La atmósfera no tiene techo: se va haciendo más tenue hasta fundirse con el espacio. Para estudiarla se corta en capas según lo que hace la temperatura al subir. En la troposfera baja, porque el suelo calienta el aire desde abajo; en la estratosfera vuelve a subir, porque el ozono absorbe la radiación ultravioleta del Sol.
Un ULM se mueve en los 3 km más bajos de una troposfera que en latitudes medias llega a 11. Ahí está casi todo el vapor, las nubes y la turbulencia, y ahí es donde el aire cambia más de un día a otro. Por eso el resto de esta ficha trata del aire de esa franja y de cómo se compara con una atmósfera de referencia.
A 30 °C, 1.013 hPa y 60 % de humedad relativa, un metro cúbico de aire pesa 1,153 kg: un −5,9 % respecto a la ISA (1,225 kg). El vapor es el 2,5 % de las moléculas y, como cada una pesa 18 frente a 29, quita un 0,9 %; el resto lo ponen la temperatura y la presión. Al motor le llegan 263 g de oxígeno por metro cúbico (−7 %).
| Qué cambias | DensidadPor quéEjemplo desde 1.013 hPa y 15 °C |
|---|---|
| +10 °C | −3,4 %DensidadLas moléculas van más deprisa y, a la misma presión, caben menos en cada litro.Por qué1,225 → 1,184 kg/m³ a 25 °C |
| −10 hPa | −1,0 %DensidadMenos aire encima que apriete: menos moléculas en cada litro.Por qué1,225 → 1,213 kg/m³ a 1.003 hPa |
| Humedad 0 → 100 % | −0,6 %DensidadCada molécula de vapor (18) ocupa el sitio de una de aire (29).Por qué1,225 → 1,217 kg/m³; a 35 °C el vapor quitaría un 2,1 % |
| +1.000 ft en la ISA | −2,9 %DensidadBajan la presión (mucho) y la temperatura (poco): gana la presión.Por qué1,225 → 1,190 kg/m³ |
Cada fila cambia una sola variable y deja las demás como en la ISA al nivel del mar. Densidad del aire seco con la ecuación de estado; la del aire húmedo, con la corrección del vapor (ρ = (p − 0,378·e) ÷ (R·T)) y la presión de saturación de la fórmula de Magnus.
Un metro cúbico de aire pesa lo que pesan las moléculas que caben dentro. La presión las aprieta: a más presión, más moléculas en el mismo volumen. La temperatura las acelera: a más calor chocan más fuerte, así que, para ejercer la misma presión, hacen falta menos. De ahí la ecuación de estado: la densidad sube con la presión y baja con la temperatura absoluta.
La humedad entra por otra puerta. A la misma presión y temperatura caben las mismas moléculas, pero cada una de vapor pesa 18 y sustituye a una de aire que pesa 29. Por eso el aire húmedo es más ligero, poco: un 2 % como mucho en un día tórrido. El orden lo pone la temperatura; el vapor solo afina.
| Altitud | TemperaturaPresiónDensidadTAS ÷ IASft por hPa |
|---|---|
| Nivel del mar | 15 °CTemperatura1.013,25 hPaPresión1,225 kg/m³ · σ 1,00Densidad× 1,00TAS ÷ IAS27 ft |
| 2.000 ft · 610 m | 11 °CTemperatura942 hPaPresión1,155 kg/m³ · σ 0,94Densidad× 1,03TAS ÷ IAS29 ft |
| 5.000 ft · 1.524 m | 5,1 °CTemperatura843 hPaPresión1,056 kg/m³ · σ 0,86Densidad× 1,08TAS ÷ IAS32 ft |
| 8.000 ft · 2.438 m | −0,8 °CTemperatura753 hPaPresión0,963 kg/m³ · σ 0,79Densidad× 1,13TAS ÷ IAS35 ft |
| 10.000 ft · 3.048 m | −4,8 °CTemperatura697 hPaPresión0,905 kg/m³ · σ 0,74Densidad× 1,16TAS ÷ IAS37 ft |
| 18.000 ft · 5.486 m | −20,7 °CTemperatura506 hPaPresión0,698 kg/m³ · σ 0,57Densidad× 1,32TAS ÷ IAS48 ft |
| 36.089 ft · 11.000 m | −56,5 °CTemperatura226 hPaPresión0,364 kg/m³ · σ 0,30Densidad× 1,83TAS ÷ IAS92 ft |
Atmósfera estándar OACI (Doc 7488). σ: densidad relativa. TAS ÷ IAS: 1 ÷ √σ, lo que crece la velocidad verdadera para la misma indicada. ft por hPa: pies que hay que subir para perder 1 hPa a esa altitud.
El aire de cada día es distinto, y los instrumentos y las tablas necesitan un aire fijo con el que compararlo. La ISA es ese patrón: no describe ningún día real, pero el altímetro está calibrado con ella, el anemómetro marca con su densidad del nivel del mar y el manual da las actuaciones en ISA y en ISA +n.
Al subir en la ISA bajan las tres magnitudes, pero no igual. La presión cae porque dejas aire debajo: a 18.000 ft ya solo queda encima la mitad. La temperatura absoluta baja despacio: un 7 % a 10.000 ft. La densidad es presión entre temperatura, así que cae casi tan deprisa como la presión: ≈ 3 % por cada 1.000 ft cerca del suelo y la mitad hacia 22.000 ft.
| Qué | Qué pasaPor quéDónde se amplía |
|---|---|
| Sustentación a la misma TAS | Baja en proporción a la densidadQué pasaL = ½·ρ·V²·S·CL: con la mitad de ρ, la mitad de LPor quéEcuación de la sustentación |
| IAS de pérdida y Va | No cambianQué pasaEl ala y el anemómetro sienten la misma presión dinámicaPor quéLa pérdida · Límites operativos |
| TAS para la misma IAS | Sube: TAS = IAS ÷ √σQué pasaHace falta más velocidad real para la misma presión dinámicaPor quéPresiones · IAS, CAS y TAS |
| Potencia del motor | Baja, más o menos como la densidadQué pasaEl cilindro aspira un volumen fijo: entra menos oxígenoPor quéMotor y sistemas |
| Tracción de la hélice | BajaQué pasaLa pala es un ala: mueve menos masa de aire en cada vueltaPor quéHélices |
| Carrera de despegue | Sube ≈ 10 % por cada 1.000 ft de altitud de densidadQué pasaMás TAS que alcanzar con menos tracciónPor quéActuaciones en despegue |
| Régimen de ascenso y techo | BajanQué pasaMenos potencia disponible frente a la misma potencia necesariaPor quéActuaciones en ascenso |
| Consumo por milla al mismo % | Baja mientras el motor llegue a ese %Qué pasaMismos litros por hora y más TASPor quéActuaciones en crucero |
σ: densidad relativa. Todo lo de esta tabla vale igual para la altura, el calor y la humedad: lo que cuenta es la densidad que resulta.
El ala sustenta desviando aire hacia abajo. Si en cada metro cúbico hay menos aire, a la misma velocidad y con el mismo ángulo desvía menos masa y saca menos fuerza, exactamente en la proporción de la densidad. Para seguir nivelado hay dos salidas: más velocidad respecto al aire o más ángulo de ataque. El piloto suele hacer lo primero sin darse cuenta, porque vuela a la misma IAS y eso ya es más TAS.
El motor y la hélice sufren lo mismo por otra vía: el cilindro aspira un volumen fijo con menos oxígeno y la pala mueve menos masa. Así que con calor, altura o humedad el avión necesita más velocidad real justo cuando tiene menos empuje: la carrera se alarga, el ascenso empeora y el techo baja. Lo que no cambia es la IAS a la que el ala entra en pérdida.
| 1.013,25 hPa · 15 °C | Presión y temperatura ISA al nivel del mar, con aire seco: 1,225 kg/m³ de densidad. |
| −2 °C / 1.000 ft | Gradiente ISA (6,5 °C/km) hasta 36.089 ft = 11.000 m. Encima, −56,5 °C constantes. |
| 5 °C a 5.000 ft | ISA a 5.000 ft: 15 − 2 × 5. Allí la presión es 843 hPa y la densidad, el 86 %. |
| ≈ −3 % / 1.000 ft | Lo que pierde la densidad cerca del suelo (−2,9 % el primer millar). Se queda en la mitad hacia 22.000 ft; la presión, a 18.000 ft. |
| 29 frente a 18 | Masa molecular del aire seco y del vapor de agua. Por eso el aire húmedo pesa menos y el más denso es el frío y seco. |
| ≈ 120 ft / °C | Altitud de densidad que añade cada grado por encima de la ISA. |
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