Por que os aviões estão sujeitos à turbulência? A explicação de José Miguel Viñas, especialista em Física do Ar

A condição do ar como meio fluido significa que nele existe sempre um certo grau de turbulência. Seus efeitos são sentidos, em maior ou menor grau, nos voos aéreos. Podemos definir a turbulência atmosférica como a superposição ao movimento médio do ar de uma agitação composta por movimentos desordenados do ar em estado de mudança contínua (redemoinhos).

Os circuitos turbulentos e redemoinhos que se formam na atmosfera cobrem todos os tipos de escalas. Quando seu tamanho é semelhante ao da aeronave, a turbulência torna-se um fenômeno adverso que, em situações extremas, pode colocar em risco a segurança aérea.

A ligação entre turbulência e cisalhamento

A turbulência atmosférica está intimamente relacionada ao cisalhamento, que podemos definir como as mudanças repentinas que ocorrem no vento ao se mover em uma determinada direção. Tanto a turbulência como o cisalhamento do vento dão origem, por vezes, a situações potencialmente perigosas em voo, que os pilotos tentam sempre evitar. A turbulência é o fator de risco meteorológico mais importante na aeronáutica, embora a maior causa de acidentes aéreos seja devido à formação de gelo (acúmulo de gelo na fuselagem das aeronaves).

Redemoinhos turbulentos podem aparecer tanto no plano vertical quanto no horizontal, resultando em mudanças tanto no rumo quanto na sustentação da aeronave. Redemoinhos menores dão origem a rajadas de ar que causam tremores que sacodem o avião, resultando nas vibrações ou tremores característicos.

Quando essas rajadas afetam a parte dianteira ou traseira da aeronave, sua sustentação é afetada, enquanto se os redemoinhos afetam alguma das asas, causam um fator de carga adicional (desequilíbrio), que resulta em guinada ou mudança de rumo.

Se o que temos são grandes redemoinhos no plano vertical, em uma escala muito maior que a da aeronave, então ela está sujeita a subidas e descidas. Somente em casos extremos (com grandes acelerações verticais), esse balanço pode causar problemas ao ultrapassar os limites de segurança. Os pilotos sabem antecipadamente quais áreas evitar ou onde não devem voar mais do que o necessário.

Tipos de turbulência na atmosfera

Se nos atermos à causa ou origem da turbulência atmosférica, temos dois tipos fundamentais: térmico e mecânico. O que se vive em um avião ao atravessar uma zona montanhosa deve-se a uma combinação de ambos, que identificamos com a turbulência orográfica. Também pode ser devido ao cisalhamento (um caso particular é CAT, ou turbulência de ar claro), ondas gravitacionais e causadas pela passagem das próprias aeronaves (turbulência de esteira).

A turbulência térmica é de origem convectiva, domina nas altitudes médias da troposfera e está associada à formação de nuvens cúmulos (Cu) e nuvens cumulonimbus (Cb). Em situações meteorológicas que favorecem a convecção, o ar sobe, formando “bolhas térmicas” (bolhas de ar quente que sobem da superfície da Terra) e desce no seu entorno, sendo o avião submetido a sucessivas subidas e descidas.

A turbulência mecânica é causada pelo atrito do ar com a superfície da Terra. Esse atrito com o solo, dependendo da sua rugosidade e da velocidade do vento, provoca redemoinhos de diferentes magnitudes que afetam a chamada camada limite (mista ou turbulenta). Este tipo de turbulência ocorre em baixos níveis da atmosfera, sendo insignificante de 2.500 a 3.500 m de altitude em áreas não montanhosas, e muito maior em grandes cadeias montanhosas.

A intensidade da turbulência

O grau de turbulência é diferente em cada voo e em momentos diferentes durante o mesmo. Mais comumente, o voo é afetado apenas por turbulência leve ou leve, o que causa acelerações verticais entre 0,2 e 0,5g. O resultado é o típico tremor do avião, sem maiores consequências, além de uma certa sensação de desconforto, quando perdura no tempo.

O nervosismo entre os passageiros dos aviões começa a se manifestar quando há turbulência moderada. Nestes casos as acelerações verticais experimentadas variam entre 0,5 e 1g, em resultado de variações do vento entre 15 e 25 nós em relação ao valor médio. Para aumentos na velocidade do vento superiores a 25 nós e acelerações verticais entre 1 e 2 g, temos turbulência forte ou severa, e se for ultrapassado 2g, a turbulência torna-se extrema.

Os voos sujeitos a maior turbulência são aqueles que atravessam grandes cadeias montanhosas, como os Himalaias, os Andes ou os Alpes. Recentemente, foi revelado o grau de turbulência de 150 mil rotas aéreas em todo o mundo, que estavam operacionais no final de 2023. A rota mais turbulenta na Europa é Milão-Genebra, seguido por Milão-Zurique, Genebra-Zurique e Marselha-Zurique. Os Alpes e as tempestades que nela se formam são a principal fonte de turbulência nestes voos.