Como você controla a formação de gelo na superfície da asa de um avião, mesmo quando ele está em voo? Jonathan Boreyko, professor associado do Departamento de Engenharia Mecânica do Instituto Politécnico e Universidade Estadual Virginia Tech (EUA), está liderando uma equipe que trabalha com a Collins Aerospace para desenvolver uma abordagem usando, curiosamente, o comportamento do próprio gelo.
Em um estudo publicado na Physical Review Letters, eles criaram um método de degelo que explora como o gelo cresce em estruturas de pedestais para, com isso, suspender o gelo da superfície à medida que ele se forma, criando uma camada mais fácil de ser removida.
A formação de gelo em aviões pode ser um agravante e um perigo para a segurança. Assistir a um embarque de aeroporto com atrasos por causa do gelo é uma cena familiar para viajantes de inverno, e o NTSB (National Transportation Safety Board) relata um total de 52 acidentes em voo atribuídos à formação de gelo entre 2010 e 2014, resultando em 78 mortes.
É possível descongelar um avião no aeroporto antes da decolagem, mas os aviões também experimentam queda de temperatura e rápida formação de gelo durante o voo. Uma vez que o gelo se forma nas asas, ele pode inibir muito a capacidade do piloto de operar a aeronave com segurança.
Equipar aviões com a capacidade de remover gelo durante o voo em altitudes entre 35.000 e 42.000 pés forneceria um conjunto melhor de ferramentas para manter a segurança, acreditam os pesquisadores.
Colocando gelo em um pedestal
A equipe do professor Boreyko trabalhou sabendo que as gotas de água se comportam de maneiras diferentes, dependendo da superfície. Eles visavam alavancar um princípio conhecido como Lei de Cassie, que mostra que o ar pode ficar preso sob as gotas de água se as gotas estiverem suspensas no topo de uma estrutura acidentada e repelente à água.
Com uma estrutura que poderia prender o ar debaixo d’água neste “estado de Cassie”, os pesquisadores procuraram fazer o gelo se formar em uma camada com menor adesão à superfície.
Fazer um repelente de água na superfície normalmente requer um revestimento químico que deve ser renovado periodicamente, explicou Boreyko, e a superfície protetora também tende a se desgastar com o tempo.
Assim, a equipe optou por uma abordagem inovadora, com o objetivo de fazer uma superfície repelente de água que não requeira revestimentos químicos frágeis ou saliências ultrafinas. Em vez disso, eles optaram por uma estrutura simples e durável na forma de pedestais (ou pilares) de alumínio com dimensões milimétricas.
A equipe de Boreyko criou uma série de pilares, cada um com um milímetro de altura por meio milímetro de largura. Os minúsculos pedestais foram usinados em um padrão com um milímetro de distância entre eles.
Conforme a temperatura caiu na superfície com os pilares, o gelo cresceu preferencialmente no topo deles, resultando em pontas de gelo elevadas. À medida que mais água era adicionada, ela era absorvida e congelada por essa camada de gelo porosa. Quando as gotas de água foram posteriormente impactadas na superfície formada, elas ficaram presas nos pedestais de gelo.
O vídeo a seguir, da própria equipe do estudo, mostra a formação do gelo no topo dos pedestais e, depois, a absorção de gotas na estrutura formada:
Essas gotas congelantes criaram minúsculas “pontes de gelo”, como descreveu o autor principal Hyunggon Park, que selaram as lacunas de ar nos vales entre os pilares com ponta de gelo.
“Quando o impacto das gotas de água congelou na superfície, fizemos uma observação interessante: as gotas de água estavam sendo capturadas pelas pontas de gelo e pela construção de pontes de gelo para prender as bolsas de ar por baixo”, disse Park. Com o tempo, uma camada de gelo contínua e retentora de ar formou-se sobre os pilares com pontas de gelo.
Enquanto outros métodos de degelo podem ainda permitir que uma camada de gelo adira mais diretamente a uma grande área de superfície, esses espaços de ar aprisionados fazem com que a lâmina de gelo fique sempre suspensa no topo dos pilares, diminuindo a quantidade de adesão do gelo à superfície.
“Usando pilares maiores no lugar de nanoestruturas, e pontas de gelo no lugar de um revestimento hidrofóbico, descobrimos que podemos obter o mesmo benefício de aprisionar o ar sob o gelo em formação, mas evitando as preocupações com a durabilidade”, disse Boreyko. “Isso deve tornar prática a nossa abordagem para melhorar o degelo em aeronaves ou trocadores de calor.”
Com uma ligação mais fraca, é possível usar as bolsas de ar para empurrar o gelo para longe. Esta será a próxima etapa no processo dos pesquisadores, à medida que a equipe de Boreyko continua a desenvolver seu método.
Informações da Virginia Tech
