Altitud de densidad

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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.

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 .

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]

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);

${\estilo de visualización P}$, 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);

${\estilo de visualización T}$, temperatura del aire exterior en kelvin (K);

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

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

${\estilo de visualización R}$≈ 8,3144598  J/mol·K, constante del gas ideal ;

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

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

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

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

En esta fórmula,

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

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

${\estilo de visualización T}$, 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.

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) ;${\textstyle \approx {\text{elevación de la estación en pies}}+27~{\frac {\text{ft}}{\text{mb}}}(1013~{\text{mb}}-{\text{QNH}})}$

${\displaystyle {\text{QNH}}}$, 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

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

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

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

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