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TEMA 4 DENSIDAD

TEMA 4 DENSIDAD. METEOROLOGÍA AERONÁUTICA (Parte I) Carlos Rincón Melero. O.E.P. 2.010. TEMA 4.- DENSIDAD. DEFINICIÓN Y MEDIDA: - Masa de la unidad de volumen. En la atmósfera: r = p / (Rd x Tv) r: densidad p: presión Rd: constante específica del aire

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TEMA 4 DENSIDAD

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  1. TEMA 4DENSIDAD METEOROLOGÍA AERONÁUTICA (Parte I) Carlos Rincón Melero O.E.P. 2.010

  2. TEMA 4.- DENSIDAD DEFINICIÓN Y MEDIDA: - Masa de la unidad de volumen. En la atmósfera: r = p / (Rd x Tv) r: densidad p: presión Rd: constante específica del aire Tv: temperatura virtual (depende de temperatura y humedad). - En las oficinas meteorológicas no existe ningún instrumento que mida la densidad, ni en el trabajo diario se calcula. - No obstante es quizá el factor simple más importante que afecta al rendimiento del avión. 2

  3. SUSTENTACIÓN: - L = 0’5 r V2 S CL * r : densidad del aire * V: velocidad verdadera del avión. * S: superficie alar: determinada por el diseñador del avión. * CL: coeficiente sustentación: depende del tipo de perfil y del ángulo de ataque TEMA 4.- DENSIDAD - Mayor densidad → aumenta la sustentación. - Mayor velocidad del avión → aumenta sustentación. - Si densidad del aire disminuye → aumentar la velocidad del avión para que la sustentación se mantenga.

  4. TEMA 4.- DENSIDAD EFECTO DE LA DENSIDAD EN EL DESPEGUE: - Avión empieza a despegar cuando L = peso avión. - A menor densidad → mayor velocidad para despegar → mayor tiempo para adquirir la velocidad → necesidad de pista más larga. - Si necesita pista más larga de la existente → Necesidad de disminuir carga para disminuir el valor de L para poder despegar a menor velocidad. - Avión sube mientras L > Peso → sube más rápidamente cuanto mayor sea la densidad → salvar obstáculos. - Razonamiento similar para aterrizaje.

  5. TEMA 4.- DENSIDAD - Aeronaves modernas alcanzan la mayor velocidad requerida para volar a niveles altos, donde la resistencia del aire es escasa. - Avión en ruta: L = Peso → la velocidad debe ser mayor cuanto menor es la densidad.

  6. TEMA 4.- DENSIDAD - Altura a la que puede subir una aeronave, limitada por la velocidad máxima que desarrolla la potencia de su motor: - Mayor altura → menor densidad → disminuye sustentación → velocidad avión debe compensar esa pérdida de sustentación. - Ejemplos techo en aviones: * Beechcraft F 33C (Bonanza): velocidad máxima, 180 kts (334 km/h); techo, 18.000 fts (5.486 m). * Airbus A380: velocidad máxima, con 515 kts (955 km/h); techo, 43.000 fts (13.100 m). * Eurofighter: velocidad máxima, 2.0 Mach; techo, 65.000 fts (19.812 m)

  7. TEMA 4.- DENSIDAD TEMPERATURA: r = p / (Rd x Tv) - Tv (temperatura virtual de una masa de aire húmedo): temperatura del aire seco que, a la misma presión, tiene la misma densidad. - Tv depende básicamente de T; la influencia de la humedad es muy pequeña. - Tv inversamente proporcional a r → Temperaturas más bajas, aumenta la densidad → aumenta la sustentación. - Temperaturas altas tienen efectos perjudiciales en el rendimiento del motor. - Temperaturas altas limitan la masa máxima permisible del despegue. * B-737 un aumento de 10 °C reduce masa despegue en 600 kg. * A-310: cada grado que disminuya la temperatura respecto a la de referencia, puede aumentar la masa en 210 kg.

  8. TEMA 4.- DENSIDAD - Nivel de crucero: temperatura influye sustentación y rendimiento del motor → necesidades de combustible. * Motores de aeronave funcionan más eficientemente a temperaturas bajas → turborreactores vuelan al nivel de la tropopausa. * Consumo de combustible aumenta un 3% por cada 10 °C → 2 toneladas de combustible adicional por un aumento de 10 °C de temperatura. - INVERSIÓN DE TEMPERATURA: * Aumento de la temperatura con la altura. * Problema: Variación de la sustentación de la aeronave como consecuencia del cambio de densidad. * Inversiones intensas y junto al suelo → variaciones de sustentación pueden dar lugar a situaciones comprometidas.

  9. TEMA 4.- DENSIDAD HUMEDAD: - Tv: la influencia de la humedad es muy pequeña. * Densidad del aire húmedo: menor que aire seco (en mismas condiciones de presión y temperatura). * Tv es siempre mayor que la temperatura del aire → mayor humedad, más alto Tv → menor densidad → menor sustentación.

  10. TEMA 4.- DENSIDAD PRESIÓN Y ALTITUD: r = p / (Rd x Tv) - Mayor presión, aumento densidad → mayor sustentación. * Anticiclón: facilita el despegue. * DC-8, un cambio de presión de 10 hPa en un aeródromo al nivel del mar casi mismo efecto que un cambio de temperatura de 3°C. * Airbus A-300: por cada hectopascal que aumenta la presión por encima de 1013,2 hPa, se incrementa en 150 kg la capacidad de transporte. - Elevación aeródromo: menor elevación → más presión → más densidad → mayor sustentación → menor velocidad necesaria de despegue. * Aeronave de pistón: disminución aproximada de potencia, 3% por 1.000 pies de altura.

  11. TEMA 4.- DENSIDAD - A medida que el avión asciende: presiones y temperaturas más bajas. Efectos contrarios: * Menos presión → menos sustentación. * Menos temperatura → más sustentación. * Tiene más peso el efecto de la presión. Por tanto: más altitud → menor densidad → menor sustentación

  12. TEMA 4.- DENSIDAD - En el despegue, cuando la densidad es baja, deben tenerse en cuenta la longitud necesaria de pista y la velocidad de ascenso, ya que: * Se necesita una mayor velocidad para lograr el despegue. * Se requiere una longitud de pista mayor para alcanzar la velocidad mínima de despegue. * Si no se dispone de la longitud de pista necesaria, hay que disminuir la carga. * La velocidad de ascenso disminuye y aumenta la velocidad de pérdida (mínima velocidad a la que el avión puede mantenerse en vuelo).

  13. TEMA 4.- DENSIDAD Tabla para calcular el peso máximo de despegue de un DC-8: con flap 25°, sin viento y pista sin inclinación

  14. TEMA 4.- DENSIDAD RESUMEN: - Densidad influye: * Mayor o menor carga. * Tiempo de vuelo → Consumo de combustible. - Conclusión: * En aterrizaje y despegue: más favorable con densidad del aire alta (aumenta la sustentación a igual velocidad). * En ruta: más favorable con densidad del aire baja (disminuye la resistencia al avance.

  15. TEMA 4.- DENSIDAD - Despegue aeronave se facilita: * Valores altos de presión: Situación de altas presiones. Aeropuertos al nivel del mar. * Temperaturas más bajas. * Aire más seco. * Con viento de cara [lo veremos en el tema del viento].

  16. TEMA 4.- DENSIDAD ALTITUD DE DENSIDAD: - Altitud de presión corregida por temperatura: altitud en la atmósfera estándar a la cual existe el valor de densidad observado. - No se calcula en las oficinas meteorológicas. - Utilizado en aeronáutica para determinar el rendimiento del avión, que depende de la altitud de densidad y no de la por el altímetro. * Aire más cálido que condiciones estándar → densidad más baja → altitud de densidad más alta → equivale a despegar en un aeropuerto a mayor altitud → el avión tendrá más dificultades en despegar. * Con aire más frío sería al revés → equivale a despegar en un aeropuerto a menor altitud → más dificultades en despegar. * Cada grado centígrado → variación de altitud de 120 pies (36 metros).

  17. TEMA 4.- DENSIDAD Cálculo de la altitud de densidad:

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