Estelas de Condensación, nuestra firma en el cielo

Sin duda, algo que maravilla a pequeños y a adultos son las llamadas estelas de condensación. Rúbricas perfectamente alineadas en un manto azul trazadas con precisión extrema.Veamos lo que las origina...

 Unos se han atrevido a decir que eran fruto de una teoría conspiratoria de gobiernos y de empresas farmacéuticas para rociarnos con productos y empeorar nuestra salud. Dichas chemtrails ( chemical- trails o estelas químicas )lejos de estas teorías, basan su explicación científica a fenómenos fisicos.

Para los demás, los trazos, estelas de avión o simplemente contrails ( “con de condensación” ) son áreas de condensación que se originan por detrás de los escapes de las turbinas y que forman cirros artificiales (a veces llamados estelas de vapor). Dichos cirros nos darán para otro Post a buen seguro.También se generan en los vórtices de las alas de los jets, que precipitan una corriente de cristales de hielo en atmósfera húmeda y fría. Al contrario de su apariencia, no ocasionan polución. Las estelas se producen cuando hay una presión muy baja a gran altitud acompañado de temperaturas muy frías en un entorno próximo a los 10.000 metros ( unos 30.000 ft ). Pues bien, los aviones usan hidrocarburos ( Hidrógeno más Carbono ) como combustible, el cual al salir de las toberas de los motores a grandes altitudes se separa. El carbono reacciona con el oxígeno y produce dióxido de carbono.Aunque lo realmente lo que nos interesa es lo que se produce con el hidrógeno que al asociarse a moléculas de oxígeno repartidas por el aire hacen la formula química por excelencia: H2O. Dicha agua a dichas altas temperaturas se convierte en vapor. Por cada litro de combustible quemado (oxidado), se produce un litro de agua, agregado al agua condensada presente (de la humedad del aire) en el combustible. Dicho vapor al encontrarse con temperaturas muy frías se convierte ( sublimación) en cristales de hielo.Recordad que la temperatura de la atmósfera en la troposfera (la capa más baja) decrece linealmente hasta alcanzar una temperatura constante entre -50 y -60ºC en la tropopausa, alrededor de los 10 km. La tropopausa de paso a la estratosfera donde la temperatura empieza a crecer. La temperatura, el grosor y la altura de la tropopausa varían de un lugar a otro. Sería necesaria otro post para hablaros de la fisonomía de la Tierra.  De hecho, lo realmente curioso es que no salen directamente del motor sino que necesitan de un lapso de tiempo y en consecuencia, de espacio para que se produzca esta cristalización tan visiblemente atractiva. Voi-lá, nuestra firma en el cielo.

Otras estelas que se disipan muy rápido se producen en los extremos de las alas. Debido a la diferencia de presión de la parte superior e inferior ( ya hablaremos más adelante de esta tan importante diferencia) de las alas se produce una corriente de aire en los extremos en forma de torbellino. Cuando la diferencia de presión de las caras es mayor, ascensos rápidos, loopings; el torbellino se hace lo suficientemente fuerte para crear un vacío debido a fuerza centrifuga. Este vacío hace que aire baje rápidamente de temperatura y el vapor se condense.

  Pero direis...¿Por qué hay aviones que producen estelas y aviones que nos las producen? ¿Por qué hace muchos años los aviones producían menos estelas que en la actualidad? ¿Por qué hay estelas “a gotas” o con forma irregular? Quizás conviene que recordemos un poco la física de las estelas blancas de los aviones.

Es realmente curioso que a igual Flight Level (nivel de vuelo)haya unos aviones que crean estela y otros que no. Vemos en la foto anterior como  un Airbus A340 fabricado en 1998 y un Boeing B707 fabricado en 1968 vuelan a la misma altura.La diferencia en cuanto a la producción de estelas es la eficiencia de los motores de propulsión a chorro de cada avión. La eficiencia η de la propulsión de un turborreactor se mide por el cociente entre el trabajo realizado por el motor para mover el avión (producto de la fuerza de propulsión por la velocidad lograda) y la energía química producida por la combustión del combustible. La cantidad de calor que abandona el motor en los gases de escape que forman la estela depende del valor de (1-η), es decir, a mayor eficiencia menor temperatura. estado del arte en 2010 pueden alcanzar hasta η=0’5) producen estelas a menor altura para el mismo porcentaje de humedad relativa.


El Airbus A340 utiliza cuatro motores CFM56-5C4 cuya eficiencia η en ascenso es de 0’33 y en descenso de 0’27, mientras que el Boeing B707 utiliza cuatro motores PW JT3D-3B con h en ascenso de 0’27 y en descenso de 0’25. Por ello el Airbus produce estelas blancas a menor altura que el Boeing y en la foto que abre esta entrada con los dos a la misma altura y velocidad se observan las cuatro estelas en el primero pero ninguna en el segundo. En general, los motores de propulsión a chorro más eficientes (más modernos) producen más estelas blancas que los menos eficientes (más antiguos). Por esta sencilla razón los ancianos recuerdan que hace años los aviones producían menos estelas blancas que en la actualidad.

Para los interesados en más información técnica, recomiendo el artículo de Ulrich Schumann, Influebce of propulsation efficiency on contrail formation"” Aerospace Science and Technology 4: 391-401 (2000). Más información sobre los experimentos que dieron lugar a la foto que abre esta entrada en Ulrich Schumann et al., “Experimental test of the influence of propulsion efficiency on contrail formation” Journal of Aircraft 37: 1083-1087 (2000).

La evolución de la presión y temperatura de una parcela de aire atravesada por los gases de escape que salen del motor sigue de forma aproximada una línea recta, que en la figura se ha marcado con los puntos 1, 2, 3 y 4. La pendiente de esta recta se llama factor de estela que se mide en unidades de humedad específica por grado (de temperatura); la humedad específica es la cantidad de vapor de agua contenida en el aire y se mide en gramos de vapor por kilogramo de aire húmedo (g/kg) ; la temperatura se mide en Kelvin (K). Los valores típicos del factor de estela varían entre 0,028 g/kg/K y 0,049 g/kg/K.
Mira de nuevo la figura de arriba. Los gases de escape salen del motor y calientan la parcela de aire que se encuentra en el punto 1  por debajo de la curva de saturación del hielo. Por ello, justo detrás del avión hay una región sin estela de condensación. Esta parcela de aire se enfría hasta que atraviesa el curva de saturación del agua en el punto 2, momento en el que se forman gotas de agua, que se congelan muy rápido formando cristales de hielo lo que hace que aparezca la estela. El aire va enfriándose aún más hasta alcanzar la temperatura ambiente siguiendo la línea que une los puntos 2 y 3. La estela es visible hasta que se alcanza el punto 3 o el punto 4, momento en el que el aire deja de estar saturado respecto al hielo y los cristales de hielo se subliman volviendo a su estado original como vapor de agua. La estela desaparece.


Y ahora viene un tema para nota, la inestabilidad de Crown ( VCI : vortex crow instability )  Un  fenómeno  aerodinámico que más tiene más nombre de best seller literario o de pelicula que de fenómeno en sí en aerodinámica. Bien, os explico, en la foto de Angela de Cazatormentas.net  tomada al norte de Almería  veis en que se traduce: peculiares circulos caprichosos en lugar de las estelas rectilíneas.Son provocados por una disturbacion del aire en las puntas de los planos. Dichos vertices contrarotatorios de  diferentes formas van sucediéndose a lo largo de nuestro Contrail.

En ocasiones se produce el bello arco iris tras nuestras estelas.Es la llamada estela iridiscente ( a la izquierda ) donde los cristales de vapor de agua son  iluminados por el Sol de la manera apropiada descomponiendo los rayos de luz en los colores del espectro.

Ya sabeis, una primera y última recomendación...

nunca dejeis de mirar al cielo, seguro que siempre hay un espectáculo maravilloso por empezar.

Bienvenidos al Rincon del Aviador