Todo sobre la brújula

En estos tiempos modernos en que los paneles de los aviones se llenan de tecnología que nace, crece, se reproduce y muere, aún no se ha encontrado un sustituto a la brújula. El primer instrumento de navegación inventado por el hombre es sencillo como un botijo, ligero, fiable y seguirá funcionando si las pantallas se vuelven negras por falta de energía o exceso de virus versión 2.4. 

Naturalmente, el progreso es imparable y la tecnología facilita mucho las cosas. Su uso correcto nos da posibilidades antes inimaginables pero no hemos de olvidar que Murphy no hace nunca vacaciones y si algo puede fallar, fallará. Si esto sucede en vuelo, la brújula será lo bastante inteligente como para no perder los nervios y continuar proporcionando información. Así que, como pilotos, no sólo debemos aprender a manejar las nuevas tecnologías sino que también hemos de seguir sacando punta a nuestras habilidades básicas. No olvidemos que, según el reglamento, la brújula es uno de los instrumentos mínimos imprescindibles a bordo del avión. En esta entrada veremos como es una brújula y como funciona, hablaremos de sus errores inherentes y aprenderemos como debe ser instalada y compensada. 

Un imán llamado Tierra

Un imán es un metal que tiene la propiedad de atraer otros metales. Cada uno de los extremos del imán se llama polo. Todos los imanes tienen dos polos de signo contrario denominados Norte y Sur. Entre los dos polos de un imán aparecen líneas de fuerza magnética que fluyen de un polo al otro. Se da la circunstancia de que si acercamos dos imanes, los polos del mismo signo se repelen y los de signo contrario se atraen.

La Tierra se comporta como un gigantesco imán natural con dos polos magnéticos, Norte y Sur, entre los que fluyen líneas de fuerza magnética (Figura 1). Los polos Norte y Sur magnéticos, desgraciadamente, no coinciden con el Norte y Sur geográficos que definen el eje de rotación del planeta. El polo Norte magnético, se encuentra a unos 2000 Km de distancia del polo geográfico, más o menos a unos 78º de latitud Norte y 104º de longitud Oeste, es decir, en algún lugar al Norte de Canadá. Las líneas de fuerza son paralelas a la superficie de la Tierra en el Ecuador magnético pero a medida que nos acercamos a los polos se inclinan hacia la Tierra progresivamente hasta ser completamente perpendiculares a la superficie en los polos Norte y Sur magnéticos. Por convención se dice que las líneas de fuerza salen  del polo Norte magnético y entran por el polo Sur magnético.

Si construimos un dispositivo que sujete un imán pero le deje libertad de movimiento, este tratará siempre de alinearse con las líneas de fuerza magnética. Por lo tanto, al alinearse, apuntará siempre en la dirección del eje Norte-Sur magnético. Por convención se dice que apunta siempre al Norte. Debido a la componente vertical de las líneas de fuerza, además de apuntar siempre al Norte magnético, el imán también se inclinará hacia abajo en cualquier lugar excepto en el Ecuador magnético. Allí, como las líneas de fuerza son paralelas a la superficie, la inclinación vertical del imán es nula pero si aumentamos la latitud, la inclinación aumentará hasta llegar al polo Norte o Sur magnético donde el imán apuntará directamente al suelo. Este dispositivo existe desde hace mucho tiempo, se llama brújula o compás magnético y a través de sucesivos refinamientos se ha convertido en lo que tenemos instalado en algún lugar del panel. Lo mejor de este instrumento es que no necesita de ningún suministro de energía y que no parece que el campo magnético de la Tierra vaya a desaparecer antes de que se agote el petróleo.

La brújula por dentro

El núcleo de la brújula está formado por dos agujas imantadas paralelas sobre las que se monta una carta de rumbos circular. El conjunto dispone de un pivote central de acero que se instala sobre un receptáculo de cristal duro a modo de soporte y rodamiento  de forma que puede moverse con libertad rotando 360º y pendulando hasta unos 18º. El receptáculo de cristal se mantiene en posición por la acción de un muelle. Hay que destacar que la carta de rumbos, las agujas imantadas y el mecanismo de pivote están construidos de manera que el centro de gravedad está por debajo del pivote. Así, el efecto de péndulo minimizará la inclinación hacia abajo de las agujas imantadas al aumentar  la latitud (por lo menos en latitudes medias). Todo este mecanismo, está dentro de una caja hermética llena de líquido (normalmente es keroseno) que amortigua las oscilaciones de la carta y sirve como lubricante del pivote. En la parte trasera hay una membrana (en algunos casos es un fuelle metálico) y un respiradero que permiten la expansión y contracción del líquido con los cambios de temperatura y altitud evitando la formación de burbujas. La carta de rumbos tiene un flotador metálico para aliviar el peso y facilitar el movimiento de las agujas imantadas. En la parte delantera, hay una ventana de cristal a través de la que podemos  ver la carta de rumbos y leer el rumbo magnético bajo la línea de fe vertical. Un tapón roscado en la parte superior permite añadir líquido si hay  pérdida por fugas o evaporación. Además, la brújula incorpora dos tornillos de compensación etiquetados como N-S y E-W que actúan sobre unos pequeños imanes internos con los que es posible intentar corregir la desviación producida por la influencia magnética de la estructura del avión y sus sistemas eléctricos (Figura 2).

La carta de rumbos está graduada en incrementos de 5º marcados con una raya corta y de 10º marcados con una raya larga. Cada 30º hay una cifra de 1 o 2 dígitos correspondiente al rumbo dividido por 10. Por ejemplo, 3 indica rumbo 30º, 30 corresponde a rumbo 300º y 6 indica rumbo 60º. Los puntos cardinales aparecen marcados como N, S, E y W. La W corresponde a West que significa Oeste en inglés.

Imaginemos que estamos volando con rumbo Norte. Tenemos el Este a la derecha, el Sur detrás y el Oeste a la izquierda. En la brújula, bajo la línea de fe leemos la letra N que indica rumbo Norte. Si quisiéramos volar con rumbo Este, deberíamos hacer un viraje a la derecha. El piloto ve la carta de rumbos por la parte trasera de las agujas imantadas, es decir por el lado que no apunta al Norte. Si nos fijamos atentamente, vemos que en la carta de rumbos, el Este aparece a la izquierda y el Oeste a la derecha. Esta aparente contradicción se desvanece si pensamos que las agujas de la brújula apuntan siempre al Norte magnético, y esto significa que cuando viramos, las agujas y la carta permanecen fijas apuntando al Norte mientras que la carcasa del instrumento y el resto del avión rotan a su alrededor. 

A veces resulta difícil interpretar correctamente la brújula. Por ello se ha desarrollado el compás de carta vertical que muestra la información sobre una carta vertical en la que se puede ver toda la rosa de rumbos a la vez, en un formato similar al de un giróscopo direccional. La línea de fe se sustituye por una silueta de avión visto desde arriba. Esto hace que la lectura sea mucho más intuitiva y que con un simple vistazo podamos conocer el rumbo opuesto, o saber hacia donde hemos de virar para alcanzar un rumbo concreto. Además, estas brújulas de carta vertical no llevan líquido en su interior y debido a su construcción presentan menos oscilaciones.

Los errores de la brújula

Declinación magnética

Como hemos visto,  en la actualidad el Norte magnético no coincide con el Norte geográfico. El ángulo entre ambos se denomina declinación magnética.También se lo conoce como variación magnética. La declinación cambia con la posición geográfica y el tiempo. Por ello, periódicamente se confeccionan mapas donde se unen los puntos con la misma declinación formando líneas denominadas isógonas. Evidentemente, la declinación es inevitable ya que no depende del instrumento ni del avión. 

                                        

Se mide en grados sexagesimales y puede ser Este cuando el Norte magnético queda al Este del Norte geográfico (a nuestra derecha si miramos al Norte) u Oeste cuando el Norte magnético está al Oeste del Norte geográfico (a la izquierda). La declinación se usará en los cálculos de navegación para convertir rumbos geográficos a rumbos magnéticos y viceversa. Cuando la declinación es Este, la restaremos al rumbo geográfico para obtener el rumbo magnético y cuando es Oeste, la sumaremos (Figura 3). Afortunadamente, debido a la posición relativa respecto a los polos magnético y geográfico, en Europa no tenemos valores tan extremos de la declinación como en América donde esta alcanza hasta 20º. En España, la declinación siempre es Oeste y su valor oscila entre 1 y 5 grados en la península y Baleares y unos 8º en las islas Canarias.

En las cartas aeronáuticas, las isógonas aparecen como líneas discontinuas  con el valor de la declinación al lado (Figura 4). Se dibuja una isógona cada 0.5º de incremento de la declinación. 

En las fichas de aeródromo, el Norte geográfico aparece como una flecha gruesa orientada en relación a la pista mientras que el Norte magnético aparece como una flecha inclinada a la derecha o a la izquierda con la magnitud de la declinación escrita al lado. A veces el Norte geográfico es una flecha gruesa vertical en lugar de estar orientada en relación a la pista.

Desviación

Es el error en la indicación de la brújula producido por la influencia de las estructuras metálicas del avión y los sistemas eléctricos. Su magnitud depende del lugar donde se instale la brújula dentro de la cabina. La desviación, a diferencia de la declinación cambia según el rumbo del avión pero es independiente de la posición geográfica.

Error de indicación en los virajes

Este error es más pronunciado cuando el avión se encuentra en rumbo Norte o Sur y es consecuencia de la componente vertical de las líneas de fuerza magnética. En vuelo recto y nivelado, debido a la posición baja del centro de gravedad de la carta de rumbos, se neutraliza la acción de la componente vertical del campo magnético y la carta aparece horizontal pero en viraje, todo el avión, incluida la carta de rumbos se inclina. En esta condición el efecto de péndulo no puede impedir que las agujas imantadas de la brújula se inclinen hacia la parte baja del viraje para alinearse con las líneas de fuerza y esto se traduce en la aparición de un error temporal en la indicación del instrumento.

Supongamos que volamos con rumbo Norte y viramos al Este. El avión alabea a la derecha y el extremo de las agujas imantadas que apunta al Norte se inclina hacia abajo lo que hace rotar inicialmente la carta de rumbos hacia el Oeste, es decir, en dirección contraria al viraje (Figura 5). Si el viraje es hacia el Oeste, la carta de rumbos rota inicialmente al Este. A medida que continuamos el viraje al Este o al Oeste, la carta comenzará a indicar un viraje en la dirección correcta pero irá “por detrás” del rumbo real. La diferencia entre lo que marca la brújula y el rumbo real disminuirá a medida que nos acerquemos al Este o al Oeste. Como experimento para convencernos de que la brújula va por detrás, podemos iniciar un viraje desde rumbo Norte con un alabeo muy suave de unos 3 o 4º, si nos fijamos en referencias exteriores, podremos ver como es posible  cambiar el rumbo hasta 20º  con la brújula marcando Norte.

En el caso de que inicialmente volásemos con rumbo Sur, por el mismo razonamiento anterior, la brújula indicará un viraje en la dirección correcta pero a un régimen de giro mayor que el real (Figura 6).  La brújula en este caso irá “por delante”.

Se da la circunstancia de que la magnitud del error, es decir, el número de grados que la brújula va por detrás o por delante del rumbo es aproximadamente igual a la latitud del lugar geográfico por donde vuela el avión. Si volásemos en el hemisferio Sur, el error sería al revés, es decir, con Rumbo Norte la brújula iría por delante y con rumbo Sur iría por detrás.

Error de aceleración/deceleración

Este error aparece cuando el avión vuela con rumbo Este u Oeste y acelera o decelera. También es el resultado de la componente vertical de las líneas de fuerza. Debido a la inercia y a la posición baja del centro de gravedad de la carta de rumbos, cuando el avión acelera, la carta se inclina. El lado trasero (el que vemos a través del cristal) sube mientras que el lado delantero baja. Esta inclinación anula el efecto de péndulo y las agujas se mueven hacia abajo para alinearse con las líneas de fuerza, esto hace que la brújula marque momentáneamente un viraje al Norte. En caso de deceleración, la parte trasera de la carta de rumbos baja, la delantera sube y la brújula indica un viraje al Sur (Figura 7).

Cuando aceleramos o deceleramos con rumbo Norte o Sur, la carta también se inclina pero como la inclinación se produce en el eje Norte-Sur, no aparece ninguna indicación de viraje. En el hemisferio Sur, el error es al revés.

Una regla nemotécnica útil en el hemisferio Norte para recordar este error es ANDS. Aceleración viraje al Norte y Deceleración viraje al Sur.

La brújula en vuelo

A pesar de sus errores, la brújula se sigue instalando en los aviones. Para su lectura, el avión debe mantenerse en vuelo recto y nivelado sin aceleraciones. En atmósfera turbulenta, la carta de rumbos se mueve y oscila. Si pretendemos mantener el rumbo bajo la línea de fe constantemente nos agotaremos en poco tiempo. Es más fácil estabilizar el avión en su rumbo de brújula, identificar una referencia en el suelo alineada con la ruta (teniendo en cuenta la deriva del viento) y mantener el avión volando hacia ella. Antes de alcanzarla, buscaremos otra referencia y así sucesivamente.

Si queremos usar la brújula para hacer virajes a rumbos concretos, deberemos conocer previamente en cuantos grados nos hemos de anticipar al rumbo deseado para salir del viraje. La transición desde el viraje a vuelo recto y nivelado no es instantánea y mientras se produce, el avión continúa cambiando de rumbo. Un poco de práctica nos permitirá estimar cuantos grados nos costará la salida del viraje con distintos ángulos de alabeo. Para hacer virajes con referencia a la brújula, lo mejor es no sobrepasar unos 15º de alabeo y maniobrar de manera suave para no agravar las oscilaciones naturales del instrumento. Además hemos de conocer la latitud aproximada del lugar donde volamos ya que ésta equivale al error del compás en los virajes a rumbo Norte o Sur.

Supongamos un viraje a la izquierda para acabar en rumbo Norte. La latitud es de 40º y la salida del viraje nos cuesta 5º. En un viraje a rumbo Norte, la brújula va con retraso, por lo tanto, pararemos el viraje cuando la brújula marque 45º. (40º de latitud + 5º para salir del viraje). Si el viraje fuera a la derecha, habría que detenerlo con la brújula marcando 360º- (40º+5º)= 315º.

Viramos a la derecha para acabar en rumbo Sur. En este caso, la brújula va por delante. Saldremos del viraje cuando la brújula haya pasado el rumbo deseado en un valor igual a la latitud menos lo necesario para salir del viraje. En nuestro caso, cuando la brújula marque 215º. ( 180º +(40º-5º)). Si el viraje fuera a la izquierda, deberíamos pararlo con 145º. (180º-(40º-5º)).

Cuando viramos a rumbo Este u Oeste desde el Norte, saldremos del viraje unos 10 o 12º antes de llegar al Este o al Oeste. Si este mismo viraje es desde el Sur, lo pararemos unos 5º antes del Este o el Oeste. Si el viraje acaba en cualquier rumbo intermedio entre los puntos cardinales, habrá que interpolar para saber cuando hay que detenerlo. 

Otra posibilidad que implica menos cálculos mentales es hacer virajes cronometrados. La idea es conocer el régimen de giro correspondiente a cada alabeo a la velocidad de crucero. Por ejemplo, decidimos hacer siempre virajes con 10º de alabeo más o menos; a nuestra velocidad de crucero vemos que tardamos 180 segundos en hacer un viraje de 360º, por tanto, el régimen de giro es de 360º/180 segundos = 2º/segundo. Si queremos cambiar el rumbo en 20º, sabremos que hemos de virar durante 10 segundos. Si el avión dispone de un coordinador de virajes, bastará con alinear las marcas para obtener un viraje estándar de 3º por segundo. A ese régimen de giro, tardaríamos algo más de 6 segundos en virar 20º.

Probablemente ninguno de los dos métodos anteriores garantiza acabar siempre el viraje exactamente en el rumbo deseado pero, cualquiera de los dos, es mejor que no tener método alguno. Utilizar la brújula en vuelo tiene tanto de ciencia como de arte, y como todo arte, la práctica lo es todo. Un par de sesiones de prueba y error con un plan preestablecido en tierra nos ayudaran a digerir la teoría y a desarrollar el instinto.

Instalación y mantenimiento

La brújula se instalará en un lugar en el que se vea afectada lo menos posible por la estructura metálica del avión y alejada de instrumentos susceptibles de generar campos magnéticos como radios, transponders o instrumentos con motores eléctricos. Para una buena indicación, debe estar alineada con el eje longitudinal del avión y dentro del campo visual normal del piloto. Es necesario colocar la carta de corrección de rumbos justo al lado del instrumento. Los tornillos que la sujetan al panel han de ser de material no magnético.

Respecto a su cuidado, en principio basta con mantener el nivel de líquido en su interior. Mientras el avión está hangarado no hay que dejar cerca de la brújula durante mucho tiempo accesorios que contengan imanes en su interior como auriculares, etc. ya que esto puede afectar a la magnetización de las agujas.

La compensación de la brújula

La compensación es el proceso que permite reducir o eliminar el error de desviación producido por la influencia magnética de elementos del propio avión. Mediante este procedimiento se puede corregir el error hasta unos 20º en los rumbos cardinales. Después de la compensación, el error residual se apunta en la carta de corrección de rumbos junto a la brújula. Necesitaremos un destornillador no magnético para mover los tornillos de ajuste. Inicialmente los dos tornillos N-S y E-W se encuentran en posición neutra con las marcas de pintura en su cabeza alineadas con las marcas en la carcasa. Si  forzamos los tornillos más allá de su rango de giro (unos 3/4 de vuelta en cada sentido) se romperá el mecanismo de compensación. Es conveniente hacer la compensación con el motor en marcha, la radio, etc. encendida y la palanca de mando en posición de vuelo. 

Además de lo anterior, también necesitaremos una rosa de rumbos magnéticos de referencia pintada en el suelo, perfectamente alineada con el Norte magnético y alejada de estructuras metálicas. Esto sólo lo encontraremos en algunos aeropuertos así que habrá que descubrir algún truco para acceder a ellos con nuestros aviones (como alguna jornada de puertas abiertas). Aquí es donde entran en juego la imaginación y las relaciones públicas. Otra posibilidad es buscar a alguien que tenga un amigo topógrafo que nos pueda hacer unas marcas en nuestro campo de vuelo, o incluso, para los más osados, hacer nosotros mismos las marcas con un compás náutico de derrotas. Aunque esto no será exacto al 100% es mejor que nada. El procedimiento es el siguiente:

1-Alinear el avión al Norte magnético y corregir la desviación con el tornillo N-S.

2-Alinear el avión al Este y corregir la desviación con el tornillo E-W.

3-Alinear el avión al Sur y corregir la mitad de la desviación con el tornillo N-S.

4-Alinear el avión al Oeste y corregir la mitad de la desviación con el tornillo E-W.

5-Rotar el avión cada 30º y para cada rumbo anotar lo que indica la brújula en la carta de corrección de rumbos.

La carta de corrección nos dice qué rumbo hemos de mantener en la brújula para volar con un rumbo magnético determinado. Si el rumbo que deseamos mantener no está en la carta, usaremos el valor más próximo. Por ejemplo,  queremos volar con 305º, el rumbo más cercano en la carta es 300º, esta nos dice que para mantener 300º magnéticos, hemos de colocar la brújula indicando 304º, el error es de +4º. Por tanto, añadiremos 4º al rumbo deseado y volaremos con el instrumento indicando 309º.