El altímetro convencional y el ciclo de histéresis

El altímetro es un barómetro que en vez de estar calibrado en unidades de presión (hectopascales, 1hPa = 1mb), se calibra con unidades de altura (pies o metros normalmente). El sensor del altímetro convencional es una capsula aneroide. 

Estas capsulas son circulares, hechas de metal y poseen excelentes características de elasticidad. Dentro de la capsula se extrae el aire parcialmente, de ahí el termino aneroide, y se evita su colapso mediante un corrugado en su superficie. 

http://es.wikipedia.org/wiki/Bar%C3%B3metro_aneroide.

La expansión de la capsula se produce por la disminución de la presión al ascender. Mas expansión = mayor altura indicada y viceversa. Los altímetros aneroides sufren de diversos errores, los principales son los siguientes: 

• Error del instrumento. La expansión de la capsula es amplificada por medio de mecanismos parecidos a los de relojería. Aunque sean muy precisos, dichos mecanismos sufren de fricción y no son perfectos.
• Error de posición. La expansión de la capsula depende de la medida o muestreo de la presión estática del aire. Esta medida se efectúa en puertos situados normalmente en el fuselaje. Los puertos de presión estática en el aeroplano a veces se sufre aire de impacto y otras veces se puede incluso producir un bloqueo por suciedad, hielo u otras causas http://es.wikipedia.org/wiki/Vuelo_603_de_Aeroper%C3%BA.
• Error barométrico. El calado de los altímetros es ajustado de fabrica a 1013mb de presión. Cuando las condiciones exteriores son distintas se produce un error. 
• Error de temperatura. La temperatura afecta a la presión, tal como demuestra la ley de los gases perfectos. http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_los_gases_ideales Cuando sube la temperatura la presión decrece y viceversa.
• Error de histéresis. error que produce un cierto retraso en las indicaciones. Mayor cuanto mas rápido se cambia de altura.

Debido a estos errores el altímetro aneroide mecánico presenta una precisión como esta:

• ± 50 pies al nivel del mar
• ± 175 pies a 10,000 pies de altura
• ± 600 pies a 40,000 pies de altura

La razón por la que la precisión disminuye con la altura se basa en el hecho de que los errores producidos por fricción y otros relativos a los mecanismos amplificadores, se mantienen casi constantes, pero la capsula se vuelve menos responsiva y perezosa (mas propensa a sufrir de un cierto tipo de retraso).

En la ilustración inferior se muestra como un cambio de altitud (pongamos por ejemplo de 1000 pies), resulta en diferentes cantidades de expansión de la capsula. Normalmente la capsula se expande mucho mas a bajas altitudes y mucho menos a grandes altitudes. Esto es debido al material que forma la capsula y sus propiedades físicas.  

Precisamente en este efecto tiene mucho que ver con la curva de histéresis de la capsula aneroide. La histéresis es la tendencia de un material a conservar una de sus propiedades, en ausencia del estímulo que la ha generado. Podemos encontrar diferentes manifestaciones de este fenómeno. Por extensión se aplica a fenómenos que no dependen sólo de las circunstancias actuales, sino también de cómo se ha llegado a esas circunstancias.

El comportamiento de la capsula aneroide en el altímetro es similar a lo que se muestra en la ilustración inferior.

Tal como se puede apreciar, existe un retraso en la indicación tanto si se asciende como si se desciende. No existe una expansión instantánea de la capsula sino gradual. Este efecto es lo que se ha venido en denominar el ciclo de histéresis de la capsula aneroide.

Este tipo de altímetros mecánicos sufre de los errores antes comentados y no son aptos para el vuelo de precisión en espacios aéreos con reducción de la separación vertical - RVSM.

 http://es.wikipedia.org/wiki/Separaci%C3%B3n_vertical_reducida_m%C3%ADnima

Existe otro tipo de altímetro mas moderno, cuyo sensor es un diafragma de silicona que utiliza la tecnología de circuito integrado. La salida es una señal de voltaje. Son los llamados altímetros servo asistidos. En la ilustración inferior se puede apreciar su principio de funcionamiento.

Este tipo de altímetro todavía usa las capsulas aneroides (normalmente mas de una para incrementar la precisión), pero la expansión o contracción de las capsulas no va directamente unida a la aguja indicadora. En su lugar lo que se mueve es una barra (llamada "I"), el movimiento genera diferencias de distancia entre la propia barra y otra llamada "E". Este movimiento afecta el campo magnético inducido por una bobina excitada con corriente alterna.

Al no existir casi fricción mecánica entre las capsulas y la aguja indicadora el resultado es una mayor precisión en las indicaciones. Con este tipo de altímetros se obtienen los siguientes valores:

• a nivel del mar …….± 30 ft.
• a 20000´....………... ± 50 ft.
• a 40000’………,,,….± 100 ft.

Lo cual equivale a ± 1hPa (1 mb) en todo su rango de funcionamiento. Son unos altímetros muy sensibles y la histeresis es casi inexistente. Otras ventajas incluyen:

• precision en altas cotas de vuelo
• salida electrica para otros sistemas
• lectura sin retrasos al cambiar de altitud

usos combinados  en:

• Presentacion digital
• SSR encoding
• Altitud Alerting systems