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Las estelas de condensación reducen la gama de temperaturas diarias
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Las estelas de condensación se forman cuando los gases de escape cálidos y húmedos de un avión se mezclan con el aire frío del entorno, produciendo nubes de cristales de hielo. Los núcleos de algunos de los cristales de hielo de una estela de condensación contienen diminutos productos de combustión, pero son esencialmente hielo.
A veces pueden verse más de dos estelas de condensación incluso detrás de un avión de dos motores. Sin embargo, hay otras fuentes de estelas de condensación aparte de los motores, como los cambios de presión cuando el aire fluye alrededor de los bordes de las alas. Debido a las leyes de la ciencia, existe una relación entre la presión, el volumen y la temperatura de un gas.
A medida que el aire fluye sobre un vehículo, o una aeronave, sufre una serie de cambios de presión que pueden hacer que se enfríe en algunas partes. A medida que el aire se enfría, es menos capaz de retener la humedad, por lo que se condensa en forma de vapor que se observa como una estela. La condensación visible de los vórtices causados por las puntas de las alas de los aviones es un fenómeno común.
Vórtice de punta de ala
Averiguar las causas de las estelas de condensación no se convirtió en una gran preocupación hasta la Segunda Guerra Mundial, cuando las estelas de condensación se consideraron por primera vez un problema. “Hacen visibles a los aviones, se puede ver el rastro de un avión en vuelo”, dice Schumann. “Así que durante la Segunda Guerra Mundial, los militares trataron de evitar las estelas de condensación porque querían evitar la visibilidad de sus aviones”.
Sin embargo, las primeras explicaciones correctas de cómo se formaban se obtuvieron a principios de los años 40 y 50, con lo que ahora se conoce como el criterio Schmidt-Appleman, que mostraba que las condiciones del umbral dependían de la presión ambiental, la humedad y la proporción de agua y calor liberada por el avión.
En pocas palabras, las estelas de condensación son las nubes de partículas de hielo en forma de línea que se forman en la estela de los aviones. Pueden tener una longitud de entre 100 m y varios kilómetros.
Para que se formen son necesarias tres cosas: vapor de agua, aire frío y partículas en las que pueda condensarse el vapor de agua. Los aviones producen vapor de agua cuando el hidrógeno de su combustible reacciona con el oxígeno del aire. En condiciones de frío (normalmente por debajo de los -40C (-40F)) puede condensarse, normalmente sobre las partículas de hollín que también emiten los motores de los aviones, hasta formar una niebla de gotas, que luego se congelan para formar partículas de hielo. El proceso se asemeja al aliento congelado en un día frío de invierno, dice Schumann.
Significado de las caravanas
Para garantizar datos 100% comparables entre el motor de hidrógeno y el convencional, los vuelos de prueba se llevarán a cabo de forma consecutiva en las mismas condiciones meteorológicas. Los vuelos de prueba están previstos para finales de 2022 en Dakota del Norte (EE.UU.), en colaboración con la Universidad de Dakota del Norte.
Este demostrador llevará un planeador modificado hasta los 33.000 pies -una altitud extrema para un avión que normalmente navega por debajo de los 10.000 pies- para analizar el impacto de la combustión del hidrógeno en las propiedades de las estelas. El resultado de este análisis proporcionará información fundamental sobre las emisiones de la aviación distintas del CO2, incluidas las estelas de condensación y el NOx, antes de las pruebas de vuelo del demostrador ZEROe.
Cono de vapor
Los motores de los aviones producen vapor de agua como biproducto de la quema de combustible. Por encima de los 6.000 metros, el aire que rodea al avión está muy por debajo del punto de congelación, por lo que se enfría el vapor de agua que sale de la parte trasera de los motores. Esto hace que el vapor de agua se condense rápidamente y se congele. Pequeñas partículas del motor, conocidas como núcleos de condensación, actúan como punto de partida para que se produzca la condensación, dejando finas estelas de cristales de hielo detrás de los motores del avión.
Lo que ocurre después depende de lo seco o húmedo que sea el aire. Si el aire es muy seco, los cristales de hielo se subliman (cambian de fase directamente de sólido a gas) y se vuelven invisibles. Si el aire es húmedo, las gotas de agua o los cristales de hielo se quedarán donde están, a menudo extendiéndose, dejando un rastro esponjoso por donde ha pasado el avión. Las estelas pueden durar muchas horas, dejando el cielo surcado de líneas y mezclándose con los cirros.
Estrictamente hablando, sólo hay un tipo de estela, sin embargo, hay un efecto similar llamado “vórtices de punta de ala”. Cuando el ala de un avión genera sustentación, hace que se forme un vórtice en la punta del ala y en la punta de los flaps. Estos vórtices de punta de ala persisten en la atmósfera después de que el avión haya pasado. La reducción de la presión y la temperatura en cada vórtice puede hacer que el agua se condense, produciendo una fina línea de gotas de agua que se parece a una estela. Este efecto es más común en los días húmedos, por lo que los vórtices en las puntas de las alas pueden verse a veces detrás de los alerones de los aviones durante el despegue y el aterrizaje. A diferencia de las estelas de condensación, los vórtices en las puntas de las alas sólo se ven a baja altura, cuando el avión se desplaza lentamente después del despegue o antes del aterrizaje. Siguen detrás de las puntas de las alas y de los alerones en lugar de detrás de los motores, y se evaporan rápidamente a pocos metros detrás del avión.
