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26 de fevereiro de 2014

Como um novo sensor pode ajudar a prevenir acidentes aéreos?

Em países onde os invernos alcançam facilmente temperaturas negativas, a presença de gelo nas asas dos aviões é um grande problema de segurança. Um sistema de detecção de gelo em asas de aviões utilizando partículas alfa promete fornecer dados mais confiáveis aos pilotos, ajudando a prevenir acidentes.

Condições de congelamento existem quando o ar contém gotas de água líquida super-refrigerada. Além da temperatura do ar, otamanho médio e a proporção de água líquida na gota são parâmetros que afetam a extensão e a velocidade da formação de gelo em aviões. O processo de congelamento começa nas partes mais curvadas da asa e continua em direção à placa central.

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Um novo sensor pode ajudar a prevenir acidentes aéreos.

Os efeitos do congelamento são o aumento do arrasto, diminuição do empuxo e até a perda total da capacidade de voo de uma aeronave. A maioria do gelo é visível a olho nu da cabine de controle. Segundo o manual do National Oceanic and Atmospheric Administration sobre congelamento de aeronaves, cerca de 72 % da formação de gelo acontece durante os voos e é esbranquiçado, do tipo “neve”. Contudo, 21 % das vezes a água se congela em lâminas “transparentes”, o que é muito difícil de enxergar.

Já existe uma série de instrumentos construídos para resolver esse problema e evitar acidentes. Na última década, muitos sensores ópticos e acústicos para detecção de gelo nas asas foram desenvolvidos. Um exemplo são espectrômetros que emitem um feixe infravermelho através de uma pequena fenda, que leva ao ambiente externo, e mede o sinal retornado por um refletor. Quando há gelo branco e opaco sobre a asa, do tipo neve, o feixe é bloqueado e então não há sinal de retorno. Já o gelo transparente faz o oposto: ele reduz a dissipação do sinal emitido e aumenta a intensidade do sinal de resposta. Assim o sensor mede a formação de gelo em ambos os casos.

O gelo transparente pode se tornar um perigo invisível nas asas dos aviões.
O gelo transparente pode se tornar um perigo invisível nas asas dos aviões.

Estas soluções são interessantes, mas apresentam uma desvantagem: elas não fazem parte das superfícies. Por serem montadas separadamente, elas detectam a presença de gelo no sensor, e não na asa em si. Visando resolver este problema, uma equipe de pesquisadores da Universidade do Oeste da Flórida, liderada por Ezzat G. Bakhoum, desenvolveu um sistema que detecta a camada de gelo que está realmente se formando sobre a asa. Ao contrário dos detectores mais conhecidos, que são baseados em óptica, o novo detector usa partículas alfa.

Funcionamento

Uma fonte de partículas alfa é acoplada à asa da aeronave e um detector com um transístor MOSFET (acrônimo para Metal -Oxide – Semiconductor Field Effect Transistor) é colocado a alguns centímetros da fonte. À medida que as partículas alfa atingem o detector, elas depositam suas cargas positivas no gate do MOSFET (canal negativo). Com isso, o transistor entra em estado ligado. Mas basta que uma fina camada de gelo (aproximadamente 100 µm de espessura) cubra a fonte para que o feixe de partículas alfa seja interrompido. Nesse caso, as partículas alfa não alcançam o detector e o MOSFET entra em estado desligado. Um dos materiais emissores para o novo sensor pode ser o Americium 241, que já é utilizado em detectores de fumaça. Segundo Bakhoum, o novo sistema é mais confiável do que os modelos ópticos existentes, pois é uma parte integral da aeronave. Isso impede que o detector deixe de “enxergar” alguma formação de gelo. ■

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Artigo escrito com base em:

Alpha-Particle-Based Icing Detector for Aircraft, Bakhoum, E.G., Instrumentation and Measurement, IEEE Transactions on (Volume: 63, Issue: 1 )
IEEE Sptectrum, Douglas Cormick, 10/01/2014
The National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA

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