Altitud de densidad

Altitud relativa a las condiciones atmosféricas estándar.

Tabla de cálculo de altitud de densidad ^[1]

La altitud de densidad es la altitud relativa a las condiciones atmosféricas estándar en la que la densidad del aire sería igual a la densidad del aire indicada en el lugar de observación. En otras palabras, la altitud de densidad es la densidad del aire dada como una altura sobre el nivel medio del mar . La altitud de densidad también se puede considerar como la altitud de presión ajustada para una temperatura no estándar.

Tanto un aumento de la temperatura como una disminución de la presión atmosférica y, en mucho menor grado, un aumento de la humedad , provocarán un aumento de la densidad altitudinal. En condiciones cálidas y húmedas, la altitud de densidad en un lugar particular puede ser significativamente mayor que la altitud real.

En aviación, la altitud de densidad se utiliza para evaluar el rendimiento aerodinámico de una aeronave en determinadas condiciones climáticas. La sustentación generada por los perfiles aerodinámicos de la aeronave y la relación entre su velocidad indicada (IAS) y su velocidad verdadera (TAS) también están sujetas a cambios en la densidad del aire. Además, la potencia entregada por el motor del avión se ve afectada por la densidad y composición de la atmósfera.

Seguridad de las aeronaves

La densidad del aire es quizás el factor más importante que afecta el rendimiento de las aeronaves. Tiene una relación directa con: ^[2]

• La eficiencia de una hélice o rotor, que para una hélice (efectivamente, un perfil aerodinámico ) se comporta de manera similar a la sustentación de un ala.
• La potencia de salida de un motor de aspiración normal depende de la ingesta de oxígeno, por lo que la potencia del motor se reduce a medida que disminuye la densidad equivalente del aire seco y produce incluso menos energía a medida que la humedad desplaza el oxígeno en condiciones más húmedas.

Los aviones que despegan de un aeropuerto " caliente y alto ", como el aeropuerto de Quito o la Ciudad de México , se encuentran en una desventaja aerodinámica significativa . Los siguientes efectos resultan de una altitud de densidad mayor que la altitud física real: ^[2]

• Un avión acelerará más lentamente al despegar como resultado de su menor producción de energía.
• Un avión ascenderá más lentamente como resultado de su reducida producción de energía.

Debido a estos problemas de rendimiento, es posible que sea necesario reducir el peso de despegue de una aeronave o programar los despegues para las horas más frías del día. Quizás sea necesario tener en cuenta la dirección del viento y la pendiente de la pista .

Paracaidismo

La altitud de densidad es un factor importante en el paracaidismo y puede ser difícil de juzgar correctamente, incluso para paracaidistas experimentados. ^[3] Además del cambio general en la eficiencia de las alas que es común a toda la aviación, el paracaidismo tiene consideraciones adicionales. Existe un mayor riesgo debido a la alta movilidad de los saltadores (que a menudo viajarán a una zona de descenso con una altitud de densidad completamente diferente a la que están acostumbrados, sin que la rutina de calibración a QNH / QFE les haga conscientes de ello ) . ^[4] Otro factor es la mayor susceptibilidad a la hipoxia en altitudes de alta densidad, que, combinada especialmente con la inesperada mayor tasa de caída libre , puede crear situaciones peligrosas y accidentes. ^[3] Los paracaídas a mayores altitudes vuelan más agresivamente, haciendo que su área efectiva sea más pequeña, lo que exige más habilidad para el piloto y puede ser especialmente peligroso para aterrizajes de alto rendimiento, que requieren estimaciones precisas y tienen un bajo margen de error antes de que se conviertan. peligroso. ^[4]

Cálculo

La altitud de densidad se puede calcular a partir de la presión atmosférica y la temperatura del aire exterior (suponiendo que haya aire seco) utilizando la siguiente fórmula:

${\displaystyle {\text{DA}}\approx {\frac {T_{\text{SL}}}{\Gamma }}\left[1-\left({\frac {P/P_{\text{SL}}}{T/T_{\text{SL}}}}\right)^{\left({\frac {gM}{\Gamma R}}-1\right)^{-1}}\right].}$

En esta fórmula,

${\displaystyle {\text{DA}}}$, altitud de densidad en metros (m);

${\displaystyle P}$, presión atmosférica (estática);

${\displaystyle P_{\text{SL}}}$, presión atmosférica estándar al nivel del mar , atmósfera estándar internacional (ISA): 1013,25 hectopascales (hPa), o atmósfera estándar de EE. UU .: 29,92 pulgadas de mercurio (inHg);

${\displaystyle T}$, temperatura del aire exterior en grados Kelvin (K);

${\displaystyle T_{\text{SL}}}$= 288,15  K, temperatura del aire al nivel del mar ISA;

${\displaystyle \Gamma }$= 0,0065  K/m, tasa de caída de temperatura ISA (por debajo de 11  km);

${\displaystyle R}$≈ 8,3144598  J/mol·K, constante de los gases ideales ;

${\displaystyle g}$≈ 9,80665  m/s ² , aceleración gravitacional ;

${\displaystyle M}$≈ 0,028964  kg/mol, masa molar de aire seco.

La fórmula del Servicio Meteorológico Nacional (NWS)

El Servicio Meteorológico Nacional utiliza la siguiente aproximación de aire seco a la fórmula para la altitud de densidad mencionada anteriormente en su estándar:

${\displaystyle {\text{DA}}_{\text{NWS}}=145442.16~{\text{ft}}\left(1-\left[17.326~{\frac {^{\circ }{\text{F}}}{\text{inHg}}}\ {\frac {P}{459.67~{{}^{\circ }{\text{F}}}+T}}\right]^{0.235}\right).}$

En esta fórmula,

${\displaystyle {\text{DA}}_{\text{NWS}}}$, Altitud de densidad del Servicio Meteorológico Nacional en pies ( ); ${\displaystyle {\text{ft}}}$

${\displaystyle P}$, presión de la estación (presión atmosférica estática) en pulgadas de mercurio (inHg);

${\displaystyle T}$, temperatura de la estación (temperatura del aire exterior) en grados Fahrenheit (°F).

Tenga en cuenta que el estándar NWS especifica que la altitud de densidad debe redondearse a los 100  pies más cercanos.

Fórmula de aproximación para calcular la altitud de densidad a partir de la altitud de presión.

Esta es una fórmula más fácil para calcular (con gran aproximación) la altitud de densidad a partir de la altitud de presión y la desviación de temperatura ISA : ^{[ cita necesaria ]}

${\displaystyle {\text{DA}}\approx {\text{PA}}+118.8~{\frac {\text{ft}}{^{\circ }{\text{C}}}}\left(T_{\text{OA}}-T_{\text{ISA}}\right).}$

En esta fórmula,

${\displaystyle {\text{PA}}}$, altitud de presión en pies (ft) ; ${\textstyle \approx {\text{station elevation in feet}}+27~{\frac {\text{ft}}{\text{mb}}}(1013~{\text{mb}}-{\text{QNH}})}$

${\displaystyle {\text{QNH}}}$, presión atmosférica en milibares (mb) ajustada al nivel medio del mar ;

${\displaystyle T_{\text{OA}}}$, temperatura del aire exterior en grados Celsius (°C);

${\textstyle T_{\text{ISA}}\approx 15~{{}^{\circ }{\text{C}}}-1.98~{{}^{\circ }{\text{C}}}\,{\frac {\text{PA}}{1000~{\text{ft}}}}}$, suponiendo que la temperatura del aire exterior cae a razón de 1,98  °C por 1.000  pies de altitud hasta la tropopausa (en36.000 pies ) se alcanza.

Redondeando 1,98  °C a 2  °C, esta aproximación se simplifica para convertirse en

${\displaystyle {\begin{aligned}{\text{DA}}&\approx {\text{PA}}+118.8~{\frac {\text{ft}}{^{\circ }{\text{C}}}}\left[T_{\text{OA}}+{\frac {\text{PA}}{500~{\text{ft}}}}{^{\circ }{\text{C}}}-15~{^{\circ }{\text{C}}}\right]\\[3pt]&=1.2376\,{\text{PA}}+118.8~{\frac {\text{ft}}{{}^{\circ }{\text{C}}}}\,T_{\text{OA}}-1782~{\text{ft}}.\end{aligned}}}$

Ver también

• Temperatura del aire exterior
• fórmula barométrica
• densidad del aire
• Caliente y alto
• Lista de pistas más largas

Notas

1. "AC 00-45H - Servicios meteorológicos para la aviación - Información del documento". Archivado desde el original el 23 de diciembre de 2016.
2. AOPA Flight Training, Volumen 19, Número 4; abril de 2007; Asociación de Pilotos y Propietarios de Aeronaves; ISSN 1047-6415
3. Farnsworth, Música. "Tragedia en la Antártida". Paracaidista en línea . Archivado desde el original el 15 de enero de 2015 . Consultado el 14 de enero de 2015 .
4. Walker-Radtke, Megan. "Alto y rápido: comprensión de la altitud de densidad". Paracaidista en línea . Archivado desde el original el 15 de enero de 2015 . Consultado el 14 de enero de 2015 .

Referencias

• Navegación aérea . Departamentos de la Fuerza Aérea y la Armada. 1 de diciembre de 1989. AFM 51-40 / NAVAIR 00-80V-49.
• "Densidad del aire y altitud de densidad" . Consultado el 9 de enero de 2006 .
• Circular de asesoramiento AC 61-23C, Manual de conocimientos aeronáuticos del piloto , Administración Federal de Aviación de EE. UU. , Revisado en 1997
• http://www.tpub.com/content/aerographer/14269/css/14269_74.htm Archivado el 19 de septiembre de 2008 en Wayback Machine.

•  Este artículo incorpora material de dominio público del Manual de conocimientos aeronáuticos del piloto. Gobierno de Estados Unidos .

enlaces externos

• Calculadora de altitud de densidad
• Influencia de la densidad de la altitud en el rendimiento de la aeronave
• Calculadora atmosférica NewByte