A incidência de raios e a operação de helicópteros

HÉRLON LIMA

Breve Histórico

O estudo dos raios ganhou consistência a partir do século XVII, com o estudo da natureza elétrica da atmosfera e a descoberta da eletricidade. Foi com o experimento de Benjamin Franklin, já em 1750, usando um mastro elétrico, que se conseguiu provar que a eletricidade poderia ser drenada de uma nuvem, sendo o primeiro a demonstrar a natureza elétrica do raio (lightning).

Em 1752, Benjamin Franklin tornou a realizar experimentos relativos aos raios, desta vez, utilizou uma pipa, em substituição ao mastro, já que a pipa poderia alcançar maiores altitudes e poderia ser usada em qualquer lugar, mais uma vez, a energia elétrica fluiu das nuvens, para uma chave colocada na extremidade do fio preso à pipa, para as mãos de Benjamin Franklin (INPE, 2009).

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Figura 1 - Benjamin Franklin realizando seu famoso experimento sobre a eletricidade (Rolt-Wheeler, 2009).

O Raio

Os raios são descargas elétricas de grande intensidade que acontecem na atmosfera e atingem o solo. Um raio, composto de várias descargas, pode durar até dois segundos, sendo que cada descarga componente de um raio dura frações de milésimos de segundos, podendo atingir o solo em diferentes locais.

Há um crescimento de incidência, deste tipo de ocorrência, em áreas urbanas, creditado ao aumento de poluição dos centros urbanos e ao fenômeno de Ilha de Calor Urbano (ICU), caracterizado pela distribuição espacial e temporal do campo de temperatura sobre a cidade, que apresenta um máximo como se fosse uma ilha quente localizada (INPE, 2009).

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Figura 2 - Ocorrência do fenômeno do raio (NLSI, 2009).

O Trovão

Faz-se necessário esclarecer outro aspecto adstrito à ocorrência dos raios, a existência do trovão, que se caracteriza pelo fenômeno acústico produzido pelo rápido aquecimento e expansão do ar pela região da corrente elétrica do raio.

O trovão é uma manifestação sonora ensurdecedora que assusta as pessoas, porém, por si só, é inofensivo em seus efeitos, registrando intensidades próximas a 120 decibéis, demasiadamente, incômodas para o ouvido humano.

Face às velocidades próprias, o raio, que é um fenômeno luminoso, é observado primeiro, observando-se, em seguida, a ocorrência do trovão, que é sonoro, estando restrito a cerca de 25 km do ponto de sua incidência (INPE, 2009).

A incidência de raios

Segundo estudos realizados pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), o percentual referente à incidência de raios, nas regiões brasileiras estudadas (São Paulo, Rio de Janeiro, Minas Gerais, Espírito Santo, Paraná, Santa Catarina, Rio Grande do Sul, Goiás e Mato Grosso do Sul), de forma geral, subiu de 3,7 milhões em 2005, para 7,5 milhões em 2008, relegando ao Brasil o primeiro lugar em ocorrência de raios no mundo, devido à sua extensão territorial e devido, também, à proximidade do equador geográfico.

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Figura 3 – Descargas atmosféricas por estado (INPE, 2009).

O Raio e os helicópteros

Quando as aeronaves, de forma geral, possuem sua fuselagem feita de liga metálica, esta estrutura normalmente reúne as características necessárias para proteção eletromagnética conhecida como Gaiola de Faraday. No entanto, é crescente a utilização de materiais compósitos nas fuselagens de aeronaves, como é evidente nos diversos modelos de helicópteros, com a requisitada diminuição de peso e aumento da vida em fadiga.

Alternativas para este impasse estão sendo desenvolvidas, como a utilização de fios de cobre na fuselagem e pinturas metalizadas, desejando-se a dissipação de quase 200 mil amperes e alguns milhões de volts, sem deixar de mencionar a eliminação da temperatura substancialmente elevada.

Outra preocupação recorrente se refere à tecnologia embarcada, no estado da arte, como os programas de GPS com moving map, sistemas integrados como o Vehicle and Engine Multifunction Display (VEMD), conceitos como o fly-by-wire e o thrust-by-wire [este último presente no Full-Authority Digital Engine Control (FADEC)], que devem ser protegidos da interferência eletromagnética e da exposição térmica proveniente dos raios.

O raio pode causar acidente ou incidente aeronáutico

No Mar do Norte, no período compreendido entre os anos de 1983 e 1987, foram reportados 43 incidentes/acidentes relacionados com raios que vieram a atingir helicópteros modelo AS 332, Super Puma. Em um desses acidentes, 18 trabalhadores da indústria petrolífera e os tripulantes do helicóptero foram resgatados, após caírem no gélido mar, em virtude do rotor de cauda ter sido atingido por um raio, fato ocorrido 130 Nm afastadas de Aberdeen.

Nestas latitudes, há uma diferença entre a estrutura elétrica das nuvens de tempestades, durante o inverno e durante o verão. A eletrificação depende da temperatura, da velocidade da partícula e do teor de água, na forma líquida.

As nuvens são mais extensas em baixas latitudes, devido ao incremento de altura da tropopausa, levando a uma maior formação de carga durante o verão, contudo, a zona principal de eletrificação (entre 0°C e -10°C) é mais baixa no inverno. Como as distribuições de carga são diferentes, há condição diversa de ocorrência de raios entre o verão e o inverno e entre baixas e altas latitudes (BROC et al, 2005).

Tabela 1 - Probabilidade integrada em diferentes zonas da figura 4 (BROC et al, 2005).
Tabela 1 - Probabilidade integrada em diferentes zonas da figura 4 (BROC et al, 2005).

Para estudo deste fenômeno, utilizando o modelo meteorológico e modelo de eletrificação, conseguiu-se estimar o ambiente em torno do envelope de voo do helicóptero. Os resultados mostram as zonas de aderência, em torno dos helicópteros, nos quais os pontos de descarga elétrica inicial se desenvolvem, levando ao aparecimento dos raios.

As estruturas rotativas são as mais propícias à ocorrência de raios, estas superfícies (zona 2 e 3), correspondem a 83%, quando comparadas com a fuselagem (zona 1), que corresponde a 17%, como mostrado na tabela 1, esta tendência foi revelada na causa do acidente ocorrido no dia 19 de janeiro de 1995, quando um raio atingiu o rotor de cauda de um helicóptero AS 332, Super Puma, dando causa ao acidente.

Conforme mostrado abaixo, a figura 4 ilustra a distribuição total de aderência de raios nas superfícies dos helicópteros (BROC et al, 2005).

Figura 4 - Zonas por cálculo de probabilidade (BROC et al, 2005).
Figura 4 - Zonas por cálculo de probabilidade (BROC et al, 2005).

Considerações Finais

Assim, quando se navega em condições meteorológicas degradadas, a primeira preocupação que se destaca é a entrada inadvertida em condições meteorológicas de voo por instrumentos (IMC) – não estando o binômio homem versus máquina alinhado com os requisitos solicitados pela legislação para a operação nesta configuração de ambiente -, porém, face à aptidão natural do Brasil para a ocorrência de lightning e as características das partes aderentes (entrada e saída) dos helicópteros para a incidência desses fenômenos, é prudente estar atento na tomada de uma decisão segura para prosseguir ou não o voo, em condições meteorológicas adversas.


3 COMENTÁRIOS

  1. Excelente matéria, muito interessante.

    Parabéns ao amigo Herlon pela qualidade dos ensinamentos aqui postados.

    Parabéns aos administradores do Piloto Policial, grande site.

    Cap Barreto
    GRPAe – SP

  2. Amigo Barreto,

    Este espaço é o ambiente que necessitávamos para a discussão e socialização de temas e idéias relevantes, tão rarefeitas na nossa atividade. Lembrança a todos no GRPae.

    Bons voos…

  3. Esse é o grande companheiro e comandante Hérlon Lima!
    Ótima matéria meu amigo!

    Lembranças aos Guerreiros da Esquadrilha Guardião!

    Farley, Cap BM

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