Altitude de densidade - Density altitude

A altitude de densidade é a altitude relativa às condições atmosféricas padrão nas quais a densidade do ar seria igual à densidade do ar indicada no local de observação. Em outras palavras, a altitude de densidade é a densidade do ar dada como uma altura acima do nível médio do mar . A altitude de densidade também pode ser considerada a altitude de pressão ajustada para uma temperatura não padrão.

Tanto um aumento na temperatura quanto uma diminuição na pressão atmosférica e, em um grau muito menor, um aumento na umidade , causarão um aumento na altitude densidade. Em condições quentes e úmidas, a altitude de densidade em um determinado local pode ser significativamente maior do que a altitude real.

Na aviação, a altitude de densidade é usada para avaliar o desempenho aerodinâmico de uma aeronave sob certas condições meteorológicas. A sustentação gerada pelos aerofólios da aeronave , e a relação entre sua velocidade no ar indicada (IAS) e sua velocidade no ar verdadeira (TAS), também estão sujeitos a mudanças na densidade do ar. Além disso, a potência entregue pelo motor da aeronave é afetada pela densidade e composição da atmosfera.

Segurança de aeronaves

A densidade do ar é talvez o fator mais importante que afeta o desempenho da aeronave. Tem uma relação direta com:

• A sustentação gerada por uma asa - uma redução na densidade do ar reduz a sustentação da asa.
• A eficiência de uma hélice ou rotor - que para uma hélice (efetivamente um aerofólio ) se comporta de forma semelhante à elevação em uma asa.
• A potência de saída de um motor - a potência de saída depende da entrada de oxigênio, então a potência do motor é reduzida conforme a densidade do ar seco equivalente diminui, e produz ainda menos potência conforme a umidade desloca o oxigênio em condições mais úmidas.

Aeronaves decolando de um aeroporto “ quente e alto ”, como o Aeroporto de Quito ou a Cidade do México , estão em uma desvantagem aerodinâmica significativa . Os seguintes efeitos resultam de uma altitude de densidade maior do que a altitude física real:

• Uma aeronave irá acelerar mais lentamente na decolagem como resultado de sua produção de energia reduzida.
• Uma aeronave precisará atingir uma velocidade no ar real mais alta para obter a mesma quantidade de sustentação - isso implica em uma rolagem de decolagem mais longa e uma velocidade no ar real mais alta, que deve ser mantida enquanto estiver no ar para evitar estol .
• Uma aeronave subirá mais lentamente como resultado de sua produção de energia reduzida e sustentação reduzida.

Devido a esses problemas de desempenho, pode ser necessário reduzir o peso de decolagem de uma aeronave ou programar as decolagens para horários mais frios do dia. A direção do vento e a inclinação da pista podem precisar ser levadas em consideração.

Paraquedismo

A densidade da altitude é um fator importante no paraquedismo e que pode ser difícil de avaliar adequadamente, mesmo para paraquedistas experientes. Além da mudança geral na eficiência das asas que é comum a toda aviação, o paraquedismo tem considerações adicionais. Há um risco aumentado devido à alta mobilidade dos saltadores (que muitas vezes viajam para uma zona de queda com uma altitude de densidade completamente diferente da que estão acostumados, sem serem conscientizados disso pela rotina de calibração para QNH / QFE ) . Outro fator é a maior suscetibilidade à hipóxia em altitudes de alta densidade, que, combinada especialmente com a inesperada maior taxa de queda livre , pode criar situações perigosas e acidentes. Os paraquedas em altitudes mais altas voam de forma mais agressiva, tornando sua área efetiva menor, o que exige mais da habilidade do piloto e pode ser especialmente perigoso para pousos de alto desempenho, que exigem estimativas precisas e têm uma baixa margem de erro antes de se tornarem perigosos.

Cálculo

A altitude de densidade pode ser calculada a partir da pressão atmosférica e da temperatura do ar externo (assumindo ar seco) usando a seguinte fórmula:

${\ displaystyle {\ text {DA}} \ approx {\ frac {T _ {\ text {SL}}} {\ Gamma}} \ left [1- \ left ({\ frac {P / P _ {\ text {SL }}} {T / T _ {\ text {SL}}}} \ right) ^ {\ left ({\ frac {gM} {\ Gamma R}} - 1 \ right) ^ {- 1}} \ right] .}$

Nesta fórmula,

${\ displaystyle {\ text {DA}}}$, altitude de densidade em metros (m);

${\ displaystyle P}$, pressão atmosférica (estática);

${\ displaystyle P _ {\ text {SL}}}$, pressão atmosférica padrão ao nível do mar , Atmosfera Padrão Internacional (ISA): 1013,25 hectopascais (hPa) ou Atmosfera Padrão dos EUA : 29,92 polegadas de mercúrio (inHg);

${\ displaystyle T}$, temperatura do ar externo em Kelvins (K);

${\ displaystyle T _ {\ text {SL}}}$= 288,15  K, temperatura do ar ao nível do mar ISA;

${\ displaystyle \ Gamma}$= 0,0065  K / m, taxa de lapso de temperatura ISA (abaixo de 11  km);

${\ displaystyle R}$≈ 8,3144598  J / mol · K, constante de gás ideal ;

${\ displaystyle g}$≈ 9,80665  m / s ² , aceleração gravitacional ;

${\ displaystyle M}$≈ 0,028964  kg / mol, massa molar de ar seco.

A fórmula do Serviço Meteorológico Nacional (NWS)

O Serviço Meteorológico Nacional usa a seguinte aproximação de ar seco para a fórmula para a altitude de densidade acima em seu padrão:

${\ displaystyle {\ text {DA}} _ {\ text {NWS}} = 145442,16 ~ {\ text {ft}} \ left (1- \ left [17.326 ~ {\ frac {^ {\ circ} {\ text {F}}} {\ text {inHg}}} \ {\ frac {P} {459,67 ~ {{} ^ {\ circ} {\ text {F}}} + T}} \ right] ^ {0,235} \certo).}$

Nesta fórmula,

${\ displaystyle {\ text {DA}} _ {\ text {NWS}}}$, Altitude de densidade do Serviço Meteorológico Nacional em pés ( );${\ displaystyle {\ text {ft}}}$

${\ displaystyle P}$, pressão da estação (pressão atmosférica estática) em polegadas de mercúrio (inHg);

${\ displaystyle T}$, temperatura da estação (temperatura do ar externo) em graus Fahrenheit (° F).

Observe que o padrão NWS especifica que a altitude de densidade deve ser arredondada para os 100  pés mais próximos .

Fórmula de aproximação para calcular a altitude de densidade a partir da altitude de pressão

Esta é uma fórmula mais fácil de calcular (com grande aproximação) a altitude de densidade da altitude de pressão e o desvio de temperatura ISA :

${\ displaystyle {\ text {DA}} \ approx {\ text {PA}} + 118,8 ~ {\ frac {\ text {ft}} {^ {\ circ} {\ text {C}}}} \ left ( T _ {\ text {OA}} - T _ {\ text {ISA}} \ right).}$

Nesta fórmula,

${\ displaystyle {\ text {PA}}}$, altitude de pressão em pés (ft) ;${\ textstyle \ approx {\ text {elevação da estação em pés}} + 27 ~ {\ frac {\ text {ft}} {\ text {mb}}} (1013 ~ {\ text {mb}} - {\ text {QNH}})}$

${\ displaystyle {\ text {QNH}}}$, pressão atmosférica em milibares (mb) ajustada para o nível médio do mar ;

${\ displaystyle T _ {\ text {OA}}}$, temperatura do ar externo em graus Celsius (° C);

${\ textstyle T _ {\ text {ISA}} \ approx 15 ~ {{} ^ {\ circ} {\ text {C}}} - 1,98 ~ {{} ^ {\ circ} {\ text {C}}} \, {\ frac {\ text {PA}} {1000 ~ {\ text {ft}}}}}$, assumindo que a temperatura do ar externo cai a uma taxa de 1,98  ° C por 1.000  pés de altitude até a tropopausa (em36.000 pés ) é alcançado.

Arredondando 1,98  ° C para 2  ° C, esta aproximação simplifica para se tornar

${\ displaystyle {\ begin {align} {\ text {DA}} & \ approx {\ text {PA}} + 118,8 ~ {\ frac {\ text {ft}} {^ {\ circ} {\ text {C }}}} \ left [T _ {\ text {OA}} + {\ frac {\ text {PA}} {500 ~ {\ text {ft}}}} {^ {\ circ} {\ text {C} }} - 15 ~ {^ {\ circ} {\ text {C}}} \ right] \\ [3pt] & = 1,2376 \, {\ text {PA}} + 118,8 ~ {\ frac {\ text {ft }} {{} ^ {\ circ} {\ text {C}}}} \, T _ {\ text {OA}} - 1782 ~ {\ text {ft}}. \ end {alinhado}}}$

Veja também

• Temperatura do ar externo
• Fórmula barométrica
• Densidade do ar
• Quente e alto
• Lista das pistas mais longas

Notas

Referências

•  Este artigo incorpora  material de domínio público do documento do Governo dos Estados Unidos : " Pilot's Handbook of Aeronautical Knowledge ".

links externos

• Calculadora de Densidade e Altitude
• Influência da densidade da altitude no desempenho da aeronave
• Calculadora Atmosférica NewByte