¿Cuál es el mecanismo por el cual se forma la condensación sobre las alas?

Sabemos que la presión disminuye sobre el ala. También podemos suponer que una partícula de aire que viaja por encima de un ala lo hace tan rápido que no tiene tiempo de intercambiar energía con las que la rodean (llamado proceso adiabático )

Ahora podemos ver un diagrama de presión/volumen para un proceso adiabático que va desde la presión "alta" (el aire libre no perturbado frente al avión) hasta la presión baja (el aire en la parte superior del ala):

origen de la imagen (actualmente inaccesible)

Como puede ver en el diagrama, si se mueve a lo largo de la línea Adiabat de arriba hacia abajo, la temperatura desciende. Si el aire ya tiene una temperatura cercana a la de condensación del agua y una humedad lo suficientemente alta, se condensará. Del artículo de Wikipedia vinculado antes:

El enfriamiento adiabático ocurre cuando la presión en un sistema aislado adiabáticamente disminuye, lo que le permite expandirse y, por lo tanto, hacer que trabaje en su entorno. Cuando se reduce la presión aplicada sobre una parcela de aire , se permite que el aire de la parcela se expanda; a medida que aumenta el volumen, la temperatura desciende a medida que disminuye la energía interna.

Un concepto importante aquí es el punto de rocío . La temperatura del punto de rocío está relacionada con la temperatura actual y la humedad del aire. Por ejemplo, cerca del nivel del mar, una temperatura de 51 °F y una humedad del 86 % da un punto de rocío de 47 °F. Si el aire se enfría por debajo del punto de rocío, el agua del aire se condensará. Puedes ver este efecto en un vaso frío; el aire cerca del vaso se enfría por debajo del punto de rocío, por lo que el agua del aire se condensa en el vaso.

Cuando la humedad es alta, el punto de rocío está muy cerca de la temperatura del aire, por lo que es más fácil que se produzca condensación cuando la humedad es alta. Cuando la temperatura del aire se enfría hasta alcanzar el punto de rocío, se forma niebla. El vapor de agua en el aire se está condensando, pero sin una superficie donde acumularse, se condensa en pequeñas gotas que forman niebla. La humedad será alta en condiciones de niebla y, a menudo, cuando llueve, pero también puede ser alta en otras circunstancias. El comentario de Jan Hudec señala que a medida que el agua se evapora del suelo húmedo, también puede haber mucha humedad.

La respuesta de Federico hace un buen trabajo al incluir la física del gas en el trabajo en el ala del avión. El vínculo importante es que a medida que las alas crean un área de baja presión, la temperatura cae junto con la presión. Si el punto de rocío es lo suficientemente alto, es posible que esta caída de temperatura solo deba ser de unos pocos grados. El vapor de agua se condensa en el aire, con el efecto que notaste . Una vez que el aire ha pasado por el ala, la presión finalmente vuelve a la normalidad, junto con la temperatura, lo que hace que el agua se evapore nuevamente.

Las pequeñas "estelas" que se forman son de un efecto similar. En lugares como los bordes de las aletas, se forma un vórtice. Esta es una sección de aire que gira con fuerza. Al igual que las alas, la aceleración del aire reduce su temperatura y presión, lo que hace que se forme condensación en el aire. El vórtice eventualmente se disipará y la condensación se evaporará.

Las estelas reales que se forman detrás de los aviones a gran altura se deben a un efecto similar pero diferente, y aquí hay algunas preguntas para discutirlas.

La respuesta de Federico explica exactamente lo que está pasando, aunque para nosotros, los estudiantes de poesía, el gráfico puede parecer confuso. Permítanme agregar esta explicación simplificada, además de abordar algo que apareció brevemente en una respuesta ahora eliminada.

En resumen, la condensación ocurre con el enfriamiento. Vemos líquido condensarse en el costado de un vaso frío de líquido en un día caluroso, y sucede cuando el aire "aquí" (cerca del vaso) se enfría por debajo del punto de rocío, por lo que la humedad se condensa en gotas de agua sobre el vaso.

Cuando ve nubes/condensación/estelas de vapor formándose encima o directamente detrás del ala de un avión que aterriza en condiciones húmedas, se está produciendo el mismo fenómeno básico, pero en lugar de condensarse SOBRE una superficie, la condensación toma la forma de una "nube". o "rastro de vapor" que fluye detrás del ala. Aquí, el enfriamiento es causado por el aire: con el aire sobre el ala que tiene una presión más baja, se ha enfriado (PV = NRT, recordado vagamente de la física, la presión baja, también lo hace la temperatura), y cuando el aire está húmedo suficiente con la diferencia entre la temperatura y el punto de rocío muy cerca, ese enfriamiento es suficiente para darte la condensación.

Un fenómeno similar pero distinto que causa condensación EN las alas, pero no DETRÁS de ellas, es el combustible empapado en frío. Cuando un avión ha estado volando a gran altura durante mucho tiempo, donde las temperaturas están muy por debajo del punto de congelación (-40 grados aproximadamente), el combustible dentro de los tanques del ala se enfría a temperaturas similares. En tierra, este combustible actúa como el líquido en el vidrio, y se produce condensación en las alas y, con frecuencia, "escarcha de combustible empapada en frío" que se forma después de que la condensación se congela en la superficie del ala.

Esto NO es lo que causa los rastros de vapor observados en la pregunta original, porque no hay tiempo suficiente para que el ala fría enfríe el aire que corre. ESO sucede debido al cambio en la presión del aire. Estacionado, no tiene el elevador/baja presión, por lo que el mecanismo de enfriamiento se ha ido, pero con el aire estacionario, tiene el otro efecto en el trabajo.