La Atmósfera Estándar Internacional ( ISA ) es un modelo atmosférico estático de cómo la presión , temperatura , densidad y viscosidad de la atmósfera de la Tierra cambian en un amplio rango de altitudes o elevaciones . Se ha establecido para proporcionar una referencia común para la temperatura y la presión y consta de tablas de valores a varias altitudes, más algunas fórmulas mediante las cuales se derivaron esos valores. La Organización Internacional de Normalización (ISO) publica la ISA como un estándar internacional , ISO 2533:1975. [1] Otras organizaciones de normalización , como la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI) y el Gobierno de los Estados Unidos , publican extensiones o subconjuntos del mismo modelo atmosférico bajo su propia autoridad de elaboración de estándares.
El modelo matemático ISA divide la atmósfera en capas con una distribución lineal asumida de la temperatura absoluta T frente a la altitud geopotencial h . [2] Los otros dos valores (presión P y densidad ρ ) se calculan resolviendo simultáneamente las ecuaciones resultantes de:
a cada altitud geopotencial, donde g es la aceleración estándar de la gravedad y R específica es la constante específica de los gases para el aire seco (287,0528J⋅kg −1 ⋅K −1 ). La solución viene dada por la fórmula barométrica .
Para calcular la presión, es necesario calcular la densidad del aire, que se utiliza para calcular la presión dinámica de los vehículos en movimiento. La viscosidad dinámica es una función empírica de la temperatura, y la viscosidad cinemática se calcula dividiendo la viscosidad dinámica por la densidad.
Por lo tanto, el estándar consiste en una tabulación de valores a varias altitudes, más algunas fórmulas mediante las cuales se derivaron esos valores. Para dar cabida a los puntos más bajos de la Tierra , el modelo comienza en una altitud geopotencial base de 610 metros (2000 pies) por debajo del nivel del mar , con una temperatura estándar establecida en 19 °C. Con una tasa de disminución gradual de la temperatura de −6,5 °C (-11,7 °F) por km (aproximadamente −2 °C (-3,6 °F) por 1000 pies), la tabla interpola a los valores medios estándar del nivel del mar de 15 °C (59 °F) de temperatura, 101 325 pascales (14,6959 psi) (1 atm ) de presión y una densidad de 1,2250 kilogramos por metro cúbico (0,07647 lb/cu ft). La tabulación troposférica continúa hasta los 11.000 metros (36.089 pies), donde la temperatura ha descendido a -56,5 °C (-69,7 °F), la presión a 22.632 pascales (3,2825 psi) y la densidad a 0,3639 kilogramos por metro cúbico (0,02272 lb/cu ft). Entre los 11 km y los 20 km, la temperatura permanece constante. [3] [4]
En la tabla anterior, la altitud geopotencial se calcula a partir de un modelo matemático que ajusta la altitud para incluir la variación de la gravedad con la altura, mientras que la altitud geométrica es la distancia vertical directa estándar sobre el nivel medio del mar (MSL). [2]
Téngase en cuenta que los índices de gradiente térmico citados en la tabla se expresan en °C por kilómetro de altitud geopotencial, no de altitud geométrica.
El modelo ISA se basa en las condiciones promedio en latitudes medias, según lo determinado por el comité técnico TC 20/SC 6 de la ISO. Ha sido revisado periódicamente desde mediados del siglo XX.
El modelo ISA modela un día estándar hipotético para permitir una referencia de ingeniería reproducible para el cálculo y la prueba del rendimiento del motor y del vehículo a varias altitudes. No proporciona un modelo meteorológico riguroso de las condiciones atmosféricas reales (por ejemplo, cambios en la presión barométrica debido a las condiciones del viento ). Tampoco tiene en cuenta los efectos de la humedad ; se supone que el aire es seco y limpio y de composición constante. Los efectos de la humedad se tienen en cuenta en el análisis del vehículo o del motor añadiendo vapor de agua al estado termodinámico del aire después de obtener la presión y la densidad del modelo de atmósfera estándar.
Los días no estándar (calurosos o fríos) se modelan añadiendo un delta de temperatura especificado a la temperatura estándar en altitud, pero la presión se toma como el valor del día estándar. La densidad y la viscosidad se recalculan a la temperatura y presión resultantes utilizando la ecuación de estado de los gases ideales. Se han definido perfiles de temperatura de día cálido, día frío, tropical y polar con altitud para su uso como referencias de rendimiento, como la norma MIL-STD-210C del Departamento de Defensa de los Estados Unidos y su sucesora, la norma MIL-HDBK-310. [6]
La Organización de Aviación Civil Internacional (OACI) publicó su "Atmósfera estándar de la OACI" como Doc 7488-CD en 1993. Tiene el mismo modelo que la ISA, pero extiende la cobertura de altitud a 80 kilómetros (262.500 pies). [7]
La atmósfera estándar de la OACI, al igual que la ISA, no contiene vapor de agua.
Algunos de los valores definidos por la OACI son:
Las normas de aviación y las reglas de vuelo se basan en la Atmósfera Estándar Internacional. Los indicadores de velocidad aerodinámica se calibran suponiendo que funcionan al nivel del mar en la Atmósfera Estándar Internacional, donde la densidad del aire es de 1,225 kg/m 3 .
Las propiedades físicas de la atmósfera estándar de la OACI son: [8]
La atmósfera estándar de los Estados Unidos es un conjunto de modelos que definen valores de temperatura atmosférica, densidad, presión y otras propiedades en un amplio rango de altitudes. El primer modelo, basado en una norma internacional existente, fue publicado en 1958 por el Comité de Extensión de la Atmósfera Estándar de los Estados Unidos [9] y fue actualizado en 1962 [5] , 1966 [10] y 1976 [11]. La atmósfera estándar de los Estados Unidos, la atmósfera estándar internacional y las atmósferas estándar de la OMM (Organización Meteorológica Mundial) son las mismas que la atmósfera estándar internacional de la ISO para altitudes de hasta 32 km [12] [13] .
El NRLMSISE-00 es un modelo más reciente de la atmósfera terrestre desde el suelo hasta el espacio, desarrollado por el Laboratorio de Investigación Naval de los EE. UU. teniendo en cuenta los datos reales de arrastre de los satélites. Un uso principal de este modelo es ayudar a predecir la descomposición orbital de los satélites debido al arrastre atmosférico . La Atmósfera de Referencia Internacional COSPAR (CIRA) 2012 y la norma ISO 14222 sobre densidad de la atmósfera terrestre recomiendan el NRLMSISE-00 para usos de composición.
JB2008 es un modelo más reciente de la atmósfera terrestre desde 120 km hasta 2000 km, desarrollado por el Comando Espacial de la Fuerza Aérea de los EE. UU. y Space Environment Technologies, teniendo en cuenta las irradiancias solares realistas y la evolución temporal de las tormentas geomagnéticas. [14] Es muy útil para calcular la descomposición orbital de los satélites debido al arrastre atmosférico . Tanto CIRA 2012 como ISO 14222 recomiendan JB2008 para la densidad de masa en usos de arrastre. [ cita requerida ]
...la atmósfera estándar de la ISO (Organización Internacional de Normalización), 1972. Este modelo es idéntico a las atmósferas estándar actuales de la OACI (Organización de Aviación Civil Internacional) y la OMM (Organización Meteorológica Mundial) hasta una altura de 32 km.
