Medida de la velocidad

Para simplificar las cosas, diremos aquí que la medida de la velocidad es la diferencia entre la presión total y la presión estática. En la imagen se puede ver la analogía del viento con la presión dinámica. La cantidad que se dobla el trigo es proporcional a la velocidad del viento (la velocidad indicada o IAS). Cuanto más se dobla el trigo más IAS. La presión total es la suma de la presión estática que actúa en todas las direcciones y la presión dinámica (el viento). El trigo se dobla porque la presión total (dinámica o viento + estática) en una cara es mayor que la presión estática en la otra.

Este es también el principio de funcionamiento de un indicador de velocidad del aire en el que la presión total del tubo Pitot se manda a la cápsula de velocidad del aire y la presión estática entra en la caja del instrumento que rodea la cápsula. La cápsula, por lo tanto, se expande en proporción a la presión dinámica (flecha azul) que entra en su interior.


El medidor de velocidad muestra al piloto la velocidad verdadera a la que estaría volando si estuviera a nivel del mar y en un día estándar (asumiendo que no existen errores debidos al instrumento o a la medición). Pueden existir otros tipos de indicadores de velocidad que ofrezcan mejores indicaciones de la velocidad verdadera al piloto. Sin embargo, estos dispositivos son más complejos, ya que requieren la medición de otros parámetros como temperatura y densidad y un procesamiento por medio de complicados mecanismos analógicos o cálculo electrónico.

Tanto la presión estática como la presión total pueden ser medidas por medio de un sistema pitot-estática.


2020_Formula_One_tests_Barcelona,_Williams_FW43,_Russell,_pitot_tubes



La figura muestra la medición de la velocidad del fluido basada en el principio de Bernoulli. Este tipo de dispositivo de medición de velocidad es un tubo de Prandtl, también conocido como tubo de Pitot.
Sustrayendo la presión estática de la presión total obtendremos la presión dinámica:


Es posible demostrar que la ecuación (3) puede también ser expresada como:

TAS (Velocidad verdadera del aire)

Es la velocidad que tiene el avión dentro de la masa de aire. Es una velocidad real, no una presión dinámica. Sin embargo, TAS, EAS, IAS y la presión dinámica están relacionados por la densidad del aire (ρ).


En la ilustración se puede ver que a mayor altitud existe menos densidad de aire y por lo tanto, nuestro avion avanza mas deprisa (mayor TAS).

EAS (Velocidad equivalente)

EAS es CAS con las correcciones precisas para compensar la compresibilidad, y es la velocidad más precisa de la familia de velocidad indicada. IAS, CAS y EAS son todas medidas de presión dinámica. Sin embargo, EAS es la más precisa. 

Por definición es la siguiente:




La ecuación de arriba podría ser utilizada para construir un anemómetro si el aire fuera incompresible. Como sabemos, el aire es compresible, por lo que la ecuación (6) no puede ser utilizada y en su lugar deberíamos de escribir otra ecuación desarrollada a partir de (3):


CAS (velocidad calibrada)

CAS es IAS (velocidad indicada) con los errores de posición e instrumento corregidos. Es una IAS un poco más precisa. Debido a que los aviones modernos tienen ordenadores de datos del aire, los errores de posición y los inherentes al instrumento de medida son virtualmente eliminados. 

La visualización de la velocidad en estos aviones es CAS. Casi todas las velocidades V utilizadas en las actuaciones del avión, como VR y V1, son CAS. La única excepción es Vmo, que es la velocidad máxima de operación de un avión reactor. Debido a que esta es una velocidad muy rápida y el aire se está comprimiendo, Vmo es una velocidad aerodinámica equivalente.

Por simplificación, los instrumentos de medición de la velocidad en los aviones utilizan la ecuación (7) reemplazando ps por le presión estándar a nivel del mar p0. La velocidad resultante es la llamada velocidad calibrada (CAS):

IAS (velocidad indicada)

Es la velocidad que se puede leer directamente en el instrumento de a bordo en nudos. No está corregida para problemas de instrumento e instalación. 

La IAS es la velocidad más común disponible para un piloto cuando se trata de hacer cálculos de actuaciones del avión y trabajar con tablas y gráficas. Corrigiendo la IAS para los problemas antes mencionados de instalación e instrumento obtendremos la CAS. En la figura que sigue se puede ver la relación entre todas estas velocidades:

GS (Ground Speed – velocidad sobre el terreno)

Es la velocidad del avión sobre el terreno. 

GS = TAS + viento (los vientos en cola son positivos y los vientos en contra son negativos)

M (Número de Mach)

A altas velocidades, donde la compresibilidad tiene efectos notables, las velocidades se expresan en términos de número de Mach.  El número de Mach se define como la relación entre la velocidad verdadera del avión (TAS) y la velocidad del sonido, el cual varía con la temperatura. Cuanto más baja es la temperatura, más baja es la velocidad del sonido.


Comentarios

Entradas populares de este blog

Neumáticos de avión: mucho más que caucho

Mirage F-1 (recuerdos de Gando)

Aviones poco conocidos: El N-20.2 Arbatele y el N-20 Aiguillon