¿Qué es esta cosa parecida al humo blanco que se ve dentro de la cabina antes del despegue?

respuesta directa

El aire acondicionado provoca una gran caída en la temperatura de la cabina, la humedad del aire presente en el aire se condensa en gotas de agua. Es similar a la niebla, la niebla y las nubes. Si las gotas de agua entran en contacto con un sólido, forman rocío y humedad. Precisamente, es un aerosol de gotitas de agua.

Las gotas de agua aparecen en el aire cuando la temperatura del aire desciende por debajo de su punto de rocío (ver más abajo). Este fenómeno es exactamente el mismo que cuando se abre un congelador y el aire sobre el congelador entra en contacto con el aire frío del tanque del congelador:

^{Congelador Marcellus 𝚜̶𝚞̶𝚒̶𝚝̶𝚌̶𝚊̶𝚜̶𝚎̶. fuente} _

explicación rápida

En su caso, antes de que se encienda el aire acondicionado, la cabina se llena de aire del exterior, que resulta ser cálido y casi saturado de vapor de agua. La temperatura ambiente está cerca del punto de rocío. La inyección de aire acondicionado más frío en la cabina disminuye la temperatura alrededor de las rejillas de ventilación del aire acondicionado ( aire de entrada en la imagen a continuación):

^{Circulación de aire en grandes aviones presurizados, de esta respuesta .}

La temperatura desciende rápidamente por debajo del punto de rocío, lo que provoca una condensación de gas invisible (vapor de agua) en gotitas de agua líquida visibles (niebla).

Debido a la capacidad instantánea limitada del sistema de aire acondicionado, la temperatura disminuye solo alrededor de las salidas de aire acondicionado, no en toda la cabina. Cuando las gotas de agua se mezclan con el aire más caliente en el resto de la cabina, inmediatamente vuelven a la forma gaseosa (vapor), y al hacerlo también enfrían un poco este aire ( refrigeración por evaporación ).

Como señaló @JanHudec, el nivel de humedad debe mantenerse bajo durante el vuelo para evitar la oxidación de la estructura. El aire húmedo de la cabina regresa a través de los paneles de descompresión al sistema de aire acondicionado donde se mezcla con el aire más seco de los paquetes. Después de algunos ciclos, el aire de la cabina está bastante seco y ya no se produce condensación.

Otro caso de condensación:

Explicación detallada

¿Por qué se condensa el vapor de agua?

La cantidad de vapor de agua en el aire se denomina índice de saturación de agua (o humedad relativa ) y se expresa en porcentaje: 0% para aire seco, 100% para aire completamente saturado. El aire saturado no puede contener más vapor de agua. Si se agrega vapor, inmediatamente se condensa en gotas de agua visibles.

La saturación ocurre en ciertas combinaciones de temperatura y presión. Para una presión dada, cuanto mayor sea la temperatura, mayor será la cantidad de vapor que puede estar presente sin condensación. Por lo tanto, la condensación puede ocurrir cuando la temperatura disminuye.

La psicrometría , la rama de la física que estudia cómo los líquidos y los sólidos hierven o se condensan, gira en torno a la noción de presión de vapor en equilibrio , pero para nosotros, simples mortales, la noción de punto de rocío es más práctica.

punto de rocío

La cantidad de vapor que puede contener el aire antes de saturarse se llama capacidad de vapor de agua , aumenta exponencialmente con la temperatura:

^{( Fuente )}

Definamos dos casos:

• Saturación total: si la cantidad de vapor es la máxima permitida para la temperatura actual (100 % de humedad relativa), disminuir la temperatura o agregar vapor hará que parte del vapor se condense en agua.

• Saturación parcial: si el aire no está completamente saturado, hay una temperatura (más baja) para la cual se satura. Esta temperatura se conoce como punto de rocío . Entonces, sea cual sea la temperatura actual, se puede crear niebla disminuyendo la temperatura hasta alcanzar el punto de rocío.

En aras de la precisión: cuando el vapor de agua está presente en el aire, se condensa y evapora continuamente. El punto de rocío es el punto donde la condensación ocurre a un ritmo mayor que la evaporación y las gotas de agua comienzan a acumularse.

La formación de niebla depende de la dispersión del punto de rocío, que es la diferencia entre la temperatura actual y el punto de rocío. Cuando la dispersión es grande, el cambio de humedad o de temperatura debe ser grande. En su caso, la propagación es pequeña, porque el aire es húmedo y la temperatura es alta.

Caso Bhubaneshwar

Antes de poner en marcha el sistema de aire acondicionado, el aire de la cabina es el mismo que en el aeropuerto: 28°C y 85% de humedad. AC va a inyectar aire a 20°:

• La cantidad de vapor para 85 % de HR a 28 °C es de 23 g por kg (85 % * 27).
• Capacidad de vapor a 20°: 17g por kg.

Cuando se inyecta aire y la temperatura se reduce a 20° alrededor de las rejillas de ventilación, el aire se satura por completo y los 6 g de vapor en exceso por kg de aire se condensan en niebla.

^{Humedad relativa del aire de la cabina y niebla AC}

Este aire regresa al sistema de aire acondicionado y se mezcla con el aire de los paquetes que acondicionan el aire que ingresa a la cabina al 20 % de HR previsto para el vuelo. Los 13,6 g/kg de vapor en exceso (para 20 % de HR) se extraen progresivamente mediante válvulas de salida, que regulan la presión en la cabina liberando por la borda tanto aire como empujan los paquetes. Después de algunos ciclos, el aire contiene solo 3,4 g/kg. de vapor (el ciclo se simplifica, en realidad también tendríamos en cuenta la transpiración y la respiración de los pasajeros, la revaporización de la niebla y la humedad del aire del aire acondicionado)

Para una cabina típica de 150 m ³ que contiene unos 175 kg de aire, se extraen 3,5 kg de agua.

La niebla en el avión es de hecho un problema, la niebla fuera del avión es otro problema ya que la visibilidad se ve fuertemente obstaculizada. Requiere volar usando las Reglas de vuelo por instrumentos (IFR). IFR está permitido solo con una habilitación de piloto específica y una certificación de aviación. Conocer el punto de rocío es importante para planificar un vuelo, en particular para saber si se requerirá IFR. Por lo tanto, el punto de rocío se mide y se publica como información aeronáutica.

Medición del punto de rocío

El punto de rocío se puede determinar con un psicrómetro (un sistema con termómetros secos y húmedos):

^{Whirling ( cómo usarlo ) y psicrómetros digitales}

La presión, las temperaturas seca y húmeda, el punto de rocío y la humedad relativa están vinculados por la media de la presión de vapor. Al conocer tres elementos, se pueden determinar los otros dos. Entonces, conocer la presión, la temperatura seca y la temperatura húmeda permite determinar el punto de rocío. Existen tablas precalculadas ( diagramas de Mollier ) para leer directamente el punto de rocío. También hay calculadoras en línea .

Aquí hay un perfil vertical de la información de temperatura y humedad ( emagrama ) recopilada por una radiosonda en Irlanda:

^{Emagrama del Observatorio de Valentia (Irlanda). Fuente meteociel.fr}

La escala vertical es la presión (hPa a la izquierda, altitud equivalente a la derecha) y la temperatura está en una escala oblicua, con la cantidad de agua en saturación para esta temperatura. La temperatura seca se muestra en lectura, la temperatura húmeda en azul y el punto de rocío calculado en cian. Cuando la curva del punto de rocío está cerca de la temperatura, la humedad es alta (%HR en la escala de altitud) y pueden producirse nubes/niebla (por debajo de 1600 m en este ejemplo).

Información de punto de rocío y niebla/neblina

Informe de KLAX ASOS :

Como se mencionó anteriormente, cuando el punto de rocío está cerca de la temperatura ambiente y el porcentaje de humedad es alto, la visibilidad es baja y se produce niebla.

Ejemplos comunes de condensación

• Escarcha alrededor de las tuberías del congelador: Aire con vapor de agua ingresa al refrigerador cuando la puerta está abierta. Cuando el aire comienza a enfriarse por debajo del punto de rocío por las tuberías, se produce condensación y se forma hielo a su alrededor.

• Aire exhalado cuando hace frío. El aire en nuestros pulmones no está saturado debido a la alta temperatura corporal, pero se satura cuando comienza a enfriarse.

• Aire saturado por vapor de agua procedente de una olla a presión.

• Como señaló @RyanMortensen, el aire saturado en las ventanas de los autos (cuando la temperatura disminuye durante la noche, o cuando el aire está saturado sin cambios de temperatura, porque hay más agua/lluvia en el aire que se puede evaporar naturalmente -- Aumento de la temperatura del auto) por encima del punto de rocío es la solución).

• Formación de niebla y nubes: niebla porque el suelo está más frío que la atmósfera circundante (temprano en la mañana), nube porque el aire se enfría por debajo del punto de rocío mientras asciende (la presión y la brusquedad también juegan un papel).

• Rocío :-)

Cuando el vapor de agua se transforma en hielo

Cuando el punto de rocío está por debajo de 0°C, el vapor de agua no se condensa en gotas de agua, se convierte directamente en cristales de hielo ( escarcha ).

Este efecto es especialmente peligroso y puede provocar la formación de hielo en el carburador de un motor de pistón. Esta condición puede ocurrir en áreas de baja presión y baja temperatura, comúnmente creada por la caída repentina de presión en el venturi del acelerador , debido al efecto venturi y la caída de temperatura debido a la vaporización del combustible .

Para un motor de pistón típico, este efecto se centra en una temperatura externa de alrededor de 10 °C, pero se extiende a un amplio rango de temperatura cuando el motor se desacelera (desciende):

^{Condiciones de formación de hielo por inducción}

El remedio para la formación de hielo en la inducción del carburador es calentar el carburador y elevar el punto debido a un área segura, especialmente al descender.

Para los motores a reacción, la formación de hielo por inducción (que no debe confundirse con volar en la atmósfera con cristales de hielo o gotas de agua sobreenfriada) puede hacer que se forme hielo en la entrada del motor. Los bloques de hielo pueden romperse y dañar las aspas, el bloqueo del compresor y/o el apagado del combustor. También puede causar errores de lectura de la sonda EPR (PT2) y el posterior comportamiento fatal del FADEC .

Son gotas de agua condensada. El aire exterior con mucha humedad se reduce de temperatura de 28 a 20 ºC (después de pasar por un ciclo de compresión-enfriamiento-expansión), y parte del vapor de agua se condensa ya que el aire más frío no puede contener tanto vapor de agua como el aire más caliente. El condensador se encuentra antes de la turbina de expansión. De hecho, como dice @David Richerby en un comentario: es una nube que se forma dentro de su avión.

Un acondicionador de aire doméstico también tiene un ciclo de compresión-enfriamiento-expansión, pero esta nube blanca nunca aparece en casa. Los acondicionadores de aire domésticos enfrían el aire a una temperatura inferior a la temperatura final, condensan el agua y luego calientan a la temperatura final para que la humedad relativa de salida sea < 100 %. Los sistemas de aire acondicionado de las aeronaves no están dimensionados para esto, ya que el fenómeno solo ocurre en algunos aeropuertos, durante el manejo en tierra y el rodaje. En cuanto la temperatura del aire exterior es inferior a 20ºC las nubes no pueden aparecer dentro del avión.

EDITAR

Por un breve momento apareció una respuesta que era una pregunta y debería haber sido un comentario: ¿por qué las gotas no se condensan y por qué no se sienten húmedas cuando metes la mano? Porque no hay tiempo para todo eso. : el agua se sopla en el aire que está más caliente y tiene una humedad inferior al 100% y se disuelve de nuevo. El agua se condensa en una superficie cuando el vapor de agua disuelto se encuentra con una superficie que está más fría, enfría el aire localmente y brinda la oportunidad para que las moléculas de agua se encuentren y se congreguen en gotas de condensación.

La explicación anterior es solo una explicación técnica de cómo se forma la niebla.

La razón por la que lo ve en el A320 en esas condiciones es esta.

Cada sistema de aire acondicionado (hogar, edificio, automóvil) utiliza una planta para generar un refrigerante/agua fría, que a su vez enfría un intercambiador de calor. El aire de suministro pasa por este intercambiador de calor, y la humedad se condensa en él y cae. Nunca ves la niebla porque lo que se descarga es aire frío y seco.

Los aviones AC son diferentes. Una planta es demasiado pesada y, de todos modos, rara vez se requiere aire acondicionado en un avión, ya que pasan la mayor parte del tiempo en un entorno de -60 °C. Lo que sí requieren es presurización.

Por lo tanto, la presurización y el aire acondicionado son un sistema combinado, y funciona con el aire de suministro (ambiente/exterior). No hay refrigerante. El aire se comprime en los motores o APU, ese aire es extraordinariamente caliente. Se enfría (solo necesita enfriarse un poco, tal vez 50 ° C más o menos) y luego se devuelve a la presión ambiental. Cuando se devuelve a la presión ambiental, incluso el aire ambiente de 50 °C ahora está por debajo del punto de congelación. Este aire se descarga en la cabina. Este no puede retener la misma humedad que el aire exterior, por lo que se forma niebla. Notará que en ninguna parte del ciclo la humedad puede condensarse en un intercambiador de calor. Algunas aeronaves usan ruedas desecantes, pero no son tan efectivas como la condensación de humedad en un intercambiador de calor.

Después de que el avión despega, la humedad es más baja, la temperatura es más fría y el fenómeno ya no es visible.