¿Cuál es la altitud máxima de los altímetros barométricos?

Depende del diseño y certificación del altímetro. Un ejemplo de un altímetro analógico moderno (aneroid) es este modelo Mid-Continent de $ 5,000 .

Su rango certificado es de -1,000 a +20,000 pies, esta es una lectura en la que puede confiar. El rango mecánico real es de -15,000 a +50,000 pies.

Un altímetro RVSM que funcione con múltiples fuentes y una computadora de datos aéreos pueden llevarlo más alto. Y un altímetro en un F-104 probablemente sea aún mejor.

Un modelo más económico de $150 muestra un alcance certificado de 10,000 pies para una de las variantes.

Nota: Me estoy centrando en el modelo de relación altura-presión en la atmósfera, el altímetro trata de seguir y sus límites del modelo. Por supuesto, también hay límites para cada instrumento en particular, consulte la respuesta de @ ymb1.

[EDITAR: he agregado más detalles sobre varios usos de la altitud y algunos detalles más sobre cuál podría ser el límite para medir la altitud absoluta (de hecho, no se trata de cuán delgado se vuelve el aire), espero que responda mejor a su pregunta.]

Usos para la lectura del altímetro

La altura que muestra el altímetro mecánico común debe convertirse a presión de acuerdo con el modelo de atmósfera estándar internacional (ISA) . Este modelo hace algunas simplificaciones (ver el documento vinculado por ejemplo), por lo que en realidad nunca da la altura exacta , excepto por casualidad. Pero como dices, de todos modos es una aproximación bastante buena.

Cuando está volando, hay algunas razones diferentes por las que necesitaría mirar el altímetro.

• Evitar obstáculos, aterrizar y tal vez calcular el planeo final en planeador. En este caso, es realmente la altura absoluta sobre el terreno lo que necesita saber. Para obtener este valor, debe comenzar con la obtención de QNH, por lo que ahora el altímetro en sí no es suficiente (en cualquier altitud) sin datos externos. Para mayor precisión hay que añadir más datos externos. Comienza con la temperatura local, pero incluso entonces la precisión sería limitada.

  Sin embargo, la magnitud del error no depende de su altitud absoluta, sino (en primera aproximación) de la diferencia de altura entre el avión y la estación/lugar de donde proviene su QNH. Así que tienes suerte si quieres aterrizar. Dado que QNH proviene de ese aeródromo en particular, su altímetro debería leer el valor exacto justo en el momento del aterrizaje. Si necesita evitar obstáculos a una altitud similar, es probable que el error sea aceptable para el uso práctico.

  Nuevamente, no es la altitud absoluta sino la diferencia relativa lo que está causando este error. Si configura QNH (o altitud de pista) en un aeródromo ubicado a 4000 pies sobre el nivel del mar y vuela hacia el mar (digamos que es posible sin viajar muy lejos, por lo que el cambio espacial de la presión del aire no es un problema aquí), error esperado de su altímetro será similar como si volara a 4000 pies de altura. Se debe a que QNH (presión al nivel del mar) se calcula en función del mismo modelo que utiliza su altímetro, por lo que las imperfecciones del modelo se anulan solo a la altitud de esta estación de referencia.

• ATC, colisiones en el aire, etc. La altitud absoluta no es importante. En su lugar, debe asegurarse de que dos pilotos que ven valores distintos en sus respectivos altímetros puedan esperar que no estén a la misma altitud. Para este propósito, el modelo más simple con un mínimo de parámetros externos funciona mejor. Como es de suma importancia que todos los altímetros involucrados conviertan la presión en altura de la misma manera. (Entonces, debe esperar que la presión no aumente con la altitud, pero esto es bastante seguro, ya que siempre habrá menos masa de aire sobre usted presionando hacia abajo cuando suba). La altitud absoluta no tiene ninguna importancia aquí o, para volar más cerca del terreno, bastará con una compensación basada en QNH. (De lo contrario, se utiliza el ajuste de presión STD).

  Incluso un altímetro simple (en el rango de sus límites físicos de presión medible) funcionaría bastante bien para este propósito en cualquier altura práctica.

• Rendimiento y aerodinámica de las aeronaves. Es decir, techo de servicio, elección de crucero óptimo, etc. Estos parámetros generalmente se indican en altitud en un POH, pero solo por conveniencia. Es la densidad del aire lo que importa para todo lo relacionado con la aerodinámica. Y la densidad del aire es la presión del aire corregida a la temperatura. Por lo tanto, la "altitud" proporcionada por el altímetro basado en la presión es "perfecta" para este propósito, puede corregirla en función de la temperatura local y tiene el mejor valor posible. Nuevamente, esto funcionará en cualquier altura (siempre que POH y el altímetro usen la misma conversión entre presión y altura).

Tenga en cuenta que para los dos usos posteriores, el valor proporcionado por el altímetro es mejor que, por ejemplo, la altura basada en GPS.

Altitud absoluta

Bien, ¿qué pasa si realmente quieres saber tu altitud absoluta en la estratosfera o incluso más alta? ¿Es posible usar su altímetro entonces?

Si el altímetro convierte la presión en altura en función de ISA (verdadero en la mayoría de los casos), el valor mostrado debe ser dado por la ecuación

$$h=\left(153.85\,{\rm m\cdot K^{-1}}\right)\cdot T_0 \cdot \left(1-\left(p\over p_0\right)^{0.19026}\right)$$ (ver la referencia anterior), donde $T_0$se especifica en 288,15 K (15 °C) y $p_0$es la presión que configuraste en la ventana del altímetro. Entonces, si llevas ese altímetro al espacio ( $p=0$) no mostrará más de 44 km (o 145,000 pies), dado que no alcanzará antes sus límites físicos/mecánicos. Pero, por supuesto, el valor se aleja de la realidad mucho antes. Probablemente por encima de la tropopausa (10–12 km), donde la suposición de una disminución constante de la temperatura con la altura utilizada en este modelo ISA se vuelve completamente inválida. Podría mejorar el modelo, pero probablemente no funcionará muy bien sin más datos externos.

Sin embargo, el problema no es que el aire sea enrarecido. De alguna manera, puede medir la presión del aire incluso en una órbita terrestre baja, a unos cientos de kilómetros sobre el suelo. Es solo la atmósfera lo que impone una resistencia (medible) a los satélites en órbitas bajas. Así que sí, todavía hay algo que medir y seguro que se puede medir con el instrumento adecuado. El problema es que no tiene ninguna forma práctica y "confiable" de cómo calcular la altura en función de esta presión local (solo). Muchos otros efectos entran en juego y necesitaría conocer muchos otros parámetros variables para calcular la altitud.

Pero bueno, así era ya desde el principio, ¿no? Tenía que obtener el QNH correcto (información externa) incluso si volaría solo en un patrón de tráfico. Entonces, la situación con el altímetro en la órbita no es muy diferente en realidad.

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Mientras vuela, en realidad no necesita saber su altitud absoluta en muchas situaciones prácticas y el altímetro basado en la presión funciona perfectamente independientemente de la altura. Si necesita saber su altitud exacta, el límite no es que el aire sea demasiado delgado, sino la distancia desde la estación más cercana que puede proporcionar una presión de referencia.

Con un globo meteorológico ubicado cerca de su aeronave y enviando "QNH" por usted (basado en las medidas del globo de presión local y su altura conocida, de manera análoga a QNH proveniente de un aeropuerto), podría tener una lectura bastante buena de un altímetro basado en presión (adecuado). incluso en lo alto de la estratosfera, por ejemplo.

El altímetro TSO C10B, accionado por presión, tipo sensible utiliza SAE AS 392C para especificar los requisitos mínimos para un altímetro de presión. Especifica dos "tipos" de altímetros de presión

• Tipo 1: Alcance 35,000 pies
• Tipo 2: Alcance 50,000 pies

AS392C también proporciona las tolerancias que debe cumplir un altímetro de presión desde -1000 pies hasta 50 000 pies.

La computadora de datos aéreos TSO C106 también proporciona algunos requisitos mínimos de rendimiento para una computadora de datos aéreos que proporciona altitud de presión. Proporciona tolerancias de 0 pies a 50,000 pies.

Esta es la razón por la que verá que los altímetros de presión de gran altitud terminan alrededor de la marca de 50 000 pies a 60 000 pies, ya que la calibración de los sensores de presión digitales para altitudes más altas se vuelve difícil y muy pocos aviones necesitan altímetros certificados para más de 50-60 000 pies.