La brújula
La brújula, también llamada compás magnético, es un instrumento que al orientarse con las líneas de fuerza del campo magnético de la tierra, proporciona al piloto una indicación permanente del rumbo del avión respecto al Norte magnético terrestre. Este instrumento de lectura directa, es una referencia básica para mantener la dirección de vuelo. Como curiosidad cabe mencionar que el nombre de este instrumento le viene dado porque se creyó antiguamente que operaba por brujería.
En el capítulo dedicado al indicador de dirección vimos con detalle ese otro instrumento que también muestra una referencia de la dirección de vuelo del avión. Esta duplicidad de instrumentos podría hacer surgir dudas en cuanto a cuál de ellos es más able, o que ventajas e inconvenientes presenta uno respecto al otro. Conocer que es una brújula, cómo está construida y cómo interpretar su información, nos permitirá, además de hacer un uso adecuado de este instrumento básico, resolver las dudas mencionadas.
2.9.1 Magnetismo.
Puesto que la brújula opera en base a principios magnéticos, veamos primero unos principios básicos sobre esta fuerza. El magnetismo es la fuerza de atracción o repulsión que se produce en algunas sustancias, especialmente aquellas que contienen hierro y otros metales como níquel y cobalto, fuerza que es debida al movimiento de cargas eléctricas.
Cualquier objeto, por ejemplo una aguja de hierro, que exhiba propiedades magnéticas recibe el nombre de magneto o imán. Un imán tiene dos centros de magnetismo donde la fuerza se maniesta con mayor intensidad, llamados polos, dándose la circunstancia que polos del mismo signo se repelen mientras que polos de distinto signo se atraen. Unas líneas de fuerza magnética uyen desde un polo hacia el otro, curvándose y rodeando al imán, denominándose campo magnético al área cubierta por estas líneas de fuerza.
Si un imán se rompe, cada una de las piezas tendrá sus propios polos, siendo imposible aislar un único polo con independencia de lo pequeños que sean los fragmentos. La posibilidad de la existencia de un único polo o monopolo está sin resolver y los experimentos en este sentido no han dado resultado conocido hasta ahora.
Magnetismo terrestre. El fenómeno del magnetismo terrestre se debe a que toda la Tierra se comporta como un gigantesco imán y aunque no fue hasta 1600 que se señaló esta similitud, los efectos del magnetismo terrestre se habían utilizado mucho antes en las brújulas primitivas. El nombre dado a los polos de un imán (Norte y Sur) se debe a esta similitud. Un hecho a destacar es que los polos magnéticos de la Tierra no coinciden con los polos geográcos además de que las posiciones de los polos magnéticos no son constantes y muestran ligeros cambios de un año para otro, e incluso existe una pequeñísima variación diurna solo detectable con instrumentos especiales.
Concluyendo: La brújula basa su funcionamiento en la existencia del campo magnético terrestre y en la propiedad de los imanes de orientarse en sentido paralelo a las líneas de fuerza de dicho campo magnético, es decir en la dirección norte-sur magnética de la tierra.
2.9.2 Construcción de la brújula.
Este instrumento está formado por una caja hermética, normalmente de plástico u otro material que no interera en las propiedades magnéticas del dispositivo, en cuyo interior hay una pieza formada por dos o más agujas o barras de acero u otro metal con propiedades magnéticas, imantadas y montadas en paralelo, sobre las cuales se ha ensamblado una rosa de rumbos.
El conjunto se apoya a través de un pivote cónico (capitel) sobre un eje vertical acabado en punta (estilo) de forma que su equilibrio sea lo más estable posible y pueda girar libremente además de minimizar rozamientos. La caja suele estar llena de un líquido no acido, normalmente queroseno, para reducir las oscilaciones, amortiguar los movimientos bruscos, aligerar el peso de la rosa de rumbos y lubricar el punto de apoyo.
En la parte trasera de la caja, un diafragma amortigua la contracción o expansión del líquido a n de evitar burbujas que diculten la lectura correcta del instrumento.
La rosa de rumbos está graduada de 5º en 5º con marcas más grandes cada 10º y un número sin el cero nal (3=30º, 6=60º, 30=300º, etc.) cada 30º. Las orientaciones de los cuatro puntos cardinales se representan con sus iniciales anglosajonas (N=North, S=South, E=East, W=West).
2.9.3 Declinación o variación.
Durante el siglo XV se hizo evidente que la aguja de la brújula no apuntaba hacia el norte verdadero desde todos los lugares, sino que formaba un ángulo con el meridiano local. Este fenómeno fue originalmente llamado por los marineros “al noreste de la aguja”, pero ahora se llama variación o declinación.
El hecho de que el Norte geográco y el Norte magnético no coincidan da lugar a que exista una ligera diferencia entre el meridiano geográco y el meridiano magnético del lugar. Puesto que en las cartas de navegación los rumbos son geográcos y la brújula indica rumbos magnéticos, se hace indispensable conocer y corregir esta diferencia.
Se denomina declinación magnética o variación magnética a la diferencia angular existente en un lugar de la tierra entre el norte magnético y el norte geográfico. La declinación es Este (E) cuando el norte magnético está al este del norte geográfico y es Oeste (W) cuando el norte magnético está al oeste del norte geográfico.
Por convención, a la declinación se la considera de valor positivo si el norte magnético se encuentra al Este (+) del norte verdadero, y negativa (-) si se ubica al Oeste. En España la declinación es Oeste.
En el frontal visible de la caja, un cristal, en el cual hay grabada una marca o línea de fe, hace posible la lectura de los rumbos mostrando aquel al cual se dirige el avión. En muchas ocasiones, la brújula dispone de una pequeña lámpara para poder realizar lecturas nocturnas. Suelen tener además un oricio con tapón para rellenar el líquido del interior y un tornillo de calibración para cuando sea necesario.
Dado que la intensidad e inclinación del campo magnético de la tierra varía con la latitud, las brújulas se calibran durante su fabricación conforme a ciertas zonas geográcas; no obstante, la mayoría de ellas tienen un mecanismo de ajuste para adaptarlas a las latitudes de operación.
Debido a que los equipos eléctricos del avión causan interferencias que inuyen en su funcionamiento, la brújula suele colocarse lo más alejada posible de estos, habitualmente en la parte superior del marco del parabrisas.
De corte más moderno y más fáciles de interpretar, son las brújulas verticales las cuales muestran los rumbos en un formato muy parecido al del indicador de dirección. La rosa de rumbos es vertical y la línea de fe es sustituida por la silueta de un avión cuyo morro apunta al rumbo magnético.
Su funcionamiento es idéntico al de la brújula tradicional; el magnetismo terrestre hace moverse a la pieza imantada horizontal que, mediante unos engranajes, transmite este movimiento a la rosa de rumbos vertical. En la parte inferior suele tener 2 tornillos de calibración.
Las líneas de igual valor de declinación reciben el nombre de curvas isogónicas; las que tienen este valor nulo se denominan líneas agónicas (sin ángulo).
Cuando trazamos rumbos en una carta, estos son geográficos, lo mismo que los meridianos trazados en la misma; ambos se reeren a la línea Norte-Sur geográfica. Sin embargo, la brújula nos indica el norte magnético, que como hemos dicho no coincide con el geográfico; para convertir un rumbo geográco a magnético o viceversa es necesario conocer la declinación magnética.
Según que queramos calcular un rumbo magnético a partir de uno geográfico, como cuando pasamos de la carta a la planicación del vuelo, o viceversa, cuando deseamos saber el rumbo geográfico a partir de la lectura de la brújula, operaremos con la declinación de la forma siguiente:
Rg = Rm + dm (+E o -W) Rm = Rg - dm (+E o -W)
Por ejemplo, si la declinación (dm) es de 5º Oeste, para volar a un lugar en el rumbo geográfico (Rg) 210º hay que mantener un rumbo magnético (Rm) de 210º - (-5º) = 215º. Con la misma declinación, si la brújula indica 160º nos estamos dirigiendo a un lugar del mapa en el rumbo (160º + (-5) = 155º.
Para facilitar las ecuaciones y utilizar una sola se usa: Rgº = Rmº + dmº siendo dm positivo si la declinación es Este y negativo si es Oeste. En náutica se denomina rumbo verdadero al rumbo geográfico y para recordar el signo de la declinación se dice: “Del timón a la carta de su signo no se aparta” y “De la carta al timón al revés la corrección”
La declinación varía de un lugar a otro y puesto que las variaciones no son muy grandes, se suele asumir una misma declinación para zonas geográcas próximas (p.ejemplo la Península Ibérica, uno o más Estados en EE.UU, etc.).
2.9.4 Errores en la lectura de la brújula.
Como veremos seguidamente, los errores de la brújula son numerosos y hacen dificultoso navegar con una cierta precisión, especialmente en aire turbulento.
La brújula está sujeta a errores provocados por la aceleración, la desaceleración y la curvatura del campo magnético terrestre, en especial en altas latitudes. También suele oscilar, converger o retrasarse en los virajes y su lectura es especialmente difícil durante turbulencias o maniobras.
Los errores de tipo físico se deben principalmente a la fricción del líquido sobre la rosa de rumbos, a la falta de amortiguación de este líquido, o bien porque el propio líquido forma remolinos debido a turbulencias o maniobras bruscas. Estas circunstancias provocan balanceos y oscilaciones en la brújula que dificultan su lectura.
Con independencia de los errores físicos, lo que más complica la navegación con la brújula son los errores de tipo magnético. Estos se conocen como errores debidos a la inclinación (viraje) y a la aceleración o desaceleración.
Error de inclinación o viraje: Las líneas de fuerza del campo magnético terrestre tienen un componente vertical que es 0 en el Ecuador pero que constituyen el 100% de la fuerza total en los Polos. Esta tendencia de la brújula a inclinarse hacia abajo por efecto de la atracción magnética, produce en los virajes el siguiente comportamiento:
Volando en un rumbo Norte, si se realiza un giro hacia el Este o el Oeste, la indicación inicial de la brújula se retrasará o indicará un giro hacia el lado contrario. Este desfase se va aminorando de manera que al llegar al rumbo Este u Oeste no existe error.
Si se hace un giro hacia el Norte desde cualquier dirección, cuando nos vamos aproximando al Norte la indicación de la brújula es de un rumbo más atrás del real. Para sacar al avión en el rumbo deseado, el giro debe ser terminado con una indicación de la brújula anterior a dicho rumbo.
Volando en un rumbo Sur, al realizar un giro al Este o el Oeste, la brújula se adelanta e indica un rumbo más allá al realmente seguido. Este adelanto también se va aminorando de forma que al llegar al rumbo Este u Oeste tampoco existe error.
Si se hace un giro hacia el Sur desde cualquier dirección, a medida que nos vamos aproximando al Sur la brújula se adelanta e indica un rumbo más al Sur que el real. Para sacar al avión en el rumbo deseado, el giro debe ser terminado con una indicación de la brújula pasado dicho rumbo.
Los errores de viraje se producen en rumbos Norte y Sur siendo prácticamente nulos en rumbos Este y Oeste. La cantidad de grados de retraso o adelanto es máxima en rumbos Norte (0º) y Sur (180º), y esta cantidad depende del ángulo de alabeo usado y de la latitud de la posición del aeroplano.
Como colofón a las explicaciones anteriores, podríamos concluir que: el error de viraje produce que en el semicírculo Norte de la rosa de rumbos la brújula gire más despacio que el avión e indique rumbos retrasados; no hay error en rumbos Este y Oeste indicando rumbos correctos, y gira más deprisa en el semicírculo Sur indicando rumbos adelantados.
Para sacar al avión en rumbo correcto durante un viraje seguir la regla: Norte (NO me paso) Sur (Si me paso)
Error de aceleración/deceleración. Debido a su montaje pendular, cuando se cambia de velocidad acelerando o decelerando, la brújula se inclina sobre su pivote y esta inclinación provoca que las agujas imantadas no coincidan correctamente con las líneas magnéticas terrestres. Este error es más aparente en los rumbos Este y Oeste, siendo prácticamente nulo en rumbos Norte y Sur.
Cuando un avión manteniendo un rumbo Este u Oeste acelera o asciende, la brújula indicará en principio como si se estuviera virando al Norte pero a medida que la velocidad o el ascenso se estabilice la brújula volverá a la normalidad; cuando decelera o desciende, la brújula indicará de inicio un viraje al Sur para después volver de nuevo a la normalidad.
La regla nemotécnica es ANDS (Acelera/Asciende=Norte, Decelera/Desciende=Sur)
Importante: La descripción de estos errores corresponde a latitudes del hemisferio Norte. En el hemisferio Sur los errores se producen a la inversa.
2.9.5 Indicador de dirección y brújula.
Ahora que hemos visto cómo funciona la brújula, cómo está construida y cuáles son los posibles errores en sus indicaciones, tenemos suciente criterio para resolver las cuestiones planteadas al inicio de este capítulo.
El indicador de dirección, como se explica en el capítulo correspondiente, es un instrumento más sofisticado y able que la brújula, pero sus indicaciones se basan en un referente proporcionado por el piloto (el calaje del instrumento), el cual se sirve de la brújula para este menester. Desde este punto de vista, ambos instrumentos ni son excluyentes entre sí ni existe duplicidad de funcionamiento entre ambos, realmente son complementarios.
Aunque el indicador de dirección también se desajusta, la brújula, como hemos visto en este capítulo, es susceptible de múltiples errores, produciendo además lecturas erróneas en presencia de campos magnéticos o por oscilaciones en turbulencias, cosa que no sucede con el indicador de dirección. Por otro lado, la brújula es muy sencilla en su construcción y se basa en propiedades inmutables lo cual la hace casi inmune a las averías, en tanto el indicador de dirección es más complejo y depende del
funcionamiento del sistema de succión, lo cual deja a este último en inferioridad de condiciones a este respecto.
Supongamos por un momento que por alguna razón hemos calado mal el indicador de dirección y carecemos de brújula. ¿Como sabemos la dirección en la cual volamos? Tendríamos que servirnos de referencias en la tierra que conociéramos previamente, lo cual no deja de ser una opción bastante enojosa, o desconocemos nuestra posición.
Conclusión: Normalmente, debido a la inestabilidad de las indicaciones de la brújula, se vuela por referencia al indicador de dirección, calando este periódicamente con las lecturas de la brújula en vuelo recto y nivelado. Pero como todos los aparatos, el indicador de dirección puede estropearse: en ese caso un buen piloto no tendrá problemas, navegará sirviéndose de la brújula; un mal piloto estará perdido.
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Sumario:
La brújula es la referencia básica para mantener la dirección de vuelo.
Al orientarse con el campo magnético terrestre, la brújula proporciona una indicación permanente del rumbo del avión.
Un imán tiene dos centros de magnetismo donde la fuerza se manifiesta con mayor fuerza. Estos centros se denominan polo Norte y polo Sur.
La tierra se comporta como un imán gigantesco, aunque sus polos magnéticos no coinciden exactamente con sus polos geográficos.
La diferencia angular entre los polos magnético y geográfico recibe el nombre de declinación.
La declinación es Este si el Norte magnético está al Este del Norte geográfico; es Oeste si el Norte magnético está al Oeste del geográfico.
Por convención, a la declinación se la considera de valor positivo si el norte magnético se encuentra al Este (+) del norte verdadero, y negativa (-) si se ubica al Oeste. En España la declinación es Oeste.
La fórmula general para operar con la declinación es: Rgº = Rmº + dmº siendo dm positivo si la declinación es Este y negativo si es Oeste. Por simple deducción tenemos que Rmº = Rgº - dmº.
Recordemos: del timón (brújula) a la carta de su signo no se aparta; de la carta al timón al revés la corrección.
La brújula está sujeta a errores, debidos principalmente a las características del campo magnético terrestre. Estos errores se denominan de viraje y de aceleración/desaceleración.
Los errores de viraje se producen en rumbos Norte y Sur siendo inexistentes en rumbos Este y Oeste; los errores de aceleración se producen en rumbos Este y Oeste siendo inapreciables en rumbos Norte y Sur.
El error de viraje hace que la brújula gire más despacio que el avión en el semicírculo Norte de la rosa de los rumbos, iguale en rumbos Este y Oeste, y más deprisa en el semicírculo Sur.
La regla nemotécnica para sacar el avión del viraje en el rumbo deseado es: Norte=No me paso, Sur=Si me paso.
Regla ANDS en errores de aceleración: Acelera/Asciende=Norte; Decelera/Desciende=Sur.
El indicador de dirección es más fiable que la brújula, pero el piloto necesita de esta última para calar este indicador y como recurso en caso de fallo del indicador de dirección.
Lo normal es volar atendiendo al indicador de dirección, calando este frecuentemente con las indicaciones que nos dé la brújula, tomadas en vuelo recto, nivelado y no acelerado.
(1) Debido a que los electrones tienen carga eléctrica y un movimiento de giro, pueden ser considerados como cargas eléctricas en movimiento. En muchos átomos todos los electrones están apareados en un mismo nivel de energía, los electrones de cada par tienen giros opuestos y sus campos magnéticos se cancelan, pero en algunos otros átomos hay más electrones que giran en un sentido que en otro, resultando un campo magnético neto del átomo en su conjunto. (2) Aunque, magnéticamente hablando, el polo norte magnético de la Tierra no es exactamente un polo norte sino un polo sur (de otra forma no atraería al polo norte de la brújula), usualmente es llamado así para no inducir a confusión en temas relacionados con la navegación