weight and balance

WEIGHT AND BALANCEWEIGHT AND BALANCE

W&B - Presentation R180405 1

El contenido de este curso está basado en el siguiente documento:

a) Aircraft basic science.

Seventh Edition. Kroes- Rardon

b) Aviation Maintenance Technician series, General.Dale Crane


OBJETIVOSAl final esta unidad el alumno será capaz de:

• Explicar la importancia del Weight & Balance.

E l t i l i W i ht d• Enumerar el material y equipo para Weight and Balance.

• Conocer el proceso de calculo de Weight and Balance.


Tabla de contenidoTabla de contenido

Principios fundamentales

Terminologia de peso y balance

Determinacion de la ubicación del EWCG

difi i l ióModificaciones en el avión

Cargando el aviónCargando el avión

Condiciones extremas de peso y balanceCondiciones extremas de peso y balance


Introducción

La aviación ha sido una de las industrias mas dinámicas desde sus inicios. Nuevos aviones son continuamente desarrollados y mejorados en comparación con modelos anterioresmejorados en comparación con modelos anteriores.

Las mejoras en diseño tiene en muchos casos la tendencia a i t l i t i d l b l i d lincrementar la importancia de la carga y balance apropiados en los aviones hoy en día, sumado a esto la demanda de obtener una eficiencia máxima para todos los vuelos ha incrementado laeficiencia máxima para todos los vuelos ha incrementado la necesidad por un sistema mas preciso de control de peso y balancede un avión .


PRINCIPIOSPRINCIPIOSPRINCIPIOS PRINCIPIOS FUNDAMENTALESFUNDAMENTALES


PRINCIPIOS FUNDAMENTALES

Fuerza de gravedad

El termino GRAVEDAD es usado para referirse a la fuerza que tiende a atraer todos los cuerpos hacia elfuerza que tiende a atraer todos los cuerpos hacia el centro de La Tierra.



Centro de gravedad (CG)

El centro de gravedad puede ser definido como el punto a el cual todo el peso de un cuerpo puede considerarse concentrado. Así de este modo el CG de una bola perfectamente redonda será eleste modo el CG de una bola perfectamente redonda será el centro exacto de la bola, teniendo en cuenta que la bola fue hecha completamente del mismo material y no hay aire ni gas dentro de p y y gesta.



Ubicacion del Centro de gravedad (CG)

Para localizar el CG, es necesario determinar únicamente el punto de intersección de líneas verticales dibujadas hacia abajo, desde dos puntos separados de un soporte.

Esta técnica es demostrada en la siguiente figura:

Una hoja plana y cuadrada de material a sido identificada por letras A,B,C y Dj p y p , , yen sus cuatro esquinas, suspendida primero desde el punto B y luego desde elpunto C. Las líneas dibujadas verticalmente hacia abajo desde el punto de suspensión en cada caso intersectan a el CGsuspensión en cada caso intersectan a el CG.



Momento de una fuerza y Equilibrio

La tendencia de una fuerza para producir rotación alrededor de un eje dado es llamado momento de una fuerza con respecto a ese eje.

L id d di ió d l d f d d d l di ióLa cantidad y dirección del momento de una fuerza depende de la dirección de la fuerza y la distancia desde el eje

La distancia perpendicular desde el eje a la línea desde la fuerza es llamadaLa distancia perpendicular desde el eje a la línea desde la fuerza es llamadaARM (brazo), y el momento es medido por el producto de la fuerza y elbrazo.

De este modo una fuerza de 10 lb actuando a una distancia de 2 ft desde

el eje ejerce un momento de rotación de 20 ft-lbel eje ejerce un momento de rotación de 20 ft lb

W&B - Presentation R180405 10Diagrama de momento


Limites y rangos El estudio de peso y balance esta basado principalmente en la palanca deEl estudio de peso y balance esta basado principalmente en la palanca de primera clase (first- class lever) este tipo tiene el fulcrum entre el esfuerzo aplicado y la resistencia.

La palanca de primera clase esta en balance solamente cuando el CGLa palanca de primera clase esta en balance solamente cuando el CG horizontal esta en el fulcrum, sin embargo, un avión puede ser balanceado en vuelo en cualquier lugar dentro de ciertos limites específicos adelante y atrás si el piloto opera los trim tabs o elevadores para ejercer una fuerzaatrás si el piloto opera los trim tabs o elevadores para ejercer una fuerza suficiente para contrarrestar cualquier desbalance.



¿Donde se muestra la ubicación exacta¿Donde se muestra la ubicación exacta del CG para un avión determinado?

En el aircraft specifications o el Type Certificate Data SheetCertificate Data Sheet



Limites típicos para la ubicación en un aeroplano están establecidos previamente y determinan el rango mostrado en la figura:previamente y determinan el rango mostrado en la figura:

El CG del aeroplano debe de estar dentro de este rango para poder volar seguro.


p g


CG y Balance en un Avion

El CG de un aeroplano puede ser definido, para propósitos de calculo, como un punto imaginario en el cual los momentos del peso de la nariz (nose-heavy moments) (-) y los momentos del peso de la cola (tail-heavy moments) (+) son exactamente iguales en magnitud.

De esta forma si el avión es suspendido desde el punto CG no tendrá la tendencia a rotar en cualquierpunto CG, no tendrá la tendencia a rotar en cualquier dirección como se muestra en la siguiente figura.



il hNose Tail-heavy (+)

Nose-heavy (-)



Terminologia

Arm: es la distancia horizontal en pulgadas desde el datum a el centro de gravedad, el signo algebraico (+)es utilizado si la medida es atrás del datum y ( ) si la medidad es adelante del datumdatum y (-) si la medidad es adelante del datum.

Centro de gravedad: es un punto en el cual el peso de nariz y el peso de cola son exactamente iguales en magnitudcola son exactamente iguales en magnitud.

Datum: es un plano imaginario vertical o linea desde la cual toda di ió h i t l d b ( ) t dmedición horizontal de brazo (arm) es tomado.

Empty Weight: el (EW) de un avión incluye el peso del avión, motores, y equipo requerido que esta fijo y normalmente se lleva en el aeroplano.


EjemplosEjemplos

Ej l 1 Ej l 2 Ej l 3Ejemplo 1 Ejemplo 2 Ejemplo 3


EJERCICIOEJERCICIO


DETERMINACION DELDETERMINACION DEL EWCG Y SU UBICACION


PESANDO EL AVION

Pesar el avión con balanzas exactamente calibradas es el único método seguro de obtener un peso vacío exacto (empty g p ( p yweight) y una ubicación exacta del CG.

Para air-taxi y aviones air-carrier es requerido que seanPara air taxi y aviones air carrier es requerido que sean pesados periódicamente por requerimiento de los FARs.


Ademas de los requerimientos de los FARs ,

¿Cuando es requerido pesar el avión?

El avión también debe de ser pesado después de ser pintado, cuando le sean hechas modificaciones mayores o reparaciones.

Cuando existan reportes del piloto por características de vuelo insatisfactorias, tales como pesadez de nariz o de cola y cuando se sospeche que los datos de Peso y Balance están errados.q y


EQUIPO PARA PESAR EL AVION

El tipo de equipo el cual es usado para pesar el avión varia dependiendo de la medida del avión.p

Tres tipos de escalas o basculas son usadas para pesar el avión. Cada tipo es igualmente efectivo en obtener resultados exactos.Cada tipo es igualmente efectivo en obtener resultados exactos.

Balanzas de Plataforma

Sistemas Portátiles de Pesado

C ld d l t ó iCeldas de carga electrónicas


Balanzas de Plataforma

Los aviones livianos son frecuentemente pesados en balanzas de plataforma tipo-viga, estas requieren el uso de jacks o rampas para colocar el avión en las balanzascolocar el avión en las balanzas.


Si t t til d dSistema portatil de pesado

Este hace posible encontrar el peso y balance de aviones pequeños y largos sin el uso de Jacks.

El sistema consiste de balanzas para pesar cada rueda o par de p p pruedas en el avión, amplificadores de señal, un indicador digital de CG, un indicador de peso bruto y un panel de poder.


Celdas de carga electronicas

Este es otro método utilizado para pesar aviones grandes, las celdas son indicadores de tensión de los cuales cambia la resistencia de acuerdo con la presión aplicada a ellas.

Una celda de carga es puesta entre un jack y un punto de jack en el avión, con particular atención a la ubicación de la celda por cargas laterales que no sean aplicadas.


PREPARACION DEL EQUIPOCuando se prepara un avión para pesar, la exactitud de las balanzas debe de p p p pser establecida, esto puede ser hecho de acuerdo a las instrucciones que provee el fabricante o por balanzas de prueba con pesos calibrados.

C d h d l l l l d b dCuando no hay nada en las escalas la lectura debe de ser cero.

La siguiente es una lista de equipo que comúnmente es usado cuando se pesa un avión.

J k Ci t Mét iJacks o rampas Cinta Métrica

Tiza para ruedas Hydrometro

Nivel Herramientas y calibrador para desinflado e inflado del strut

Plumb lines Botellas de Nitrógeno para inflar el strut


Plumb lines Botellas de Nitrógeno para inflar el strut

PREPARACION DEL AVION

El avión debe de estar limpio y libre de suciedad excesivaEl avión debe de estar limpio y libre de suciedad excesiva.

El avión debe de estar seco al momento de pesarse.

T d l i i l id l ifi d i h d bTodo el equipo incluido en el certificado empty weight debera estar en su lugar.

A menos que el “Type Certificate Data Sheet” especifique lo contrario elA menos que el Type Certificate Data Sheet especifique lo contrario, el sistema de aceite y otros fluidos de operación deben de estar completos. Los Items que deben de estar llenos a la capacidad de operación son : aceite de l b i ió fl id hid á li b t ll d i ti id d flubricación, fluido hidráulico, botellas de oxigeno y extinguidores de fuego.

El Combustible debe de ser drenado del avión a menos que otras instrucciones sean dadasinstrucciones sean dadas.

Combustible retenido en tuberías, tanques y motores esta considerado como Empty Weight del avión.


AREA DE PESADO

El avión debe de ser pesado dentro de un edificio cerrado para evitar v ó debe de se pes do de o de u ed c o ce do p everrores que pueden ser causados por el viento.

Las puertas del hangar deben de ser mantenidas cerradas durante elLas puertas del hangar deben de ser mantenidas cerradas durante el proceso, todo ventilador, aire acondicionado y sistema de ventilación debe de estar apagado.


POSICIONANDO EL AEROPLANO

Chequear el exterior del avión para evitar interferencias con estantes de trabajo y otros equipos.

Si las ruedas son usadas como punto de peso, utilizar shocks en las escalas para que no ruede en el proceso, estos son considerados peso tara.

El d l t d b d t d d l l t d l lEl peso de la tara debe de ser restado de la lectura de la escala.

El avión debe de ser nivelado tanto en su eje lateral como longitudinal.

Los medios de nivelación (leveling means) son los puntos de referencia usados por el técnico para asegurarse que el avión este nivelado por peso y balance.

Algunos aviones utilizan una plomada y un cuadrante para establecer el nivelAlgunos aviones utilizan una plomada y un cuadrante para establecer el nivel en ambos ejes.


Plumb bob


PROCEDIMIENTO

Se debe de esperar unos minutos para que seSe debe de esperar unos minutos para que se estabilicen las escalas y poder tomar las lecturas.

Los pesos en cada escala o bascula debe de ser registrado para proveer información necesaria para la determinación del CG.

Varias lecturas deben de ser tomadas de cada puntoVarias lecturas deben de ser tomadas de cada punto y el promedio de estas lecturas debe de ser ingresado en la forma de W&B.en la forma de W&B.


CALCULANDO LA UBICACIÓN DEL CENTRO DE GRAVEDAD

Después de obtener las dimensiones y pesos, el empty weight y el EWCG puede ser calculado.

Empty weight es el total de las tres lecturas después de restar el peso de las taras, mas o menos los errores de calibración.p

Este peso es importante por calculaciones posteriores y también es un factor necesario en la determinación del CG.un factor necesario en la determinación del CG.


MODIFICACIONES EN EL AVION


Durante el tiempo de vida de muchos aviones, es frecuente


u e e e po de v d de uc os v o es, es ecue ecambiar el tipo de equipo que esta instalado en ellos.

El propietario de un avion puede desear instalar un nuevoEl propietario de un avion puede desear instalar un nuevo equipo de radio, un piloto automatico, un tanque auxiliar de combustible u otros items para hacer este mas serviciable.

Es escencial que siempre que un equipo es removido o instalado al avion, una entrada debe de ser hecha en el listado de equipo , q pdel aeroplano y en los registros permanentes de peso y balance.

Para esto algunos fabricantes proveen un formato como el siguiente:



La formula usada para computar el nuevo EWCG d é d l di ió b t ió d idespués de la adición y substracción de equipo es:



Es escencial usar el signo algebraico correcto:

El peso de un avion es siempre positivo(+)

Recuerda esto

El peso de un avion es siempre positivo(+)

El peso de cualquier item instalado en el avion es positivo.positivo.

El peso de cualquier item removido del avion es negativo.

De acuerdo a las reglas algebraicas:

(+ x +=+) ( -x-=+) (+ x - = -)Signos iguales =positivo signos distintos= negativo



Cuando los items son sumados adelante de la linea de datum, los signos son:

Peso (+) por brazo (–) igual momento (-)

Cuando los items son sumados a la parte trasera de la linea de datum los signos son:

P (+) b (+) i l t (+)Peso (+) por brazo (+) igual momento (+)

Cuando los items son removidos adelante de la linea de datum los signos son:

Peso (-) por brazo (-) igual momento (+) Cuando los items son removidos atras de la linea de datum los signos son:

Peso (-) por brazo (+) igual momento (-)


INSTALANDO EQUIPO

REMOVIENDO EQUIPO

RANGO EWCG


CARGANDO EL AVIONCARGANDO EL AVION


CARGANDO EL AVION

El operador delEl operador del avión debe de desarrollar undesarrollar un procedimiento por el cual se muestre quecual se muestre que el avión esta propiamente cargadopropiamente cargado y no excede las limitacioneslimitaciones autorizadas de peso y balance durante la


y balance durante la operación

CG DURANTE EL VUELO

En aviones de categoría de transporte el manual de vuelo debe proveer procedimientos, los cuales informaran las variaciones extremas del CG durante el vuelo causado por cualquier combinación de los siguientes variables:

El movimiento de pasajeros y tripulación desde su asiento normal hacia otro asiento o lavatoriosnormal hacia otro asiento o lavatorios.

Perdida de peso debido a combustible quemado.

El efecto de retracción de los trenes de aterrizaje.


EFECTOS DE UNA CARGA INAPROPIADA

El peso excesivo reduce la habilidad de vuelo de un avión en casi todo lo que a volar respectacasi todo lo que a volar respecta.

Las deficiencias mas importantes que afectan el rendimiento de un avión son:

•Seguridad estructural muy baja

•Maniobrabilidad reducida

•Incremento de la carrera al despegue

•Angulo y rango de ascenso bajo

•Incremento de consumo de combustible

•Llantas sobre estresadas

•Incremento de perdida de velocidad


EFECTOS DE UNA CARGA INAPROPIADA


EFECTOS DE UN MAL BALANCE

Condiciones de balance anormal y adverso afectan la habilidad de vuelo de un avión con respecto a las mismas características de vuelo como se ha mencionado por una condición de excesiva de peso

C l l d ib i l d¿ Cuales son los dos atributos esenciales que pueden ser seriamente reducidos por balance impropio?

ESTABILIDAD Y CONTROL


CG DEMASIADO ADELANTE EN EL AVION

Cuando demasiado peso es colocado en la parte delantera del avión el centro de gravedad es movido hacia delante y cualquieraavión, el centro de gravedad es movido hacia delante y cualquiera, o una combinación, de las siguientes condiciones puede existir:

Incremento de consumo de aceite.

Disminución de estabilidad

Características peligrosas de caída en espiral.

Incremento de la tendencia a la oscilación

Incremento a bajar en picada especialmente cuando no se aplica potencia.

Incremento en la dificultad de elevar la nariz del avión cuando

W&B - Presentation R180405 47aterriza.

CARGA ADVERSA HACIA ATRAS

Cuando demasiado peso es colocado hacia delante de la cola del avión, cualquiera o una combinación de las siguientes condiciones puede existir:q g p

• Se incrementa el peligro de un STALLSe incrementa el peligro de un STALL

Peligro en las características de barrena.

Pobre estabilidadPobre estabilidad

Disminuye la velocidad de vuelo y rango.

P b t í ti d t i jPobres características de aterrizaje


CONDICIONESCONDICIONES EXTREMAS DE W&BEXTREMAS DE W&B


CONDICIONES EXTREMAS.

En orden para determinar si un CG cae dentro de losEn orden para determinar si un CG cae dentro de los limites aprobados, es necesario hacer dos cálculos, uno por la carga que esta mas adelante y otra por la cargapor la carga que esta mas adelante y otra por la carga ubicada hacia atrás.

Estos chequeos de cargas adversas son un deliberado intento por cargar un avión de manera que se cree la condición de balance mientras se mantenga dentro del máximo peso bruto de el avión.


CHEQUEO DE CARGAS ADVERSAS DELANTERASPara determinar estas condiciones el “Type Certificate Data Sheet” es ypusado para determinar capacidad de combustible, capacidad de aceite y brazo, pasajeros y brazo, carga (equipaje) y brazo .

D d f i d d i l i d á lDesde esta referencia se puede determinar cuales items tenderán a mover el CG delantero.

Información requerida para este chequeo:

Peso, brazo y momento del avión en vacío.

Peso máximo, brazo y momentos de todos los items de carga útil ubicados delante de FCG.

Peso minimo, brazo y momentos de todos los items localizados atras del FCG.


CHEQUEO DE CARGAS ADVERSAS TRASERAS

Información requerida para este chequeo:

Peso, brazo y momento del avión en vacío.

Peso máximo, brazo y momentos de todos los items de carga útil ubicados t á d l RCGatrás del RCG.

Peso minimo, brazos y momentos de todos los items localizados delante del RCGdel RCG.

RCG= REAR CENTER GRAVITY

FCG= FORWARD CENTER GRAVITY


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