Por que e como as cabines das aeronaves são pressurizadas?

Sempre que as pessoas optam por viajar de avião, normalmente escolhem seus voos baseadas em quatro fatores principais: preço, tempo de viagem, benefícios de fidelidade, e claro, conforto. Falando em conforto, talvez a maior preocupação seja quanto à configuração dos assentos da aeronave, serviço de bordo e a presença de um bom sistema de entretenimento.

Há, porém, um outro item que é essencial para garantir o conforto e a segurança dos passageiros, porém pouco lembrado por eles: Trata-se da pressurização da cabine.

Jatos comerciais são feitos para voar alto. Cruzam normalmente em atitudes entre 31.000 e 41.000 pés. Essa altitude permite que os pilotos tenham mais condições de evitar o mau tempo e quaisquer obstáculos geográficos potenciais. Além disso, as aeronaves são muito mais eficientes nessa altitude: quanto mais alto o voo, mais rarefeito o ar, o que reduz o arrasto e, por sua vez, aumenta a eficiência do combustível.

Mas, por que a cabine da aeronave é pressurizada?

À medida que uma aeronave sobe, ela vai encontrando menor pressão atmosférica, tornando, como dito, o ar mais rarefeito, ou seja, as partículas de oxigênio estão menos concentradas e com isso — aproximadamente acima dos 12.000 pés de altitude — , o ar vai se tornando inviável para a respiração. Além disso, nessas altitudes, podemos encontrar temperaturas muito baixas, muitas vezes bem abaixo dos 40 graus abaixo de zero.

Porcentagem da pressão atmosférica de acordo com a altitude

A solução, portanto, é fazer com que a pressão interna da aeronave permaneça mais alta, em uma concentração de oxigênio que possamos respirar e que a cabine possa também ser climatizada, proporcionando uma temperatura confortável.

Quando a aeronave atinge seu nível de cruzeiro, o sistema de pressurização mantém uma pressão maior, simulando um ambiente na cabine como se a aeronave estivesse voando em algo em torno dos 4000 a 8000 pés, altitudes nas quais podemos respirar normalmente.

Teoricamente a pressão dentro da aeronave poderia ser até maior, porém, isso elevaria demais a diferença de pressão interna e externa, e por consequência, poderia potencialmente resultar em danos estruturais na fuselagem ou até mesmo na separação de portas e janelas.

Para controlar essa pressão dentro da cabine, e mantê-la dentro dos limites, os sistemas da aeronave abrem automaticamente válvulas de saída, conhecidas como outflows. Algumas aeronaves maiores, podem possuir até mais de uma outflow. O Boeing 777, por exemplo, possui duas. Uma na parte dianteira e outra na parte traseira da fuselagem.

A válvula funciona de forma bastante simples: se mais ar for necessário dentro da cabine, a válvula fecha e evita que o ar saia. Se houver muito ar dentro da cabine, a válvula se abre e o ar sai da aeronave. E assim ela vai trabalhando durante todo o voo. No caso de uma despressurização súbita, a primeira coisa que vai acontecer, é o fechamento total da outflow, numa tentativa de conter o vazamento de ar. A operação desta válvula nas aeronaves atuais é totalmente automática, podendo ser controlada de forma manual, em caso de pane do automatismo ou de alguma situação de emergência.

Existem ainda, outras pequenas válvulas, que podem atuar em situações anormais, protegendo a fuselagem contra diferenças de pressão excessivas: 

A válvula de alivio de pressão negativa (negative pressure relief valve) é uma válvula equipada com molas que se abrem para dentro no caso da pressão externa da aeronave exceder a pressão interna, deixando o ar entrar na cabine para equilibrar essa diferença. 

Em um cenário diferencial positivo, onde a aeronave tem excesso ar interno, uma válvula de alívio de pressão positiva (positive pressure relief valve) se abre, auxiliando a outflow a expulsar o ar excessivo da aeronave.

Ok, mas como esse ar chega à cabine da aeronave?

A maneira mais popular de introduzir ar na cabine é usando ar sangrado dos motores. Os jatos atuais são equipados com motores que ingerem ar através do fan do motor. Uma pequena parte desse ar segue em direção ao compressor, onde é acelerado para dar mais eficiência ao processo de ignição de combustível. O que faz-se então, é “sangrar” esse ar e aproveitá-lo para outros recursos, entre eles, o sistema de proteção de gelo (anti-ice) do motor e das asas, pressurização das bombas hidráulicas, pressurização dos tanques de água potável, para a partida do outro (ou dos outros) motores, é claro, para o sistema de pressurização. Este ar, ao sair dos motores e antes de seguir seu caminho para ser utilizado em alguns dos recursos citados, passa por uma válvula chamada Bleed Air, daí então o uso do termo ar sangrado.

Painel de Controle de Bleed Air do Boeing 777

Como dito, a enorme maioria das aeronaves atuais funciona assim, com pequenas variações de modelo para modelo, no entanto, o Boeing 787 “Dreamliner” já trouxe inovações. Nele, o ar sangrado dos motores, só é utilizado para o sistema anti-ice dos motores e para a pressurização dos reservatórios hidráulicos. Sistemas elétricos são utilizados para dar partida nos motores, para o sistema anti-ice das asas e para a pressurização da cabine.

Uma das vantagens da arquitetura de sistemas elétricos sem a utilização de bleed air, é a maior eficiência obtida em termos de queima de combustível. O 787 também prima pela eficiência operacional devido às vantagens dos sistemas elétricos em comparação aos sistemas pneumáticos em termos de peso e custos reduzidos do ciclo de vida.

Boeing 787 Dreamliner

Foi uma aposta arriscada da Boeing, mas que vem provando que funciona muito bem e provavelmente será adotado em outros modelos no futuro, fazendo com que o Dreamliner seja responsável por abrir uma nova página na engenharia aeronáutica.

Via Henrique Motta (teachingforfree.com)