CPI (Curioso pero inútil)

En directo en la Red desde 11111010100

Estelas turbulentas

Recordarán, estimados lectores, la serie (I, II, III) que hicimos sobre la barrera del sonido y el efecto Prandtl-Glauert. Hoy les proponemos un tema tangencialmente relacionado, que viene acompañado de imágenes y vídeos espectaculares y que estamos seguros de que les encantará.

La turbulencia es el comportamiento aparentemente impredecible de un fluido (gas o líquido) cuando se lo somete a movimientos y fricciones. Hasta ahora la turbulencia ha escapado al análisis profundo por parte de la física. Es uno de los últimos reductos de la física clásica que queda por conquistar. En este artículo que publiqué hace poco en HispaLibertas pueden leer sobre algunos avances. Pero en CPI, además, les recrearemos la vista.

Cuando un avión se desplaza por un fluido, crea tras de sí perturbaciones en el aire. Estas perturbaciones dependen del tamaño del avión. Por eso en los aeropuertos hay un tiempo mínimo de espera desde que despega o aterriza un avión hasta que despega o aterriza el siguiente, para que no se encuentre con las corrientes turbulentas que dejó el anterior. Ya ha habido más de un accidente por culpa de estas turbulencias. En este manual [.pdf, 700 KB] de Aviación Civil de Nueva Zelanda, del que he extraído alguna foto, se describen (en inglés, sorry) los procedimientos que deben adoptar los pilotos. Está escrito con bastante detalle y de forma simple y clara.

Las turbulencias, que generan tanto los aviones como los helicópteros, suelen tener esta forma:

turbulencia-8.jpg
Esquema de la turbulencia generada por un avión.

Esquema de la turbulencia generada por un helicóptero.

Estas turbulencias se deben a que las alas son finitas (no de poco grosor ;), sino de tamaño limitado). El aire a mayor presión de la parte inferior del ala sube por el borde exterior de la misma y se encuentra con el aire a menor presión de la parte superior*. A causa de la composición de velocidades horizontal y vertical, se forma el remolino. La siguiente imagen los describe estupendamente:

Normalmente no vemos estas turbulencias en el aire, pero cuando hay nubes o humo se crean espectáculos para la vista:

No siempre hay dos vórtices. Puede haber uno nada más:

Hay una imagen bastante famosa que algunos cursis llaman “El ángel protector”. Es el mismo efecto del que estamos hablando, pero en vez de ocurrir en una nube o en humo, lo generan las estelas lineales de las bengalas que suelta el avión. Al ser líneas sueltas de humo, la imagen formada recuerda a una alas plumíferas:

Aquí pueden ver un vídeo de la formación de la silueta del “ángel”. Es un C-130 Hércules soltando las bengalas (el chaff, que lo llaman en la jerga) para despistar a los misiles guiados por calor.

Enlace al vídeo en Youtube

Actualización: Ramón, un amable lector, nos envía (¡gracias!) la siguiente foto, absolutamente espectacular:

*¡Ojo, hay muchos sitios por ahí donde les dirán que esta diferencia de presiones es lo que hace volar un avión. No es del todo cierto. Para empezar, según esta explicación los aviones no podrían volar boca abajo. Y lo hacen. Sacaremos tiempo para este complejo tema.

43 comentarios en “Estelas turbulentas

  • caic dice:

    Estupendo el post y alucinante el video.

    Por cierto, el tema de por qué vuela un avión ha dado pie a estupendas discusiones de sábado noche jejejej

    En MalaCiencia, Alf lo explica bastante bien en un par de post.

  • Pau dice:

    Ok, muchas gracias.

    Bye!!

  • Sxim dice:

    Ah!! Pues ahora que veo el vídeo fijándome en lo que dices ya me dí cuenta de la forma que adquieren las estelas de las bengalas cuando se encuentran pasado el avión. Es interesante ver cómo se forman estas turbulencias

  • Pau dice:

    Hola.

    Muy interesante el articulo, pero yo tengo una pregunta al respecto, y una hipotesis…

    Cuando el cielo está raso, y un avión despega y va ascendiendo, hay un punto en el que deja dos estelas blancas en el cielo, imagino que provinientes de los reactores. La cuestión es: ¿Esta estela es vapor de agua condensado por las diferencias de temperatura y/o presión?

    De pequeñó, cuando veia estas estelas decia que eran de tiza, pero ahora de más mayor, quise suponer que era vapor de agua. Lo curioso es que cuando alcanzan determinadas alturas desaparece esa estela. Solo es en un rango de altura, o eso parece. Imagino que sabeis a que me refiero.

    Bye.

  • Remo dice:

    Pau: En efecto, es la condensación de vapor de agua del aire. Depende tanto de la velocidad del avión como de la humedad relativa del aire.

  • Excelente artículo, enhorabuena.

  • omalaled dice:

    Remo, discrepo de ti y malaciencia y sigo afirmando que los aviones vuelan por la ecuación de Bernoulli (como ya te pasé en su día) y que la ecuación de Bernoulli incluye, en el fondo, la segunda ley de Newton.

    Solo un comentario nuevo. He buscado por ahí y los aviones que pueden volar de forma invertida tienen los perfiles de ala especialmente diseñados para ello. Parece ser que se llaman “de doble curvatura”.

    Saludos

  • Remo dice:

    Oscar, te lo explicaré encantado delante de unas cervezas viendo el mar desde la bahía de Cádiz. Un abrazo.

  • oscar dice:

    A ver Remo, necesito que me expliques lo de los aviones boca abajo, aunque yo tengo mi teoria (a mi me explicaron la diferencia de presiones en mi curso de helicopteros).

    Muy interesante tu articulo sobre todo para mi y te puedo decir que las he sufrido en mis carnes y son realmente peligrosas, sobre todo si vuelas en un huevo con un ventilador, ademas de que hay una serie de reglas para cuando tre precede otra aeronave.

  • analogic dice:

    Espectacular tanto la foto como el video del ángel. No se por que me ha hecho pensar en evangelion xd

  • WIZOO dice:

    Una puntualización con respecto a los “Chaff”. Realmente, los chaff son pequeños trocitos metálicos que se dispersan en el aire. Su función es “engañar” a los misiles guiados por radar y no por calor. Seria como una nube de trocitos de papel de aluminio que provocan ecos extraños y falsos al misil, desviandolo de su objetivo fijado.

    Las bengalas “Flares” si que son utilizadas para crear fuentes de calor mas potentes que las toberas y motores del avion e intentar evitar los misiles guiados por IR (infrarojos).

    Por lo demás, muy buena, tanto tu bitácota como tus posts.

    Un saludo.

  • Remo dice:

    Wizoo, mil gracias por la precisión. La corrijo.

  • Ambros dice:

    Me apunto a lo de espectacular. La que realmente me encanta es la del helicoptero. Felicidades por la anotación.

  • Hairanakh dice:

    ¡Mooooooola!

    Por cierto, que en Malaciencia se encargaron del tema de por qué vuelan los aviones hace tiempo, con un par de posts muy interesantes, que seguro que no te quieres perder :-)

  • Agnès dice:

    :-O Impresionante: todo, pero especialmente la traducción de Google ;P

    Por cierto, yo quiero saber por qué vuela un avión…

  • Caronte dice:

    Ya se que no viene muy a cuento, pero a ver si un día puedes hablar de esto:

    http://www.astroseti.org/vernew.php?codigo=1910

    Un tal Alexander Mayer dice que el tiempo tiene su propia geometría, o algo así :-p

  • fanshawe dice:

    Preciosas las fotos, realmente preciosas.

    Lo de los aviones ya te lo digo yo, carissima: magia :-)

  • José Carlos dice:

    Vaya !! Un placer de nuevo seguir con estos post sobre efectos de fenómenos relacionados con aviones :-)
    Para mi tiene un encanto especial, ya que me enganché a este blog gracias a la serie de la barrera del sonido.
    Bravo!

  • Shora dice:

    Impresionante las imágenes, de nuevo un post genial :)

    El texto con la explicación se queda guardadito para leerlo detenidamente y con tranquilidad una vez termine los exámenes.

    Meneo al canto, sin dudar.

    http://meneame.net/story.php?id=5095

  • Javichu (Este sí) dice:

    De nuevo, impresionante.
    Plas, plas, plas

  • Optimus-prime dice:

    Después de leer este entretenido Post se me ha ocurrido la siguiente cuestión.

    ¿Se puede considerar una Turbulencia el “efecto Torres en el Nou Camp”?

    ATLEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEETI

    P.D.: Para cuando un post físico-deportivo

  • Wanda dice:

    Hola, vuelvo a este blog, que hace tanto que no leo…
    congratulations!!!

    Visiten mi blog plis!

  • freeBushido dice:

    Como siempre, y desde que os sigo, de “curioso pero inutil nada”. La verdad nunca habia pensado que un avión boca abajo no podía volar por la teoría de la diferencia de presión. Lógico pensarlo, pues desde que se estudia la física de fluidos la única explicación que se da es esa (por supuesto al nivel que yo la aprendi).

    Un saludo.

  • Sxim dice:

    Muy interesante el post!! Y muy bonitas las imágenes, para decir la verdad. Aunque hay dos cosas que no entiendo… la primera es, ¿qué tiene que ver el ángel protector con esto si es el resultado de las estelas de las bengalas y no de las turbulencias?, y la segunda… ¿qué influye para que se cree una o dos turbulencias? … Muxas gracias 😀

  • Remo dice:

    Sxim: La turbulencia es la que hace doblarse al humo de las bengalas para que parezcan las alas de un ángel. El efecto se ve reforzado por el hecho de que las bengalas dejan rastros lineales de humo, que al curvarse por la turbulencia dan a la nube de humo un aspecto general de “alitas de los angelotes de Murillo” :) .

  • Carlos dice:

    Me has dejado muy intrigado con lo de las alas del avión. La expliación que siempre había oido era la de la diferencia de presiones. Entonces ¿cómo vuelan los aviones?

  • NeoRaist dice:

    Algunos aviones tienen unos “zepellines” en la punta de las alas (o la puntita subida en otros) precisamente para evitar que la turbulencia haga que se pierda la sustentacion por la rotura de mmm la capa limite?(no se si se denominaba asi)

    Efectivamente, como todos los que hayan jugado al fligth simulator sabran, los aviones pueden volar invertidos, pero… y los helicopteros? Yo solo digo que el apache si que puede. Seguro que Remo nos cuenta algo interesante

    Saludos

  • NeoRaist dice:

    En la foto del C-5 se puede ver, salen las turbulencias de los estabilizadores de cola y no de las alas..
    Buenas noches.

  • KillerRex dice:

    Interesante el post, sólo comentar un par de cosas:
    – Los aviones se sustentan por la diferencia de presión entre el intrados y el extrados del perfil. Esta diferencia de presión se origina por la diferente velocidad de la corriente fluida en ambos lados (efecto bernouilli 1/2*rho*V^2+p = cte en una línea fluida, muy a grosso modo) La diferencia de velocidad es debida a que el camino que ha de recorrer una partícula por arriba y por abajo son distintas… ya que se unirán en el borde de salida (es decir, la corriente no remonta el extrados, efecto conocido como hipótesis de Kutta) Por supuesto todo esto no se aplica así a vuelo supersónico…
    – Las alitas laterales en la punta de ala de los aviones se conocen como winglets. Tienen dos funciones, por un lado disminuyen la resistencia aerodinámica del ala en su conjunto al evitar la interferencia del vórtice de punta de ala, por otro generan una tensión sobre el ala que facilita aguantar la sustentación.

    Finalmente como dato CPI, el tamaño de los vórtices que se generan (por cierto, siempre son 2, pero una vez alejados del avión pueden interactuar de forma divertida) es directamente proporcional a la sustentación que a su vez es igual al peso… con lo que se puede estimar el peso de un avión viendo el tamaño de la estela.

    Si quereis más detalles, no tenéis más que pedirlos… 6 años en aeronáuticos tienen que valer para algo

  • Remo dice:

    Qué nivel, KillerRex. Gracias. Tengo una preguntilla. ¿Es cierto lo que se dice de que en Aeronáuticos hay un concurso de aviones de papel anual, con las categorías de “mayor distancia recorrida” y “más tiempo en el aire”? :) En serio, lo he oído más de una vez.

  • Sr Perro dice:

    Lo primero felicitar por la pagina, llevo un par de dias mirandola por encima y tiene muy buena pinta. No se si leeras estos comentarios de post pasados, pero es que leyendo tu ultimo comentario me he sentido medio aludido

    Lo de los aviones no me suena nada. En cinco años que llevo en la escuela (evidentemente en Aeronauticos, si no vaya gracia de comentario) no lo han hecho y no me suena de nada que se hiciese antes, aunque quien sabe. Pero creo que la información que te llego seria la de los concursos de Huevos indy o Aerohuevos. Basicamente estos concursos consistian en transladar un huevo volando de alguna manera de un lado a otro sin que se rompiese. Dependiendo de las ediciones podia consistir en el que recorriese mas distancia, caer desde el aire en una diana o incluso caida libre desde la azotea.

    Estos concursos se hacian hace años y tenian bastante buena acogida, el año pasado y el anterior se volvio a hacer, en una escala un tanto mas modesta. Pero este año por falta de tiempo no se ha organizado.

    Pues lo dicho que no se si te referias a esto o no, pero hay queda dicho.

    Por cierto un apunte sobre las formas que se ven en el video y en la ultima foto (la unica que consigo ver). ¿No serian producto de las estelas de torbellinos que se crean por deformacion del campo de velocidades? y si es así, ¿esto es parte de la turbulencia? Es que no estoy nada seguro (es lo que tiene estudiarse las cosas con prisas y estres), asi que te lo pregunto a ver…

  • Remo dice:

    Sr Perro: Leo los comentarios “atrasados”, no lo dudes. Gracias por la información. ¿Sólo ves la última foto? Pues desde varios equipos (incluyendo alguno en Noruega) yo las veo todas. No sé…

    Saludos mil y bienvenido.

  • […] Seguro que a muchos cpieros les suena haber visto un “ángel” de estos formándose en tiempo real. ¡Vota esta entrada! […]

  • Un apunte sobre el vapor de agua condensado:
    Creo que se forma por la electricidad estática del rozamiento de las alas con el aire. Las moléculas de agua, por ser polarizadas, se alinean todas juntas, lo que provoca que se condensen y formen la típica nube alargada de la estela del avión. Pero no estoy seguro, que conste.

  • DrSlump dice:

    Genial el artículo.

    La verdad que estoy pegando una repasada a la esencia de CPI y estoy flipando :)

    Por cierto, en varios artículos no se ven las imagenes

    El caso es que las imagenes están en blogspot y parece ser que no permite insertarlas desde otra página ..
    Si vas al link directamente si las puedes ver (aunque es un poco tedioso leer los articulos así, se puede, doy fe :P)

    Enhorabuena por la web … a ver si me pongo al dia y llego a enzarzarme en alguna discusion :)

  • Val dice:

    Buenas,

    Un comentario. El título del articulo es “estelas turbulentas”. Lo que aquí se describe son los llamados “torbellinos de punta de ala” que son efectos potenciales (predichos por la teoría potencial de dinámica de fluidos, que no es turbulenta). Vamos, que estos torbellinos y la turbulencia son cosas bien distintas.

    Para evitar esto hay dos medidas que son lo mismo, los llamados winlets y los wintip (que uno es el ala “doblada al final y el otro son dos pequeñas alitas. No recuerdo cual es cual) creo que el que llamen de nombre distinto es una movida de patentes.

    Los aviones pueden volar perfectamente boca abajo (habéis visto loopings?), simplemente ponen angulo de ataque negativo (visto desde el punto de vista ejes avión). Los helicopteros teóricamente pueden hacerlo, pero me imagino que la mitad de ellos no podrán (por ejemplo, las palas pueden poner paso negativo?? no creo, pero no soy experto).

    Como detalle curioso os comento que el sistema de inyección de combustible en motores alternativos (la inyección de los coches) se invento para que los aviones pudieran volar boca abajo, pues con carburador no llegaba combustible al motor (no caia combustible por gravedad!!!).

  • […] Avión el cual parece el ave phenix, por efectos meteorológicos, increible!!!!! mas en: curiosoperoinutil.com/2006/02/06/estelas-turbulentas/etiquetas: video, avion, turbulencias, electricidad sin comentariosen: cultura, vídeos negativos: 0 karma: 16 […]

  • io dice:

    Buenas,

    sé que quizás llego un poco tarde, me hubiera encantado haberos conocido cuando se publicó este artículo para poder entrar en este interesante debate a tiempo real. Sin embargo, es justo ahora cuando lo leo y no puedo evitar dejar mi comentario con algunas aclaraciones. Desde hace tiempo me encanta la aeronáutica y todo el mundo de la aviación (no soy aeronáutico, sino ing. tec. en telecomunicaciones), pero tengo mucho interés así que he leído mucho sobre el tema. El vuelo de los aviones se produce, efectivamente (en parte) por la diferencia de presiones entre la parte superior e inferior del ala (extrados e intrados) pero no es correcto, como muchos dicen, afirmar que se produce por la forma del perfil alar. Se dice que es la forma redondeada por arriba y plana por abajo la que produce esta diferencia de presión. Existen aviones con perfiles alares simétricos (típico en vuelo acrobático) y vuelan perfectamente. El vuelo de los aviones viene definido por los efectos conjuntos del teorema de Bernoulli, el efecto Venturi y la 3º ley de movimiento de Newton.

    Bernoulli dice, básicamente, que si un fluido aumenta su velocidad lo hará a costa de disminuir su presión.

    Venturi afirma que un fluido al pasar por un estrechamiento aumenta su velocidad.

    Por lo tanto, un perfil alar con un ángulo de ataque positivo producirá el efecto de un estrechamiento en su parte superior. De esta manera, según Venturi se aumenta la velocidad del fluido y, por consiguiente signfica que disminuye su presión superior (según Bernoulli). Con una suficiente variación de presión (velocidad relativa aire-avión) se producirá una fuerza suficiente (sustentación) para mantener el avión en el aire, o producir el ascenso.

    Os dejo un enlace buenísimo de un manual de vuelo (no os asusteis) en el que, por supuesto, se explican los principios básicos de la aviación y como vuela un avión:

    http://www.manualvuelo.com/PBV/PBV12.html

    Espero que le pueda interesar y ayudar a alguien.

    P.D: por supuesto soy un fanático del Flight Simulator, jajaja. Gracias por este fantástico blog.

  • Remo dice:

    Gracias a ti por tu magnífica ayuda, Io.

  • Alexandros88 dice:

    Hola, sólo quería puntualizar que el asterisco final del artículo, es totalmente erróneo, pues los aviones SI vuelan debido a la sustentación. Y no todos los aviones vuelan boca abajo, sino que los que presumiblemente deben hacerlo (cazas, aviones acrobáticos) tienen perfiles simétricos con angulos de ataque negativos.

    Un saludo

  • Jose Piñeiro dice:

    Cualquier avion puede volar boca abajo, al menos aerodinamicamente (estructuralmente puede que se rompa)

    Normalmente los aviones que se espera que vuelen en invertido tienen unperfil simetrico (es decir, las presiones encima y debajo se suponen iguales). Simplemente se trata de mantener un angulo de ataque positivo (parecido a como hace una cometa) y el avision se sostiene en el aite en cualquier posicion.

    Lo que no cabe duda alguna es que, segun Newton, un avion se sustenta porque desplaza grandes cantidades de aire hacia abajo. El angulo de atauqe es fundamental (lo teneis que ver la enorme variacion de la sustencian al cambiar un poco el angulo de ataque)

    ¿Y Bernoulli?
    Probablemente algo tenga que ver, pues es cierto que un perfil bueno presenta mas sustentacion y menos resistencia que uno malo. Pero esto no deja de ser una forma eficaz de enviar aire hacia abajo (no de succionar para arriba al avion).

    Prueba de ello es que es imposible calcular un buen perfil alar usando el teorema de bernoulli. Se recurre a la idea de circulacion (que no deja de ser un intrumento matematico)

    Al final la respuesta mas exacta a ¿por que vuelan los aviones?
    Pues por dinero, como casi todo en este mundo.

  • Deja un comentario

    Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos necesarios están marcados *