Un vuelo comercial de Buenos Aires a Madrid cubre unos 10.000 kilómetros en aproximadamente 13 horas. Durante casi todo ese recorrido, el avión vuela a unos 10.600 metros de altura — poco más de 10 kilómetros sobre el nivel del mar. Podría volar a 3.000 metros, como los aviones pequeños de instrucción. No lo hace porque a esa altitud sería significativamente más caro, más lento y más incómodo.
La altitud de crucero de los aviones comerciales no es un número arbitrario. Es el resultado de cuatro fuerzas físicas que se equilibran en un punto específico del cielo.
El problema del aire: resistencia y densidad
El aire opone resistencia a cualquier objeto que se mueve a través de él. Esa resistencia —llamada drag aerodinámico— depende directamente de la densidad del aire: cuanto más denso es el aire, más resistencia genera. Y la densidad del aire disminuye con la altura.
Al nivel del mar, la densidad del aire es de aproximadamente 1,225 kg/m³. A 10.000 metros, esa densidad cae a unos 0,413 kg/m³ —menos de un tercio. Para un avión moviéndose a 850 km/h, la diferencia en resistencia es enorme.
Menos resistencia significa que los motores necesitan menos empuje para mantener la misma velocidad. Menos empuje significa menos combustible. El combustible es el costo operativo más grande de una aerolínea —representa entre el 20% y el 30% del costo total de un vuelo. Volar alto es, directamente, volar más barato.
Por qué los motores jet funcionan mejor en altura
Los motores a reacción funcionan comprimiendo aire, mezclándolo con combustible y quemando esa mezcla para generar empuje. La eficiencia del proceso depende de la relación entre el aire que entra y el combustible que se quema.
A baja altitud, el aire es denso pero también hay más humedad, turbulencia y variaciones de temperatura que hacen el proceso menos estable. A 10.000 metros, el aire es frío (alrededor de -50°C), seco y consistente. Los motores turbofan modernos, diseñados para operar en esas condiciones, alcanzan su punto óptimo de eficiencia específicamente en esa franja de altitud.
La NASA describe este fenómeno como "altitud óptima de crucero": el punto donde la relación empuje/consumo de combustible es la más favorable para ese diseño de motor.
Las corrientes de chorro: el viento gratis
A entre 9.000 y 12.000 metros de altitud existen las corrientes de chorro —en inglés, jet streams— bandas de viento de alta velocidad que circulan de oeste a este en las latitudes medias de ambos hemisferios. Sus velocidades varían entre 100 y 400 km/h.
Un vuelo transatlántico de Nueva York a Londres que vuela a través de una corriente de chorro favorable puede reducir su tiempo de vuelo en una hora o más. Menos tiempo en el aire significa menos combustible consumido. Los sistemas de navegación modernos calculan rutas que aprovechan estas corrientes cuando van en la dirección correcta, y las evitan cuando van en sentido contrario.
Los aviones que vuelan a 3.000 metros están por debajo de estas corrientes. No pueden aprovecharlas.
El techo del cielo comercial: por qué no vuelan más alto
Si volar alto es mejor, ¿por qué no vuelan a 20.000 metros?
Dos razones físicas ponen un límite superior.
La primera es la presión de cabina. A altitudes muy altas, la diferencia de presión entre el interior del avión (presurizado para simular una altitud de unos 2.400 metros) y el exterior se vuelve tan grande que el fuselaje necesitaría ser estructuralmente mucho más resistente —y por lo tanto más pesado. Un mayor peso requiere más empuje, lo que cancela las ventajas de estar más alto.
La segunda es la velocidad del sonido. A mayor altitud, el aire es más frío, y el sonido viaja más lento en aire frío. A 12.000 metros, la velocidad del sonido es de unos 1.062 km/h. Un avión comercial que viaja a 850 km/h está ya a un 80% de esa velocidad. Si subiera más y el sonido se ralentizara aún más, empezaría a enfrentar efectos de compresibilidad del aire —ondas de choque que aumentan dramáticamente la resistencia. Es el fenómeno que limita los aviones de pasajeros convencionales a vuelo subsónico.
El número exacto: entre 31.000 y 42.000 pies
En aviación, la altitud se mide en pies. Los aviones comerciales operan típicamente entre 31.000 y 42.000 pies (9.400 a 12.800 metros). La altitud exacta de cada vuelo la calcula el sistema de gestión de vuelo en función del peso del avión, la distancia a recorrer, el clima y el tráfico aéreo de ese día.
Un avión más pesado al despegue —con mucho combustible y carga— empieza a menor altitud y va subiendo gradualmente a medida que quema combustible y se vuelve más liviano. Es el llamado step climb: el avión sube en escalones de mil pies a medida que su peso óptimo cambia durante el vuelo.
El resultado es que la altitud que ves en el mapa de vuelo en tiempo real no es fija. Es un equilibrio en movimiento entre física, economía y el estado del cielo en ese momento específico.
Fuente original: NASA Glenn Research Center — Beginner's Guide to Aeronautics
