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Los peligros de la hipoxia

06 martes Sep 2022

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Afortunadamente los accidentes aéreos son raros, muy raros, pero cuando ocurre uno atrae mucha atención. Tuvimos una prueba de esto hace dos días, cuando un reactor de negocios, con cuatro personas a bordo, se estrelló en el Mar Báltico frente a las costas de Letonia. El avión había despegado de Jerez de la Frontera y tenía Colonia como aeropuerto de destino, pero sin embargo se fue mucho más lejos, atravesando toda Alemania sin responder a las llamadas de control aéreo y sin que los aviones de caza que lo interceptaron vieran señales de vida a bordo.

Se ha mencionado una posible despresurización y, por comparación con otros casos, es una posibilidad muy verosímil. No obstante, éste no es el momento de adelantar hipótesis sino de dejar a los investigadores trabajar. Por eso en este artículo no volveré a hablar de este accidente en concreto sino de algunos casos aparentemente similares, y me centraré en el fenómeno de la hipoxia, una situación extremadamente rara pero muy peligrosa.

Antes de continuar, sugiero reproducir el siguiente vídeo. Está en inglés y no contiene imágenes sino una conversación entre control aéreo y el piloto de un avión (el Kalitta 66). Para quienes no hablen inglés haré un resumen a continuación.

En el vídeo, sobre el fondo de una alarma en el avión, se puede escuchar al piloto del Kalitta 66 declarando una emergencia. La conversación es muy confusa, porque el piloto parece estar en estado de embriaguez, ya que le cuesta hablar y describe su situación de forma pintoresca: no puedo controlar la altitud, no puedo controlar la velocidad, no puedo controlar el rumbo… aparte de eso todo va estupendamente. Es muy desconcertante, hasta que el controlador empieza a sospechar que el piloto está afectado por hipoxia. En ese momento ya no hay diálogo que valga y el controlador pasa a dar órdenes tajantes: descenso a nivel de vuelo 260, rumbo tres tres cero, descenso a once mil pies… Cuando el avión baja lo suficiente, la situación se restablece y la voz del piloto pasa a ser normal.

¿Pero qué es la hipoxia? Se trata de la situación que se da en condiciones en que la presión atmosférica es tan baja que el oxígeno no se absorbe con normalidad. Dado que la presión disminuye con la altura, la hipoxia puede afectar a quienes estén en un lugar a gran altitud, y por eso los aviones que vuelan muy alto tienen cabinas presurizadas, para que los ocupantes estén en un ambiente de presión relativamente normal. Quienes hayan visitado lugares situados por encima de los 3.000 metros de altitud pueden haber experimentado una versión leve de la hipoxia conocida como mal de altura: cualquier actividad física lleva al agotamiento e incluso a la sensación de ahogo porque no llega suficiente oxígeno a las células.

Otros efectos, que se agravan cuanto menor es la presión, son dolor de cabeza, fatiga, euforia… en general recuerdan bastante a los síntomas de una borrachera y el vídeo es un buen ejemplo. Para estudiar la hipoxia se utilizan habitaciones selladas en las que se baja la presión del aire mientras el ocupante intenta realizar alguna tarea y los observadores toman nota de cómo cada vez pierde más precisión y le cuesta más trabajo realizarla. Un ejemplo cinematográfico se puede ver en la película Oficial y caballero. Si la presión del aire sigue disminuyendo, puede llegar la pérdida de conocimiento. En la tabla tenemos el tiempo aproximado antes de perder el sentido para distintas altitudes medidas en pies.

Vemos que a una altitud típica de los aviones comerciales, como 35.000 pies (unos 10.500 metros), se pierde el conocimiento en menos de un minuto, que es un lapso breve pero suficiente para permitir al piloto ponerse la máscara de oxígeno e iniciar un descenso de emergencia. Sin embargo, una pérdida de presión no tiene por qué ser tan brusca. Si se perdiera presión de forma gradual habría más tiempo para reaccionar: debería de saltar la alarma correspondiente y el piloto iniciaría el procedimiento predeterminado.

En resumen, es muy raro que una pérdida de presión lleve a un accidente por incapacitación de la tripulación. Y sin embargo hay algunos, afortunadamente pocos, ejemplos. El 25 de octubre de 1999 un reactor de negocios despegó de Orlando en Florida, con destino a Dallas, en Texas. Se perdió contacto radio con él durante su ascenso, que continuó mucho más allá de lo autorizado y el avión continuó su rumbo, atravesando todo Estados Unidos hasta que cayó al agotarse el combustible. Los pilotos militares que lo interceptaron sólo pudieron testificar que no se veía el interior por estar los cristales empañados. Este avión no disponía de grabador de datos de vuelo, pero sí de sonido ambiente. Por desgracia sólo registraba los últimos 30 minutos de sonido, puesto que el sistema iba borrando la parte más antigua de la grabación. Los investigadores encontraron que el único sonido en los 30 últimos minutos de vuelo era el de una alarma, sin ninguna señal de vida a bordo. El accidente se achacó a una posible descompresión, seguida de incapacitación de la tripulación por hipoxia. Este suceso tuvo especial notoriedad por ser uno de los pasajeros un golfista bastante popular en la época, Payne Stewart.

Un caso muy similar se dio un año después en Australia el 4 de septiembre de 2000. En este caso un turbohélice que despegó de Perth con destino Leonora y con el que se perdió contacto tras una última comunicación muy confusa. El avión sobrevoló su destino a gran altitud y siguió su vuelo durante casi 4 horas más hasta caer por falta de combustible tras haber atravesado todo el país.

El avión, un Super King Air, no estaba obligado a llevar grabador de sonido ni de datos, por lo que la investigación no pudo ser tan completa como habría sido deseable, pero se sospechó que la causa era la misma que en el caso anterior.

El ejemplo más trágico se dio en agosto de 2005 en un Boeing 737 de la compañía Helios Airways que volaba de Larnaca a Praga con una escala en Atenas. En este caso sí sabemos exactamente qué ocurrió: el control de presión estaba por error en la posición de control manual. Al saltar las alarmas durante el ascenso, el piloto contactó con su compañía, pero no llegó a corregir el problema a pesar de que un mecánico le pidió que comprobara que el control de presión estaba en modo automático. Para entonces la comunicación era confusa y posiblemente los pilotos ya no eran capaces de comprender las instrucciones correctamente. Prosiguió la pérdida de contacto radio, interceptación por aviones militares, vuelo según el plan de vuelo almacenado en el ordenador de a bordo, entrada en un circuito de espera previo a Atenas y caída al agotar el combustible. Es especialmente desesperante saber que un tripulante de cabina de pasajeros, usando los dispositivos de oxígeno portátiles, llegó a entrar en la cabina de mando, pero sin tiempo para actuar: los pilotos de caza le vieron sentarse a los mandos apenas un minuto antes de que fallara el primer motor.

Afortunadamente, estos casos son extremadamente raros. Tiene que coincidir que haya una pérdida de presión y que ésta no sea fácilmente reconocible hasta que los pilotos ya no estén en condiciones de tomar medidas. Si se da una despresurización es mucho más probable que el piloto la reconozca a tiempo, se coloque una máscara de oxígeno y solicite permiso a control aéreo para iniciar un descenso de emergencia… o incluso que inicie el descenso sin pedir permiso si la despresurización fuera brusca. Un ejemplo se dio en un vuelo entre Londres y Singapur en 2014. La despresurización fue tan lenta que los pilotos la vigilaron durante 5 horas antes de que llegara a un nivel que consideraron inaceptable, aunque aún no era peligroso. En ese momento solicitaron bajar a 10.000 pies, el límite aproximado del mal de altura, y aterrizar en Bakú.

El caso del Kalitta 66 es modélico porque se dio la circunstancia de que el piloto contactó con control cuando ya estaba afectado por la hipoxia y los síntomas estaban presentes, pero no tan tarde como para ser incapaz de seguir las instrucciones. Éstas, una vez reconocido el problema, fueron tan sencillas como era posible: simplemente rumbos y niveles de vuelo, que en un avión moderno se determinan simplemente girando un botón hasta el punto deseado. Una vez que se alcanza una zona con presión atmosférica lo suficientemente alta el piloto se recupera por sí mismo.

NATCA, la asociación norteamericana de controladores aéreos, otorga anualmente los galardones Archie League (llamados así en honor del primer controlador aéreo del país) a los controladores que hayan tenido una actuación destacada. Como era de esperar, entre los galardonados aquel año estuvieron los controladores que manejaron el vuelo del Kalitta 66.

La genialidad de Juan de la Cierva

21 miércoles Jul 2021

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No es ningún secreto que mi perfil profesional comienza con el título de ingeniero aeronáutico, aunque las vueltas que da la vida han hecho que nunca haya tenido ocasión de ejercer como tal. No sé si habría resultado ser un ingeniero mediocre o brillante, pero si el destino me hubiese llevado por otros derroteros no me habrían faltado modelos para inspirarme, ya que España ha dado un puñado de excelentes ingenieros. Veamos algunos ejemplos: los teleféricos que construyó Leonardo Torres Quevedo eran maravillas en su época, siendo el más famoso el que cruza el rio Niágara; los trenes diseñados por Alejandro Goicoechea han seguido evolucionando hasta la actualidad bajo el nombre TALGO (la G del acrónimo viene del apellido del ingeniero: Talgo significa Tren Articulado Ligero Goicoechea Oriol); la historia del submarino está unida al nombre de Isaac Peral y los helicópteros no habrían existido sin la aportación de Juan de la Cierva.

De la Cierva resolvió un problema sin cuya solución habría sido imposible crear una aeronave que obtenga sustentación, la fuerza que mantiene los aviones en el aire, utilizando un ala giratoria en lugar de un ala fija. Recomiendo revisar el artículo sobre el AF447 en el que expliqué cómo un perfil genera sustentación. Tiene especial importancia la siguiente imagen, puesto que la sustentación depende de varios parámetros que aparecen en ella. En concreto nos interesa la velocidad del aire con respecto al perfil (a mayor velocidad mayor sustentación) y el ángulo de ataque (en principio, la sustentación aumenta cuando crece dicho ángulo).

Y ahora vamos con el problema que resolvió Juan de la Cierva. Consideremos una aeronave de ala rotatoria en vuelo estacionario. Para ello imaginemos un helicóptero, como el de la figura, quieto en el aire en un día en el que no se mueve absolutamente nada de viento.

Lo que necesitamos es fijarnos en el rotor principal, así que olvidaremos el resto del helicóptero y dejaremos solamente el rotor. En su giro, la parte externa del rotor, la más alejada del eje, se mueve con una velocidad lineal superior a la de la parte interna, de manera que alguien que observara el helicóptero desde arriba, vería que el rotor se mueve de la siguiente manera:

Las flechas azules indican la velocidad de cada sección del rotor. Pero en lugar de mirar el rotor desde fuera y verlo girar, ahora nos subiremos imaginariamente a él, por lo que lo veremos inmóvil, mientras el resto del mundo gira como loco. Es lo mismo que pasa cuando subimos a un tren: desde fuera se ve un tren en movimiento, pero cuando estamos en su interior el tren parece inmóvil y es el resto del mundo el que se desplaza. Si en lugar de un tren fuese un coche descapotable sentiríamos además el viento. Nos da igual que el aire esté en calma: desde fuera el coche se mueve contra el aire, pero para los ocupantes es como si soplara un fuerte viento en contra. En nuestro caso nos interesa saber cómo se desplaza el aire con respecto al rotor y el resultado es, como era de esperar, el siguiente:

Las flechas rojas muestran la velocidad aparente del aire con respecto a las palas en cada sección. Como las palas del rotor tienen un perfil aerodinámico, la corriente de aire genera sustentación, es decir una fuerza que tira hacia arriba. La fuerza es mayor en las puntas de las palas que en el centro, pero es perfectamente simétrica: el extremo de la pala derecha se mueve a la misma velocidad que el extremo de la pala izquierda y por tanto generan la misma fuerza. La zona central de las palas genera una sustentación menor, por la menor velocidad del aire, pero es la misma en los dos lados y así para cada sección de las palas. La conclusión es que nuestro helicóptero se queda flotando graciosamente en el aire.

Pero, ¡ay! nosotros no queremos quedarnos quietos sino desplazarnos. Así que avanzamos y en ese momento todo se complica porque ahora nuestro helicóptero tiene una velocidad propia con respecto al aire. En la imagen he representado esa velocidad de avance del helicóptero con una flecha verde. Ese avance hace que el helicóptero encuentre un viento de cara, al igual que ocurría en el descapotable. Y este viento de cara es igual para todo el helicóptero, de manera que todas las secciones de la pala lo sufren por igual, pero como un lado de la pala avanza mientras el otro retrocede, la combinación del viento producido por el avance (flechas verdes) sumado al del giro del rotor (flechas rojas) estropea la simetría.

El resultado final es el de las flechas color magenta: el lado derecho del rotor tiene más velocidad con respecto al aire que el lado izquierdo y por tanto la sustentación en ese lado es mayor. El helicóptero tiene más fuerza ascendente por un lado que por otro y el efecto final es el del llamado par de vuelco. Nuestro helicóptero tiende a volcar, como se ve en la figura de abajo. Mientras no se encontrase solución a este problema no se podría construir un aparato de ala rotatoria.

La primera solución que intentó de la Cierva fue utilizar dos rotores, uno sobre otro, que girasen en sentidos opuestos, pero el prototipo no funcionó bien y decidió cambiar el enfoque. Si el problema es que en un lado hay más sustentación que en otro, ¿por qué no variar el ángulo de ataque de las palas dependiendo de su posición? Las palas del lado derecho de la figura de antes tendrían que tener un ángulo de ataque menor que las del lado izquierdo para compensar la diferencia de velocidad. Eso significa cambiar la inclinación de cada pala independientemente, según la posición que ocupen y la velocidad de avance. Un problema complicado, pero que una vez resuelto hizo posible la construcción de aeronaves de ala giratoria. Ahora ya sabemos por qué cuando en una película vemos un primer plano de la cabeza del rotor su mecánica parece tan complicada, con un complejo juego de varillas y articulaciones.

Las aeronaves que construyó de la Cierva no eran helicópteros sino autogiros. La diferencia es que las palas del rotor de un autogiro no van unidas al motor sino que se mueven por efecto aerodinámico. A cambio no es posible el despegue puramente vertical, ya que hace falta una velocidad de avance para mantener el giro del rotor. Sí es posible aterrizar en espacios impensables para un avión de ala fija y también volar a velocidades extraordinariamente lentas. Esta última peculiaridad fue muy útil a la hora de calibrar los primeros radares en Gran Bretaña.

La exportación del autogiro tuvo bastante éxito. Se construyeron aparatos bajo licencia, especialmente del modelo C.30, en Reino Unido, Alemania, Francia… En la imagen adjunta he incluido varios ejemplos de un modelo británico, uno español, uno alemán y uno sueco. El modelo sueco tiene truco: fue construido en Gran Bretaña. Yo habría preferido incluir una foto de un modelo construido en Francia, pero no he encontrado ninguna buena imagen.

 

Es curioso que de la Cierva no llegase a dar el siguiente paso lógico: mover las palas directamente con un motor. Esto supone resolver otro problema, puesto que la conservación del momento cinético hace que la aeronave tienda a girar en sentido opuesto a las palas. Una forma teórica de arreglarlo sería con dos rotores superpuestos girando en sentidos diferentes, solución que a buen seguro de la Cierva no quería volver a probar. En la actualidad este problema se resuelve con el rotor de cola, que quizás habría ensayado el ingeniero español de no ser porque murió demasiado pronto, en diciembre de 1936, cuando el avión en el que viajaba se estrelló mientras despegaba de un aeropuerto británico envuelto en niebla. De la Cierva tenía apenas 41 años, por lo que teóricamente estaba apenas a la mitad de su carrera profesional y podría aún haber hecho importantes aportaciones a la aeronáutica. Ironías del destino: el accidente en el que murió probablemente nunca se habría producido en un autogiro.

El gambito del marino y las luces de la aeronave

21 lunes Dic 2020

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Es increíble el poder de los medios de comunicación. Estaba el ajedrez en su acostumbrado nicho de juego minoritario cuando apareció una serie televisiva y el interés por el juego se disparó. Según una nota de prensa de Netflix, la plataforma productora de la serie Gambito de dama, el número de jugadores registrados en una página online de partidas se ha quintuplicado desde su estreno mientras que, en internet, las búsquedas relacionadas con el ajedrez alcanzan máximos históricos.

La pandemia que estamos sufriendo también pone su granito de arena para impulsar un juego cuyos jugadores pueden estar en sus respectivas casas respetando cualquier cuarentena por rigurosa que sea. Ya en junio encontramos artículos sobre el renovado interés por el juego. Jugar en persona, sin embargo, se complicó bastante: el torneo de candidatos para seleccionar al aspirante que desafiará al campeón mundial comenzó en marzo en Ekaterimburgo, pero tuvo que suspenderse por la epidemia. No me resisto a incluir aquí una foto, que circuló por Twitter, de la inauguración del evento. Eran los días en que el virus todavía parecía estar confinado en China, o casi, y el resto del mundo vivía despreocupado. Obsérvese a la campeona china Hou Yifan en primera fila.Es curioso que una serie con la palabra gambito en su título haya alcanzado tanto éxito, puesto que no es un término de uso común. Se emplea exclusivamente en ajedrez para designar las aperturas en las que se ofrece un peón a cambio de nada, al menos en apariencia. En realidad el jugador que deja que le capturen el peón pretende que su adversario pierda un tiempo que a él le vendrá muy bien. Gambitos hay muchos: el de dama, el de rey, el del centro… pero vamos a detenernos por un momento en uno en especial. En realidad nos interesa su inventor, William Davies Evans.

El gambito Evans aparece documentado por primera vez hacia 1825 en una partida en la que el señor Evans jugaba con las blancas. No vamos a entrar en sutilezas, puesto que no todos los lectores de este artículo saben jugar al ajedrez. Baste decir que la partida seguía un patrón bastante común: ambas partes avanzaron sus peones de rey, desarrollaron caballos y alfiles según la llamada apertura italiana… y Evans introdujo su novedad.La jugada fue la que indica la flecha. La leyenda dice que se hizo por error, que Evans iba a mover el peón de alfil, que es una continuación muy habitual, pero se equivocó y cogió el de caballo. Al estar obligado por las normas a jugar con la pieza que había tocado, decidió poner el peón a tiro del alfil enemigo en un gambito desconocido hasta el momento. Es una historia falsa, casi con seguridad. La realidad es que se trata de una jugada profunda que plantea grandes dificultades al adversario si éste no está bien preparado.

El gambito Evans se hizo muy popular en el siglo XIX porque llevaba a partidas espectaculares, de juego de ataque, muy del gusto de la época. A finales del siglo XIX Steinitz, el primer campeón del mundo oficial, estudió rigurosamente el ajedrez desde un punto de vista analítico y los gambitos empezaron a perder popularidad, aunque para los representantes de la vieja escuela, como el ruso Chigorin, más dados a contemplar el ajedrez como un arte intuitivo que como una ciencia, el gambito Evans seguía figurando entre sus maniobras predilectas. Con la entrada del siglo XX esta apertura, que ya había sido analizada una y mil veces, desapareció casi por completo del ajedrez de alta competición puesto que todos los grandes maestros sabían cómo combatirla. O eso se creía hasta que en 1995 Kasparov lo jugó contra Anand en un torneo. ¡Sorpresa! Al menos para Anand, que perdió la partida. Si el gambito Evans se podía utilizar con éxito contra un jugador de esa categoría, no había razón para mantenerlo en el olvido.

¿Pero quién era William Davies Evans? Sabemos de él que nació en Gales en 1790, que fue marino desde los 15 años de edad, que era un buen jugador de ajedrez, que tenía unos 34 años cuando se le ocurrió la idea de su gambito y que murió en Ostende en 1872. Ah, y que inventó algo fundamental para la seguridad marítima y aérea.Evans navegó en una época, principios del siglo XIX, en la que los barcos movidos por vapor comenzaban a ser una realidad. Era una gran ventaja no depender del viento para desplazarse, pero eso hacía el movimiento de los buques más impredecible y por tanto aumentaba el riesgo de colisión en condiciones de poca visibilidad. Por la noche, por ejemplo, aunque alguien consiguiera ver la silueta de un barco a la luz de la luna, o la embarcación avistada tuviese encendida una luz ¿cómo saber rápidamente hacia dónde se desplazaba? Evans ideó una solución sencilla, que sigue empleándose en la actualidad: instalar una luz verde a estribor, una luz roja a babor y una luz blanca en la popa.

Con este sistema tan simple basta con una ojeada para saber si hay peligro o no. Supongamos que vemos una luz roja por babor: eso quiere decir que estamos viendo el costado izquierdo del barco avistado, que está a la izquierda de nuestro barco (según miramos hacia la proa). Por tanto no hay peligro, puesto que el otro barco navega en sentido contrario y si nuestras trayectorias se cruzan, lo harán por detrás de nosotros o lo habrán hecho ya por delante. Pero si vemos una luz verde a babor o una luz roja a estribor entonces sí hay riesgo. Estaríamos viendo, por ejemplo, el costado derecho de un barco que viene por nuestra izquierda y por tanto nuestras trayectorias podrían cruzarse por delante de nosotros. Hay riesgo de colisión. Ver una luz blanca a proa, por otro lado, implica peligro de colisión por alcance.

¿Y las aeronaves? En el título hablé del marino, del gambito y de la aeronave. Pues bien, cuando se necesitó establecer una serie de normas en aviación, se acudió a la normativa marítima, mucho más desarrollada. Y por eso las luces de posición de las aeronaves siguen la misma regla. La imagen siguiente pertenece al Anexo 6 de OACI, que establece la norma para la aviación civil internacional y que especifica los colores de las luces y los ángulos desde los que deben ser visibles.No hay aficionado al ajedrez que no haya oído hablar de Evans, pero no estoy tan seguro de que los marinos recuerden su nombre. En el ámbito aeronáutico no he encontrado a nadie que sepa quién era Evans. Paradojas de la vida: inventas un sistema para salvar vidas navegando con seguridad y caes en el olvido, pero se te ocurre una forma de poner en aprietos a tu adversario en un juego de mesa y tu nombre sigue vivo durante 200 años ¡por el momento! Habrá que empezar a promocionar el ajedrez en las escuelas náuticas y de aviación para que a Evans se le haga justicia.