Altitud de densidad

Altitud relativa a las condiciones atmosféricas estándar

Cuadro de cálculo de altitud de densidad ^[1]

La altitud de densidad es la altitud relativa a las condiciones atmosféricas estándar en las 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 expresada como una altura sobre el nivel medio del mar . La altitud de densidad también puede considerarse como la altitud de presión ajustada para una temperatura no estándar.

Tanto el aumento de la temperatura como la disminución de la presión atmosférica y, en mucho menor grado, el aumento de la humedad provocarán un aumento de la altitud de densidad. En condiciones cálidas y húmedas, la altitud de densidad en un lugar determinado 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 meteorológicas. La sustentación generada por los perfiles aerodinámicos de la aeronave y la relación entre su velocidad aerodinámica indicada (IAS) y su velocidad aerodinámica real (TAS) también están sujetas a cambios en la densidad del aire. Además, la potencia entregada por el motor de la aeronave se ve afectada por la densidad y la composición de la atmósfera.

Seguridad de las aeronaves

La densidad del aire es quizás el factor más importante que afecta el rendimiento de la aeronave. 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: la potencia de salida depende del consumo de oxígeno, por lo que la potencia del motor se reduce a medida que disminuye la densidad de aire seco equivalente, y produce incluso menos potencia a medida que la humedad desplaza al oxígeno en condiciones más húmedas.

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

• Un avión acelerará más lentamente durante el despegue como resultado de su menor producción de potencia.
• Un avión ascenderá más lentamente como resultado de su menor producción de potencia.

Debido a estos problemas de rendimiento, puede ser necesario reducir el peso de despegue de un avión o programar los despegues para las horas más frescas del día. Es posible que 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 uno que puede ser difícil de juzgar correctamente, incluso para paracaidistas experimentados. ^[3] Además del cambio general en la eficiencia del ala 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 salto con una altitud de densidad completamente diferente a la que están acostumbrados, sin ser conscientes de ello por la rutina de calibrar a QNH / QFE ). ^[4] Otro factor es la mayor susceptibilidad a la hipoxia a 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 altitudes mayores vuelan de manera más agresiva, lo que hace que su área efectiva sea más pequeña, lo que es más exigente para la habilidad de un 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 vuelvan peligrosos. ^[4]

Cálculo

La altitud de densidad se puede calcular a partir de la presión atmosférica y la temperatura del aire exterior (suponiendo 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 a 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 kelvin (K);

${\displaystyle T_{\text{SL}}}$= 288,15  K, temperatura del aire a 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 del gas ideal ;

${\displaystyle g}$≈ 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 anterior 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,

${\displaystyle {\text{DA}}_{\text{NWS}}}$, Servicio Meteorológico Nacional, altitud de densidad 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 requerida ]}

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

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 un ritmo de 1,98  °C por cada 1.000  pies de altitud hasta la tropopausa (enSe alcanza los 36.000 pies ).

Redondeando 1,98  °C a 2  °C, esta aproximación se simplifica y se convierte en

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

Véase también

• Temperatura del aire exterior
• Fórmula barométrica
• Densidad del aire
• Caliente y alto
• Lista de las pistas más largas

Notas

1. "AC 00-45H - Servicios meteorológicos de 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 Propietarios y Pilotos de Aeronaves; ISSN  1047-6415
3. Farnsworth, Musika. "Tragedia en la Antártida". Parachutist Online . Archivado desde el original el 15 de enero de 2015. Consultado el 14 de enero de 2015 .
4. Walker-Radtke, Megan. "High and Fast: Understanding Density Altitude". Parachutist Online . 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 del piloto sobre conocimientos aeronáuticos , Administración Federal de Aviación de los Estados Unidos , revisada 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 del piloto sobre conocimientos aeronáuticos. Gobierno de los Estados Unidos .

Enlaces externos

• Calculadora de altitud y densidad ^[usurpada]
• Influencia de la altitud y la densidad en el rendimiento de la aeronave
• Calculadora atmosférica NewByte