Objetivos
El objetivo principal de este trabajo es básicamente responder una pregunta que nos hacemos todos cuando estamos sentados en un aeropuerto y vemos una máquina que pesa toneladas despegar como si de una pluma se tratara, ¿Por qué vuelan los aviones? Es una pregunta muy frecuente entre mucha gente y mi misión es investigar la causa, el comportamiento y las consecuencias que realizan los aviones.
La atmósfera
El vuelo convencional de las aeronaves se efectúa en el seno de una masa de aire, que es la atmósfera:
La atmósfera es la masa de aire que rodea la tierra. El aire presente en ella es una mezcla de varios gases.
La atmósfera es la masa de aire que rodea la tierra. El aire presente en ella es una mezcla de varios gases.
El nitrógeno y el oxígeno aportan el 99% del volumen total de los gases presentes en la atmósfera.
El contenido en volumen de nitrógeno es 78% y el oxígeno 21%.
Como bien sabemos la atmósfera se divide en diferentes partes y hay unos criterios fundamentales de división de ella misma:
a)Por los cambios que se producen en la composición del aire con la altura:
- Según este criterio (químico), la atmósfera se divide en Homosfera y Heterosfera.
-La Homosfera se extiende hasta unos 90 Km de altura. Presenta una composición química homogénea, sobre todo en la zona más baja, debido a la turbulencia y mezcla de gases que ahí existe.
-La Heterosfera es la prolongación de la homosfera, según altura creciente. Su límite superior es impreciso. Los componentes químicos aparecen en capas estratificadas; así el nitrógeno se sitúa entre 90 y 200 Km de altura, el oxígeno entre 200 y 1.000 Km, le sigue el helio desde 1.100 hasta 3.500 Km, y finalmente el hidrógeno a partir de 3.500 Km (gas más ligero).
b)Por la variación de la temperatura del aire con la altura:
b)Por la variación de la temperatura del aire con la altura:
- Especial interés tiene para el estudio de la aerodinámica la distribución o cambio de la temperatura del aire con la altura. Este criterio conduce a la división de la atmósfera en diferentes capas térmicas: Troposfera, Estratosfera, Mesosfera, Termosfera y Exosfera.
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Fig. 1.1
TEMPERATURA
La temperatura del aire es la manifestación de energía cinética que poseen sus moléculas. Las moléculas se mueven de forma aleatoria produciéndose choques entre ellas.
La temperatura disminuye con la altitud (también pueden haber situaciones meteorológicas anormales donde hayan "inversiones térmicas", donde en una determinada zona hay valores de temperatura local más altos en altura que en zonas más bajas).
¿Por qué el aire tiene mayor temperatura cerca del suelo?
-La tierra absorbe gran cantidad de calor por la radiación solar. Este calor, en parte, se transmite al aire más cercano a la superficie terrestre. La tierra absorbe mucho calor y lo cede a las capas de aire más cercanas.
Escalas de medir la temperatura:
Escala Celsius
Escala centígrada. El punto 100 (100ºC) corresponde a la temperatura del vapor de agua en ebullición, a una presión de 760 mm de mercurio. El punto 0 (0ºC) corresponde a la temperatura de fusión del hielo.
Escala Fahrenheit
Igual que en el caso anterior. Sin embargo se atribuye el valor 32 (32ºF) al punto de fusión del hielo y al punto de ebullición del agua 212 (212ºF).
Escala Kelvin
Es la escala de medida que emplean los científicos. Se basa en cierta propiedad del agua en la cual coexisten las tres fases: hielo, líquido y vapor. El equilibrio de las tres fases sólo es posible a una temperatura determinada a la presión de 1 atmósfera. Este Punto corresponde a 273,15 Kelvin.
Escala Rankie
Ha sido muy empleada en el mundo anglosajón, aunque ha perdido fuerza. Equivale al concepto de la escala Kelvin en relación a la escala Celsius, pero referido a la escala Fahrenheit.
c)Por la variación de presión estática:
La presión estática es el peso por unidad de área de la masa de aire que hay por encima del punto considerado (columna de aire que tenemos encima en función de la altura).
Por ejemplo al nivel del mar o SL (del inglés 'sea level'), la columna de aire se extiende desde dicha superficie (nivel del mar) hasta el límite de la atmósfera exterior.
Así, la presión estática que el aire ejerce sobre la superficie de 1 m^2 en la cumbre de una montaña de 5.000 metros de altura es igual al peso de la columna de aire de 1 m^2 de sección, comprendida entre 5.000 metros y la atmósfera exterior.
Cuando hablamos del concepto de presión hemos de destacar las isobaras. Se llama isobara la linea que une puntos de igual presión atmosférica.
Diferencias fundamentales entre Altura y Altitud:
En la técnica aeronáutica contamos con un buen número de unidades para medir la presión del aire. Las de empleo más frecuente son las que siguen.
El cambio es mucho más rápido cerca del suelo que en capas más altas. Así, por ejemplo, en los primeros 10.000 pies (3.408 metros) la presión disminuye 316 milibares; los siguientes 10.000 pies (de 10.000 a 20.000 pies), la presión disminuye 210 milibares.
Hay un fundamento lógico detrás de estas cifras si tenemos en cuenta que el aire se puede comprimir. El aire es más denso cerca del suelo, sencillamente porque la masa de aire que hay por arriba comprime la que está más abajo.
d)Según la densidad, peso específico y volumen específico:
La densidad de una sustancia es la masa de ella que hay por unidad de volumen. Peso específico es el peso de la unidad de volumen. Volumen específico es el volumen contenido por unidad de peso.
Las fuerzas aerodinámicas que se ejercen sobre el avión, o la potencia y empuje de los motores, dependen de la densidad del aire en la cota de vuelo de la aeronave.
A temperatura constante el volumen de una masa de gas esta en relación a la presión que se somete.
Para gases lejos del estado de licuación (los llamados gases casi perfectos) la ecuación por unidad de masa se expresa así:
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| Fig. 1.2 |
FACTORES DE CONVERSIÓN
- Para transformar ºF en ºC: ºC= 9/5·(ºF-32)
- Para transformar ºC en K: K= ºC+273
- Para transformar ºR en ºF: ºR=ºF+459
c)Por la variación de presión estática:
La presión estática es el peso por unidad de área de la masa de aire que hay por encima del punto considerado (columna de aire que tenemos encima en función de la altura).
Por ejemplo al nivel del mar o SL (del inglés 'sea level'), la columna de aire se extiende desde dicha superficie (nivel del mar) hasta el límite de la atmósfera exterior.
Así, la presión estática que el aire ejerce sobre la superficie de 1 m^2 en la cumbre de una montaña de 5.000 metros de altura es igual al peso de la columna de aire de 1 m^2 de sección, comprendida entre 5.000 metros y la atmósfera exterior.
Cuando hablamos del concepto de presión hemos de destacar las isobaras. Se llama isobara la linea que une puntos de igual presión atmosférica.
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| Fig.1.3 Como podemos observar en la gráfica, la linea azul muestra que con el aumento de la altitud, presión disminuye. |
- Altitud es la distancia vertical que existe entre un punto y determinado y el nivel medio del mar.
- Altura es la distancia vertical que existe entre un punto y una referencia determinada, por ejemplo la cima de una montaña. Así decimos: "El avión vuela a una altura de 2.000 metros sobre el terreno".
- Elevación es al distancia que existe entre un punto de la superficie de la tierra y el nivel medio del mar. Así decimos: "La elevación del aeropuerto de córdoba (España) es de 295 pies (89,8 m).
En la técnica aeronáutica contamos con un buen número de unidades para medir la presión del aire. Las de empleo más frecuente son las que siguen.
- Pulgadas de mercurio ("Hg, o in. Hg), léase pulgadas de mercurio.
- Milímetros de mercurio (mm. Hg).
- Kilogramos por centímetro cuadrado (Kg/cm^2)
- Libras por pulgada cuadrada (p.s.i., o simplemente psi)
- Pascal (Newton por metro cuadrado, N/m^2)
- Milibar (mb), equivalente al HectoPascal.
Como hemos dicho antes, la presión estática disminuye con la altitud pero no a ritmo constante.
El cambio es mucho más rápido cerca del suelo que en capas más altas. Así, por ejemplo, en los primeros 10.000 pies (3.408 metros) la presión disminuye 316 milibares; los siguientes 10.000 pies (de 10.000 a 20.000 pies), la presión disminuye 210 milibares.
Hay un fundamento lógico detrás de estas cifras si tenemos en cuenta que el aire se puede comprimir. El aire es más denso cerca del suelo, sencillamente porque la masa de aire que hay por arriba comprime la que está más abajo.
d)Según la densidad, peso específico y volumen específico:
La densidad de una sustancia es la masa de ella que hay por unidad de volumen. Peso específico es el peso de la unidad de volumen. Volumen específico es el volumen contenido por unidad de peso.
Las fuerzas aerodinámicas que se ejercen sobre el avión, o la potencia y empuje de los motores, dependen de la densidad del aire en la cota de vuelo de la aeronave.
A temperatura constante el volumen de una masa de gas esta en relación a la presión que se somete.
Para gases lejos del estado de licuación (los llamados gases casi perfectos) la ecuación por unidad de masa se expresa así:
P·v = R·T
Para el aire contenido en la atmósfera es más práctico abandonar la idea de volumen e introducir como variable su densidad "rho". Entonces, para un volumen aislado v, teniendo en cuenta que la densidad es la relación entre la masa del gas (m) y el volumen ocupado (v), resulta:
Para el aire R'=287 julios/(Kg·K)
e)Según la velocidad del sonido:
Las perturbaciones sonoras que se producen en el aire se propagan mediante ondas de presión. La propagación se efectúa a la llamada "velocidad del sonido".
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| Fig.1.4 En esta gráfica podemos observar una comparativa entre la velocidad del sonido (verde) y la velocidad del Felix Baumgartner (azul) |
Atmósfera estándar
La atmósfera real, es la que nunca permanece con valores constantes, es decir, que siempre es variable en algún punto. La idea de normalización es de definir un tipo de atmósfera con valores de referencia es necesario. Si hay un modelo fijo de atmósfera quiere decirse que todas las actuaciones de los aviones y otros datos se pueden expresar con referencia a dicho modelo.
Así decimos que un avión cualquiera tiene una distancia de despegue de tantos miles de pies en "condiciones de atmósfera estándar" (o también atmósfera tipo). Sería difícil comparar resultados de otro modo.
Se denomina atmósfera estándar la distribución vertical teórica de presión, temperatura y densidad del aire, establecida por acuerdos internacionales.
Consta de dos partes, una para altitud inferior a 120 kilómetros, y otra que cubre la banda entre 120 kilómetros y 1.000 kilómetros.
Condiciones al nivel del mar en atmósfera estándar:
- Presión: P= 101.325 N/m^2 = 10.325 Pa = 1.013,2 mb
- Temperatura: T= 288,1K = 15,1ºC
- Densidad: p= 1,225Kg/m^3
- Velocidad del sonido: a= 340,3 m/s
Atmósfera real
La atmósfera real, la que tenemos en un instante determinado cualquier día del año, no coincide, como hemos señalado anteriormente, con los valores de la atmósfera estándar. De la atmósfera real interesan para nuestro estudio tres factores de incidencia directa, que son humedad del aire, viento y turbulencias.
- El aire húmedo es aire seco más vapor de agua. El aire húmedo tiene menor densidad que el seco. La humedad del aire disminuye con la altitud (disminuye con la temperatura).
En relación con el viento, los modelos de atmósfera estándar suponen que las masas de aire no tienen movimiento respecto a la tierra. Las masas de aire están continuamente en movimiento y el avión vuela en ellas, de manera que sufre sus efectos.
El movimiento de las masas de aire se puede clasificar en dos tipos: a gran escala (viento) y movimientos locales (turbulencias).
- El viento es el movimiento de grandes masas de aire en relación con la superficie terrestre. Es una magnitud vectorial, con dirección e intensidad (módulo).
La dirección se expresa tomando como referencia el Norte verdadero. El giro del viento entre 0º y 360º se toma en el mismo sentido de las agujas del reloj. En aeronáutica se expresa en nudos (millas marinas por hora), coincidente con la medida normal de la velocidad del avión, que también es expresada en nudos.
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| Fig.1.5 Rosa de los vientos |
El viento se debe a cinco factores principales:
1.Diferencia de presión entre masas de aire.
2.Gravedad terrestre.
3.Curvatura de las isobaras (líneas de presión constante).
4.Rotación de la tierra.
5.Fricción del aire con la superficie terrestre.
Las masas de aire se desplazan en las zonas de mayor presión. Es el movimiento natural. Es importante señalar, sin embargo, que el viento real es el resultado de todos los factores citados anteriormente (5 factores principales).
Las aeronaves en vuelo están sometidas a los efectos del viento. Vamos a ver esto con un ejemplo de navegación:
Supongamos que el piloto del avión de la imagen quiere desplazarse del punto A al punto B. En la trayectoria que parte del punto A al hasta el punto B actúa un viento de costado de dirección dibujada. El piloto dirige la proa de su avión hacia el punto B, pero su avión se desplaza se desplaza también con la masa de aire en movimiento. Así, al final, su punto de llegada no es B, sino C. El piloto que efectivamente quiere llegar al punto B debe tomar acciones para corregir este fenómeno de deriva o de desplazamiento del avión. Debe enderezar el avión ligeramente hacia el viento, tal como se muestra en la imagen de la derecha. Este cambio en la dirección del eje longitudinal del avión compensa la continua deriva del avión por el viento. La velocidad del viento aumenta con la altura. El resultado es lógico si se considera que en altura aparece el rozamiento del aire con la superficie terrestre.
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| Fig.1.6 Corrección de destino a causa del viento |
- La turbulencia es el movimiento local de masas de aire. Se trata de movimientos de aire a pequeña escala. La turbulencia del aire afecta al avión, a la tripulación y pasaje, de manera muy diversa.
La turbulencia moderada representa efectos de incomodidad para la tripulación y pasaje.
La turbulencia severa produce esfuerzos adicionales en la estructura del avión y puede llegar, incluso, a hacer difícil la lectura de los instrumentos de cabina.
Puede producir la pérdida de control de la aeronave, e incluso la desintegración estructural de la misma.
La turbulencia del aire se debe a causas diversas:
-El calentamiento desigual que experimenta la superficie terrestre produce corrientes ascendentes del aire cálido, de menor peso que el aire frío.
-La turbulencia también se origina en zonas de montaña, donde el aire es obligado a cambiar de curso, y se forman remolinos descendentes tanto a barlovento como a sotavento de la montaña.
-Las tormentas representan asimismo un estado local de turbulencia muy fuerte, que la aeronave debe evitar en su trayectoria de vuelo.
Mecánica de fluidos
Los fluidos son sustancias que tienen la capacidad de fluir y cambiar de forma. La dinámica de fluidos estudia el comportamiento de los fluidos cuando se someten a fuerzas.
Las fuerzas que se aplican a una partícula de fluido pueden ser de dos tipos:
a)Esfuerzos normales que actúan de forma perpendicular a la superficie de la partícula.
b)Esfuerzos que actúan de forma tangencial a la superficie, y se denominan por ello esfuerzos cortantes.
Los esfuerzos normales tienden a comprimir o expandir la partícula de fluido, mientras que los esfuerzos cortantes.
Viscosidad del fluido
La viscosidad de un fluido es la resistencia interna que opone al deslizamiento. Es la medida de su capacidad para resistir esfuerzos cortantes.
El aire, que juega un papel fundamental en el origen de las fuerzas aerodinámicas, posee una pequeña viscosidad si se compara con otros fluidos como el agua, la cual es hasta cien veces mayor.
Hay dos formas de medir la viscosidad de un fluido, que determinan su valor absoluto y cinemático.
La viscosidad absoluta es la fuerza tangencial necesaria para desplazar una superficie plana de fluido sobre otra en estas condiciones:
-Tienen la misma unidad de superficie.
-La velocidad es la unidad (en el sistema de unidades elegido).
-Ambas superficies están separadas por la unidad de distancia.
La viscosidad cinemática, es la viscosidad absoluta (en poises) dividida por la densidad del fluido. Se mide en 'Stokes'
Línea de corriente, trayectoria y tubo de corriente:
El movimiento de los fluidos se puede ver de dos maneras distintas. Podemos coger una partícula de fluido y seguir su movimiento en el ambiente del mismo. La línea de observación se llama trayectoria de la partícula.Una visión más completa del movimiento de un fluido se observa si miramos todas las partículas al mismo tiempo.
1) Trayectoria es la traza que deja una partícula en movimiento a lo largo del tiempo.
2) La línea de corrente es el movimiento de varias partículas en un momento determinado.
El tubo de corriente esta formado por líneas de corriente, puesto que el tubo de corriente etá fotmado por líneas de corriente y son impermeables al flujo, es decir, que simpre seran tangentes a las líneas de corriente.
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| Fig.1.7 Líneas de corriente a lo largo del perímetro alar |
Compresibilidad
La diferencia de compresibilidad entre el aire y los líquidos es la facilidad de compresión ya que el aire es mucho más fácil decomprimir que los líquidos, en general la mayoría de gases son de fácil compresión.La aerodinámica trata del movimiento de un móvil a través del aire.
Velocidad del sonido
Recordemos que la velocidad del sonido es la velocidad de propagación de las ondas sonoras en un medio continuo de materia.La velocidad del sonido en el aire a nivel del mar y a 15 ºC, es 340m/s sin embargo a 15.000 metros de altitud a una temperatura de -51 ºC, la velocidad del sonido es de 295 m/s.
La velocidad del sonido del el aire es la magnitud más importante relacionada con la aerodinámica de alta velocidad y efectos de compresibilidad.
Cuando una aeronave llega la 50% de la velocidad del sonido se pueden considerar negligibles los cambios de densidad o compresibilidad. pero no más allá.
Podemos decir por tanto que la velocidad disminuye con la temperatura que es la variable que determina la velocidad del sonido, la velocidad del sonido va en función de la temperatura.
Donde a es la velocidad del sonido y T la temperatura absoluta del aire en Kelvin.
Número Mach
Es el dato más relevante del vuelo de supersónico, debido a Ernst Mach (1838-1916), físico austríaco.El número Mach es la razón entre la velocidad verdadera del avión y la del sonido. Por ejemplo; se dice que el avión vuela a Mach 0,8 si su velocidad es el 80% de la velocidad del sonido. Mach 1=340,3 m/s = 1.225 km/h en condiciones de atmósfera estándar.
Ecuaciones fundamentales de la dinámica de fluidos
-Ecuación de continuidad:
La ecuación de continuidad se basa básicamente en la conservación de la masa cuando se mueve el fluido.
Sabiendo que el movimiento es uniforme quiere decirse que la misma cantidad de fluido que entra en el recinto debe salir en la misma unidad de tiempo.
Hemos de mencionar que la velocidad y densidad del flujo son constantes en la entrada y salida:
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| Fig.1.8 Ecuación de continuidad para movimiento uniforme y en una dimensión |
Masa que entra por A1:
Masa que entra por A2: Por lo tanto podemos deducir que:
El producto de la densidad por la área inicial por la velocidad inicial tiene la dimensión de masa por unidad de tiempo que se mide en Kg/s.
El producto de la área por el volumen es el flujo volumétrico que se mide en:
Ecuación de Bernuilli:
Es la ecuación fundamental de la aerodinámica que se obtiene mediante la segunda ecuación de newton:
Donde F son el sumatorio de fuerzas, m es masa y a es aceleración.
Para el movimiento uniforme de un gas de densidad constante se establece la siguiente relación entre dos puntos de la misma línea corriente:
Capa límite:
Cuando el aire u otro fluido se desliza por encima de la superficie de un cuerpo sólido hay partículas que se enganchan a la pared de la superficie, mientras que otras son frenadas por esta capa adherida al cuerpo, pero se siguen moviendo.
El proceso de rozamiento y frenado del aire en movimiento por las paredes del sólido llega a formar una "capa" de cierto espesor a causa del rozamiento. Esta capa de aire recibe el nombre de la capa límite.
La capa límite está formada por un conjunto de partículas de aire frenadas por la superficie del cuerpo que se desplaza a una cierta velocidad.
Las partículas que están algo más alejadas del sólido poseen cierta velocidad respecto a él. Por lo tanto podemos decir que cuanto mayor sea la distancia respecto a la superficie mayor será la velocidad del fluido.
La capa límite termina allí donde sus efectos de frenado son mínimos que es cuando se llega a un punto donde la velocidad del aire es prácticamente la misma (99%) que tiene la corriente libre que circula alrededor del cuerpo sólido.
Imaginemos un flujo de corriente de aire sobre una placa horizontal y suponemos que el aire no tiene viscosidad:
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| Fig.1.9 Perfil de velocidad en una placa plana con un fluido no-viscoso |
En este caso, al ser un fluido no-viscoso, las partículas de aire se mantienen inalteradas.
En un caso más realista en el que el fluido es viscoso la capa límite llega cuando el perfil alar supera el ángulo máximo en el que el aire puede fluir sobre dicha superficie:
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| Fig1.10 Demostración de la capa límite en un perfil alar |
Podemos observar en el gráfico que cuando el ala llega a un ángulo excesivo, el fluido, en este caso el aire, la fluidez del aire se rompe, por lo tanto ya no hay sustentación y éste cae en pérdida.
Presión estática, dinámica y de remanso:
El aire posee dos tipos de energía:
1)La energía cinética (velocidad del aire)
2)Energía de presión (presión estática del ambiente)
Las dos energías tienen nombres especiales cuando se refieren a la unidad de volumen de aire:
A) La energía cinética del aire en movimiento por unidad de volumen se llama presión dinámica del aire. A mayor velocidad, más presión dinámica.
Donde el símbolo de la presión dinámica es q, y su valor es un medio de la densidad por el volumen al cuadrado.
B) La energía de presión por unidad de volumen se llama presión estática del aire.
Si colocamos una esfera frente a un flujo de aire, el flujo se separa a un lado y otro del eje central de la esfera, pero hay una línea de corriente que separa los dos flujos, de arriba o de abajo. A lo largo de ella se produce una desaceleración del aire, desde una posición lejos de la esfera hasta llegar a la misma donde la velocidad es cero.
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| Fig.1.11 |
Si aplicamos esta línea de corriente a la ecuación de Bernuilli donde su presión estática y la velocidad es lejana a la esfera i el punto de remanso con el subíndice t, resulta:
Puesto que en el punto de remanso es V_{t}= 0, resulta que:
Se llama p_{t} a la presión que tiene el aire en el punto donde llega al reposo, que es igual a la suma de la presión estática y dinámica.
La presión más alta que se puede dar en este caso es en el punto de remanso (o de estancamiento).
Aplicaciones de la ecuación de Bernoulli:
Dos aplicaciones singulares de la ecuación de Bernoulli son el tubo Venturi y también para calcular la velocidad del aire gracias al tubo de "pitot".
Tubo Venturi
Supongamos el movimiento uniforme de un fluido a lo largo de una tubería con densidad constante (la del fluido).
Sabiendo que el fluido va a una velocidad constante, lo que entra por un lado del tubo ha de salir por el otro lado en el mismo intervalo de tiempo.
Para mantener esta situación de igualdad (véase ecuación de continuidad), el fluido ha de aumentar su velocidad cuando pasa por el punto del tubo en el que hay un estreñimiento o garganta.
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| Fig.1.12 |
Para mantener la situación equilibrada y constante (ecuación de continuidad), el flujo debe acelerarse cuando pasa por la garganta del tubo.
En la garganta (A_{2}) y en otra sección cualquiera (A_{1}) del tubo se cumple:
Entonces podemos razonar que la sección amplia respecto a la sección estrecha del tubo cumple la siguiente condición:
El aumento de la velocidad del aire viene de la transformación de presión estática de la corriente en presión dinámica.
La suma de las dos permanece constante, así pues la velocidad del aire aumenta en la garganta del conducto y la presión estática disminuye.
Los dos tubos (llamados piesométricos) muestra que a cuanta más velocidad va el fluido, la presión aumenta y por lo tanto el fluido del tubo es aspirado, eso quiere decir que hace efecto aspirador.
Medida de la velocidad del aire:
En esta nueva aplicación de la ecuación de Bernoulli se basa en un aparato que se emplea para medir la velocidad del avión respecto al aire: El tubo de Pitot.Pitot es un tubo con dos conductos: uno de ellos, el conducto central, esta abierto por su extremo anterior.
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| Fig.1.13 Tubo de pitot con orificios de estática |
Los orificios laterales están al cubiertos por la corriente de impacto y están expuestos por tanto a la presión estática ambiente que rodea el tubo; por eso se denomina orificios de presión estática o simplemente orificios de estática.
Funcionamiento del tubo de Pitot:
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| Fig.1.14 Tubo de Pitot i sus conexiones a los diferentes instrumentos |
En el aire el tubo de Pitot está sometido a la suma de los dos tipos de presión: la estática y la dinámica. El aire pasa de manera paralela a los orificios de estática, expuestos al ambiente que rodea el tubo. Como la presión actúa siempre perpendicular a la superficie de un cuerpo, resulta que los orificios están sometidos a la presión estática del aire.
Velocidades del aire:
En aeronáutica hay cuatro variedades de velocidad del aire:
1) Velocidad indicada:
Se llama velocidad indicada la lectura que se obtiene del instrumento de cabina.
La velocidad indicada incluye y corrige los posibles errores que tiene el instrumento debidos al proceso de fabricación (errores negligibles).
El acrónimo de la velocidad indicada es IAS (Indicated AirSpeed). Se mide en nudos (Knots) y se suele escribir KIAS, la K de Knots.
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| Fig.1.15Instrumento de cabina que nos da la lectura de la velocidad indicada |
Es la velocidad indicada corregida por los errores de posición de la sonda estática (Pitot).
Su acrónimo es CAS (Calibrated AirSpeed), o KCAS.
Tiene en cuenta dos situaciones básicas:
a) La dificultad de encontrar puntos de la aeronave para medir la presión estática correcta del aire.
b) La dificultad de que el flujo en el Pitot sea perpendicular al plano de entrada del tubo, en cualquier condición de vuelo.
3) Velocidad equivalente:
Es la velocidad calibrada corregida por los efectos de comprensibilidad del aire. Su acrónimo es EAS (Equivalent AirSpeed).
La compresibilidad del aire puede ocasionar errores para el indicador de velocidad. Los cambios de densidad que son producidos a causa de la velocidad afectan a la medida de la presión dinámica.
a) CAS puede ser de referencia como medida de la velocidad cuando ésta es baja. Cuando la velocidad ya es más alta, deberá usarse la medida EAS (por el fuerte efecto de compresibilidad.
b) En la práctica casi todas las medidas de velocidad del avión son CAS, corregidas y presentadas al piloto como IAS.
4) Velocidad verdadera:
Se denomina velocidad verdadera a la velocidad equivalente corregida por los cambios de de la densidad del aire.
El acrónimo es TAS (True AirSpeed).
Es importante saber que en la TAS hablamos de cambios de la densidad del aire debidos a la distinta altitud de vuelo y no a la densidad de vuelo.
Encontramos relación entre TAS y EAS:
Donde el divisor corresponde a la corrección por densidad de aire.
Sabiendo que:
Podemos escribir:
Observamos que la presión dinámica en cualquier condición de vuelo puede calcularse con más facilidad a partir de donde interviene la densidad del aire al nivel del mar y la velocidad equivalente.
