La contaminación acústica de los aviones se refiere al ruido producido por los aviones 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 procedimientos mejorados 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 unidades de potencia auxiliares, durante el rodaje, durante el arranque de la hélice y del escape del reactor, durante el despegue, debajo y lateralmente a las trayectorias de salida y llegada, sobrevuelo en ruta o durante el aterrizaje. Un avión en movimiento, incluido el motor a reacción o la hélice, provoca la compresión y rarefacción del aire, lo que produce 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 frecuencia audible , se produce una sensación de audición. Los diferentes tipos de aviones tienen diferentes niveles y frecuencias de ruido. El ruido proviene de tres fuentes principales:
Gran parte del ruido en los aviones de hélice proviene igualmente de las hélices y 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 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 necesaria ]
La mayor parte del ruido del motor que se escucha se debe al ruido del avión, aunque los turboventiladores con 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 corte (si no es lo suficientemente gruesa) y se enrolla formando vórtices anulares. Esto luego se descompone en turbulencias. El SPL asociado con el 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 avión. [ cita necesaria ]
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 cruzados de fuselaje estrecho 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 más lentas en la punta del ventilador. Tiene una huella acústica un 75% menor que sus equivalentes actuales. [4] El PowerJet SaM146 en el Sukhoi Superjet 100 cuenta con aspas de ventilador aerodinámicas 3D y una góndola con una larga boquilla de flujo de conducto mixto para reducir el ruido. [4]
El ruido aerodinámico surge del flujo de aire alrededor del fuselaje del avión y las superficies de control. Este tipo de ruido aumenta con la velocidad de los aviones y también a bajas altitudes debido a la densidad del aire. Los aviones a reacción crean un ruido intenso debido a la aerodinámica . Los aviones militares que vuelan a baja altura y vuelan a gran velocidad producen un ruido aerodinámico especialmente fuerte.
La forma del morro, del parabrisas o de la capota de un avión afecta al 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 y está determinado 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 fuselaje:
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Los sistemas de presurización y acondicionamiento de cabinas y cabinas suelen ser un factor importante en las cabinas de aviones tanto civiles como militares. Sin embargo, una de las fuentes más importantes de ruido en la cabina de los aviones comerciales, además de los motores, es la unidad de potencia auxiliar (APU), un generador a bordo utilizado en los aviones para arrancar los motores principales, normalmente con aire comprimido , y para proporcionar energía eléctrica mientras la aeronave está en tierra. También pueden contribuir otros sistemas internos de la aeronave, como los equipos electrónicos especializados de algunas aeronaves militares.
Los motores de los aviones son la principal fuente de ruido y pueden superar los 140 decibelios (dB) durante el despegue. Mientras están en el aire, las principales fuentes de ruido son los motores y las turbulencias a alta velocidad sobre el fuselaje. [6]
Los niveles elevados de sonido tienen consecuencias para la salud . El lugar de trabajo elevado u otros ruidos pueden causar problemas de audición , hipertensión , cardiopatía isquémica , molestias , alteraciones del sueño y disminución del rendimiento escolar. [7] Aunque cierta pérdida de audición ocurre naturalmente con la edad, [8] en muchos países desarrollados el impacto del ruido es suficiente para afectar la audición a lo largo de la vida. [9] [10] Los niveles elevados de ruido pueden generar 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 presión arterial alta. [12] El ruido de los aviones aumenta el riesgo de sufrir ataques cardíacos . [13]
A finales de la década de 2000, Bernhard Greiser para el Umweltbundesamt , la oficina central de medio ambiente 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 en los alrededores del aeropuerto de Colonia para determinar los efectos en la salud relacionados 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 posibles sesgos 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 promedio durante el día de 60 decibelios aumentó la enfermedad coronaria en un 61% en hombres y un 80% en mujeres. Como otro indicador, un nivel de presión sonora promedio durante la noche de 55 decibelios aumentó el riesgo de ataques cardíacos en un 66% en hombres y un 139% en mujeres. Sin embargo, los efectos sobre la salud estadísticamente significativos comenzaron a partir de un nivel medio de presión sonora de 40 decibeles . [14]
La Administración Federal de Aviación ( FAA ) regula el nivel máximo de ruido que pueden emitir las aeronaves civiles individuales exigiendo que las aeronaves cumplan con ciertos estándares de certificación de ruido. Estas normas 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 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 que se encuentran 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, se encuestó a 64 pilotos de líneas aéreas comerciales sobre la pérdida de audición y el tinnitus . [16] En 1999, el NIOSH llevó a cabo varios estudios de ruido y evaluaciones de riesgos para la salud, y encontró que los niveles de ruido excedían su límite de exposición recomendado de 85 decibelios 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 del avión 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 auditivo. [19] En 2018, un estudio de los niveles de sonido medidos en 200 vuelos que representaban seis grupos de aeronaves encontró un nivel de ruido medio de 83,5 db(A) con niveles que alcanzaban los 110 dB(A) en ciertos vuelos, pero solo el 4,5% excedía el nivel recomendado por NIOSH 8 -hora TWA de 85 dB(A). [20]
Se ha demostrado que el ruido simulado de un avión a 65 dB(A) afecta negativamente a la memoria de las personas y a la recuperación de información auditiva. [21] En un estudio que comparó el efecto del ruido de los aviones con el efecto del alcohol en el rendimiento cognitivo, se encontró que el ruido de un avión simulado a 65 dB(A) tenía el mismo efecto en la capacidad de los individuos 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 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 turbofan de alto bypass , por ejemplo, son notablemente más silenciosos que los turborreactores y los turbofan de bajo bypass de los años 1960. La certificación de aeronaves de la FAA logró reducciones de ruido clasificadas como aeronaves "Etapa 3"; que se ha actualizado a la certificación de ruido "Etapa 4", lo que da como resultado aviones más silenciosos. Esto ha resultado en 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 Estados Unidos autorizó a la FAA a idear programas para aislar viviendas cercanas a los aeropuertos. Si bien esto no aborda el ruido externo, el programa ha sido eficaz para 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 los aviones en las estructuras de los edificios. Se pueden estudiar variaciones de tipo de aeronave, patrones de vuelo y meteorología local. Luego, se pueden evaluar los beneficios de las estrategias de modernización de edificios, como la mejora del techo, la mejora del acristalamiento de las ventanas , el desconcierto de las chimeneas y el calafateo de las uniones de la construcción. [24]
Las etapas se definen en el Código de Regulaciones Federales (CFR) de EE. UU., Título 14, Parte 36. [25] Para aviones a reacción civiles , la Etapa 1 de la FAA de EE. UU. es la más ruidosa y la Etapa 4 es más silenciosa. [26] La Etapa 3 fue requerida para todos los aviones grandes a reacción y turbohélice 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 era la Etapa 4 para aviones grandes, equivalente a las normas del Capítulo 4 del Anexo 16 de la OACI , Volumen 1, 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 certificados de nuevo tipo a partir del 31 de diciembre de 2017 o del 31 de diciembre de 2020, según el peso. [25]
Estados Unidos permite tanto los helicópteros más ruidosos de la Etapa 1 como los silenciosos helicópteros de la Etapa 2 . [26] La norma sobre ruido de helicópteros Etapa 3 más silenciosa entró en vigor el 5 de mayo de 2014 y es coherente 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 en el aeropuerto de Frankfurt en Alemania, se aplican restricciones de vuelo nocturno para reducir la exposición al ruido durante la noche. [29] [30]
El uso de sistemas de navegación por satélite puede contribuir a aliviar el ruido, según descubrieron pruebas realizadas entre 2013 y 2014, aunque los resultados no siempre fueron beneficiosos debido a la concentración de las rutas de vuelo. Los cambios en los ángulos y rutas de vuelo provocaron algunos cambios en el alivio del ruido para algunas personas locales. [31] [32] [ se necesita una mejor fuente ]
Los turbofan de alto bypass modernos no solo ahorran más combustible , sino que también son mucho más silenciosos que los motores turborreactores y 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 el ruido excesivo.
La capacidad de reducir el ruido puede verse limitada si los motores permanecen debajo de las alas del avión. 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 los aviones dentro de los límites del aeropuerto requiere una reducción de al menos 40 a 50 dB. [34] El tren de aterrizaje , los listones de las alas y los flaps también producen ruido y es posible que deban protegerse del suelo con nuevas configuraciones. [34] La NASA descubrió que las góndolas situadas sobre las alas y en el centro 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 nuevos procedimientos podrían reducir los niveles de ruido en 10 dB y la huella acústica en un 50%, pero se necesitan más avances para preservar o ampliar los helipuertos . [34] Los UAS de reparto de paquetes deberán caracterizar su ruido, establecer límites y reducir su impacto. [34]
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