Mapamundi radar

Alejandro Sáez Baz Geanluca Maldonado Ignacio Fdez-Ballesteros

SubtítuloALlsA

¿Cómo afecta la física de la atmósfera a un avión comercial que viaja a escala internacional?

ÍNDICE

1. Introducción
2. Composición de la atmósfera.
3. Características físicas de la atmósfera.
4. Efectos de la temperatura en el vuelo.
5. Presión atmosférica y altitud.
6. Densidad del aire y su influencia en la resistencia.
7. Efectos del viento en el vuelo.
8. Corrientes en chorro.
9. Turbulencia atmosférica.
10. Clima y condiciones meteorológicas.
11. Formación de hielo y sus efectos.
12. Presión dinámica y estática.
13. Variación de la velocidad del sonido con la altitud.
14. La aviación en la estratosfera.
15. El Efecto Coriolis.
16. Fricción del aire y consumo de combustible.
17. Contaminación y huella de carbono.
18. La capa de ozono y vuelos comerciales.
19. Factores de seguridad atmosféricos.
20. Radiación cósmica en vuelos internacionales.
21. Efectos del cambio climático en la aviación.
22. Innovaciones tecnológicas para optimizar el vuelo.
23. Futuro de la aviación comercial y la atmósfera.
24. Conclusiones.

Introducción

La atmosféra puede afectar a un vuelo internacional de varias maneras importantes: 1. Densidad del aire 2. Presión atmosférica 3. Viento y turbulencia 4. Clima y meteorología

La atmósfera es la capa de gases que rodea la Tierra, tiene nitrógeno y oxígeno, y otros gases como dióxido de carbono, vapor de agua y argón. Se divide en varias capas: troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera y exosfera.

Composición de la atmósfera

Troposfera

Estratosfera

Es la capa de la atmósfera más cercana al nivel del mar, ya que va desde los 6km hasta los 20km sobre el nivel del mar. En esta capa encontramos nitrógeno y oxígeno.

Dicha capa transcurre desde los 20km hasta los 50km sobre el nivel del mar. En esta capa encontramos el ozono y también predomina el oxígeno y nitrógeno.

Tropopausa

Se encuentra entre la Troposfera y la Estratosfera, en ella podemos encontrar los Jet Stream o corrientes de chorro.

Composición de la atmósfera

Mesosfera

La mesosfera se encuentra entre los 50km y 85km de altitud. En esta capa predomina el dióxido de carbono, oxígeno y nitrógeno.

Termosfera

Está entre los 85km y los 690km sobre el nivel del mar y en ella podemos encontrar gases como el oxígeno atómico, nitrógeno

Linea de Karman

Se encuentra a los 100km de altitud, aquí es donde se producen las Auroras Boreales.

Composición de la atmósfera

Exosfera

Se encuentra entre los 690km y los 10.000km de altitud. Está es la última capa de la atmósfera. Predomina el Helio a los 3000km de altura y el hidrógeno atómico desde los 3500km hasta los 10.000km.

Características fisicas de la atmósfera

Presión Atmosférica

Densidad del Aire

• Mayor densidad = más sustentación y resistencia.

• Menor densidad a mayor altitud = mas velocidad para conseguir la misma sustentación.

• La presión atmosférica es la fuerza que hace el aire sobre una superficie.

• Cuando se aumenta la altitud la presión disminuye.

• El altímetro mide la altitud en función de la presión atmosférica

Efectos de la temperatura en el vuelo

Gradiente Térmico

Impacto en los Motores

• Troposfera: la temperatura disminuye 6ºC por cada 1000 m.
• Tropopausa: la temperatura se estabiliza.
• Estratosfera: la temperatura aumenta desde los -55ºC a 0ºC.
• Mesosfera: la temperatura disminuye hasta los -95ºC.
• Termosfera: la temperatura asciende hasta llegar a temperaturas extremas

Motores de pistón y turbinas: Dependen del oxígeno para la combustión, y a mayor altitud y menor temperatura, el aire es menos denso.

Presión atmosférica y altitud

En altitudes elevadas la baja presión atmosférica y la densidad del aire afectan la sustentación y la resistencia del avión, que necesita cambiar la velocidad y el ángulo de ataque.

Los sistemas de presurización de la cabina compensan estas condiciones manteniendo una presión de aire normal dentro de la cabina lo cual protege a los pasajeros.

Densidad del aire y su influencia en la resistencia

Resistencia aerodinámica (drag)

Sustentación (lift)

Menos densidad del aire, lo cual reduce la resistencia, haciendo que haya menos consumo de combustible; por ello, los aviones comerciales vuelan a grandes altitudes.

Cuando hay menos densidad, se necesita más velocidad para tener sustentación, afectando el diseño y manejo de las aeronaves.

Eficiencia de los motores

Los motores a reacción están diseñados para operar eficientemente en aire menos denso a grandes altitudes.

Efectos del viento en el vuelo

Viento en contra

Viento cruzado

Reduce la velocidad terrestre, también es más lento el vuelo y aumenta el consumo de combustible, aunque mejora la sustentación en despegue y aterrizaje..

Desestabiliza el avión, especialmente en despegue y aterrizaje.

Viento a favor

Ráfagas o Turbulencias

Aumenta la velocidad terrestre, reduciendo el tiempo de vuelo y el consumo de combustible; se aprovechan corrientes de chorro para mayor eficiencia..

Provocan movimientos bruscos que afectan la comodidad y seguridad, obligando a cambios de altitud o ruta.

Corrientes en chorro (jet streams)

Son corrientes de aire rápido que se encuentran en la atmósfera terrestre, generalmente en altitudes entre 9.000 y 12.000 metros,.

Velocidad

Ubicación

Dirección

Pueden alcanzar velocidades de entre 100 y 400 km/h, aunque típicamente oscilan entre 160 y 240 km/h.

Suelen encontrarse cerca de los límites entre masas de aire de diferentes temperaturas, como el aire polar frío y el aire más cálido de latitudes medias.

Generalmente fluyen de oeste a este debido a la rotación de la Tierra y los efectos del gradiente de temperatura.

turbulencias atmosféricas

La turbulencia es un movimiento de aire irregular que puede causar inestabilidad durante el vuelo, afectando la experiencia de los pasajeros y el rendimiento de la aeronave. Según el su impacto en la seguridad de los pasajeros pueden clasificarse como: -Moderada, la cual incomoda sólo un poco a los viajeros. -Severa, la cual puede afectar a la estructura del avión y dificultar su manejo. -Muy severa, afectando por completo a la estabilidad de la aeronave y puede perderse su control por completo.

-Turbulencia térmica: La turbulencia térmica es causada por diferencias de temperatura en el aire, provocando corrientes ascendentes y descendentes, creando inestabilidad.

-Turbulencia mecánica: La turbulencia mecánica ocurre cuando el aire encuentra obstáculos, lo que crea un flujo de aire inestable.

-Turbulencia de aire claro:La turbulencia del aire claro ocurre en altitudes elevadas sin nubes debido a cambios en la velocidad y dirección del viento.

-Tur

CLIMA Y CONDICIONES METEOROLÓGICAS

Las tormentas eléctricas pueden causar turbulencias severas, descargas eléctricas y ráfagas de viento, lo que afecta la estabilidad de las aeronaves y la seguridad de los vuelos.

Las nubes pueden provocar turbulencias, reducir la visibilidad y afectar las condiciones de vuelo, como formación de hielo o tormentas, dificultando la navegación y la seguridad.

El hielo en un avión puede obstruir las alas, afectar la estabilidad y el control y agregar peso, poniendo en peligro la seguridad del vuelo.

Los pronósticos meteorológicos son fundamentales para los vuelos internacionales para garantizar la seguridad de los vuelos, permitir una planificación eficiente de las rutas y reducir los riesgos asociados con condiciones climáticas adversas.

FORMACIÓN DE HIELO Y SUS DEFECTOS

¿Qué es el engelamiento?

El engelamiento es la formación de hielo que puede llegar a formarse las partes de una aeronave. (Alas, hélices...)

Los aviones vuelan a alturas en las que la temperatura es muy baja. En invierno esta temperatura es bastante más baja que en otras épocas del año, lo que puede provocar engelamiento. Además, en invierno el hielo se acumula fácilmente en los aviones aparcados en aeropuertos cuando la temperatura cae bajo cero.

El hielo en la aeronave debe evitarse ya que afecta a la aerodinámica del avión, aumentan su peso y se pueden tener problemas al activar algunos mecanismos.

PRESIÓN DINÁMICA Y ESTÁTICA

La presión dinámica afecta la sustentación y velocidad del avión, variando con la altitud y condiciones atmosféricas durante el vuelo.

La presión estática afecta la altitud y la velocidad. En vuelos internacionales, sus mediciones precisas garantizan una navegación segura y eficiente.

VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD DEL SONIDO CON LA ALTITUD

La velocidad del sonido disminuye con la altitud debido a una caída de temperatura en las capas inferiores de la atmósfera, estabilizándose en la estratosfera donde la temperatura se mantiene casi constante, lo que afecta la velocidad relativa de la aeronave.

La velocidad del sonido disminuye con la altitud debido a las temperaturas más bajas, lo que afecta la propagación de las ondas sonoras y la eficiencia aerodinámica, especialmente en aviones supersónicos.

LA AVIACIÓN EN LA ESTRATOSFERA

Volar a gran altura tiene las ventajas de una menor resistencia del aire y un ahorro de combustible, pero también enfrenta desafíos como temperaturas extremas, bajos niveles de oxígeno y la necesidad de tecnología avanzada para garantizar la seguridad.

En la estratosfera, los vuelos internacionales enfrentan bajas temperaturas, baja presión y falta de oxígeno. Estas situaciones requieren aeronaves apropiadas y procedimientos de navegación precisos para garantizar la seguridad y la eficiencia.

EL EFECTO CORIOLIS

El efecto Coriolis es una desviación de la trayectoria de los objetos en movimiento debido a la rotación de la Tierra, que afecta las corrientes de aire y océano, afectando las condiciones climáticas.

En la navegación aérea, la compensación del efecto Coriolis implica ajustar el rumbo y la altitud para tener en cuenta las desviaciones de la trayectoria y garantizar la precisión de la navegación y la eficiencia del vuelo.

FRICCIÓN DEL AIRE Y CONSUMO DE COMBUSTIBLE

Algunos de los factores que aumentan la fricción en vuelo incluyen la velocidad del aire, la forma del fuselaje, las condiciones climáticas, la turbulencia y la acumulación de hielo o suciedad en la superficie.

El vuelo Nueva York-Londres optimiza el consumo de combustible aprovechando los vientos de cola, volando a gran altura, utilizando rutas directas y utilizando tecnología para realizar ajustes en tiempo real.

CONTAMINACIÓN Y HUELLA DE CARBONO

Los vuelos internacionales contribuyen significativamente a las emisiones de CO2, ya que el tráfico aéreo produce grandes cantidades de gases de efecto invernadero, que contribuyen al cambio climático y a la calidad del aire.

El clima afecta las rutas de vuelo y los tiempos de vuelo, provocando turbulencias, desvíos, retrasos y cambios de altitud, afectando la eficiencia y el consumo de combustible.

La capa de ozono y vuelos comerciales

LA CAPA DE OZONO HA EXPERIMENTADO UN DETERIORO A LO LARGO DE LOS AÑOS

NORMATIVAS Y FACTORES AERONÁUTICos

EFECTOS DEL CAMBIO CLIMÁTICO

SE BUSCAN DIFERENTES ALTERNATIVAS COMO EL USO DE COMBUSTIBLES MÁS ECOLÓGICOS

Radiación cósmica

Existen varios métodos para la protección de los pasajeros y de la propia aeronave de la radiación recibida durante el vuelo

INNOVACIONES TECNOLÓGICAS EN LA AVIACIÓN

CONTINUAMENTE SE TRABAJA EN I+D EN BUSCA DE NUEVAS TECNOLOGÍAS A IMPLEMENTAR EN EL SECTOR AERONÁUTICO

Futuro de la aviacion

EL FUTURO DE LA AVIACIÓN APUNTA A UN DESARROLLO SOSTENIBLE Y DISMINUIR LA CONTAMINACIÓN PRODUCIDA

FIN