Altimetria

A altimetria é a parte da meteorologia aeronáutica que trata dos métodos e instrumentos empregados no estudo e representação dos níveis de voo. O altímetro é o instrumento usado para medir alturas ou as altitudes, geralmente em forma de um barômetro aneroide destinado a registrar alterações da pressão atmosférica que acompanham as variações de altitude (veja mais sobre o altímetro no vídeo abaixo). Altitude é a distância entre o nível médio do mar e o nível considerado (que pode ser o nível de voo, topo de uma montanha, aeródromo, etc). Já altura é a distância entre um nível considerado e a superfície (por exemplo, temos a altura de um avião com relação sobre o aeroporto).

Quanto maior a altitude, menor a quantidade de ar sobre o equipamento. Desse modo, a pressão atmosférica (força peso do ar por área) exercida sobre o equipamento é menor. Daí conclui-se que a altitude é inversamente proporcional à pressão atmosférica: quanto maior a altitude, menor a pressão. A variação de temperatura também influencia o valor de pressão: quanto maior a temperatura, mais leve o ar e portanto menor a pressão. Por isso podemos ter valores iguais de pressão mas na mesma altitude, e vice-versa. Por exemplo, o piloto mantém um determinado nível de voo e encontra uma massa de ar quente. Se o altímetro não sofrer correção segundo a temperatura, o piloto acha que o avião subiu (já que o ar está mais quente e leve, com pressão menor), sendo que na verdade ele está na mesma altitude.

Os altímetros são calibrados conforme a atmosfera padrão, conhecida como ISA (International Standard Atmosphere). Dentre um conjunto de valores que representam uma atmosfera idealizada, a ISA possui o valor de pressão atmosférica ao nível do mar tabelada em 1013,25 hPa (dependendo do exercício, pode ser aproximado para 1013 ou 1013,2), sendo hPa a sigla da medida de pressão do sistema internacional (SI). A pressão do ar diminui de modo exponencial com a altitude, porém, para altitudes próximas da superfície, vale uma aproximação linear de perda de pressão: 1 hPa para cada 30 pés (1 hPa / 30 ft). Para ver exercícios envolvendo cálculo de pressão ou altitude em diferentes níveis, veja a página com o conteúdo das aulas de Meteorologia.

Existem diferentes conceitos de altitude, sendo a diferença basicamente relacionada ao nível de pressão de referência adotada na superfície:

Altitude absoluta (altura) – distância entre o nível do solo e o nível considerado. O ajuste do altímetro para obter esse valor é chamado QFE.

Altitude indicada (AI) – distância entre o nível do mar real (que varia) e o nível considerado. O ajuste do altímetro para obter esse valor é chamado QNH. Caso voe sobre o mar, temos que QNH = QFE.

Altitude pressão (AP) – distância entre o nível do mar na atmosfera padrão (valor constante) e o nível medido de voo (FL, flight level). O ajuste do altímetro para obter esse valor é chamado QNE. Caso voe sobre o mar e o nível do mar coincidir com o valor de pressão ao nível do mar na atmosfera padrão, temos que QNH = QFE = QNE.

A diferença entre a altitude indicada e a altitude pressão é chamada fator D: QNH – QNE. Essa diferença permite a correção do valor da altitude, que multiplicado a 30 temos o erro de pressão (EP): EP = (QNH – QNE) x 30. Por exemplo, na carta sinóptica aparece o valor de pressão de 1023, então a conta é 1023 – 1013 = 10hPa. Multiplicado por 30, encontra-se a diferença de altitude (ou seja, a correção em pé), que a 300 pés. Somando esse valor à altitude indicada (supondo AI = 2000 pés), temos a altitude pressão (AP = 2300 pés). Caso o QNH fosse menor que o QNE, o EP deveria ser subtraído.

Altitude densidade (AD) – altitude pressão corrigida para temperatura diferente do valor padrão. Abaixo de 4000 pés, a fórmula para seu cálculo é:

AD = AP + 100 x (TAT – ISA)

“TISA” é a temperatura obtida através do gradiente vertical de temperatura da atmosfera padrão (a temperatura cai 2°C a cada 1000 pés que a altitude aumenta), ou seja:

TISA = 15 – (2 x AI)/1000

“TAT” é a sigla de True Air Temperature, ou seja, temperatura real do ar (OAT – Outside air temperature) obtida na aeronave através de sensor externo. Voltando ao exemplo, para uma altitude de 2000 pés (AI = 2000), altitude pressão de 2300 pés (AP = 2300, já calculada anteriormente) e temperatura de 10°C (TAT = 10), temos AD = 2200 pés.

Sendo mais detalhista, a TAT seria obtida por TAT = SAT + 0,2M²SAT. A SAT (Static air temperature), obtida com o ar em repouso, e e RAT (Ram air temperature), obtida com o ar em movimento. Essa diferença ocorre porque a temperatura aumenta quando ocorre o aumento de pressão gerado pelo impacto da aeronave com as moléculas de ar.

Quanto mais alta for a temperatura junto à pista, menor será a densidade do ar, e assim a aeronave necessitará de maior velocidade e comprimento de pista para poder atingir seu ponto de sustentação e decolar. Por exemplo, em um Boeing 747, se a temperatura da pista for de 30°C e aumentar em 1°C, será preciso diminuir o peso máximo de decolagem em duas toneladas.

Altitude verdadeira (AV) – representa a distância, corrigida pelos erros de temperatura e pressão, entre a aeronave e a superfície, solo ou água, para permitir livrar obstáculos se existentes. O erro de temperatura (ET) é calculado da seguinte forma: para cada + 5°C, somar 2% do valor da AP; para cada – 5°C, subtrair 2% do valor da AP. Outra forma de calcular esse erro é através da seguinte fórmula: ET = (TAT – TISA) x 0,4 x FL.

Exemplo 1) Dados AI = 5000 pés, TAT = 10°C e QNH = 1023 hPa, determine AV.

1) Calcular o Fator D = QNH – QNE = 1023 – 1013 = + 10 hPa
2) Calcular o EP – Para passar o valor de hPa para pés, usar o gradiente vertical bárico e regra de três:
1 hPa – 30 pés
10 hPa – x
Assim, x = 300 pés = EP
3) Calcular AP = AI + EP = 5000 + 300 = 5300 pés (maior pressão, menor altitude)
4) Calcular a TISA = 15 – (2 x AI)/1000 = 15 – (2 x 5000)/1000 = + 5°C
5) Calcular ΔT = TAT – TISA = 10 – 5 = + 5°C
6) Calcular AV: para cada + 5°C, temos + 2% de acréscimo nessa altitude.
AV = AP + ET = 5300 + (2% de 5300) = 5300 + (0,02 x 5300) = 5406 pés
Calculado pela fórmula: ET = (TAT – TISA) x 0,4 x FL = 5 x 0,4 x 50 = 100
AV = AP + ET = 5300 + 100 = 5400 pés
Ou seja, o altímetro está indicando 5000 pés, mas a altitude verdadeira é de 5400 pés.

Exemplo 2) Dados AI = 10.000 pés, TAT = -20°C e QNH = 1003 hPa, determine AV.

1) Calcular o Fator D = QNH – QNE = 1003 – 1013 = – 10 hPa
2) Para passar o valor de hPa para pés, usar o gradiente vertical bárico e regra de três:
1 hPa – 30 pés
-10 hPa – x
Assim, x = -300 pés = EP
3) Calcular AP = AI + EP = 10000 – 300 = 9700 pés (menor pressão, maior altitude)
4) Calcular a TISA = 15 – (2 x AI)/1000 = 15 – (2 x 10000)/1000 = – 5°C
5) Calcular ΔT = TAT – TISA = -20 – (-5) = – 15°C
6) Calcular AV: para cada – 5°C, temos – 2% de acréscimo nessa altitude (com deu -15°C, temos – 3 x 2% = – 6%).
AV = AP + ET = 9700 – (6% de 9700) = 9700 – (0,06 x 9700) = 9700 – 582 = 9118 pés
Calculado pela fórmula: ET = (TAT – TISA) x 0,4 x FL = -15 x 0,4 x 100 = -600
AV = AP + ET = 9700 – 600 = 9110 pés
Ou seja, o altímetro está indicando 10000 pés, mas a altitude verdadeira é de 9110 pés.

Observação: muitos exercícios informam o nível de voo (FL = Flight Level), que é dado em centenas de pés. Por exemplo, a altitude do nível de voo 150 é 15000 pés. Os exemplos foram resolvidos adaptados do seguinte vídeo:

Existe ainda a Altitude Calibrada (ou Corrigida), que é a altitude obtida a partir da leitura no altímetro e após ser corrigida dos erros de posição e instalação na aeronave.

Por que as siglas são QNH, QNE e QFE?

O Código Q, criado aproximadamente em 1909 pelo governo britânico, é adotado internacionalmente por Forças Armadas e trata-se de uma coleção padronizada de três letras, todas começando com a letra “Q”, inicialmente desenvolvida para comunicação radiotelegráfica comercial, e posteriormente adotada por outros serviços de rádios. Apesar de os códigos Q terem sido criados quando o rádio usava apenas o código Morse, eles continuaram a ser empregados depois da introdução das transmissões por voz. Como exemplos, temos o QAP (“Está na escuta?”), QAM (“Qual é a condição meteorológica?”), QRA (“Qual o nome operador?”), QRL (“Você está ocupado?”), QSL (“Pode acusar recebimento?”), QTH (“Qual é sua posição?”), etc.

Na aviação foi definido o uso do QAA-QNZ (para uso marítimo é a faixa QOA-QQZ e QRA–QUZ é para uso geral), mais comumente é usado QNE, QNH (Query: Nautical Height) e QFE (Query: Field Elevation) que fazem referencia a ajustes de altímetros em relação ao solo, nível médio do mar e pressão local, além dos códigos QDM e QDR que correspondem a radionavegação aérea. Tais códigos são usados em fonias com órgãos de controle de tráfego aéreo como uma abreviação inequívoca, onde segurança e eficiência são de vital importância.

Esse vídeo estilo “Professor Chatoff” é bem instrutivo, mostrando inclusive como zerar o altímetro:

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