Meteorologia - O Perigo dos relâmpagos

O relâmpago é a assinatura pessoal de trovoada. É bonito, inspirador, espetacular e letal.

Aqui está o ponto crucial: O relâmpago é o produto de uma tempestade. Os temporais são perigosos, assim, fique longe dos relâmpagos!!!

AS TEMPESTADES ELÉTRICAS

Numa tempestade elétrica, as nuvens de tempestade estão carregadas como capacitores gigantes no céu. A parte superior da nuvem é positiva e a inferior negativa. Ainda não se entrou num acordo na comunidade científica sobre como a nuvem adquire essa carga, mas a descrição seguinte oferece uma explicação plausível.

CAPACITOR

Um capacitor é um dispositivo elétrico que consiste de duas superfícies condutivas separadas por um meio isolante (dielétrico). Quando se aplica uma voltagem às superfícies, a energia é armazenada no campo elétrico resultante da separação de cargas das superfícies.

A nuvem funciona como um capacitor enorme. A parte superior e a parte inferior da nuvem são como as duas folhas de alumínio. Enormes quantidades de eletricidade podem ser armazenadas dentro desse capacitor. No processo do ciclo da água, a umidade pode se acumular na atmosfera. Esse acúmulo é o que vemos como nuvem. As nuvens podem conter milhões e milhões de gotículas d'água e gelo suspensos no ar. Como o processo de evaporação e condensação continua, essas gotículas enfrentam muitas colisões com a umidade que está no processo de condensação, enquanto sobe. Além disso, a umidade que sobe pode se chocar com o gelo ou com a neve que está caindo em direção à terra ou que está na parte inferior da nuvem. A importância desses choques é que eles retiram os elétrons da umidade que está subindo, criando, assim, uma separação de carga. Os “elétrons recém arrancados” se unem na parte inferior da nuvem, dando a ela a carga negativa. A umidade que está subindo e que acabou de perder um elétron carrega uma carga positiva para a parte superior da nuvem. Além dos choques, o resfriamento tem um papel importante. Quando a umidade que está subindo depara com temperaturas mais baixas na parte superior da nuvem e começa a gelar, a parte resfriada fica negativamente carregada e as gotículas que não estão congeladas se tornam positivamente carregadas. Nesse ponto, as correntes de ar ascendentes têm a capacidade de remover as gotículas positivamente carregadas do gelo e carregá-las para a parte superior da nuvem. A parte congelada restante normalmente desceria para a parte inferior da nuvem ou continuaria descendo até o chão. Combinando os choques com o resfriamento, podemos começar a entender como uma nuvem pode adquirir a separação extrema de carga que é necessária para que um relâmpago ocorra.

O CAMPO ELÉTRICO

Onde houver uma separação de carga em uma nuvem, também haverá um campo elétrico associado. Assim como a nuvem, esse campo é negativo em sua região inferior e positivo na superior. A força ou intensidade do campo elétrico está diretamente relacionada à quantidade de carga reunida na nuvem. Como os choques e resfriamentos continuam acontecendo e as cargas da parte inferior e superior da nuvem aumentam, o campo elétrico fica cada vez mais intenso: tão intenso, na verdade, que os elétrons da superfície da Terra são afastados para o interior dela pela forte carga negativa da parte inferior da nuvem. Essa repulsão de elétrons faz com que a superfície da Terra adquira uma forte carga positiva.

Tudo que se precisa agora é de um caminho condutivo para que o inferior negativo da nuvem entre em contato com a superfície positiva da Terra. O forte campo magnético, sendo, de alguma forma, auto-suficiente, cria esse caminho.

O forte campo elétrico "quebra" o ar ao redor da nuvem, permitindo que a corrente flua numa tentativa de neutralizar a separação de carga. A "quebra" do ar cria um caminho que provoca um curto-circuito na nuvem/terra como se houvesse uma longa vara de metal conectando-as.

LÍDERES ESCALONADOS

Uma vez iniciado o processo de ionização, o plasma (ar ionizado) se forma e o caminho não é criado instantaneamente. Na realidade, há muitos caminhos separados de ar ionizado se originando na nuvem. Eles são chamados de "líderes escalonados".

Os líderes escalonados se propagam em direção à Terra em etapas, que não tem que resultar numa linha reta. O ar pode não se ionizar igualmente em todas as direções. Poeira ou impurezas (qualquer objeto – um avião...) no ar podem fazer com que o ar se "quebre" mais facilmente em uma direção, dando melhores condições para o líder escalonado alcançar a Terra mais rapidamente naquela direção.

Considerando essas possibilidades, fica óbvio que existem vários fatores que afetam a direção do líder escalonado.

Ensinaram-nos que a menor distância entre dois pontos é uma linha reta, mas, no caso dos campos elétricos, as linhas de força (linhas de fluxo) podem não seguir a distância mais curta, uma vez que a distância mais curta nem sempre representa o caminho de menor resistência.

O líder que atingir o solo primeiro colhe as recompensas da jornada, formando um caminho condutivo entre a nuvem e o solo. Esse líder não é a descarga do relâmpago; ele apenas mapeia o caminho que aquela descarga seguirá. A descarga é o fluxo da corrente elétrica bem forte e repentino, que se move da nuvem para o solo.

AS DESCARGAS CONECTANTES POSITIVAS E A EXPLOSÃO DO AR

Conforme os outros líderes se aproximam da Terra, os objetos da superfície começam a responder ao forte campo elétrico. Eles alcançam as nuvens "desenvolvendo" descargas conectantes positivas.

De fato, qualquer coisa na superfície da Terra tem potencial para enviar uma descarga conectante. Uma vez produzidas, elas não continuam crescendo em direção às nuvens. Unir esse espaço é trabalho dos líderes escalonados em sua queda. As descargas conectantes esperam pacientemente, esticando-se para cima conforme os líderes escalonados se aproximam.

O que está prestes a acontecer é o real encontro de um líder escalonado com uma descarga conectante. Conforme discutido anteriormente, a descarga conectante que o líder escalonado atinge não é necessariamente a que está mais perto da nuvem.

É muito comum que os raios atinjam o solo (chão) mesmo que haja uma árvore, um poste de luz ou qualquer outro objeto por perto. O fato de o líder escalonado não fazer um caminho reto permite que isso aconteça.

Sempre que há uma corrente elétrica, há calor associado a essa corrente. Desde que a quantidade de corrente elétrica em uma descarga de relâmpago seja enorme, também será enorme a quantidade de calor. Na verdade, o relâmpago é mais quente do que a superfície do Sol. Esse calor é a real causa do brilho branco-azulado que vemos.

Quando o líder e a descarga conectante se encontram, deixando fluir a corrente (a descarga do relâmpago), o ar ao redor dela fica extremamente quente, tão quente que realmente explode, porque o calor faz que o ar se expanda muito rapidamente. A explosão é seguida pelo que conhecemos como trovão.

O trovão é a onda de choque irradiando ao longo do caminho da descarga. Quando o ar esquenta, ele se expande rapidamente, criando uma onda de compressão que se propaga pelo ar ao redor. Essa onda de compressão se manifesta na forma de uma onda sonora, o que não significa que o trovão seja inofensivo. Pelo contrário, se você estiver perto o bastante, conseguirá sentir a onda de choque, uma vez que ela sacode as redondezas.

NA AVIAÇÃO

Felizmente, um raio não parece causar a mesma destruição numa aeronave do mesmo jeito que ele faz em objetos no chão.

Infelizmente, esse fato tem sido tão bem transmitido que muitos pilotos acabam não se importando com os perigos do relâmpago em voo.

Os efeitos do raio numa aeronave em voo são um pouco diferentes do que os efeitos sobre alvos de superfície, em grande parte devido à falta de aterramento, o que impede a corrente de causar todo o seu potencial de dano.

Além disso, os aviões que têm “pele” de metal produzem o efeito chamado “Gaiola de Faraday” que permite a distribuição elétrica potencial uniformemente sobre a superfície do metal de modo que os ocupantes e componentes internos não recebem
os efeitos da eletricidade que podem causar danos.

Ainda assim, vários riscos são específicos para aeronaves em voo atingidas por um relâmpago e alguns deles podem se tornar fatais. A lista parcial inclui explosões do combustível, laminação de materiais compostos (radomes e pás do rotor), várias formas de danos a componentes elétricos, interrupção ou alteração de programas digitais e danos menores para a fuselagem de metal e estruturas.

Explosões de combustível são raros, mas comprovadamente possível. Em 1963, um relâmpago inflamou os tanques de combustível de um Boeing 707, derrubando o avião, matando todos os seus ocupantes. Em 1976, um Boeing 747 da Força Aérea
Iraniana foi perdido pela mesma causa. Em outros incidentes documentados, um F-4, um T-38, um C-130 e um KC-135 foram reivindicados por um raio. É reconfortante notar, no entanto, que todos esses aviões eram abastecidos com o JP-4 (JET-B), um combustível muito mais volátil do que Jet A. De fato, não há registro de explosão de combustível decorrente de um raio atribuído a qualquer aeronave abastecida exclusivamente com Jet A.

Há uma aparente perda de um avião usando um Lockheed-Avgas Constellation na década de 1950, mas que o combustível teria sido muito diferente do que o LL100 e 80 octanas atualmente utilizados. Aliás, a pior combinação possível pode ser uma combinação de Jet fuel e gasolina, como é possível de ocorrer em alguns casos, quando uma aeronave utiliza gasolina, na ausência de jet fuel. Essa combinação é muito volátil. Se você deseja voar com uma mistura de gás e combustível de aviação, tenha certeza absoluta de que não há atividade de tempestades em qualquer trecho da navegação.

Nos materiais compostos podem acontecer um conjunto de problemas, porque eles não são condutores e portanto, não produzem o efeito Gaiola de Faraday. Radomes compostos são normalmente bem aterrados à estrutura para evitar danos provocados por relâmpagos, mas muitos radomes ter sido fragmentados por impactos diretos. Da mesma forma, as pás do rotor de cauda (e principal) são acometidas pela laminação maciça devido ao calor extraordinário associado a qualquer ataque relâmpago.

Bússolas magnéticas são suscetíveis a relâmpagos e pode sofrer danos permanentes.

Sistemas elétricos e componentes eletrônicos sempre foram sensíveis aos danos de um relâmpago, mas componentes mais recentes que requerem o software de computador, parece serem mais sensíveis, podem ser acometidos mais facilmente por “falhas de sistema”.

Mais simples, os componentes analógicos podem também sofrer danos do tipo solda, fusão e outros danos internos. Depois qualquer relâmpago ou descarga estática, certifique-se de examinar os painéis de disjuntores.

A energia maciça de calor de um relâmpago muitas vezes pode fazer pequenos furos no alumínio das estruturas. Esses furos normalmente são insignificantes, mas qualquer avião atingido por um raio deve ser inspecionado por um mecânico antes do próximo voo.

Veja abaixo um exemplo do que pode acontecer a uma aeronave em solo quando recebe um raio...


A luz intensa produzida por uma greve pode causar cegueira temporária. Não se tem notícia de nenhum registro de um piloto ter sido verdadeiramente incapacitado por um raio, mas muitos sofreram cegueira visual temporária por comprometimento do “flash”. Se você tiver qualquer motivo para suspeitar de estar próximo a relâmpagos, desligue todas as luzes do cockpit e considere seriamente a utilização de óculos escuros para proteger os olhos do flash.

O relâmpago é uma energia tão intensa que é impossível de se proteger plenamente de todos os seus possíveis efeitos. Os aviões em voo têm uma proteção natural, devido ao princípio da Gaiola de Faraday e de costume temos apenas alguns relatos de que os efeitos da ação de um raio pouco  fazem mais que saltar um ou mais disjuntores.

No entanto, esteja certo de que ele pode causar danos, senão pelo seu potencial com certeza pela severa turbulência associada a este tipo de ocorrência e, por conseguinte, você deve sempre evitar tempestades diligentemente.

Outra coisa, esteja ciente de que o relâmpago, assim como o granizo, pode danificar uma aeronave a cinco milhas ou mais dos lados extremos de um temporal desenvolvido. E não tente julgar a intensidade de uma tempestade pela sua altura ou largura. Em um trágico acidente, uma "tempestade" pequena a 23.000 pés de altura, cujo núcleo foi identificado no radar como ligeiramente mais largo que uma milha, derrubou um Lockheed L-1011.

Na dúvida quanto à segurança de voo, a evasão de uma rota com trovoadas irá fornecer-lhe todas as proteções de que você precisa.

CRÉDITOS:

SERGIO KOCH
TCel Av da Reserva da FAB