Sistemas para evitar la formación de estelas de condensación

Las estelas de condensación dejadas por los aviones están formadas por cristales de hielo minúsculos, formando nubes parecidas a los cirros. Si el aire en altitud es húmedo, los cristales de hielo aumentan su tamaño por acreción y se expanden formando cirros.

Hay dos razones por las que puede no interesar que se formen las estelas de condensación. En primer lugar, la presencia de estelas detrás de los aviones militares delatan su presencia ante las fuerzas enemigas. Esto es particularmente problemático en los aviones espía. Para los aviones militares, incluso una leve y no persistente estela es algo que debe ser evitado. Mirando la fotografía de cabecera, tomada durante la Segunda Guerra Mundial, podemos comprender perfectamente esta necesidad militar. También sirve, por cierto, para demostrar su equivocación a todos los que afirman que el fenómenos de las estelas en los aviones es algo reciente. Aquí tenéis mas estelas de la SGM.

La segunda razón es que estas estelas afectan al clima. Se cree que el efecto sobre el calentamiento global de las estelas de los aviones es mayor que el ocasionado por el propio CO2 de la combustión del carburante. Aunque el efecto cuantitativo sobre el calentamiento global de estas estelas no es demasiado importante, sí que es algo a tener en cuenta.

Frank Noppel realiza en su tesis doctoral un repaso detallado a las diferentes técnicas para evitar la formación de las estelas:

Elegir la altitud

El método más sencillo para evitar la formación de estelas, y que se ha utilizado desde la SGM, es evitar el vuelo en zonas propensas a su formación. Esto se puede conseguir volando a altitudes bajas, más cálidas, o realizar cambios en altitud para evitar zonas con alta humedad.

Por desgracia, la humedad en altura no es fácil de medir. Por ello, los diseñadores del avión espía U2 incluyeron en la nave un artilugio bastante rústico. Un espejo retrovisor para que el piloto pudiera ver si su avión estaba generando estelas.

Para los aviones comerciales, los cambios de altitud es un coste que no se puede asumir. Estos aviones vuelan a la altitud en la que la densidad del aire es óptima para los motores. Volar más alto o más bajo reduce la eficiencia y aumenta la polución y la emisión de CO2, quemando más combustible. Un estudio de Banavar Sridar y su equipo, demuestra que consiguiendo un óptimo control aéreo se puede reducir 6 veces la generación de estelas con solo un 2% de incremento en consumo de carburante.

Con un sistema computarizado de control de tráfico aéreo se podría conseguir algo así, pero esto todavía está lejos de acometerse.

Modificaciones en los motores

Las estelas se producen por el vapor generado en las turbinas de los aviones. Una manera evidente de eliminarlas, sería eliminar dicho vapor. Como podéis imaginar esto no es algo trivial. Las estelas se forman porque los gases de la combustión se enfrían muy rápido, por lo que el vapor se condensa antes de que pueda diluirse en el aire. Si se consiguiese que los vapores saliesen más calientes, se tardarían más en condensar, y daría más tiempo a que se dispersasen. También se podría forzar que se mezclasen con el aire del ambiente más deprisa. Por desgracia no hay manera de conseguir esto sin degradar el rendimiento del motor. Cualquier solución a adoptar requiere sacrificar empuje del motor, por lo que de nuevo tendremos un motor más ineficiente y que contamina más.

Las estelas generalmente también requieren de núcleos de condensación. A menudo estos núcleos son partículas de hollín, sulfuros u otras partículas del humo de los escapes. Si el motor produjese menos hollín, sería una buena medida para reducir las estelas. Lamentablemente eso no significaría la desaparición de las estelas, sino solo la reducción de la densidad, ya que es imposible eliminar a cero las partículas de carbón, ni el resto de impurezas del carburante. Hay una patente de 2010 para la reducción de los contrails que se basa en la utilización de carburante con muy baja cantidad de sulfuros.

Químicos

Otra posibilidad que también se ha explorado es la de añadir químicos a la salida de los gases para prevenir la formación de estelas. La solución más fácil es la de añadir muchos más núcleos para facilitar la condensación del vapor. De esta manera se crean muchos más cristales pero si se consigue que estos sean de tamaño menor a media micra, las estelas serán casi imperceptibles. De todas maneras esta solución no es definitiva, ya que en las condiciones de humedad adecuadas, la estela seguirá aumentando por acreción, haciéndose visible, aunque eso sí, pera entonces el avión ya estará lejos. Esta sí que vale para evitar la detección de aviones espía, pero no para evitar las consecuencias climáticas de las estelas.

Existen varias patentes al respecto. La primera de ellas fue presentada en 1962 por la US Air Force. Se trata de la patente US 3.717.505 (Método y aparato para la supresión de estelas de condensación), que consiste en la dispersión de un espray de ácido clorosulfúrico (HSO₃Cl) expulsado mediante nitrógeno a presión a los escapes y que se monta cerca de los motores. El calor de la combustión descompone el producto en cloruro de hidrógeno y óxido de azufre, el cual se comporta como núcleo de condensación.

El problema que presenta esta patente es que el ácido es muy corrosivo y se necesita mucho para cumplir el cometido (un 3% del total de peso del combustible). Además arrojar tanto ácido a la atmósfera hace que el remedio sea peor que la enfermedad, si lo que se persigue es evitar el impacto climático de las estelas. Además de introduce más complejidad en las naves, con nuevos dispositivos de control y almacenaje. Todo ello hace que solo se haya trabajado en esta dirección en aviones militares, y como hemos visto, parece que se ha optado por mecanismos más sencillos como los espejos retrovisores.

La patente US3289409 de 1964 sigue un enfoque similar, pero utilizando hollín como núcleos de condensación. En este caso se persigue obtener cuanto más partículas mejor. Para ello se añade una segunda cámara de combustión en cada motor en el que se quema combustible de manera muy ineficiente. Las consecuencias son justo las contrarias a lo perseguido. Se aumenta la polución y el consumo de carburante hasta en un 5%.

Luego está la patente US4766725, de 1985, que utiuliza una exótica mezcla de tensoactivos y la US5005355 de 1988 que usa alcohol. Ambas intentan reducir la tensión superficial del agua, evitando que se forme hielo.

Rayos anti estelas

Las técnicas más novedosas para la supresión de estelas de condensación vienen de la mano de Noppel, Singh, y Taylor, quienes sugieren que los cristales de hielo que se forman al condensarse el vapor de la combustión se pueden romper utilizando microondas ( patente US20100132330) o ultrasonidos (patente US20100043443).

La idea es la de utilizar estas emisiones para romper los cristales de hielo en tamaños no visibles. La ventaja sobre los métodos químicos es que es muy limpio. El método se combina con detectores automatizados de estelas, activándose solo cuando estas se están formando. Con ello se reduce considerablemente la energía necesaria.

La razón principal por la que estos métodos no se están utilizando es su coste. Las compañías aéreas no tienen ningún incentivo para hacerlo. La legislación vigente tampoco obliga a ello y la voluntad política para hacer obligatorios estos dispositivos es inexistente. Pero esto no significa que en un futuro a medio plazo se pueda regular la generación de estelas de condensación y que los cielos se vean limpios de ellas.

Fuente: Contrailscience