1. Atmósfera estándar:

Con el fin de obtener indicaciones de altitud, velocidad con respecto del aire y velocidad vertical, se necesita conocer la relación entre las variables de presión, temperatura y densidad y la altitud. Para simplificar los cálculos en aeronáutica se acostumbra a basar todas las medidas en lo que se denomina atmósfera estándar, o aquella en la que se supone que los valores de presión, temperatura y densidad a las diferentes altitudes son constantes. La inclusión de los valores supuestos de las variables correspondientes en las leyes de calibraciones de instrumentos, permite el empleo de mecanismos que funcionan solamente por cambios de presión.

Suposiciones:

El aire es libre de polvo, vapor de agua y estático respecto a la tierra El aire se comporta como un gas perfecto El nivel de referencia es el nivel medio del mar (1013 hPa, 15°C) La gravedad es constante en todas las latitudes. El gradiente de descenso de la T en la tropósfera es de -6,5 °C/1000 m

2. Sistemas Pitot-Estática :

El sistema de Pitot-estática de un avión es un sistema en el que la presión total creada por el movimiento hacia adelante del avión y la presión estática de la atmósfera circundante se detectan y miden en términos de velocidad, altitud y régimen de cambio de altitud (velocidad vertical).

El sistema consta de un tubo Pitot-estática, o sonda, los tres instrumentos de vuelo principales –anemómetro (velocímetro), altímetro e indicador velocidad vertical (Variómetro) – y tuberías y drenajes interconectados.

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La detección de la presión total y de la presión estática la efectúa la sonda, que está adecuadamente situada en la corriente de aire y transmite estas presiones a los instrumentos.

En el sistema básico la sonda consta de dos tubos paralelos; uno de los tubos, el tubo Pitot, está abierto en su extremo delantero para recibir la presión total del aire resultante del movimiento de avance del avión, mientras que el otro, el tubo estático, está cerrado en su extremo anterior pero tiene una serie de pequeños orificios circulares a cierta distancia del extremo anterior, a través de los cuales se admite el aire sin perturbar a la presión atmosférica predominante. Las presiones se transmiten a los instrumentos a través de tuberías conectadas a cada tubo.

Error de posición

La medición exacta de la velocidad con respecto al aire y la altitud por medio de una sonda Pitot-estática ha presentado siempre dos dificultades principales: una, diseñar una sonda que no produzca ninguna perturbación en el flujo de aire sobre la misma; y la otra, hallar un lugar adecuado en el avión donde la sonda no se vea afectada por las perturbaciones del aire debidas al mismo avión y sus maniobras. Los efectos de tales perturbaciones son mayores en la sección de medición de presión estática, dando origen a un error de posición que se define como la cantidad en la que la presión estática local en un punto dado en el campo de flujo difiere de la presión estática de la corriente libre. Como consecuencia, un altímetro y un anemómetro pueden dar errores positivos o negativos. El Variómetro no se ve afectado.

El error de posición debido a la localización elegida se determina para el tipo de avión durante las pruebas de maniobras del vuelo y se presenta finalmente en forma tabular y gráfica para que el piloto pueda aplicar correcciones en distintas condiciones de operación. No obstante en la mayoría de los casos, las correcciones se efectúan automáticamente de varias formas; uno de los métodos es emplear sondas aerodinámicamente auto compensadas o usar dispositivos separados de corrección.

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Ventilaciones estáticas

Una solución al problema asociado a los efectos de presión que aparecen en los orificios de estática, es separarlos del tubo Pitot y colocarlos en el lateral del fuselaje, constituyendo una “ventilación estática”.

Calibración de tomas estáticas

Error de posición; ΔP=Pestáticamedida−Pestática

Hay que calibrar la geometría de la toma de presión estática, porque si no se posiciona correctamente se generaría error en la medición.

Existen las siguientes técnicas de calibración:

a) Calibración directa:

1. Cono remolcado: Se asocia un cono calibrado al avión, que tiene una toma estática. Permite comparar directamente la presión en el cono y la aeronave. Válido para M<1,5

2. Avión Guía: Se mide la presión en otro avión volando a la misma altitud. Si existe diferencia de altitud entre las aeronaves, se debe compensar.

b) Altimetría:

1. Inspección por torre: Conociendo d y α, se determina h Po; la h se compara con la del avión. Esencialmente la aeronave pasa por un cuadrante calibrado, y se realiza un seguimiento visual.

2. Inspección por radar: Mismo principio que el anterior pero se realiza con un radar.

c) Velocimetría: Se mide la velocidad (inspección por torre/radar, GPS). Se compara la indicación del avión con la velocidad de desplazamiento respecto de la tierra.

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Ubicación

En los aviones que vuelan en subsónico, la ubicación típica de los tubos Pitot con toma estática se encuentra delante de la punta de un ala, delante de un estabilizador vertical o en el lateral de una sección de la nariz del avión. A velocidades supersónicas, lo mejor es instalar un tubo Pitot con toma estática delante de la nariz. Las ventilaciones estáticas independientes, si las hay, están siempre situadas en el revestimiento del fuselaje, una en cada lado, e interconectadas con el fin de reducir al mínimo los efectos de la presión dinámica debido a las maniobras. Como se ha repetido previamente, los datos del sistema Pitot-estática deben ser de la corriente libre sin perturbar, por eso mismo hay que tener en cuenta a la hora de ubicar las tomas las zonas de alta presión que pueden ubicarse en las distintas partes del avión.

Como se observa en la imagen, conviene colocar las tomas estáticas en las zonas en las que la presión que mida sea aproximadamente igual a la real.

Fuentes de presión alternativa

Si se produjese un fallo de la fuente de presión Pitot-estática principal por, por ejemplo, una congelación total de la sonda por fallo del circuito de calentamiento, tiene que haber un sistema de reserva del avión que emplee sondas de Pitot-estática por las que pueden selectarse y conectarse al sistema principal, presión atmosférica y/o estática de fuentes alternativas.

Drenajes

Los medios que para eliminar el agua que pueda entrar al sistema, toman la forma de orificios de drenaje en las sondas y colectores de drenaje y válvulas de drenaje en las tuberías del sistema. Los orificios tienen un diámetro tal que no introducen errores en las indicaciones de los instrumentos.

Tuberías

Las presiones total y estática, se transmiten a través de tuberías metálicas sin costura, y resistentes a la corrosión y a través de tuberías flexibles cuyo diámetro interior tiene un mínimo aceptable por debajo del cual se presentaría riesgo de bloqueo debido a la posibilidad de que se forme una “masa” de agua que abarcase el diámetro.

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1.1 Instrumentos en base a datos de aire

Generalidades

o El ALTÍMETRO necesita sólo la Presión estática para, en función de ella, establecer una indicación de altura.

o El ANEMÓMETRO necesita conocer la Presión dinámica que es la diferencia de TOTAL y ESTÁTICA, por lo tanto recibe las dos tomas.

o El VARIÓMETRO mide el régimen de ASCENSO o DESCENSO midiendo el régimen de cambio de la presión estática en un momento determinado, luego sólo necesita una conducción de PRESIÓN ESTÁTICA.1.1.1. Altímetro

El funcionamiento del altímetro está basado en los cambios de volumen que experimenta una cápsula aneroide, que son medidos mediante un mecanismo que traduce esos cambios en medidas de altitud, con respecto a una presión que se ha reglado mediante el sistema de reglaje que se usa para corregir la medida de altitud por los cambios de presión atmosférica (presión de referencia), este dato de reglaje se obtiene de un barómetro instalado en el punto respecto del cual se desea hacer la medición.

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Errores debidos a cambios de presión y temperatura atmosféricas

Cuando la atmósfera se ajusta a los valores estándar, un altímetro marcará lo que se denomina altitud de presión. En una atmósfera no estándar, un altímetro presenta error y marca lo que se llama altitud indicada. Esto sucede por ejemplo, siempre que la presión atmosférica en cualquiera altitud particular se desviase del valor estándar supuesto.

La atmósfera estándar también supone ciertos valores de temperatura en todas las altitudes y, en consecuencia, los valores no estándar pueden causar también errores en las lecturas del altímetro. Las variaciones de temperatura producen diferencias de la densidad del aire y, por consiguiente, diferencias de peso y presión del aire.

Así, con el fin de compensar los errores los altímetros disponen de un dispositivo de ajuste accionado manualmente que permite situar las agujas en altura cero para cualquier presión de tierra predominante con el fin de que las indicaciones en vuelo sean alturas en la atmósfera estándar sobre el suelo.

Código Q para ajuste de altímetros

El ajuste de altímetros a las presiones barométricas predominantes en los diversos niveles de vuelo y aeropuertos es parte de las técnicas de operación de vuelo y es fundamental para mantener la separación adecuada entre aviones y también del terreno durante los despegues y aterrizajes. Para hacer los ajustes, el piloto depende de los datos meteorológicos observados que solicite y que los centros de control terrestre transmitan. Las peticiones y transmisiones son adoptadas universalmente y forman parte del Código "Q" de comunicación de O.A.C.I.

Normalmente se utilizan grupos de tres letras de código en conexión con los ajustes de los altímetros y se definen:

o QFE Ajuste de la presión predominante en un aeropuerto para hacer que el

altímetro marque cero en el aterrizaje y en el despegue

o QNE Ajuste de la presión al nivel del mar estándar de 1013,25 mbar para

hacer que el altímetro señale la elevación del aeropuerto

o QNH Ajuste de la escala de presión para hacer que el altímetro marque la

altura del aeropuerto sobre el nivel del mar en el aterrizaje y en el despegue

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1.1.2 Velocímetro (Anemómetro)

Son en realidad manómetros muy sensibles que miden la diferencia entre las presiones total y estática detectadas por la sonda de presión.

Su funcionamiento se basa en que:

o La caja del instrumento está a la presión estática Ps.

o La cápsula aneroide recibe la presión total, por lo tanto esta cápsula se

mueve obedeciendo la diferencia Pt-Ps, es decir, P dinámica.

Un sistema mecánico dentro del instrumento compensa la ley del cuadrado de la velocidad para indicarla correctamente (Pd=1/2 S V2)

Es importante notar que son los factores que influyen en la indicación de la velocidad son:

o Altura

o Compresibilidad

o Error instrumental

o Error de posición

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A su vez, existen 5 velocidades:

o IAS: Indicated air speed (la que mide el instrumento)

o CAS: Calibrated air speed; CAS = IAS + PEC + IEC

o EAS: Equivalent air speed; EAS = CAS + CEC

o TAS: True air speed; TAS = EAS + ROC

o GS: Ground speed; GS = TAS + WS

Dónde:

o PEC: Position error correction; (se obtiene mediante calibración del

instrumento).o IEC: Instrumental error correction;

o CEC: Compresibility error correction; (Se puede despreciar en el rango de

Mach bajo)o ROC: Density correction

o WS: Wind speed

Además si:

o Pest = Pref EAS = CAS

o Test = Tref TAS = EAS

V IAS=√ 2Pdρ0V TAS=V IAS√ ρ0ρ

1.1.3 Variómetro

Son indicadores de diferencia de presión muy sensible, proyectados para indicar el régimen de cambio de altitud únicamente por el cambio de la presión estática. El Variómetro muestra al piloto dos cosas:

a) Si el avión está descendiendo, ascendiendo o vuela niveladob) La velocidad vertical o régimen, en pies por minuto del ascenso o descenso.

Interiormente tiene un diafragma conectad y engranado a las agujas indicadoras. El diafragma y la caja reciben presión de aire desde la línea estática. Cuando el avión está en tierra o en vuelo nivelado, la presión dentro del diafragma y la caja del instrumento permanece con la misma presión y el indicador indica 0. Cuando el avión sube o baja la presión dentro del diafragma variará pero, debido a la acción

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del capilar, la caja retiene una presión distinta y causa que el diafragma se contraiga o se expanda. La contracción o expansión del diafragma actúa los mecanismos, causando que la agujas indicadoras marquen el ritmo de variación de altitud.

La presión del diafragma y la presión de la caja requiere aproximadamente entren 6 y 9 segundos para igualar las dos presiones, causando una pérdida en la propia medida cuando cesa el cambio de altitud. Un cambio brusco o repentino en la altitud del avión también causa errores de medida debido a los cambios repentinos en el flujo de aire dentro de las sondas estáticas.

El indicador de régimen de altitud instantáneo incorpora acelerómetros para eliminar las limitaciones asociadas con las pérdidas calibradas. Por ejemplo, durante una brusca subida, la aceleración vertical causa que el acelerómetro suministre aire extra dentro del diafragma para estabilizar la presión diferencial. Durante un vuelo nivelado, el instrumento opera de la misma manera que el convencional.

V Z=Δhbarométrica

Δt=Ki ΔP

Δt

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