La atmósfera estandarizada define la temperatura y presión normales ( TPN ) que permiten superar las variaciones de estos dos parámetros según el lugar y el tiempo considerado. Aquí, el término "normal" se refiere a " estándar " (valor arbitrario de referencia aceptado por consenso) y no a "habitual". A nivel del mar , el aire está "normalmente" a 15 ° C y 1013,25 hPa .
En química, la temperatura y presión normales (TPN) son 0 ° C o 273,15 K y 1013,25 hPa , y el volumen molar de cualquier gas se evalúa en 22,4 l / mol (supuesto de gas perfecto ). A 25 ° C o 298 K y una presión de 1013,25 hPa , condiciones denominadas temperatura ambiente y presión normal ( TAPN ), este volumen molar se evalúa en 24,5 l / mol .
Pero la temperatura y la presión de la atmósfera varían según la posición en el globo, la altitud y el momento ( estación , hora del día, condiciones climáticas locales , etc.). Los denominados valores "normales" de presión y temperatura se definen en función de la altitud. Estos valores son de gran importancia en muchos procesos químicos y físicos , especialmente en lo que respecta a las mediciones.
Cuando uno está interesado en variaciones notables de altitud, es necesario definir valores normalizados según la altitud; estas son las atmósferas estandarizadas.
La atmósfera de la Tierra está sujeta a muchas variaciones de temperatura y presión . Los valores varían según el momento y la posición en el globo de una forma extremadamente compleja (debido a muchos parámetros, como relieve, insolación , humedad , vientos , temperatura de las corrientes marinas , etc.), es por esto que Se definen valores de referencia típicos que dependen únicamente de la altitud.
General:
En altitudes bajas, la presión atmosférica cae 1 hPa cada vez que sube 8 metros, y la temperatura desciende alrededor de 1 ° C cada vez que sube 150 m (valor ISA : pérdida de 6,5 ° C por kilómetro, o 1 ° C para 154 mo 505 pies).
La atmósfera estándar conocida como "ISA" ( atmósfera estándar internacional ) es un modelo atmosférico que describe las variaciones de presión , temperatura , densidad y viscosidad para una amplia gama de altitudes . Consiste en una tabla de valores a diferentes altitudes y unas fórmulas que permitieron el cálculo de estos valores. La Organización Internacional para la Estandarización ( ISO para la Organización Internacional para la Estandarización ) publica la Atmósfera Estándar Internacional ( ISA ) como estándar , ISO 2533: 1975. Otras organizaciones de normalización , como la Organización de Aviación Civil Internacional y el gobierno de los Estados Unidos , publican, bajo su propia autoridad, extensiones o subconjuntos de normas para el mismo modelo atmosférico.
DescripciónEl modelo ISA divide la atmósfera en diferentes capas con una distribución de temperatura lineal. Los otros valores se calculan a partir de constantes físicas fundamentales y derivadas. Por ejemplo, al nivel del mar, el estándar da una presión de 1013,25 hPa ( hectopascal ), una temperatura de 15 ° C y un gradiente térmico adiabático de −6,5 ° C / km . A continuación, podemos leer la tabla a los 11 km de altitud la presión se redujo a 226,32 hPa y la temperatura a -56 ° C . Entre 11 km y 20 km , la temperatura se mantiene constante.
Capa | Nombre de la capa | Altura de la base geopotencial h (en km) | Altura de la base geométrica z (en km) | Gradiente térmico adiabático (en ℃ / km) | Temperatura base T (en ℃) | Presión atmosférica en la base p (en Pa) |
---|---|---|---|---|---|---|
0 | Troposfera | 0 | 0 | −6,5 | 15 | 101,325 |
1 | Tropopausa | 11 | 11.019 | 0 | −56,5 | 22,632 |
2 | Estratosfera | 20 | 20,063 | 1 | −56,5 | 5.474,9 |
3 | Estratosfera | 32 | 32.162 | 2.8 | −44,5 | 868.02 |
4 | Estratopausa | 47 | 47,350 | 0 | −2,5 | 110,91 |
5 | Mesosfera | 51 | 51.413 | −2,8 | −2,5 | 66.939 |
6 | Mesosfera | 71 | 71.802 | −2,0 | −58,5 | 39.564 |
7 | Mesopausia | 86 | 84.852 | - | −86,2 | 0.3734 |
En esta tabla, la altura geopotencial se calcula a partir de un modelo matemático en el que la aceleración de la gravedad varía con la altitud (la gravedad sigue una ley de la inversa de los cuadrados porque la interacción gravitacional entre dos cuerpos es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos ). La altura geométrica es la distancia vertical que separa el nivel medio del mar con el objeto en cuestión.
El modelo ISA se basa en las condiciones promedio a una altitud media que determine la ISO TC 20 / SC 6. Ha habido varias revisiones desde mediados XX XX siglo.
La Organización de Aviación Civil Internacional (OACI) define la "atmósfera estándar de la OACI". Es el mismo modelo que el ISA , pero cubre altitudes de hasta 80 km (262,500 pies ). Además, la atmósfera estándar de la OACI no tiene en cuenta el vapor de agua . Por cierto, es importante señalar que es esta atmósfera de la OACI la que se utiliza para la calibración de todos los altímetros de las aeronaves que vuelan en el mundo. Un avión que vuela a "altitud constante" en realidad vuela a "presión atmosférica constante" (sigue una isobara) y no paralelo al suelo.
Los valores a nivel del mar son 1013,25 hPa para la presión atmosférica, 15 ° C para la temperatura y 0% para la humedad. Estos valores se utilizan para calcular diversas características del rendimiento aeronáutico, como la resistencia, el alcance , la velocidad del aire y el consumo de combustible. Para referirse a una altitud barométrica distinta del nivel del mar, la temperatura se ajusta de acuerdo con el gradiente térmico adiabático prescrito (que es -6,5 ° C / km durante los primeros 11 km ).
Con respecto a la aeronáutica:
La presión en la altitud es función de la presión al nivel del mar en hPa y la altitud en m:
Para meteorología , extrapolamos este modelo para mayores altitudes:
Por aeronomía , ampliamos este modelo a la mesopausia , a una altitud de 85 km : la temperatura disminuye linealmente y alcanza los -90 ° C a esta altitud.
Tabla de valoresObtenemos los siguientes valores:
altitud (m) |
presión (hPa) | temperatura (℃) |
---|---|---|
10,000 | 265 | -50,0 |
9000 | 307 | -43,5 |
8000 | 357 | -37,0 |
7000 | 411 | -30,5 |
6000 | 471 | -24,0 |
5000 | 541 | -17,5 |
4000 | 617 | -11,0 |
3500 | 658 | -7,8 |
3000 | 700 | -4,5 |
2500 | 746 | -1,3 |
2000 | 794 | 2.0 |
1500 | 845 | 5.3 |
1000 | 900 | 8.5 |
500 | 955 | 11,8 |
0 | 1013 | 15.0 |
altitud (km) |
presión (hPa) | temperatura (℃) |
---|---|---|
50 | 0,9 | +1 |
40 | 3 | -5 |
30 | 11 | -38 |
20 | 55 | -46 |
15 | 119 | -56,5 |
14 | 141 | -56,5 |
13 | 165 | -56,5 |
12 | 194 | -56,5 |
11 | 227 | -56,5 |
altitud (km) |
presión (hPa) | temperatura (℃) |
---|---|---|
500 | 1,1 10 −8 | -97,7 |
400 | 4,4 10 −8 | -97,3 |
300 | 2,0 10 −7 | -95,3 |
200 | 1,3 10 −6 | -82,2 |
100 | 4,0 10 −4 | -64 |
60 | 2,5 10 −1 | -20 |
La atmósfera del Army Standard Metro , utilizada en balística , define las condiciones del nivel del mar como 29,527 5 en Hg ( 749,998 5 mmHg ) de presión ( 999,916 hPa ), 59 ° F ( 15 ° C ) y 78% de humedad .