Altímetro

Diagrama que muestra la cara del altímetro sensible "tres puntos" que muestra una altitud de 10,180 pies (3,100 m). Presión de referencia de unos 29.92 inHg (1013 hPa) está mostrando en la Ventana Kollsman

Un altímetro o un medidor de altitud es un instrumento que se utiliza para medir la altitud de un objeto por encima de un nivel fijo. La medida de la altitud se denomina altimetría, que está relacionada con el término batimetría, la medida de la profundidad bajo el agua. La unidad más común para la calibración de altímetros en todo el mundo es el hectopascal (hPa), excepto en América del Norte (excepto Canadá). ) y Japón, donde se utilizan pulgadas de mercurio (inHg). Para obtener una lectura de altitud precisa en pies o metros, la presión barométrica local debe calibrarse correctamente utilizando la fórmula barométrica.

Historia

Los principios científicos detrás del altímetro fueron escritos por primera vez por el reverendo Alexander Bryce, un ministro y astrónomo escocés en 1772, quien se dio cuenta de que los principios de un barómetro se podían ajustar para medir la altura.

Altímetro de presión

Sensor de presión barométrica digital para medición de altitud en aplicaciones electrónicas de consumo

La altitud se puede determinar en función de la medición de la presión atmosférica. Cuanto mayor es la altitud, menor es la presión. Cuando un barómetro se suministra con una calibración no lineal para indicar la altitud, el instrumento se denomina altímetro de presión o altímetro barométrico. Un altímetro de presión es el altímetro que se encuentra en la mayoría de los aviones, y los paracaidistas usan versiones montadas en la muñeca para propósitos similares. Los excursionistas y alpinistas utilizan altímetros de mano o de muñeca, además de otras herramientas de navegación, como un mapa, una brújula magnética o un receptor GPS.

La calibración de un altímetro sigue la ecuación

z=cTlog⁡ ⁡ ()Po/P),{displaystyle z=c;T;log(P_{o}/P),}

donde c es una constante, T es la temperatura absoluta, P es la presión a la altitud z y P_o es la presión al nivel del mar. La constante c depende de la aceleración de la gravedad y de la masa molar del aire. Sin embargo, hay que tener en cuenta que este tipo de altímetro se basa en la "altitud de densidad" y sus lecturas pueden variar cientos de pies debido a un cambio repentino en la presión del aire, como un frente frío, sin ningún cambio real en la altitud.

Uso en senderismo, escalada y esquí

Un altímetro barométrico, junto con un mapa topográfico, puede ayudar a verificar la ubicación. Es más confiable y, a menudo, más preciso que un receptor GPS para medir la altitud; la señal GPS puede no estar disponible, por ejemplo, cuando uno está en lo profundo de un cañón, o puede dar altitudes muy imprecisas cuando todos los satélites disponibles están cerca del horizonte. Debido a que la presión barométrica cambia con el clima, los excursionistas deben volver a calibrar periódicamente sus altímetros cuando alcanzan una altitud conocida, como un cruce de senderos o un pico marcado en un mapa topográfico.

Paracaidismo

Altímetro de paracaidismo montado en muñeca digital en modo logbook, mostrando el último perfil de salto grabado.

Skydiver en caída libre, haciendo uso de un altímetro montado a mano. La cara analógica es visible, mostrando alturas de decisión codificadas por colores. El altímetro representado es electrónico, a pesar de usar una pantalla analógica.

Un altímetro es la pieza más importante del equipo de paracaidismo, después del propio paracaídas. La conciencia de la altitud es crucial en todo momento durante el salto y determina la respuesta adecuada para mantener la seguridad.

Dado que la conciencia de la altitud es tan importante en el paracaidismo, existe una amplia variedad de diseños de altímetros hechos específicamente para su uso en este deporte, y un paracaidista que no sea estudiante normalmente usará dos o más altímetros en un solo salto:

• Mecanica montada en mano, muñeca o pecho altímetros visuales analógicos. Este es el tipo más básico y común, y es utilizado por (y generalmente mandado para) prácticamente todos los skydivers estudiantes. El diseño común tiene una cara marcada de 0 a 4000 m (o 0 a 12000 pies, imitando la cara del reloj), en la que una flecha apunta a la altitud actual. Las secciones de deportes de placas faciales marcadas con amarillo y rojo respectivamente, lo que significa la altitud de despliegue recomendada, así como la altitud de decisión de procedimiento de emergencia (conocida comúnmente como "deck duro"). Un altímetro mecánico tiene un pomo que necesita ser ajustado manualmente para hacerlo punto a 0 en el suelo antes de saltar, y si el punto de aterrizaje no está a la misma altura que el punto de despegue, el usuario necesita ajustarlo adecuadamente. Algunos altímetros electrónicos avanzados también están disponibles que hacen uso de la pantalla analógica familiar, a pesar de operar internamente digitalmente.
• Altímetros visuales digitales, montado en la muñeca o la mano. Este tipo siempre opera electrónicamente, y transmite la altitud como un número, en lugar de un puntero en un dial. Dado que estos altímetros ya contienen todos los circuitos electrónicos necesarios para el cálculo de altitud, están equipados comúnmente con funciones auxiliares tales como logbook electrónico, repetición del perfil de salto en tiempo real, indicación de velocidad, modo simulador para su uso en el entrenamiento terrestre, etc. Un altímetro electrónico se activa en el suelo antes del salto, y calibra automáticamente para apuntar a 0. Por lo tanto, es esencial que el usuario no lo encienda antes de lo necesario para evitar, por ejemplo, el viaje a una zona de gota situada a una altitud diferente a la casa de uno que podría causar una lectura falsa potencialmente fatal. Si la zona de aterrizaje prevista está en una elevación diferente al punto de despegue, el usuario debe introducir el offset apropiado utilizando una función designada.
• Altímetros Audibles (también conocido como "ditters", una marca genérica del primer producto de este tipo en el mercado). Estos se insertan en el casco, y emiten un tono de advertencia a una altitud predefinida. Los audibles contemporáneos han evolucionado significativamente desde sus comienzos de crudo, y tienen una amplia gama de funciones, como múltiples tonos a diferentes alturas, múltiples perfiles guardados que se pueden cambiar rápidamente, logbook electrónico con transferencia de datos a un PC para el análisis posterior, distintos modos de caída libre y canopy con diferentes alturas de advertencia, tonos guía de enfoque de bucle, etc. Los Audibles son dispositivos estrictamente auxiliares, y no reemplazan, sino que complementan un altímetro visual que sigue siendo la principal herramienta para mantener la conciencia de altitud. El advenimiento de disciplinas modernas de paracaidismo, como el freeflying, en el que el terreno podría no estar en su campo de vista durante largos períodos de tiempo, ha hecho que el uso de audibles sea casi universal, y prácticamente todos los cascos de paracaidismo vienen con uno o más puertos incorporados en los que se puede colocar un audible. Los audífonos no se recomiendan y a menudo se les prohíbe utilizarlos por los skydivers estudiantiles, que necesitan construir un régimen adecuado de conciencia de altura.
• Altímetros visuales auxiliares. Estos no muestran la altitud precisa, sino que ayudan a mantener un indicador general en su visión periférica. Pueden operar en tándem con un audible equipado con un puerto apropiado, en cuyo caso emiten flashes de advertencia que complementan los tonos audibles, o ser independientes y utilizar otro modo de visualización, como mostrar luz verde o roja dependiendo de la altitud.

Hablando Altimeter con casco para paracaidismo

• Hablando de altímetros (también conocido como altímetros de voz). Otro tipo de altímetro que combina funciones de altímetro audible y visual. Unidad tiene todas las altitudes necesarias utilizadas en Skydiving y lo anuncia como un número en el idioma nativo de Skydiver. Estos también se insertan en el casco (el mismo tamaño de bolsillo que para audibles), pero emiten voz con ajuste automático del volumen depende de la velocidad para la audición clara. Hablando altimeters generalmente tiene configuración de software a través de la aplicación móvil. El objetivo principal de este tipo de altímetro es una fuerte función de seguridad para los skydivers experimentados, por lo que siempre saben su posición actual que muy útil para los organizadores de carga de FS o instructores de AFF también.

La elección exacta de los altímetros depende en gran medida de las preferencias individuales del paracaidista, el nivel de experiencia, las disciplinas principales y el tipo de salto. En un extremo del espectro, un salto de demostración a baja altura con aterrizaje en el agua y sin caída libre podría renunciar al uso obligatorio de altímetros y no usar ninguno en absoluto. Por el contrario, un saltador que realice saltos en vuelo libre y vuele con un paracaídas de alto rendimiento podría usar un altímetro analógico mecánico para facilitar la referencia en caída libre, una alarma audible en el casco para advertencia de altitud de escape, además programada con tonos de guía de swoop para vuelo con paracaídas, así como un altímetro digital en un brazalete para ver rápidamente la altitud precisa en la aproximación. Otro paracaidista que realiza tipos similares de saltos podría usar un altímetro digital para su visual principal, prefiriendo la lectura de altitud directa de una pantalla numérica.

Uso en aviones

An old altimeter intended for use in aircraft

Diagrama que muestra la cara del altímetro sensible "tres puntos" que muestra una altitud de 10,180 pies (3,100 m). Presión de referencia de unos 29.92 inHg (1013 hPa) se muestra en la ventana Kollsman

Un altímetro tipo tambor, mostrando el pequeño Ventanas Kollsman en la parte inferior izquierda (hectopascals) y inferior derecha (inches of mercury) de la cara.

En los aviones, un barómetro aneroide mide la presión atmosférica desde un puerto estático fuera del avión. La presión del aire disminuye con el aumento de la altitud: aproximadamente 100 hectopascales por 800 metros o una pulgada de mercurio por 1000 pies o 1 hectopascal por 30 pies cerca del nivel del mar.

El altímetro aneroide está calibrado para mostrar la presión directamente como una altitud sobre el nivel medio del mar, de acuerdo con un modelo matemático definido por la atmósfera estándar internacional (ISA). Los aviones más antiguos usaban un barómetro aneroide simple donde la aguja hacía menos de una revolución alrededor de la cara desde cero hasta la escala completa. Este diseño evolucionó a altímetros de tres agujas con una aguja principal y una o más agujas secundarias que muestran el número de revoluciones, similar a la esfera de un reloj. En otras palabras, cada aguja apunta a un dígito diferente de la medida de altitud actual. Sin embargo, este diseño ha caído en desgracia debido al riesgo de lectura incorrecta en situaciones estresantes. El diseño evolucionó aún más hacia los altímetros tipo tambor, el paso final en la instrumentación analógica, donde cada revolución de una sola aguja representaba 1000 pies (300 metros), con incrementos de mil pies registrados en un tambor tipo odómetro numérico. Para determinar la altitud, un piloto primero tenía que leer el tambor para determinar los miles de pies y luego mirar la aguja para los cientos de pies. Los altímetros analógicos modernos de los aviones de transporte suelen ser de tipo tambor. El último desarrollo en claridad es un sistema electrónico de instrumentos de vuelo con pantallas de altímetro digital integradas. Esta tecnología se ha filtrado desde aviones comerciales y aviones militares hasta que ahora es estándar en muchos aviones de aviación general.

Los aviones modernos utilizan un "altímetro sensible". En un altímetro sensible, la presión de referencia a nivel del mar se puede ajustar con una perilla de ajuste. La presión de referencia, en pulgadas de mercurio en Canadá y Estados Unidos, y en hectopascales (anteriormente milibares) en otros lugares, se muestra en la pequeña ventana Kollsman en la parte frontal del altímetro de la aeronave. Esto es necesario, ya que la presión atmosférica de referencia a nivel del mar en un lugar determinado varía con el tiempo con la temperatura y el movimiento de los sistemas de presión en la atmósfera.

Diagrama que muestra los componentes internos del altímetro de aviones sensible.

En la terminología de la aviación, la presión atmosférica regional o local al nivel medio del mar (MSL) se denomina QNH o "configuración del altímetro", y la presión que calibrará el altímetro para mostrar la altura sobre el suelo en un aeródromo determinado se denomina QFE del campo. Sin embargo, un altímetro no se puede ajustar para variaciones en la temperatura del aire. En consecuencia, las diferencias de temperatura con respecto al modelo ISA provocarán errores en la altitud indicada.

En la industria aeroespacial, los altímetros mecánicos independientes que se basan en fuelles de diafragma fueron reemplazados por sistemas de medición integrados que se denominan computadoras de datos aéreos (ADC). Este módulo mide la altitud, la velocidad de vuelo y la temperatura exterior para proporcionar datos de salida más precisos que permiten el control de vuelo automático y la división del nivel de vuelo. Se pueden usar varios altímetros para diseñar un sistema de referencia de presión para proporcionar información sobre los ángulos de posición del avión para respaldar aún más los cálculos del sistema de navegación inercial.

Uso en vehículos de efecto suelo

Después de una extensa investigación y experimentación, se ha demostrado que los "radioaltímetros de fase" son más adecuados para vehículos de efecto suelo, en comparación con los altímetros láser, isotrópicos o ultrasónicos.

Altímetro sónico

En 1931, el Cuerpo Aéreo del Ejército de EE. UU. y General Electric probaron un altímetro sónico para aeronaves, que se consideró más confiable y preciso que uno que dependía de la presión del aire cuando había niebla o lluvia intensa. El nuevo altímetro usaba una serie de sonidos agudos como los que hace un murciélago para medir la distancia desde el avión hasta la superficie, que al regresar al avión se convertía en pies que se mostraban en un indicador dentro de la cabina del avión.

Radar altímetro

El altímetro en este Piper PA-28 se ve en la fila superior de instrumentos, segundo de derecha

Un altímetro de radar mide la altitud de forma más directa, utilizando el tiempo que tarda una señal de radio en reflejarse desde la superficie hasta la aeronave. Alternativamente, se puede utilizar un radar de onda continua modulada en frecuencia. Cuanto mayor sea el cambio de frecuencia, mayor será la distancia recorrida. Este método puede lograr una precisión mucho mayor que el radar pulsado por el mismo gasto y los altímetros de radar que usan modulación de frecuencia son estándar en la industria. El altímetro de radar se utiliza para medir la altura sobre el nivel del suelo durante el aterrizaje en aviones comerciales y militares. Los altímetros de radar también son un componente de los sistemas de advertencia de evitación del terreno, advirtiendo al piloto si la aeronave está volando demasiado bajo o si hay un terreno elevado por delante. La tecnología de altímetro de radar también se utiliza en el radar de seguimiento del terreno, lo que permite que los aviones de combate vuelen a una altura muy baja sobre el terreno.

La tecnología Lidar se utiliza para ayudar a navegar el helicóptero Ingenuity en sus vuelos récord sobre el terreno de Marte por medio de un altímetro Lidar orientado hacia abajo.

Sistema de Posicionamiento Global

Los receptores del sistema de posicionamiento global (GPS) también pueden determinar la altitud por trilateración con cuatro o más satélites. En las aeronaves, la altitud determinada mediante GPS autónomo no es lo suficientemente fiable como para reemplazar el altímetro de presión sin utilizar algún método de aumento. En el senderismo y la escalada, es común encontrar que la altitud medida por el GPS se desvía hasta 400 pies (122 metros) dependiendo de la orientación del satélite.

Otros modos de transporte

El altímetro es un instrumento opcional en vehículos todo terreno para ayudar en la navegación. Algunos autos de lujo de alto rendimiento que nunca tuvieron la intención de salir de las carreteras pavimentadas, como el Duesenberg en la década de 1930, también han sido equipados con altímetros.

Los excursionistas y montañeros usan altímetros barométricos portátiles o de muñeca, al igual que los paracaidistas.