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METEOROLOGIA AERONAUTICA / PRESION ATMOSFERICA

Definición de presión

 El aire es un gas que pesa y esta propiedad fué puesta de manifiesto por Galileo observando que un recipiente con aire comprimido pesa tanto más cuanto mayor es la cantidad que se introduce dentro de él. Inversamente, al hacerse el vacio su peso disminuye.

 La presión atmósferica se define como el peso del aire por unidad de superficie.

 La presión atmosférica, es decir, el peso del aire, se ejerce no solamente de arriba abajo, sino por igual en todas las direcciones. Para medir la presión atmosférica, Torricelli utilizó una cubeta llena de mercurio y un tubo de vidrio de un metro de longitud que contenia tambiénmercurio. Al invertir el tubo sobre la cubeta observo que el mercurio descendia hasta un cierto nivel y se detenía a una distancia vertical h de la superficie, quedando así el sistema equilibrado. Esto quiere decir que si consideramos la unidad de superficie en A y la unidad de superficie en B, el peso de la atmósfera en A es equilibrado por el peso de la columna de mercurio en B. En consecuencia, el peso de la atmósfera por unidad de superficie, es decir, la presión atmosférica, podemos medirla por la altura h de la columna de mercurio. Esto constituye el fundamento del barómetro.


Densidad

 Se define la densidad de un cuerpo como la masa de la unidad de volumen. En el sistema cegesimal (cgs) es la masa del centímetro cúbico de sustancia. El peso específico es el peso de la masa específica.

 En general se utiliza en la practica la densidad relativa, es decir, comparando la densidad absoluta, definida anteriormente, con la de una sustancia tipo que para los solidos y liquidos es el agua dilatada a 4ºC.

 Para los gases la sustancia tipo es el aire, a 0ºC y presión 760 mm.

 La densidad se relaciona con la masa y el volumen mediante la expresión: densidad = masa / volumen


Leyes fundamentales de los gases perfectos

 A finales del siglo XVII, Boyle, en Inglaterra y Mariotte, en Francia, realizaron experimentos sobre los gases y llegaron simultaneamente a determinar la siguiente ley:

 A temperatura constante, el volumen de una masa de gas está en razon inversa a la presion a que se encuentra sometido.

 La ecuación de los gases perfectos puede expresarse del siguiente modo:

P x V = R x T
P = d x R x T
R = P / d x T

, donde P es la presión, T la temperatura, V el volumen por mol, R la constante de los gases perfectos y d la densidad.

 La constante R para el aire se puede calcular teniendo en cuenta, que a la temperatura absoluta de 273 ºK y presión 1.013,2 mb, un cm3 de aire pesa 0,001293 g.

 De esta forma pueden establecerse las siguientes leyes:

 1.- A presión constante, el volumen de un gas es proporcional a la temperatura y la densidad, inversa del volumen, será también inversa de la temperatura.

 2.- A volumen constante, la presión de un gas es proporcional a la temperatura y la densidad inversamente proporcional.

 3.- A temperatura constante, el volumen de un gas está en razón inversa de la presión y la densidad en razón directa.


Peso máximo al despegue

 La sustentación tiene por expresión: L = 1/2 ( d x V2 x S x CL)

, donde L es la sustentacion, d es la densidad, V la velocidad verdadera del avion (TAS), S la superficie alar y CL el coeficiente de sustentación.

 El peso máximo al despegue dependerá pues de los siguientes factores::

 1.- Directamente proporcional a la densidad del aire, a la velocidad del avión, a la longitud de la pista y a la presión.

 2.- Inversamente proporcional a la temperatura, pues a mayor temperatura menor densidad y a la elevación de la pista.

 3.- De la inclinación de la pista. El despegue hacia arriba supone un mayor angulo de ataque y, por tanto, un mayor coeficiente de sustentacion.

 4.- Por razones aerodinámicas la sustentación aumenta con viento en cara.

 En cada tipo de avión las condiciones serán diferentes, debido a su diseño aerodinámico. En la figura puede verse el efecto de la densidad del aire sobre el DC-8. Así, con flap 25º, 4000 pies y longitud de 10.000 pies, y la temperatura ambiente de 0º, siguiendo la flecha en el diagrama se obtiene un peso permisible de 300.000 libras al despegue. Si la temperatura hubiera sido de 40ºC, el peso se hubiera tenido que reducir a 255.000 libras.


Variación de la presion con la altura

 La presión disminuye con la altura, por tanto, como la densidad es proporcional a la presion, tambien disminuira. Por otro lado, la temperatura disminuye con la altura y la densidad debiera aumentar. Dos efectos contradictorios, pero el debido a la presión es más importante por lo que, en definitiva, la densidad disminuye con la altura.

 Cerca del suelo la presion disminuye aproximadamente 1 mb cada 9 metros o sea unos 30 pies, o bien una pulgada cada 1.000 pies. Pero la presion disminuye exponencialmente con la altura y ya, por ejemplo, a 18.000 pies las disminucion es de unos 17 metros por cada milibar.

 Como los aviones vuelan en niveles de vuelo, que son altitudes de presión constante, podemos establecer las siguientes reglas:

 1.- Si aumenta la temperatura, el avión esta ascendiendo y si disminuye, esta descendiendo.

 2.- Si aumenta la temperatura, el avion se dirige hacia una zona de alta presión y si disminuye, vuela hacia una zona de baja presión.


Isobaras

 Si sobre un mapa se anota en cada lugar la presión, medida simultaneamente en distintos observatorios, y se unen los puntos de igual presion, se obtendrá un conjunto de lineas que no presentan una configuracion caotica, sino un patron bien definido.

 Estas lineas que unen puntos de igual presion se denominan Isobaras (iso = igual; baras = presion).

 De esta forma aparacen sobre el mapa areas bien definidas que siguen unos modelos:

 1.- Baja, depresion, borrasca o ciclon: Esta constituida por un área donde la presion es relativamente baja y las isobaras toman formas más o menos circulares y concentricas. La presion disminuye hacia el centro donde es mínima. En el centro se dibuja con una B.

 2.- Depresion secundaria o minimo secundario: Es una pequeña depresion dentro del area cubierta por una gran borrasca, en la que actua como un satélite de ella. Se representa con una b.

 3.- Surco o vaguada: Es una linea sobre la cual convergen las isobaras en forma aproximada a una V. La presion es mas baja en el surco o eje de la V que a ambos lados.

 4.- Anticiclón o alta presión: Constituye una región de presion relativamente alta, con isobaras en formas más o menos elipticas concéntricas, que encierran en un centro de presion máxima. Se representa en su centro con la letra A.

 5.- Loma de alta presión: Es la inversa del surco. La presión es más alta en el eje de la loma que a ambos lados del eje.

 6.- Collado: Es el área entre dos altas y dos bajas, y las isobaras en sus proximidades tienen el aspecto de dos hipérbolas. A veces se representa con una letra c.

 La variacion diurna de la presion es del orden de 1 mb en latitudes medias y de 3 mb en los trópicos. Presenta dos máximos, uno a las 10,00 Z y otro a las 22,00 Z y dos minimos, uno a las 04,00 Z y otro a las 16,00 Z.


Reducción de la presión a nivel del mar

 Como nivel tipo, al cual se refieren los datos de presion que figuran en los mapas, en principio se tomó el del nivel del mar, obteniendose la presion reducida agregando a la presion atmosferica de la estacion una corrección equivalente al peso de una columna de aire de 1 centimetro cuadrado de seccion y cuya altura sea igual a la altura topográfica de la cubeta del barómetro.

 Ahora bien, el peso de la columna de aire hipotética depende de la temperatura y para calcular la correccion se parte de un supuesto que es falso casi siempre, es decir, que la distribucion de las temperaturas a lo largo de esa columna es normal. Por ello, modernamente se reducen las presiones a nivel del mar para las estaciones situadas a altitudes inferiores a 500 metros, mientras que para aquellas situadas por encima de ese nivel la presión se reduce al nivel de 1.000 metros. De este modo el error introducido es menor, por ser menor el estrato hipotético añadido.


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