Professor do Programa de Engenharia Mecânica do Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia (Coppe) da UFRJ, Renato Machado Cotta afirma que é preciso analisar cuidadosamente os fenômenos que ocorrem para se tentar evitar ou, pelo menos, minimizar a formação de gelo em estruturas e componentes críticos de uma aeronave diante de condições climáticas adversas. Instalado no Laboratório de Mecânica da Turbulência, um dos quatro que compõem o Núcleo Interdisciplinar de Dinâmica dos Fluidos da Coppe, o túnel tem cerca de nove metros de comprimento por quatro metros de altura.
A seção de testes tem 30cmx30cm e dois metros de comprimento. Iniciado em 2011, o equipamento foi inaugurado no fim de maio e instalado no Núcleo Interdisciplinar de Dinâmica dos Fluidos, com o objetivo de contribuir para dar mais segurança aos voos comerciais. Segundo Cotta, coordenador do projeto, é preciso certificar com mais rigor e desenvolver sondas que possam diminuir riscos em situações tão adversas como as dos voos atualmente.
Projetado e construído por pesquisadores da Coppe, o túnel de vento custou cerca de R$ 350 mil – recurso da Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo à Pesquisa do Rio de Janeiro (Faperj). Ele foi um compromisso assumido pela Coppe, de intensificar suas pesquisas em segurança aérea depois do acidente com o voo AF447 da Air France, que fazia a rota Rio-Paris, em 31 de maio de 2009, e matou 228 pessoas. Mais do que um desafio profissional do professor Renato Cotta, a conclusão do túnel teve uma motivação pessoal – ele perdeu filha e genro no desastre aéreo.
O pesquisador explica que sensores e equipamentos são sempre aquecidos, mas o sistema antigelo não resiste a qualquer condição. “Foi o que ocorreu com o tubo de pitot, um sensor de velocidade do AF447. Ele era certificado para temperaturas de menos de 40 graus centígrados e enfrentou menos de 52 graus, com conteúdo e umidade suficientes no ar para provocar o congelamento dos sensores”, diz. “Houve formação de gelo nos três sensores de velocidade da aeronave. Uma vez formado o gelo, as medidas de velocidade ficam todas erradas e o computador do avião devolve o controle da aeronave ao piloto”, explica o coordenador dos estudos.
Foram feitos outros dois ensaios com o tubo de pitot. Um no túnel de vento do Instituto de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial (Inmetro), que não é de formação de gelo, e outro numa aeronave da Marinha, para verificar o comportamento do sensor em condições reais de voo. “Não eram situações adversas de formação de gelo, o que seria um risco para o piloto, mas em condições normais pudemos testar os tubos e comparar com experimentos feitos em túneis de vento para asas”, explica Cotta. “Não havia resultados experimentais para tubo de pitot. Essa é a lacuna que queremos preencher: ter um túnel de formação de gelo para sensores de velocidade.”
Nova etapa
O projeto entra agora na segunda fase. Em paralelo à construção do túnel, a equipe de Renato Cotta – quatro professores e quatro pós-graduandos – trabalha em pesquisa para otimizar o sistema antigelo. Uma das ideias é produzir, com a ajuda da nanotecnologia, superfícies super-hidrofóbicas: embora haja formação de gelo, não permitem a adesão da água congelada sobre ela. “Temos as primeiras amostras de superfícies que demonstraram aderência de gelo diminuída, mas são necessários testes nas condições de voo em que o túnel de vento proporciona. Devemos levar a pesquisa a uma variação mais severa e realista”, ressalta Renato Cotta.
Por ser a primeira instalação desse tipo na América do Sul, ela vai atender à pesquisa na melhoria dos sensores aeronáuticos ou desenvolvimento de novos aparelhos, e também atende à indústria na certificação dos seus produtos, como componentes usados em aviões. Atualmente, os laboratórios disponíveis estão nos Estados Unidos e em países da Europa, sendo poucos deles em universidades.
Os túneis de formação de gelo são equipamentos de alto custo e raros no mundo. A expectativa dos pesquisadores é ter parceiros, como a Empresa Brasileira de Aeronáutica (Embraer) e seus fornecedores. “Conseguimos disponibilizar no país uma estrutura de testes que não tínhamos. Agora, podemos fazer esses experimentos, certificação e pesquisas de novos materiais e controle térmico. Temos condições de abrir um leque de possibilidades para pesquisas e inovação. Queremos atrair empresas que se interessem por esses dispositivos”, destaca Cotta. Além da indústria aeronáutica, o túnel brasileiro tem aplicação em outras áreas, como refrigeração, ar-condicionado, sensores meteorológicos e linhas de transmissão.
Circuito com ventilador
» Dimensões
Nove metros de comprimento por quatro metros de altura. A seção de testes tem 30cmx30cm e dois metros de comprimento
» Função
Testa sensores e componentes aeronáuticos sob condições climáticas extremas de voo, em temperaturas que chegam a até 20 graus negativos e velocidade Mach 0.3, correspondente a um terço da velocidade do som
» Funcionamento
É um circuito similar ao de um duto de ar-condicionado, com um ventilador que faz o ar circular em grande velocidade – um terço da velocidade do som. Dentro dele são produzidas pequenas gotículas de ar resfriado, que simulam as condições encontradas nas nuvens. São essas gotículas super-resfriadas que colidem e se congelam sobre as estruturas.
Os sensores em teste são expostos a esse escoamento de ar e às gotículas. Diferentemente do avião que acelera por meio do ar, os componentes ficam parados e o ar escoa sobre eles – assim, são simuladas as condições de voo. Em paralelo, a validação dos resultados é feita por códigos computacionais e modelos matemáticos desenvolvidos no próprio Coppe.