Atmósfera estándar internacional

La Atmósfera Estándar Internacional ( ISA ) es un modelo atmosférico estático que describe cómo varían la presión , la temperatura , la densidad y la viscosidad de la atmósfera terrestre en un amplio rango de altitudes . Se estableció para proporcionar una referencia común de temperatura y presión, y consta de tablas de valores a diversas altitudes, además de algunas fórmulas para derivar dichos valores. La Organización Internacional de Normalización (ISO) publica la ISA como norma internacional , ISO 2533:1975. ^{[ 1 ]} Otras organizaciones de normalización , como la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI) y el Gobierno de los Estados Unidos , publican extensiones o subconjuntos del mismo modelo atmosférico bajo su propia autoridad normativa.

El modelo matemático ISA divide la atmósfera en capas con una distribución lineal supuesta de la temperatura absoluta T en función de la altitud geopotencial h . ^{[ 2 ]} Los otros dos valores (presión P y densidad ρ ) se calculan resolviendo simultáneamente las ecuaciones resultantes de:

• el gradiente de presión vertical resultante del equilibrio hidrostático , que relaciona la tasa de cambio de presión con la altitud geopotencial:

${\displaystyle {\frac {dP}{dh}}=-\rho g}$, y

• La ley de los gases ideales en forma molar , que relaciona la presión , la densidad y la temperatura :

${\displaystyle \ P=\rho R_{\rm {específico}}T}$

en cada altitud geopotencial, donde g es la aceleración estándar de la gravedad y R _específica es la constante específica de los gases para el aire seco (287,0528 J⋅kg ⁻¹ ⋅K ⁻¹ ). La solución viene dada por la fórmula barométrica .

La densidad del aire debe calcularse para determinar la presión, y se utiliza para calcular la presión dinámica en vehículos en movimiento. La viscosidad dinámica es una función empírica de la temperatura, y la viscosidad cinemática se calcula dividiendo la viscosidad dinámica entre la densidad.

Así, el estándar consiste en una tabulación de valores a varias altitudes, más algunas fórmulas mediante las cuales se derivaron esos valores. Para acomodar los puntos más bajos de la Tierra , el modelo comienza en una altitud geopotencial base de 610 metros (2000 pies) por debajo del nivel del mar , con una temperatura estándar establecida en 19 °C. Con una tasa de gradiente de temperatura de −6,5 °C (-11,7 °F) por km (aproximadamente −2 °C (-3,6 °F) por cada 1000 pies), la tabla interpola a los valores estándar de nivel medio del mar de 15 °C (59 °F) de temperatura, 101 325 pascales (14,6959 psi) (1 atm ) de presión y una densidad de 1,2250 kilogramos por metro cúbico (0,07647 lb/pie³ ) . La tabulación troposférica continúa hasta los 11 000 metros (36 089 pies) , donde la temperatura ha descendido a −56,5 °C (−69,7 °F) , la presión a 22 632 pascales (3,2825 psi) y la densidad a 0,3639 kilogramos por metro cúbico (0,02272 lb/pie³ ) . Entre los 11 km y los 20 km, la temperatura permanece constante. ^{[ 3 ] [ 4 ]}                    

^un gradiente térmicodado por kilómetro dealtitud geopotencial (un gradiente térmico positivo (λ > 0) significa que la temperatura disminuye con la altura).

En la tabla anterior, la altitud geopotencial se calcula a partir de un modelo matemático que ajusta la altitud para incluir la variación de la gravedad con la altura, mientras que la altitud geométrica es la distancia vertical directa estándar sobre el nivel medio del mar (NMM). ^{[ 2 ]}

• La ecuación que relaciona las dos altitudes es (donde z es la altitud geométrica , h es la altitud geopotencial y r ₀ = 6.356.766 m en este modelo):

${\displaystyle \ z={\frac {r_{0}h}{r_{0}-h}}}$

Tenga en cuenta que los gradientes térmicos citados en la tabla se expresan en °C por kilómetro de altitud geopotencial, no de altitud geométrica.

El modelo ISA se basa en las condiciones promedio de latitudes medias, según lo determinado por el comité técnico TC 20/SC 6 de la ISO. Ha sido revisado periódicamente desde mediados del siglo XX.

La Organización de Aviación Civil Internacional (OACI) publicó su "Atmósfera Estándar de la OACI" como documento 7488-CD en 1993. Tiene el mismo modelo que la ISA, pero extiende la cobertura de altitud a 80 kilómetros (262 500 pies). ^{[ 7 ]}

La atmósfera estándar de la OACI, al igual que la ISA, no contiene vapor de agua.

Algunos de los valores definidos por la OACI son:

Las normas y reglas de vuelo de la aviación se basan en la Atmósfera Estándar Internacional. Los indicadores de velocidad aerodinámica se calibran bajo el supuesto de que operan a nivel del mar en la Atmósfera Estándar Internacional, donde la densidad del aire es de 1,225  kg/ ^m³ .

Las propiedades físicas de la atmósfera estándar de la OACI son: ^{[ 8 ]}

La Atmósfera Estándar de EE. UU. es un conjunto de modelos que definen valores para la temperatura, densidad, presión y otras propiedades atmosféricas en un amplio rango de altitudes. El primer modelo, basado en una norma internacional existente, fue publicado en 1958 por el Comité de EE. UU. para la Extensión de la Atmósfera Estándar, ^{[ 9 ]} y se actualizó en 1962, ^{[ 5 ]} 1966, ^{[ 10 ]} y 1976. ^{[ 11 ]} Las atmósferas estándar de EE. UU., Internacional y de la OMM (Organización Meteorológica Mundial) son las mismas que la Atmósfera Estándar Internacional ISO para altitudes de hasta 32  km. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

NRLMSISE-00 es un modelo más reciente de la atmósfera terrestre, desde la superficie hasta el espacio, desarrollado por el Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. teniendo en cuenta datos reales de arrastre atmosférico de satélites. Una de las principales aplicaciones de este modelo es ayudar a predecir la disminución de la órbita de los satélites debido al arrastre atmosférico . Tanto la Atmósfera de Referencia Internacional COSPAR (CIRA) 2012 como la norma ISO 14222 sobre la Densidad de la Atmósfera Terrestre recomiendan NRLMSISE-00 para el análisis de la composición atmosférica.

JB2008 es un modelo más reciente de la atmósfera terrestre, desde los 120  km hasta los 2000  km, desarrollado por el Comando Espacial de la Fuerza Aérea de los EE. UU. y Space Environment Technologies, que tiene en cuenta irradiancias solares realistas y la evolución temporal de las tormentas geomagnéticas. ^{[ 14 ]} Es muy útil para calcular la disminución de la órbita de los satélites debido al arrastre atmosférico . Tanto CIRA 2012 como ISO 14222 recomiendan JB2008 para la densidad de masa en aplicaciones de arrastre.

• Acrónimos y abreviaturas en aviónica
• Densidad del aire
• atmósfera estándar de los aviones a reacción

• Davies, Mark (2003). Manual estándar para ingenieros aeronáuticos y astronáuticos . Nueva York: McGraw-Hill. ISBN 0-07-136229-0.
• Notas de referencia del JPL de la NASA
• OACI, Manual de la atmósfera estándar de la OACI (extendido a 80 kilómetros (262 500 pies)) , Doc 7488-CD, Tercera edición, 1993, ISBN 92-9194-004-6.

• Calculadora en línea de atmósfera estándar de 1976 con generador de tablas y gráficos. Digital holandés.
• Calculadora multilingüe para Windows que calcula las características atmosféricas (¡estándar y no estándar!) según la "atmósfera estándar de 1976" y convierte entre varias velocidades aerodinámicas (reales/equivalentes/calibradas) según las condiciones atmosféricas apropiadas.
• Una versión gratuita para Android del modelo completo de atmósfera estándar internacional.
• Calculadora de atmósfera estándar y convertidor de velocidad NewByte
• Calculadora de atmósfera de la OACI. Archivada el 11 de octubre de 2008 en Wayback Machine.
• Normas de la OACI archivadas el 16 de septiembre de 2009 en Wayback Machine .
• Calculadora ISA completa (modelo de 1976)
• Código fuente y referencias de JB2008. Archivado el 15 de julio de 2023 en Wayback Machine.
• Calculadora de atmósfera estándar de la OACI de 1993