Energía potencial y energía cinética - conceptos aplicados a aviación.

 Ley de la conservación de la energía:  La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.

Energía potencial (EP): Energía mecánica asociada a un cuerpo dentro de un campo de fuerzas (por ejemplo el campo de gravedad).  Esta energía es "guardada" en un estado estático.  EJM:  aeronave a 41000 pies de altura, tiene energía potencial "disponible" en forma de altitud.  Si aumento la altitud, aumenta la energía potencial, si disminuyo la altitud, disminuye la energía potencial. 

Energía cinética (EK): La energía que tiene  un cuerpo debido a su movimiento relativo.  Es inherente a la masa y la velocidad del cuerpo.  EJM: aeronave de 235000 libras viajando a 425 nudos.  Si disminuyo la velocidad, disminuye la energía cinética, si aumenta la velocidad, aumenta la energía cinética. 

Energía total (ET):  La suma de la energía potencial y la energía cinética.   ET = EP + EK.  Unificando los dos ejemplos anteriores, la energía total sería combinar la energía potencial disponible gracias a la altitud de la aeronave, además de la energía cinética disponible gracias al peso y velocidad. 

Cómo puedo relacionar esto con el vuelo?  

Supongamos que los siguientes situaciones ocurren sin cambios en la configuración de la aeronave y la potencia de los motoroes (o sea considerando estríctamente cero cambios en el sistema, excepto solo cambios en altitud y velocidad):

1. Se inicia el descenso, disminuye la energía potencial porque disminuye la altitud, pero la energía cinética aumenta porque aumenta la velocidad de la aeronave, y se mantiene la igualdad de la fórmula donde ET = EP + EK.    En otras palabras, gracias a la energía potencial que había disponible, se pudo intercambiar esa energía potencial, para aumentar la energía cinética.  

2. Si por el contrario se inicia un ascenso, entonces la velocidad diminuye y la altitud aumenta, esto se traduce a una disminución en la energía cinética, y un aumento en la energía potencial.  ET = EP + EK.  En otras palabras, se intercambió exceso de energía cinética disponible, para poder obtener una ganancia en energía potencial (altitud).

Para qué sirve conocer este concepto?  

Para mejorar el planeamiento del vuelo, el rendimiento del combustible, aumentar o disminuir los parámetros de velocidad, régimen de ascenso y descenso, endurance, etc. 

Un ejemplo muy práctico es el patrón de tráfico y aproximación a  aterrizaje.  Si entiendes la relación entre la energía, la altitud y la velocidad, puede volar un mejor patrón de tráfico suave, anticipando los siguientes pasos a seguir, y obtener el mejor desempeño de la aeronave en cualquier momento, incluyendo disminuir velocidad, disminuir altitud, cambios de altitud, idas al aire, etc.   

Cuáles instrumentos nos ayudan con la energía cinética y potencial?  

El indicador de velocidad del aire, mide básicamente la presión de impacto del aire en el tubo pitot, o sea  que mide aire en movimiento, lo que significa que mide energía cinética. 

El altímetro se alimenta de la toma estática, que mide una presión de aire que no está en movimiento, por lo tanto el altímetro es el que mide la energía potencial.  

Referencias: 

1. The pilots manual:  Airline Transport pilot. M. Dusenbury