Estelas de condensación

Contrail es un término inglés que se forma a partir de las palabras inglesas «condensation+trail», «estela de condensación», en español. Se estima que este tipo de nube cubre alrededor del 0,1 por ciento del cielo del planeta. Uno de los principales constituyentes de los gases de escape emitidos por un motor a reacción es el vapor de agua. Esto tiene el efecto de aumentar la humedad de la capa de aire a través de la cual vuela un avión. En ciertas condiciones, si la humedad supera la saturación, se forma un rastro de nubes detrás de la aeronave. Este rastro de condensación se conoce como estela. La temperatura crítica, por debajo de la cual se pueden formar estelas, es de aproximadamente -24 °C al nivel del mar y -45 °C a 50.000 pies.

La mayoría de las estelas que se ven son, generalmente, monótonamente rectas.  La causa es volar con niveles de vuelo, donde las aerovías y las rutas RNAV requieren pocos cambios de rumbo. Como forma artística, las formas de las nubes provocadas por estelas no son muy atractivas.

Aunque parezcan tan predecibles, hay un cierto misterio en ellas y generan fantasías, como es el caso de la persona del video que seguramente conoce la denominada teoría conspirativa de los ‘chemtrails‘.

Esta teoría conspirativa de las «estelas químicas», también llamadas «quimioestelas» plantea la creencia errónea de que las estelas de condensación de larga duración dejadas por los aviones a gran altura son en realidad «estelas químicas» que consisten en agentes químicos o biológicos rociados por los aviones con fines nefastos no revelados al público en general.​ Los creyentes en esta teoría conspirativa dicen que si bien las estelas de vapor normales se disipan relativamente rápido, las estelas que permanecen más tiempo deben contener sustancias adicionales.​ Quienes se suscriben a la teoría especulan que el propósito de la liberación química podría ser el manejo de la radiación solar, modificación del clima, manipulación psicológica, control de la población humana, una guerra biológica o química, y que las estelas causan enfermedades respiratorias y otros problemas de salud. No vamos a ahondar en este tema que a mi criterio no resiste el menor análisis.

Cada uno tiene la libertad de creer en lo que quiera, sin ser juzgado o menospreciado por ello.

La realidad es mucho más sencilla y menos conspirativa.

Una estela es una especie de nube mixta, que se forma cuando dos masas de aire con temperaturas y presiones de vapor diferentes se mezclan rápidamente. En este caso, el aire ambiente normalmente muy frío y seco, se mezcla con el aire mucho más cálido y húmedo procedente del escape de un motor a reacción. El estado de saturación resultante produce gotas de agua que se congelan casi instantáneamente en cristales de hielo. Los cristales de hielo también pueden formarse cuando las moléculas de vapor de agua se adhieren a diminutas partículas, o núcleos, formados por diversos subproductos de la combustión.

¿Por qué, por ejemplo, los aviones las producen algunos días y otros no? ¿Y cómo es que algunas duran literalmente horas, mientras que otras desaparecen en cuestión de segundos? Resulta que las estelas de condensación son más importantes de lo que parece a primera vista.

MINTRA | minimum trail level

La temperatura real necesaria para la formación de estelas de cristales de hielo varía en función de la humedad relativa, pero en general, si el aire ambiente está a -38 grados centígrados o más frío y hay suficiente humedad, es altamente probable la formación de estelas. A temperaturas más cálidas los cristales de hielo generalmente no se forman, porque no hay suficiente vapor de agua en las masas de aire que se mezclan para alcanzar un estado de saturación. Por otro lado, si la masa de aire ya contiene una humedad relativa elevada, la formación de estelas a temperaturas más cálidas de lo normal es más probable.

La temperatura mínima a la que se forman las estelas, (el nivel al que se encuentra esa temperatura donde se forman), se le denomina nivel MINTRA (MINimum TRAil temperature), que comienza a nivel del mar con temperaturas inferiores a -24 grados centígrados, y a -45 grados centígrados a 50.000 pies de altitud. El nivel es variable, según la temperatura de la atmosfera y no es previsible.

A partir de los cálculos de la liberación de vapor de agua y de calor del escape, es posible determinar la temperatura crítica a la que se produce la formación de la estela. Esta temperatura crítica varía en cierta medida en función de la humedad relativa y de la presión del aire ambiente. Aunque la temperatura crítica para la formación de estelas se alcanza en el nivel MINTRA, las estelas no se forman necesariamente a esta altura. Pero la formación de estelas no se produce por debajo de este nivel. Dado que los productos de combustión del combustible de una turbina y el del motor a pistón son diferentes en términos de combustión por cantidad, las temperaturas MINTRA respecto al motor de pistón y al avión de reacción son ligeramente diferentes. Los niveles de MINTRA para los aviones a reacción son más altos que los de los aviones con motor de pistón, siendo las demás condiciones iguales. Cuando se utiliza un solo tipo de combustible, la variación del nivel MINTRA entre un tipo de avión y otro es insignificante.

Sin embargo, el calor generado por el motor eleva la temperatura y, en consecuencia, reduce la humedad relativa, por lo que los aviones a reacción no necesariamente generan estelas de vapor a menos que la temperatura sea aproximadamente 15 °C por debajo de la temperatura MINTRA. En términos generales, es más probable que se produzcan estelas en masas de aire marítimo tropical cálido con una tropopausa alta, pero fría, mientras que es menos probable que se vean estelas en masas de aire polar frías con una tropopausa baja relativamente cálida.

DRYTRA | dry trail Level

Cuando la temperatura es baja, las estelas de condensación se forman incluso cuando el aire ambiente está absolutamente seco (0% de humedad). En estos casos, la humedad de los gases de escape es suficiente para producir la saturación y la sublimación. Por encima de este nivel, las estelas de condensación se forman independientemente de la humedad del aire. Esto se conoce como el nivel de estela seca (dry trail Level -DRYTRA). Por lo tanto, la formación de estelas se produce necesariamente por encima de este nivel. El nivel DRYTRA suele estar unos 2 km por encima del nivel MINTRA para el aire saturado. Este nivel de vuelo se determina con la ayuda de un gráfico llamado tefigrama.

MAXTRA | maximum trail level

En la estratosfera tropical inferior la temperatura aumenta lentamente con la altura. A un cierto nivel la temperatura puede llegar a ser superior a la temperatura crítica para la formación de estelas. Por encima de este nivel no se formará ninguna estela. Este nivel se conoce como nivel de estela máxima (MAXTRA).

¿Cuánta agua se encuentra en los gases de escape de un motor a reacción?

Bastante. Según el Dr. Rowan Pilie, un científico que llevó a cabo las primeras investigaciones sobre estelas de condensación para la Fuerza Aérea de EE.UU., cada gramo de combustible quemado produce un gramo y cuarto de agua. Por supuesto, la quema de combustible para aviones se mide normalmente en miles de libras, no en gramos, lo que explica por qué no hay escasez de agua para crear estelas de condensación. A veces, esta abundancia de agua puede provocar el crecimiento de cristales de hielo especialmente grandes. Cuando se vuelven lo suficientemente pesados, los más grandes comienzan a desprenderse del cuerpo principal de la estela. Esto crea las apropiadamente llamadas «Fallstreaks», es una gran brecha circular o elíptica que puede aparecer en nubes cirrocúmulos o altocúmulos.

La esperanza de vida de una estela de condensación depende en gran medida de los vientos dominantes y de la humedad relativa. Suponiendo que las condiciones favorezcan su creación en primer lugar, una estela de condensación puede durar muchas horas si no es perturbada por vientos fuertes o turbulentos en el aire. No es raro observar una estela de larga duración estirada lateralmente en condiciones de viento ligero, transformada en una capa de cirros muy fina y localizada de una milla de ancho o más. Los vientos en altura tienden a disipar las estelas de condensación más rápidamente, al igual que la humedad relativa extremadamente baja. A veces, las estelas de condensación solo duran unos segundos o se producen en ráfagas cortas cuando un avión vuela por casualidad dentro y fuera del límite de temperatura exacto donde se forman. Pero, independientemente del tiempo que duren, todas desaparecen por la misma razón: acaban diluyéndose en el aire circundante, relativamente seco. La humedad relativa dentro de la nube de estelas disminuye constantemente y los cristales de hielo desaparecen mediante el proceso de sublimación. Según el Atlas de nubes de la Organización Meteorológica Mundial, la estela adquiere derecho a ser condiderada una nube cuando sobrevive al menos 10 minutos, en cuyo caso dejaría de ser una estela de condensación para convertirse oficialmente en una nube del tipo Cirrus homogenitus. El apellido alude a que es una consecuencia de la actividad humana. Si crece aún más y acaba tomando una forma de cirro más natural, la terminología meterorológica dicta que se añada un segundo apellido. El tercer término indica que el origen de la nube es humano, pero que ha mutado lo suficiente como para que se asemeje a una nube natural. Su nombre completo sería entonces Cirrus homogenitus homomutatus.

Mientras duran, las estelas ofrecen a los pilotos pistas útiles sobre el tráfico y las condiciones de vuelo. Por ejemplo, pueden facilitar la detección de tráfico rápido o distante. Un avión que se aproxima, de otro modo invisible, a veces se puede discernir rápidamente por la estela a distancias de 40 millas o más. Una estela irregular y distorsionada es una advertencia visible de una posible turbulencia en aire claro a ese nivel de vuelo, mientras que las estelas persistentes y bien formadas son una buena indicación de que las condiciones de vuelo son calmas.

Si bien tendemos a asociar las estelas con vuelos a gran altura, la altitud en sí misma no es estrictamente un factor en su formación. Las estelas pueden aparecer en los gases de escape de un avión en tierra si la temperatura es lo suficientemente fría y la humedad relativa de las capas de aire combinado es lo suficientemente alta. Esto se ha observado en lugares de clima frío como Alaska, por ejemplo, donde el fenómeno resultante suele denominarse niebla helada.

No todas las estelas están compuestas de cristales de hielo, como lo demuestra un tipo de estela de gotas de agua a baja altitud que se observa más comúnmente cuando aviones de gran porte aterrizan o despegan en condiciones extremadamente húmedas. En este tipo, el aire ambiental ya altamente saturado encuentra regiones de baja presión sobre el ala y en los vórtices turbulentos de la punta del ala. Las gotas de agua se forman en estas regiones de baja presión, produciendo estelas de vapor, generalmente de corta duración, pero altamente visibles.

Algunas historias de las estelas

Quedense tranquilas las lectoras cuyo nombre sea Estela, nos vamos a referir a historias de otras estelas, las de condensación. Por supuesto, no son solo los motores a reacción los que producen estelas. Durante la Segunda Guerra Mundial, los Boeing B-29 y B-17 y otros aviones que volaban a gran altitud las producían regularmente, lo que no era necesariamente algo bueno desde la perspectiva de mantener el elemento sorpresa. La comprensión de que las estelas eran un talón de Aquiles en el sigilo de los aviones, condujo a los esfuerzos de la posguerra para minimizar o eliminar por completo la generación de estelas.

En 1953, científicos propusieron a la Fuerza Aérea de los EE. UU. un método ingenioso para eliminar las estelas. Sabían que la cantidad de luz dispersada por los cristales de hielo es, hasta cierto punto, una función de su tamaño. Si los cristales de hielo en una estela pudieran hacerse lo suficientemente pequeños, se reflejaría muy poca luz visible y la estela sería difícil, o incluso imposible, de observar. Razonaron que solo hay un número fijo de moléculas de agua disponibles en el flujo de escape de un motor. Sugirieron que al sembrar un escape con altas concentraciones de núcleos higroscópicos (que atraen agua), podrían crear un entorno altamente rico en objetivos para las moléculas de agua. Frente a una sobreabundancia de núcleos con los que unirse, las moléculas se dispersarían, impidiendo la formación del tipo más grande de cristales de hielo que normalmente se encuentran en las estelas. Los cristales de hielo que se formaron serían mucho más pequeños de lo habitual.

Para probar su teoría, los científicos idearon un sistema mediante el cual las corrientes de escape del motor en un ala de un jet B-47 de la Fuerza Aérea de los EE.UU. podrían inyectarse con una solución ácida altamente higroscópica. Los motores del ala opuesta no se modificaron para fines de comparación.

Cada vez que presionaran un interruptor, las estelas del lado modificado del avión desaparecían, Resulta que las partículas de hielo modificadas se habían reducido a un tamaño que reflejaba solo la porción azul del espectro de luz visible. Contra el cielo azul, lo poco que quedaba de las estelas era completamente invisible desde la tierra. Aunque habían logrado su objetivo, los resultados finalmente demostraron ser de menor importancia para la Fuerza Aérea. «Nos estábamos preparando para instrumentar un B-52 para realizar más estudios, cuando nos dijeron que los avances en el radar habían hecho más o menos que la detección visual de las estelas fuera un punto discutible». Con ese desarrollo innegable, el proyecto se dio por terminado.

Fly safe and enjoy!
Hasta la próxima
Paz y bien – Namasté
Roberto Gómez
rjg@flap152.com

 

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