Introducción a la Aerodinámica: Conceptos Básicos y Aplicaciones, Esquemas y mapas conceptuales de Lexicología

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Atmósfera Terrestre

10.- John D. Anderson Jr., (2016) (8va edición), Introduction to Flight , McGraw-Hill.

11.- John J. Bertin & Russell M. Cummings, (2014) (6ta edición), Aerodynamics for Engineers , Editorial Pearson.

12.- Manuel Soler, (2014) Fundamentals of Aerospace Engineering An introductory course to Aeronautical Engineering, Editorial Create Space.

13.- Argyris G. Panaras, (2012), Aerodynamic Principles of Flight Vehicles, (AIAA).

(Enlaces para bajar libros; booksc.org /// http://gen.lib.rus.ec/)

Introducción

Las fuerzas y momentos aerodinámicos actuando sobre una aeronave en vuelo son debidos en gran parte a las propiedades de la masa de aire (atmósfera) en la cual la aeronave está volando.

Las características de rendimiento o desempeño (performance) de aviones y motores dependen de las propiedades de la atmósfera en la cuál éstos operan.

CAPITULO 1.- PROPIEDADES DE LA ATMÓSFERA ESTÁNDAR

SUBTEMA 1.1- PROPIEDADES DE LA ATMÓSFERA

Descripción general de la atmósfera

La tierra está rodeada por una fina envoltura gaseosa llamada atmósfera, la cual es un sistema dinámico, con una serie de subsistemas activos. La vida en la Tierra está apoyada por la atmósfera, la energía solar y los campos magnéticos del planeta.

La atmósfera es una capa gaseosa que rodea la tierra y está sujeta a la gravedad de la tierra.

 Absorbe la energía del Sol, recicla agua y otros productos químicos , y trabaja con fuerzas eléctricas y magnéticas para proporcionar un clima moderado.

 Nos protege de la radiación de alta energía y del vacío frígido del espacio. El intercambio de energía que se produce continuamente entre la atmósfera y la superficie de la tierra y entre la atmósfera y el espacio produce un fenómeno llamado clima.

 Además, actúa como escudo protector contra los meteoritos, los cuales se desintegran a causa de la fricción que sufren al hacer contacto con el aire, protege la vida sobre la tierra, absorbiendo gran parte de la radiación solar ultravioleta en la capa de ozono.

Descripción general de la atmósfera

 "¿cuánto es el grosor de la atmósfera?" ya que la atmósfera se vuelve más delgada a una altitud más alta. La atmósfera no termina abruptamente a una altitud determinada, sino que se vuelve progresivamente más delgada con la altitud, hay datos que para altitudes de unos 300 km, hay aproximadamente una molécula de aire por kilómetro cúbico.

 Desde el punto de vista astronáutico, el espesor de la atmósfera es de 100 km (62 millas). Por convención internacional, la línea de Karman marca el comienzo del espacio donde los viajeros humanos son considerados astronautas. Este es el borde comúnmente aceptado del espacio (y se llama línea de Karman), ya que el cielo es negro más allá de esta altitud. Sin embargo, el aire se puede encontrar incluso hasta una altitud de 1000 km de la superficie de la Tierra, por lo que el espesor de la atmósfera puede ser de 1000 km; Satélites artificiales han puesto de manifiesto que hasta los 1000 o 1200 Km se encuentran partículas gaseosas atraídas por la gravedad.

 Los vehículos aéreos solo pueden hacerlo en las secciones inferiores de la atmósfera. Las fuerzas aerodinámicas y los momentos por los que un avión es capaz de suspenderse y moverse se generan sólo en presencia de aire. El conocimiento de las propiedades del aire nos permite analizar el rendimiento de una aeronave con precisión.

Descripción general de la Atmósfera

Forma.

Por ser una capa gaseosa que envuelve a la Tierra, la atmósfera adopta su forma, ya que los gases de las regiones polares se contraen al enfriarse y, por lo tanto, su espesor es menor; lo contrario ocurre en la zona ecuatorial, donde las temperaturas altas dilatan los gases y aumentan el espesor de la atmósfera.

Color.

La atmósfera es incolora pero en ella predomina el color azul debido al espectro solar que origina pequeñas partículas gaseosas; ya que los rayos azules, igual a los de color violeta sufren mayores desviaciones.

Diatermancia.

Es la propiedad atmosférica que consiste en dejar pasar los rayos solares sin absorber su energía.

Composición de la atmósfera

Oxigeno y Nitrógeno

El nitrógeno y oxígeno, conforman el 99% del volumen de aire limpio y seco (ver Figura y Tabla ). Aunque estos gases son los componentes más abundantes de la atmósfera y son de gran importancia para la vida en la Tierra, son de poca o ninguna importancia para afectar a los fenómenos meteorológicos.

No. Gas Porcentaje

1 Nitrógeno (N2) 78.084 %

2 Oxigeno (O2) 20.946 %

3 Argón (Ar) 0.934 %

4 Dióxido de carbono (CO2) 0.037 %

5 Neón (Ne) 0.00182 %

6 Helio (He) 0.000524 %

7 Metano (CH4) 0.00015 %

8 Criptón (Cr) 0.000114 %

9 Hidrógeno (H2) 0.00005 %

Composición de la atmósfera

Oxigeno y Nitrógeno

El 1% restante del aire seco es principalmente el argón gaseoso inerte (0,93%), más pequeñas cantidades de un número de otros gases. El oxígeno es el elemento más importante del aire en la generación del empuje del motor para los motores que trabajan con aire. A pesar del hecho de que el nitrógeno representa más del 78% de la atmósfera, es relativamente poco importante en términos de generación de empuje.

El aire también incluye otros gases y partículas que varían según la época del año y localización geográfica: vapor de agua , partículas de polvo y ozono. También hay otros componentes muy influyentes, que incluyen agua (H2O, 0%-4%), gases o ozono "invernadero" (O3, 0,01%) y dióxido de carbono (CO2, 0,01%–0,1%). La concentración de nitrógeno y oxígeno en la atmósfera es casi estable.

Composición de la atmósfera

Dióxido de Carbono

 El impacto preciso del aumento del dióxido de carbono es difícil de predecir, pero la mayoría de los científicos atmosféricos creen que provocará el calentamiento de la atmósfera inferior y, por lo tanto, desencadenará el cambio climático global. El dióxido de carbono se elimina del aire por la fotosíntesis , el proceso por el cual las plantas verdes y los árboles absorben la luz solar y crean energía química.

 En primavera y verano, el riguroso crecimiento de las plantas elimina el dióxido de carbono de la atmósfera, por lo que el gráfico toma un descenso. A medida que se acerca el invierno, muchas plantas mueren o arrojan hojas. La descomposición de la materia orgánica devuelve dióxido de carbono al aire, haciendo que el gráfico vaya hacia arriba.

 El dióxido de carbono tiene un impacto negativo en el rendimiento de las aeronaves, ya que hace que un motor de aspiración de aire genere menos empuje.

Composición de la atmósfera

Vapor de agua

La cantidad de vapor de agua en el aire varía considerablemente, desde prácticamente cero hasta alrededor del 4% en volumen, es la fuente de todas las nubes y precipitaciones.

Al igual que el dióxido de carbono, tiene la capacidad de absorber el calor que desprende la Tierra, así como algo de energía solar. Por lo tanto, es importante cuando examinamos el calentamiento de la atmósfera. Cuando el agua cambia de un estado a otro, absorbe o libera calor. El vapor de agua en la atmósfera transporta este calor latente de una región a otra, y es la fuente de energía que ayuda a impulsar muchos fenómenos peligrosos atmosféricos como tormentas y huracanes. Debido a que la fuente de vapor de agua en la atmósfera es la evaporación de la superficie de la tierra (como lagos y océanos), su concentración generalmente disminuye rápidamente con la altura, y la mayoría del vapor de agua se encuentra en los 5 km más bajos de la atmósfera.

Cerca de la superficie de la tierra, el contenido de vapor de agua oscila entre una fracción del 1% sobre desiertos y regiones polares hasta alrededor del 4% en las regiones tropicales. El vapor de agua afecta la densidad del aire. Las fuerzas y momentos de la aeronave, que influyen en el rendimiento de un avión, son directamente proporcionales a la densidad del aire.

Composición de la atmósfera

Aerosoles

Son más numerosos en la atmósfera inferior cerca de su fuente primaria, sin embargo, la atmósfera superior no está libre de ellos, porque algunos polvos son transportados a grandes altitudes por el aumento de las corrientes de aire y otras partículas son aportadas por meteoritos que se desintegran a medida que ingresan a la atmósfera.

Pueden absorber y reflejar la radiación solar entrante, por ejemplo, cuando la ceniza llena el cielo después de una erupción volcánica, la cantidad de luz solar que llega a la superficie de la Tierra se reduce significativamente, actúan como superficies en las que el vapor de agua puede condensarse, esta es una función importante en la formación de nubes y niebla; además contribuyen a un fenómeno óptico que todos hemos observado: los variados tonos de rojo y naranja al amanecer y al atardecer.

Los aerosoles afectan el rendimiento de las aeronaves y pueden causar riesgos de vuelo a las aeronaves, como el apagado de los motores.

Composición de la atmósfera

Ozono

El ozono es una forma de oxígeno que combina tres átomos de oxígeno en una molécula (O 3 ). El ozono no es lo mismo que el oxígeno que respiramos, que tiene dos átomos por molécula (O 2 ). Hay muy poco ozono en la atmósfera. Además, su distribución no es uniforme. Se concentra muy por encima de la superficie entre 20 y 30 km de altitud.

La presencia de la capa de ozono en la atmósfera es crucial para la vida en la Tierra. Esta capa es la principal responsable de absorber la radiación UV potencialmente dañina del Sol. Si el ozono no filtrara una gran cantidad de radiación UV, y si los rayos UV del Sol llegaran a la superficie de la Tierra intactos, la Tierra sería inhabitable. Por lo tanto, cualquier cosa que reduzca la cantidad de ozono en la atmósfera podría afectar el bienestar de la vida en la Tierra.

El avión no suele volar a la altura en la que el ozono esté presente.