Altitudes Operativas

Altitud de presión

Como vimos en ISA, a cada altitud le corresponde una presión, densidad y temperatura. Denominamos “altitud de presión” a aquella que marca un altímetro cuando ha sido reglado con 1013 mb (milibares) o 29,92´´Hg (pulgadas de mercurio). Algunos aviones tienen la capacidad de poder utilizar las dos escalas (pulgadas y milibares). También dependerá del país, por ejemplo en Estados Unidos lo normal es usar pulgadas de mercurio y en Argentina milibares. De todos modos, lo que cambia es la unidad del sistema de medición, porque el valor físico real de la presión es el mismo.

Los altímetros, realmente “miden presiones barométricas que se traducen en altitud” y están calibrados a una presión ISA (1013 milibares). Por ejemplo, si a una altitud determinada existe una presión de 900 milibares, en las tablas matriz ISA (en donde se representan los valores atmosféricos estándar de acuerdo a la altura – figura izquierda) podremos ver que ese valor de presión corresponde aproximadamente a 3000 pies de altura y será el indicado en altímetro (figura- derecha). Ahora bien, recordemos que estas indicaciones tienen en cuenta una calibración del instrumento a un valor estándar. Es por ello que la altitud real de vuelo de la aeronave, solamente coincidirá con la del altímetro, solo en el caso de que los valores de la atmósfera sean aproximados a ISA, de lo contrario “existirán diferencias”.

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Con el altímetro reglado a presión ISA (1013 mb) su lectura da la altitud que corresponde a la presión externa o lo que es lo mismo decir, “el nivel de vuelo”. Por ejemplo, si una aeronave se encuentra volando a 3000 pies, veríamos en el instrumento, una indicación de “presión de referencia del altímetro” en 1013 (milibares), debemos asumir que nos encontramos a nivel de vuelo 030 (FL 030). En aviación habrá momentos en los que se deba utilizar un vocabulario donde hablemos de “niveles de vuelo” y en otras ocasiones hablaremos de “altitudes de referencia” con respecto a una estación o aeropuerto determinado. Esto responde a mantener los márgenes de seguridad que permitan “ordenar el tránsito aéreo y evitar colisiones”. Sería muy inseguro volar en un espacio aéreo en donde cada piloto regle su altímetro con diferentes valores de presión, ya que podrían estar volando a una misma altitud real y observar en sus instrumentos, altitudes diferentes.

Otro aspecto a considerar cuando se vuela con altitud de presión (niveles de vuelo) es el factor de corrección por variación de presión atmosférica. Es decir, si nos encontramos volando con 1013 milibares, pero la presión atmosférica es distinta a la estándar, la altitud no será la que estemos leyendo en el instrumento.

Para determinar esto, lo que se puede hacer es, volando a FL100 (con 1013 milibares), colocar la presión de referencia a nivel del mar y de esa manera obtener la lectura con el altímetro (luego se deberá volver a colocar 1013 mb). Por ejemplo: si la presión real es de 1018 milibares (diferencia de 5 milibares x 25 pies = 125 pies), entonces la altitud real será de +125 pies respecto de lo que estemos leyendo en el altímetro con 1013. Si es menor a esto, entonces será menor.

Pero esto no acaba aquí, porque la discusión es un poco más amplia cuando entra en juego la temperatura. Recordemos que los altímetros están calibrados a atmósfera estándar (1013) y que a partir de allí, mediante el reglaje altimétrico que se hace a través de la ventanilla de Kollsman nos indicará una altitud aproximada que no es la verdadera.

Altitud verdadera:

La separación con el terreno que es primordial en ciertas ocasiones para sortear obstáculos.

Recordemos que a medida que ascendemos, la presión, la densidad y temperatura del aire disminuyen. Y como los altímetros están calibrados a presión estándar y a partir de allí comparan la presión ambiental (tomas estáticas) para indicar la altitud en el altímetro, la altitud REAL no será igual cuando la temperatura sea diferente a la estándar.

He aquí que debemos considerar los errores altimétricos. Los errores en la medida de la altitud, pueden ser de tres tipos:

  • Error de instrumento (generalmente es pequeño).
  • Error de posición (la presión detectada no es la estática sino otra por estar perturbada por el movimiento del avión).
  • Error debido a que la atmósfera no es la estándar y el altímetro está calibrado con presión ISA.
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En la figura podemos apreciar la variación de la presión con la altura y observar la diferencia de altura que existe a una misma presión con diferentes temperaturas. Para entender esto debemos considerar el efecto de la temperatura sobre la densidad. Siendo la presión constante un aumento de la temperatura ocasionará una disminución en la densidad y viceversa.

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R: constante universal de los gases perfectos (0.08207 Atmósfera x litro / moles °K).

En la siguiente tabla podremos observar la diferencia entre altitud indicada y verdadera. Se toman valores de temperatura por debajo de ISA porque es la situación más restrictiva en donde la altitud real va a estar por debajo de la indicada.

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La tabla inicia a partir de +10° ya que a 15°C la altitud indicada coincidiría con la altitud de densidad (cuando la presión sea 1013). Por encima de 15°C la altitud real es mayor a la indicada y a los fines de seguridad no es tan restrictivo.

Por ejemplo: en un día frío de 0 °C estando volando a 2000 pies de altitud nuestra altitud real estaría 120 pies por debajo de lo indicado por el altímetro.

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En el gráfico se observa como a una misma altitud indicada, le corresponden diferentes altitudes VERDADERAS de acuerdo a la variación de la temperatura.

La presión también influye en la densidad, un incremento de la presión trae aparejado un incremento de densidad pero si la temperatura no permanece constante, es difícil determinar los valores de densidad sin conocer perfectamente los valores de p y T. Es por ello que en vez de expresar las actuaciones de los aviones en base a la densidad, se lo hace en base a la altitud de presión con correcciones por temperatura ya que la variable densidad es difícil de determinar.

¿Cómo determino cuál es mi altitud verdadera? ¿Cómo cuantifico el error del altímetro por estar calibrado a atmósfera estándar 1013 milibares?

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Multiplicar 0,4% a cada grado de diferencia con respecto a la atmósfera estándar

Ejemplo:

Un piloto que desconoce la zona de operación, se encuentra volando con 5500 pies (QNE) y en condiciones de vuelo con algunas áreas visibles y otras en las que la visibilidad es escasa. Lo único que sabe, es que por esa zona la elevación más alta le corresponde a un cerro que tiene 5000 pies (respecto el nivel del mar). Por ende, el piloto se encuentra confiado que nada pasará. Ese día la temperatura ambiente era -30° C respecto de la estándar.  ¿Está garantizada la seguridad?

– Error relativo de altitud: 0,4% x 30° C = 12%por debajo de lo que indica el altímetro

– Error total: 5500 pies x 0,12 = 660 pies = 5500 pies – 660 pies = 4840 pies altitud real

– IMPACTO SEGURO!

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Altitud de densidad

Al igual que con la presión, existe un valor de densidad al que llamamos “altitud de densidad”  y corresponde al valor de esa variable en términos de ISA cuando la atmósfera es ideal. La altitud de densidad es la altitud de presión corregida por temperatura. Como vimos, puede existir un valor de presión por varias combinaciones de densidad y temperatura. A un valor de presión constante le pueden corresponder múltiples valores de densidad y temperatura. Por ejemplo: si la presión se mantiene constante a 10000 pies y la temperatura también (valores ISA), podemos decir que la altitud de presión es igual a la altitud de densidad. Pero la variación de la temperatura implicará un cambio en la altitud de densidad. He aquí el tema a resolver. En nuestro altímetro observaremos una altitud y el comportamiento del avión será diferente de acuerdo a la variación de temperatura.

La humedad es otro factor a tener en cuenta por cuanto dependiendo de la temperatura de la masa de aire, será la cantidad de vapor de agua que pueda contener (a mayor temperatura, mayor vapor de agua) y de esta manera, la densidad del aire también variará. En las representaciones gráficas generalmente no se muestran estas variables porque se considera al aire seco, sin humedad.

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Observemos el siguiente ejemplo:

Si la temperatura y la presión respetan el patrón de disminución con la altura de acuerdo a ISA, a 10000 pies la altitud de densidad será igual a la altitud de presión (2°C cada 1000 pies = 15°C – 20°C = -5°C). Pero, si existiese una variación de la temperatura (por fuera de la línea naranja), por más que la presión sea estándar, existirá una diferencia entre la altitud de densidad y la de presión.

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Por ejemplo: en un aeródromo ubicado a nivel del mar el QNH es de 1013. De acuerdo al manual del avión la carrera de despegue ronda los 790 metros bajo condiciones atmosféricas estándar. En el caso de que la temperatura varíe 20°C de la estándar para esa altitud (+35°C), la densidad del aire disminuirá y en consecuencia también lo harán las performances del avión necesitando una carrera de despegue de 1000 metros, por ejemplo, porque la altitud de densidad será igual a 2800 pies.

Entonces, a los fines físicos el avión se encuentra a nivel del mar pero sus performances se comportan como si estuviese a 2800 pies. Este es el efecto que tiene la temperatura sobre la densidad.

Si la presión local ese día es de 1009 mb, entonces lo que se hace es ingresar a la tabla y aplicar el factor de corrección para convertir la altitud indicada en altitud de presión (1009 = +112 pies). De esa manera se ingresa a la tabla con 112 pies (Elevación 0 pies + 112 pies) para obtener la altitud de presión y poder determinar luego la diferencia con altitud de densidad.

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Es decir, la altitud de densidad es aquella altitud de presión, corregida por temperatura. Cuando las condiciones son estándar la altitud de densidad y de presión son iguales. Si la temperatura está por encima, la altitud de densidad es mayor y viceversa. Esta variable es importante para determinar las performances de las aeronaves especialmente es las operaciones de despegue. Un incremento de densidad en el aire significa una menor altitud de densidad (menor temperatura) y una disminución de la densidad (mayor temperatura) implica una menor altitud de densidad que tendrá consecuencias en las performances generales.

Si además de esto, se combinan las variables de presión atmosférica diferente a los valores de estándar, las diferencias pueden a su vez ser mayores.

En el siguiente ejemplo, apreciamos un día de baja presión (menor densidad) en donde el factor de corrección es de 296 pies y la temperatura está es 10°C mayor a la estándar.

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Si comparamos con el ejemplo anterior en donde la presión era estándar, aquí podremos apreciar que la altitud de densidad se incremento casi 300 pies (corrección aplicada).

Reflexiones finales:

  • La altitud de presión es aquella que indica el altímetro cuando está reglado a 1013 milibares. Volar con niveles de vuelo es estar volando con altitud de presión.
  • La altitud de la aeronave, cuando vuela con niveles de vuelo no es la real, excepto que las condiciones atmosféricas coincidan con las estándar. Para ello, podemos mover la ventanilla de Kollsman y ver la variación de altitud respecto de la altitud de presión (a mayor presión respecto de la estándar la altitud real será mayor y viceversa.
  • La altitud de densidad es la altitud de presión corregida por temperatura. Dijimos que a una determinada presión le pueden corresponder diferentes temperaturas y que la densidad variará de acuerdo a esto. Si la temperatura es estándar, entonces la presión de altitud con la de densidad coinciden. Pero si no lo es, habrá diferencias.
  • La altitud de densidad tiene su máximo fundamento en determinar las performances en el despegue. Permite medir la altitud a la que el avión siente que está.
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