaves 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 modernización de los edificios, como la mejora de los techos, la mejora del acristalamiento de las ventanas , la deflexión de las chimeneas y el calafateo de las juntas de construcción. [24]
Las etapas se definen en el Título 14 Parte 36 del Código de Regulaciones Federales (CFR) de EE. UU. [25] Para los aviones a reacción civiles , la Etapa 1 de la FAA de EE. UU. es la más ruidosa y la Etapa 4 es la más silenciosa. [26] La Etapa 3 se requirió 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 los aviones a reacción de menos de 75 000 lb (34 t) MTOW hasta el 31 de diciembre de 2015. [26] La anterior era la Etapa 4 para aviones grandes, equivalente a los estándares del Anexo 16, Volumen 1 Capítulo 4 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 los nuevos certificados de tipo a partir del 31 de diciembre de 2017 o el 31 de diciembre de 2020, según el peso. [25]
Estados Unidos permite tanto los helicópteros más ruidosos de la Etapa 1 como los más silenciosos de la Etapa 2. [26] La norma de ruido para helicópteros más silenciosos de la Etapa 3 entró en vigencia el 5 de mayo de 2014 y es consistente con el Capítulo 8 y el Capítulo 11 de la OACI. [25]
En los aeropuertos de Heathrow , Gatwick y Stansted en Londres , Reino Unido y el aeropuerto de Frankfurt en Alemania, se aplican restricciones a los vuelos nocturnos para reducir la exposición al ruido durante la noche. [29] [30]
Los ensayos realizados en 2013-2014 han demostrado que el uso de sistemas de navegación por satélite puede contribuir a aliviar el ruido, aunque los resultados no siempre fueron beneficiosos debido a la concentración de las rutas de vuelo. El cambio de los ángulos y las rutas de vuelo ha provocado algunos cambios en el alivio del ruido para algunas personas de la zona. [31] [32] [ Se necesita una mejor fuente ]
Los modernos turbofán de alto bypass no solo son más eficientes en términos de consumo de combustible , sino que también son mucho más silenciosos que los antiguos motores turborreactores y turbofán de bajo bypass. En los motores más nuevos, los chevrones 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.
La capacidad de reducir el ruido puede ser limitada si los motores permanecen debajo de las alas de la aeronave. La NASA espera un acumulado de 20 a 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 a 50 dB. [34] El tren de aterrizaje , los slats y los flaps de las alas también producen ruido y es posible que deban protegerse del suelo con nuevas configuraciones. [34] La NASA descubrió que las góndolas sobre las alas y en el medio del fuselaje podrían reducir el ruido entre 30 y 40 dB e incluso entre 40 y 50 dB para los cuerpos de alas híbridos , lo que puede ser esencial para los rotores abiertos. [34]
Para 2020, las tecnologías de helicópteros en desarrollo más los nuevos procedimientos podrían reducir los niveles de ruido en 10 dB y las huellas de ruido en un 50%, pero se necesitan más avances para preservar o expandir los helipuertos . [34] Los UAS de entrega de paquetes necesitarán caracterizar su ruido, establecer límites y reducir su impacto. [34]
General:
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