¿Por qué los pilotos «respetan» tanto la estela turbulenta?

Observa la imagen superior, ¿notas cómo se forman unos mini tornados en las alas? Esos mini tornados en realidad son vórtices de punta de ala, toda aeronave los produce cuando esta se encuentra en vuelo. Fuera del hecho de que se ve increíblemente bien en fotografías, los vórtices son un factor muy a tomar en cuenta en la seguridad aeronáutica.

La existencia de los vórtices de punta de ala fue descubierta en 1907, apenas cuatro años después del primer vuelo realizado por los hermanos Wright.

La sustentación, la cual mantiene a la aeronave en vuelo, es generada por diferencia de presión entre la parte superior e inferior del ala. ¿Pero qué tiene que ver esto con la producción de vórtices? Como ya sabemos el flujo de alta presión siempre se desplazará hacia área de baja presión, lo mismo ocurre en las alas de la aeronave, el flujo inferior del ala (alta presión) encuentra el camino de menor resistencia hacia el flujo superior (baja presión), que es alrededor de las puntas de ala.

Lee nuestro artículo sobre El engaño detrás de las teorías de sustentación.

Los vórtices son en esencia resistencia inducida, pero… ¿por qué? Al momento que el aire se curva alrededor de la punta de ala este se combina con el downwash de la aeronave, formando así vórtices de rápido movimiento, todo este proceso requiere gran cantidad de energía, la energía que se utiliza al generar los vórtices incrementa la resistencia inducida. Este proceso ocurre constantemente cuando un avión se encuentra en vuelo.

Estudios han demostrado que los factores influyentes en la producción de estela turbulenta son el peso de la aeronave, su forma y la velocidad, siendo el peso el factor más dominante, debido a eso aeronaves de pequeñas dimensiones como las de aviación general, Cessnas y Pipers por ejemplo, generan vórtices que son casi indetectables por otra aeronave. Por otro lado, aeronaves de gran tamaño pueden producir vórtices que excedan una velocidad rotacional de 240 km/h, siendo detectables a distancias de hasta 30 kilómetros. Los vórtices son más intensos y peligrosos cuando la aeronave es pesada, se encuentra en una configuración limpia (sin el uso de flaps) y vuela a bajas velocidades.

Así como la sustentación aumenta con un mayor ángulo de ataque (AOA) también es mayor la intensidad de los vórtices debido a que al tener un mayor ángulo de ataque incrementa la presión del flujo inferior y al momento de formarse los vórtices resultan ser más intensos y violentos por el mayor diferencial de presión, generando mayor resistencia en la aeronave.

Ahora que entendemos bien como se forman, veamos a detalle el comportamiento de los vórtices. Debido al movimiento y la intensidad, los vórtices producen áreas turbulentas (mejor conocido en el ámbito aeronáutico como estela turbulenta) pudiendo generar que aeronaves que preceden a otro avión sean incontrolables (provocados por alabeos inducidos), pierdan altitud, tenga daños estructurales como consecuencia de la gran carga impuesta en la aeronave o aun peor haciendo que el avión se precipite hacia la superficie por la intensa turbulencia.

Durante vuelos de prueba volando aeronaves directamente por detrás de aeronaves comerciales de gran tamaño se demostró que la capacidad de la aeronave de contrarrestar el alabeo inducido por los vórtices depende principalmente de la dimensión que tenga la envergadura. Al tener la aeronave mayor envergadura la alas pueden extenderse fuera del flujo rotacional de los vórtices y proporcionarle control al piloto. Estas pruebas también revelaron que es difícil que una aeronave permanezca dentro de una estela turbulenta, el flujo rotacional presenta una tendencia natural a expulsar a la aeronave del vórtice.

La probabilidad de que el avión que ingresa a la estela turbulenta sufra de alabeo inducido incrementa cuando la aeronave se encuentra alineado con la trayectoria de la aeronave que generó la estela turbulenta.

Investigaciones realizadas por la NASA demostraron que los vórtices tienden a mantenerse separados en la aeronave por poco menos que la envergadura del mismo, mientras tienen un régimen de descenso elevado, de varios pies por minuto, gradualmente reducen el régimen de descenso e intensidad que presentan irán debilitándose. Respecto a su movimiento lateral, tienden a moverse con una velocidad de entre 2-3 nudos (5Km/h). En condiciones de viento calmo, los vórtices producidos por aeronaves de grandes dimensiones durante un aterrizaje o un despegue pueden mantener en el aire por varios minutos. En el caso de existir viento los vórtices pueden trasladarse a otras áreas.

Afortunadamente, existen métodos para poder reducir la intensidad de los vórtices producidos por las aeronaves. Los winglets son añadidos a las alas para realizar esa tarea, actúan como si fuera una especie de barrera o presa entre el flujo inferior y superior, además les ayuda significativamente al ahorro de combustible (gracias a la reducción de resistencia inducida). Sin embargo estudios demuestran que los winglets a bajas velocidades de operación como ser durante el despegue y aterrizaje tiene muy poco efecto al reducir la intensidad de los vórtices.

Otro método, más común en aviones pequeños, es el reducir la cuerda alar gradualmente hacia la punta de las alas, este diseño reduce el diferencial de presión en las puntas, resultando en vórtices de punta de ala de menor intensidad y tamaño.

imagen de natinoalinterest

La Organización Aeronáutica Civil Internacional (OACI) ha establecido las siguientes categorías de estela turbulenta según la masa máxima certificada de despegue (ya que al ser mayor el peso de la aeronave producirá vórtices de mayor intensidad):

1) PESADA (H) — todos los tipos de aeronaves de 136 000 kg o más.
2) MEDIA (M) — los tipos de aeronaves de masa inferior a 136 000 kg y de más de 7 000 kg.
3) LIGERA (L) — los tipos de aeronaves de 7 000 kg o menos.

Artículo redactado por: Rafael Paccieri F.

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