Formação de gelos em aeronaves

  Ele afeta uma aeronave tanto interna quanto externamente. Internamente, o gelo se forma no tubo de Pilot, nos carburadores e nas tomadas de ar, reduzindo a circulação do ar para os instrumentos e motores. Externamente, a acumulação de gelo ocorre nas superfícies expostas do avião, aumentando o seu peso e a sua resistência do avanço. Quando ocorre nas partes móveis, como motos e hélices, afeta o controle da aeronave produzindo fortes vibrações.

Intensidade de formação de gelo

Formação leve – Nesta intensidade, a acumulação de gelo se processa lentamente. Somente após vários minutos de voo dentro das nuvens, pode ser notado algum indício dele, porém não ultrapassando a razão de 1 mm/min. Em geral, a formação leve não afeta a operacionalidade da aeronave, porque a própria evaporação compensa o acúmulo.

Formação moderada – a formação será considerada moderada quando a acumulação ficar compreendida entre 1 e 5 mm/min. Nesta condição, cai a eficiência das comunicações, os instrumentos de pressão já apresentam erros, alguma vibração já é percebida, e a velocidade indicada chega a diminuir em até 15%.

Formação forte – a formação será considerada forte quando a acumulação ficar compreendida entre 5 e 10 mm/min. Nesta condição, a formação é quase instantânea, criando uma densa capa de gelo sobre a aeronave. Fortes vibrações afetam os motores, as camas ficam sensivelmente prejudicadas, e a velocidade indicada chega a diminuir em até 25%. Em condições extremas, a formação de gelo poderá determinar a imediata mudança de nível de voo, porque os sistemas usuais de combate à formação de gelo de tornam ineficazes.

Condições de formação de gelo

Aproximadamente todas as formações de gelo em aeronave ocorre em nuvens super resfriadas. Estas são nuvens nas quais gotículas estão presentes em temperaturas abaixo de 0ºC.

 Em temperaturas perto de 0ºC, a nuvem pode consistir inteiramente de tais gotículas, com pouca ou nenhuma partícula de gelo presentes. Em temperaturas mais baixas, a probabilidade aumenta de modo que partículas de gelo serão encontradas em significantes números acompanhadas de gotículas líquidas.

 De fato, quando o conteúdo da água gelada aumenta, o conteúdo de água líquida tende a diminuir, desde que as partículas de gelo crescem às custas das partículas de água. Em temperaturas abaixo de -20ºC, mistas nuvens são formadas inteiramente de partículas de gelo.

 A regra geral é que quanto mais partículas de gelo e menos gotículas líquidas que estão presentes, menos acúmulo de gelo na estrutura. Isto é porque as partículas de gelo tendem a quicar para fora da superfície da aeronave, enquanto as gotículas super resfriadas congelam e aderem a superfície. Como resultado, o acúmulo de gelo é frequentemente maior em temperatura não muito distante de 0ºC, onde o conteúdo de água líquida pode ser abundante, e é usualmente desprezível em temperaturas abaixo de -20ºC.

Sistemas antigelo

Sistema Mecânico – evita o acúmulo de gelo, mas não impede a sua formação.  Consiste em capas de borracha nas bordas de ataque das asas e empenagem. Por meio de ar comprimido por bombas, essas capas são infladas periodicamente, promovendo o rompimento e a expulsão do gelo formado. Evitando o uso do piloto automático em condições de formação de gelo, o piloto estará, também, minimizando o acúmulo de gelo nas superfícies de comando da aeronave.

Sistema Térmico – Evita e combate a formação de gelo, aquecendo as partes que se deseja proteger, tais como bordas de ataque, empenagens e tubo de Pilot. Este aquecimento pode ser feito por resistências elétricas incandescentes, instalados em pontos específicos ou por fluxos de ar aquecido pelos motores.

Sistema Químico – Na maioria das vezes, este sistema é utilizado preventinamente nas hélices, para-brisas e carburadores. Consiste na utilização de fluídos anticongelantes compostos de substâncias solúveis em água, como o álcool etílico, que tem a propriedade de fazer passar para o estado líquido o gelo formado ou impedir sua formação.  

Áreas críticas de formação de gelo

Sistema de carburação – a formação de gelo no sistema de carburação reduz o rendimento do motor e, consequentemente sua potência. Há três formas de congelamento que podem afetar o carburador de uma aeronave. A primeira ocorre por acúmulo de gelo na boca da tomada de ar do motor, provocando uma obstrução que impede a chegada de ar no sistema de carburação, afetando seriamente a mistura ar-combustível. A segunda, por obstruções provocadas pelo acúmulo de gelo no interior do carburador. Neste caso, o gelo formado não é devido à água super-resfriada contida nas nuvens, mas ao processo adiabático que experimenta o fluxo de ar no sistema de injeção de combustível. É possível ocorrer esta forma de congelamento mesmo em temperatura de 5ºC em céu claro. A terceira ocorre também internamente, pelo resfriamento produzido pela evaporação do combustível ao ser introduzido na corrente de ar. Neste processo, a maior quantidade de calor utilizada para evaporar o combustível é subtraída de ar cuja temperatura baixa consideravelmente até valores que podem produzir forte acúmulo de gelo. Esta forma de congelamento é possível ocorrer mesmo em temperatura de 20ºC, em céu claro. A rigor, a segunda e a terceira formas de resfriamento interno do carburador ocorrem simultaneamente, sendo seu efeito considerado o mais perigoso devido à facilidade com que pode acontecer.

Asas e empenagem – A formação de gelo que ocorre nas asas e na empenagem, principalmente nas bordas de ataque, modifica o perfil aerodinâmico, aumenta a resistência ao avanço e diminui à sustentação da aeronave. A formação de gelo do tipo "opaco+claro" (misto) sobre as bordas de ataque, em virtude da sua acumulação irregular, tende a produzir alterações significativas no perfil aerodinâmico da aeronave. A  acumulação que ocorre sobre a empenagem tende a dificultar a manutenção do rumo da aeronave e a produzir vibrações que podem comprometer a estrutura da cauda.

Hélices – As hélices são produzidas de tal forma que o seu perfil possa produzir um máximo de tração, mas, se ocorrer formação de gelo em sua superfície, principalmente em suas bordas de ataque, esse perfil será modificado, reduzindo o seu rendimento. Neste caso, o motor começa a apresentar fortes vibrações por causa do desbalanceamento das hélices. Em baixa R.P.M (rotações por minuto), o acúmulo de gelo nas hélices será mais intenso que em alta, por causa do aquecimento dinâmico resultante do movimento e assim sendo, a formação de gelo tende a ocorrer do centro para as pontas.

Tubo de Pilot – Se o gelo bloqueia a entradas do tubo de Pilot ou se acumula em seu interior deixam de funcionar os instrumentos que dependem das pressões dinâmica e estática do ar atmosférico, como o indicador de velocidade vertical (climb), altímetro e velocímetro,

Antenas – O gelo que se acumula nas antenas de rádio produz efeitos prejudiciais às comunicações, porque aumenta o diâmetro dos calos (efeito pelicular) e diminui o isolamento da antena em relação à carcaça da aeronave. O excesso de peso produzido pelo acúmulo de gelo poderá romper a antena, deixando a tripulação em situação aind mais complicada.