AERODINÂMICA E TEORIA DE VOO -> Capítulo III - Fluídos e Atmosfera

CAPÍTULO 3 
FLUÍDOS E ATMOSFERA

FLUÍDO 

É todo corpo que não possui forma fixa.

Existem duas espécies de fluídos:

• Líquidos - Água, Gasolina, Óleo e etc...
• Gases     - Ar, Oxigênio, Vapor D'água e etc..

Os aviões voam através do ar. Por esse motivo, é extremamente importante conhecer as propriedades do ar que afetam o voo.

Essas propriedades (ou parâmetros) são:

1. Temperatura;
2. Densidade;
3. Pressão;

TEMPERATURA

A temperatura é medida através de termômetros que podem ser graduados em escala Celsius ou Fakrenheint.

Abaixo vemos um termômetro graduado em escala Celsius (ou Centigrada), que é a mais conhecida. O zero dessa escala é a temperatura de congelamento da água e 100ºC corresponde à temperatura de fervura da água. 

Abaixo vemos um termômetro na escala Fahrenheit, usada nos países de língua inglesa.

Nessa escala, a temperatura de congelamento da água corresponde a 32ºF, e a temperatura de fervura a 212ºF.

ESCALAS ABSOLUTAS

Mais tarde, descobriu-se que a menor temperatura possível na natureza é igual a 273ºC ou -460ºF, a qual deve ser adotada como verdadeiro zero (Zero Absoluto) das escalas termométricas.

Assim, alterando a posição do zero, a escala Celsius originou a escala Kelvin. Nos Países de língua inglesa, a escala Fahrenheit deu origem a Rankine.

As escalas Kelvin e Rankine são chamadas "escalas absolutas" e somente elas podem ser usadas em cálculos.


A figura abaixo ilustra todas as escalas de temperatura:

DENSIDADE

É a massa por unidade de volume do gás.

A densidade varia inversamente com o volume, ou seja, a densidade aumenta quando o volume diminui e vice-versa.

Na figura abaixo, o gás comprimido tem a mesma massa do gás não comprimido (Não houve fuga do mesmo); porém, como o volume diminui, sua densidade é maior.

PRESSÃO ESTÁTICA

Sabemos que o ar contido no pneu de um automóvel ou o gás dentro de um botijão exercem uma pressão sobre as paredes do recipiente.

Esse tipo de pressão chama-se pressão estática, por que é exercida por um gás estático, isso é, em repouso.

LEI DOS GASES

É a lei que descreve o comportamento dos gases, ou seja, a maneira como variam a pressão, a temperatura e a densidade dos gases.

Como exemplo, temos:

• Se Aumentarmos a pressão de um gás:
• A Temperatura aumentará;
• A Densidade Aumentará;

• Se Aumentarmos a temperatura de um gás
• A pressão aumentará;
• A densidade diminuirá;

As variações de pressão, densidade e temperatura são sempre direta ou inversamente proporcionais entre si, em obediência à Lei dos Gases.

Por exemplo:

• Aumentando-se duas vezes a pressão de um gás, sua densidade também aumentará duas vezes.
• Diminuindo-se a temperatura de um gás para a metade, sua pressão também cairá para a metade do valor inicial.
• Aumentando-se a temperatura 7 vezes, sua densidade diminuirá 7 vezes.
• Aumentando-se a pressão 5 vezes, a temperatura aumentará 5 vezes.

NOTA:

As temperaturas consideradas devem ser absolutas, ou seja, quando se diz que a temperatura aumentou 2 vezes, subentende-se que a temperatura em graus RANKINE ou KELVIN aumentou duas vezes. 

Por exemplo, o dobro de 27ºC não é 54ºC. 

O valor certo é 327ºC, conforme explicado a seguir:

• 27ºC é igual a: 27 + 273 = 300º K;  

• O dobro de 300ºK é igual a 600ºK; 

• 600ºK é igual a 600 - 273 = 327ºC;

ATMOSFERA

É a camada de ar que circunda a terra; 

É a mistura de gases que contem aproximadamente:

1. 21% de Oxigênio;
2. 78% de Nitrogênio;
3. 1% de Outros Gases;

O ar atmosférico pode ainda conter vários componentes estranhos como a poeira, vapor d'água e poluentes diversos.

PRESSÃO ATMOSFÉRICA

É a pressão exercida pelo ar sobre todas as coisas que estão dentro da atmosfera.

Comprovando a existência dessa pressão, se fizermos um vácuo no interior de uma lata vazia de paredes finas, esta ficará inteiramente amassada devido à pressão atmosférica que age no lado externo.

VARIAÇÃO DOS PARÂMETROS ATMOSFÉRICOS

Os parâmetros atmosféricos mais importantes são:

• A Pressão;
• A Densidade;
• A Temperatura do Ar;

Como regra geral os valores destes três parâmetros diminuem quando a altitude aumenta.

A densidade depende ainda da umidade. Quanto maior a umidade, menor será a densidade do ar, pois o vapor d'água que constitui a umidade é mais leve do que o oxigênio e o nitrogênio do ar.

Além da altitude e da umidade, diversas influências meteorológicas fazem variar os parâmetros atmosféricos.

ATMOSFERA PADRÃO

O desempenho do avião, ou seja, a velocidade máxima, o comprimento da pista requerida para decolagem e etc, dependem muito dos parâmetros atmosféricos.

Como esses parâmetros variam de momento a momento e de acordo com o local, torna-se necessário criar uma Atmosfera Padrão, a qual nos possibilitaria:

• Calcular o desempenho de aviões em diversas condições, a partir de uma condição padrão.
• Comparar desempenhos de aviões diferentes.
• Padronizar os critérios de avaliação dos desempenhos de aviões pelos diversos fabricantes de todo o mundo.

ATMOSFERA PADRÃO ISA (ICAO STANDARD ATMOSPHERE)

A atmosfera padrão mais conhecida é a ISA, a qual foi definida pela Organização da Aviação Civil Internacional - OACI (ICAO em Inglês)  - com sede em Montreal, no Canadá.

São adotados os seguintes parâmetros para o nível do mar:

• Pressão : 1013,25 hPa (760mm de mercúrio) 29,92 Poleg.
• Densidade : 1,225 Kg/m³ (0,1249 Kgf.s².m⁴);
• Temperatura : 15ºC;

ALTÍMETRO

A pressão atmosférica diminui quando a altitude aumenta.

Isso pode ser aproveitado na construção dos altímetros dos aviões.

Na realizada, o altímetro é apenas um manômetro (Instrumento medidor de pressão) especialmente adaptado para mostrar ao piloto a altitude em que ele se encontra, em vez da pressão do ar fora do avião.

Depois de fabricado, o altímetro é calibrado para indicar a altitude correta na atmosfera padrão. 

Entretanto, na atmosfera real a pressão varia de forma diferente da atmosfera padrão; portanto a altitude indicada pelo altímetro apresentará um determinado erro.

Na prática, esse erro não apresenta inconvenientes quanto à segurança de voo, por que todos os aviões que voam em uma mesma região estarão com erros iguais, portanto sem perigo de colisão.

A altitude indicada pelo altímetro recebe o nome de Altitude de Pressão, e a altitude real em que o avião está voando chama-se Altitude Verdadeira.

ALTITUDE DENSIDADE

Como a densidade do ar atmosférico diminui com o aumento da altitude, é teoricamente possível construir um aparelho medir de densidade e adaptá-lo, transformando-o em um altímetro.

Entretanto, da mesma forma como acontece com a pressão atmosférica, a densidade do ar na atmosfera real também varia de maneira diferente da atmosfera padrão.

Portanto a altitude indicada pelo instrumento será quase sempre incorreta, e recebe o nome de Altitude Densidade.

Na prática, a altitude densidade só tem interesse no estudo do teto de subida (Altitude Máxima Atingida) dos aviões, conforme veremos no capítulo posterior.

Para determinar a altitude densidade, geralmente usam-se tabelas ou o computador de voo.