La suposición más común es que el orificio es una válvula de liberación de presión, una pequeña abertura controlada diseñada para permitir que la presión de la cabina escape gradualmente si la ventana alguna vez se rompe. Algunos pasajeros suponen que se trata de un defecto de fabricación. Algunos suponen, sin ningún fundamento en particular, que está ahí para que el avión respire.
Ninguna de estas explicaciones es correcta.
El agujero existe debido a un principio de ingeniería específico que la mayoría de los pasajeros nunca encuentran y que la mayor parte del periodismo de viajes nunca llega a explicar adecuadamente. Se llama redundancia a prueba de fallos. Es la razón por la que los aviones comerciales modernos pueden sobrevivir a acontecimientos que, según cualquier análisis físico de primeros principios, parecerían garantizar su destrucción. Y el mecanismo específico mediante el cual protege a los pasajeros no tiene casi nada que ver con lo que parece hacer el agujero en sí.
De qué está hecha realmente la ventana
La ventana de un avión comercial no es una única hoja de vidrio. Es un conjunto laminado de tres paneles separados de acrílico estirado, un plástico polimérico oficialmente denominado polimetilmetacrilato o PMMA, y comúnmente conocido por su nombre comercial plexiglás. El vidrio no se utiliza en las ventanas de los aviones comerciales porque, debido a las diferencias de presión que implican los vuelos a gran altitud, es demasiado frágil y pesado. El acrílico estirado es más liviano, más flexible bajo carga y sustancialmente más resistente a roturas catastróficas.
Los tres paneles están separados por estrechos espacios de aire y asegurados en un marco ovalado instalado en el fuselaje del avión. Cada panel tiene una función estructural específica.
El panel más interno, el más cercano al pasajero, se llama panel raspador. Es delgado, esencialmente no estructural, y su único propósito es evitar que los pasajeros toquen los dos paneles estructurales detrás de él. Absorbe las manchas, las huellas dactilares y el impacto ocasional de una bandeja de comida a bordo.
El panel exterior es la principal barrera estructural. Es sustancialmente más grueso que el panel de protección y es el componente específico que separa la cabina presurizada de la atmósfera exterior. Está diseñado para soportar toda la diferencia de presión entre la cabina y el cielo.
El panel central se encuentra entre los dos. Es estructuralmente idéntico al panel exterior en cuanto a resistencia y tiene un pequeño orificio perforado cerca del borde inferior.
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¿Qué hace realmente el agujero?
Según la columna Slate de 2015 del piloto y escritor Mark Vanhoenacker, que es el principal periodismo sobre el tema y que cita directamente a ingenieros nombrados de GKN Aerospace y Boeing Commercial Airplanes, el agujero existe para equilibrar la presión del aire entre la cabina de pasajeros y el estrecho espacio entre los paneles medio y exterior.
La consecuencia específica de la ingeniería es contraria a la intuición. Al permitir que el aire de la cabina entre libremente en el espacio, el orificio garantiza que el panel central experimente la misma presión en ambas caras. Debido a que el panel central tiene la misma presión en ambos lados, no soporta ninguna carga estructural neta. Por lo tanto, toda la diferencia de presión entre la cabina y la atmósfera exterior se transfiere al panel exterior, que hace todo el trabajo.
Marlowe Moncur, director de tecnología de GKN Aerospace, el fabricante de ventanas de cabina de pasajeros cuyos paneles se instalan en la mayoría de la flota comercial, lo explicó directamente: el propósito del pequeño orificio de purga es permitir que la presión se equilibre entre la cabina de pasajeros y el espacio de aire entre los paneles, de modo que la presión de la cabina durante el vuelo se aplique solo al panel exterior.
Esto podría parecer ineficaz. ¿Por qué poner dos cristales idénticos en la ventana si sólo uno de ellos soporta la carga?
La respuesta es que el panel central es una copia de seguridad. Se encuentra descargado, sin daños y sin deterioro, listo para asumir toda la carga de presión en el caso específico de que el panel exterior falle alguna vez. Si el impacto de un pájaro, un pequeño trozo de escombros de la pista o una grieta por fatiga del metal hacen que el panel exterior pierda integridad estructural, el panel central se convierte instantáneamente en la principal barrera de presión. Una pequeña cantidad de aire se escapa a través del orificio de ventilación hacia el espacio anular donde solía sellar el panel exterior, pero el sistema de presurización del avión, que suministra continuamente aire comprimido fresco desde las válvulas de purga del motor, compensa fácilmente la fuga.
Bret Jensen, especialista en ingeniería aeroespacial de Boeing Commercial Airplanes, confirmó el mecanismo específico a Vanhoenacker en el mismo artículo. El sistema de presurización gestiona la fuga. El avión continúa volando. Los pasajeros, según la evidencia acumulada de seis décadas de operaciones de aviones comerciales, generalmente no se dan cuenta de que ha sucedido nada.
La lección de ingeniería detrás del diseño.
La construcción de tres paneles con respaldo redundante de la ventana de un avión moderno no es producto de una elegancia teórica de ingeniería. Es el legado directo de la investigación de desastres de aviación más importante del siglo XX.
El de Havilland Comet, el primer avión comercial del mundo, entró en servicio con British Overseas Airways Corporation el 2 de mayo de 1952. Volaba dos veces más rápido y dos veces más alto que el avión de hélice al que reemplazó. Era silencioso, fluido y representaba el futuro tecnológico de la aviación de pasajeros de larga distancia.
El 10 de enero de 1954, el vuelo 781 de BOAC, un cometa De Havilland registrado como G-ALYP, se desintegró en el aire cerca de la isla de Elba mientras ascendía a 27.000 pies después de partir de Roma. Murieron treinta y cinco pasajeros y tripulantes.
Tres meses después, el 8 de abril de 1954, el vuelo 201 de South African Airways, otro cometa registrado como G-ALYY, se desintegró en el aire cerca de Nápoles en circunstancias casi idénticas. Murieron veintiún pasajeros y tripulantes.
Según el análisis de lecciones aprendidas de la Administración Federal de Aviación sobre los desastres del cometa De Havilland, que sigue siendo el principal registro institucional de la investigación, el Royal Aircraft Establishment de Farnborough llevó a cabo la investigación posterior utilizando una técnica que nunca antes se había intentado a esa escala. Los investigadores sumergieron un fuselaje completo del Comet en un tanque de agua especialmente construido, bombearon agua dentro para simular la presión de la cabina y realizaron ciclos de presión repetidamente para simular el estrés acumulado de miles de vuelos.
El fuselaje falló a los 16.000 ciclos. La falla se originó en la esquina de la ventana de una cabina cuadrada, donde el cambio brusco en la geometría de la piel metálica produjo una concentración de tensión que los ciclos repetidos de presurización habían convertido progresivamente en una grieta por fatiga.
El conocimiento de ingeniería específico que surgió de la investigación del Cometa fue transformador. La fatiga del metal en concentraciones de tensión no era, antes del cometa, un fenómeno bien comprendido en la aviación. Antes del cometa, las ventanas con esquinas afiladas no se consideraban peligrosas. La filosofía de diseño de vida segura, que suponía que un componente sobreviviría hasta su vida útil prevista antes de fallar, fue reemplazada por un diseño a prueba de fallas, que asume que cualquier componente podría fallar en cualquier momento y requiere que un respaldo se haga cargo instantáneamente.
Cada avión de pasajeros construido después de 1958 incorpora directamente las lecciones del Comet. La forma ovalada de cada ventana de avión moderno es la respuesta de ingeniería específica a la grieta por fatiga de la ventana cuadrada que destruyó los vuelos 781 y 201. La construcción de ventana de tres paneles con orificios de purga redundantes es la respuesta de ingeniería específica a la pregunta de qué hacer cuando falla la barrera de presión primaria.
La función secundaria
El orificio de purga tiene una segunda función de ingeniería, menos discutida públicamente. El aire no está perfectamente seco. El volumen específico de aire atrapado en el espacio entre los paneles medio y exterior contiene cierta cantidad de vapor de agua, y a una altitud de crucero, cuando la temperatura de la superficie del panel exterior puede caer a aproximadamente -57 grados Celsius, ese vapor de agua normalmente se condensaría en la fría superficie interior del panel exterior. En un vuelo suficientemente frío y húmedo, la condensación se congelaría formando una capa de escarcha que obstruiría por completo la visión del pasajero.
El orificio de purga lo impide. Al conectar el espacio entre paneles con la atmósfera más seca y cálida de la cabina, el orificio permite que la humedad escape continuamente en lugar de acumularse. En los vuelos de larga distancia todavía se forma escarcha en un pequeño anillo alrededor del agujero, que es donde la mayoría de los pasajeros notan por primera vez que existe el agujero. Lejos de las inmediaciones del agujero, la ventana permanece despejada.
El diseño en contexto.
La diferencia de presión a través de la ventanilla de un avión moderno a altitud de crucero es sustancial. Según el material de referencia sobre presurización de la cabina recopilado en el artículo de Wikipedia sobre el tema, los valores típicos oscilan entre 540 hectopascales y 650 hectopascales, lo que se traduce en aproximadamente 7,8 a 9,4 libras por pulgada cuadrada. Aplicado a toda la superficie de la ventana de un pasajero promedio, ese diferencial de presión ejerce una fuerza total hacia afuera de aproximadamente 400 kilogramos.
El panel exterior específico de la ventana transporta toda esa fuerza, de forma continua, por cada minuto que el avión está a altitud de crucero. Lo hace vuelo tras vuelo, durante la vida útil del avión, que para un avión comercial moderno es de aproximadamente 90.000 ciclos de presurización.
El cristal central, situado unos milímetros detrás, no soporta ninguna carga. Tiene un pequeño agujero perforado que garantiza que nunca compartirá la carga. Espera.
La suposición de ingeniería específica en la que se basa toda la disposición es que el panel exterior, ocasionalmente, fallará. No muy a menudo. En el historial operativo acumulado específico de la flota comercial moderna, las fallas en los paneles exteriores son tan raras que la mayoría de los pilotos de aerolíneas pasan toda su carrera sin encontrar una. Pero pueden suceder. Y cuando lo hacen, el panel central, descargado y fresco, se convierte en la principal barrera de presión sin intervención del piloto, sin ninguna advertencia electrónica, sin ningún cambio en el perfil de vuelo que los pasajeros puedan detectar.
El pequeño agujero en la ventanilla del avión no es un defecto. Es el mecanismo específico mediante el cual la industria de la aviación ha dispuesto que la segunda línea de defensa permanezca en perfectas condiciones de funcionamiento, sin uso y sin tensiones, durante todo el tiempo que no sea necesaria.