La atmósfera terrestre está compuesta por aire.El aire es una mezcla de gases, 78% de nitrógeno y 21% de oxígeno con trazas de vapor de agua, dióxido de carbono,argón y otros componentes diversos. El aire es una mezcla de gases con un 78% de nitrógeno y un 21% de oxígeno, con trazas de vapor de agua, dióxido de carbono, argón y otros componentes. Normalmente modelamos el aire como un gas uniforme (sin variación ni fluctuación) con propiedades que se promedian a partir de todos los componentes individuales.Cualquier gas tiene ciertas propiedades que podemos detectar con nuestros sentidos.Los valores y las relaciones de las propiedades definen el estado del gas.
En esta diapositiva encontrarás los valores típicos de las propiedades del aire en condiciones estáticas a nivel del mar para un día estándar. Todos sabemos que la presión y la temperatura del aire dependen de su ubicación en la tierra y de esta época del año. Y aunque en algunas estaciones hace más calor que en otras, la presión y la temperatura cambian de un día a otro, de una hora a otra y, a veces, incluso de un minuto a otro cuando hay mal tiempo. Los valores presentados en la diapositiva son simplemente valores medios utilizados por los ingenieros para diseñar máquinas. También sabemos que todas las variables del estado del gas cambian con la altitud, por lo que los valores típicos se dan a nivel del mar, en condiciones estáticas. Como la gravedad de la Tierra mantiene la atmósfera en la superficie, a medida que aumenta la altitud, la densidad del aire, la presión y la temperatura (para las altitudes más bajas) disminuyen. En el borde del espacio, la densidad es casi nula. La variación del aire con respecto a la norma puede ser muy importante, ya que afecta a los parámetros del flujo, como la velocidad del sonido.
Un gas se compone de un gran número de moléculas que están en movimiento constante y aleatorio.La suma de la masa de todas las moléculas es igual a la masa del gas. Un gas ocupa un cierto volumen en un espacio tridimensional. Para una presión y una temperatura dadas, el volumen depende directamente de la cantidad de gas.Como la masa y el volumen están directamente relacionados, podemos expresar tanto la masa como el volumen mediante una sola variable.Cuando un gas está en movimiento, es conveniente utilizar la densidad de un gas, que es la masa dividida por el volumen que ocupa el gas.El valor estándar a nivel del mar de la densidad del aire r es
r = 1,229 kilogramos/metros cúbicos = 0,00237 bala/pies cúbicos
Cuando se trabaja con un gas estático o inmóvil, es más conveniente utilizar el volumen específico, que es el volumen dividido por la masa.El valor estándar a nivel del mar del volumen específico v es
v = .814 metros cúbicos/kilogramo = 422 pies cúbicos/placa
La presión de un gas es igual a la fuerza perpendicular ejercida por el gas dividida por el área de la superficie sobre la que se ejerce la fuerza.El valor estándar a nivel del mar de la presión del aire p es
p = 101,3 kilo Newtons/metro cuadrado = 14.El valor estándar a nivel del mar de la temperatura del aire T es
T = 15 grados C = 59 grados Fahrenheit
Un gas puede ejercer una fuerza tangencial (de corte) sobre una superficie, que actúa como la fricción entre superficies sólidas. El valor estándar a nivel del mar de la viscosidad del aire mu es
mu = 1,73 x 10^-5 Newton-segundo/metro cuadrado = 3,62 x 10^-7 libra-segundo/pie cuadrado
La densidad (volumen específico), la presión y la temperatura de un gas se relacionan entre sí mediante la ecuación de estado. El estado de un gas puede ser cambiado por procesos externos, y la reacción del gas puede predecirse utilizando las leyes de la termodinámica. Una comprensión fundamental de la termodinámica es muy importante para describir el funcionamiento de los sistemas de propulsión.
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