Gelo Frazil - Frazil ice

Gelo Frazil em Yosemite Creek
Vídeo do Frazil Ice no Parque Nacional de Yosemite

O gelo do Frazil é uma coleção de cristais de gelo soltos, aleatoriamente orientados, de placa ou discoide formados em água turbulenta super-resfriada. Sua formação é comum durante o inverno em rios e lagos localizados nas latitudes do norte , e geralmente se forma em trechos de águas abertas dos rios onde e quando a troca de calor entre o ar e a água é tal que a temperatura da água pode cair abaixo de seu ponto de congelamento (normalmente não inferior a -0,1 ° C nos rios). Como regra geral, tais condições podem acontecer em noites frias e claras, quando a temperatura do ar é inferior a -6 ° C (21 ° F). O gelo do Frazil também se forma nos oceanos, onde costuma ser referido como gelo graxo quando flutua na superfície.

O gelo do Frazil é famoso por bloquear a entrada de água à medida que os cristais se acumulam e se acumulam na grade de entrada de lixo . Esses bloqueios afetam negativamente as instalações de abastecimento de água, usinas hidrelétricas, usinas de energia nuclear e navios que navegam em águas frias, e podem levar ao desligamento inesperado da instalação ou até mesmo ao colapso do cesto de lixo.

Formação

Gelo Frazil fluindo na foz do rio Blanda na Islândia

Quando a superfície da água começa a perder calor rapidamente, ela se torna super-resfriada. A turbulência , causada por ventos fortes ou fluxo de um rio, vai misturar a água super-resfriada em toda a sua profundidade. A água super-resfriada já estará estimulando a formação de pequenos cristais de gelo (gelo frazil) e os cristais serão levados para o fundo do corpo d'água. O gelo geralmente flutua, mas devido ao pequeno tamanho do gelo do frazil em relação às velocidades atuais, ele tem uma flutuabilidade ineficaz e pode ser carregado para o fundo com muita facilidade.

Por meio de um processo denominado nucleação secundária , os cristais aumentam rapidamente em número e, por causa de seu ambiente super-resfriado, os cristais continuarão a crescer. Às vezes, a concentração é estimada em um milhão de cristais de gelo por metro cúbico.

À medida que os cristais aumentam em número e tamanho, o gelo do frazil começará a aderir a objetos na água, especialmente se os próprios objetos estiverem em uma temperatura abaixo do ponto de congelamento da água. O acúmulo de gelo do Frazil geralmente causa inundações ou danos a objetos como grades de lixo . Como o gelo do Brasil é encontrado abaixo da superfície da água, é difícil detectar sua formação.

Normalmente o que acontece é que o gelo do frazil se acumula no lado montante dos objetos e gruda neles. O gelo do Frazil se acumula conforme mais é depositado. O crescimento se estenderá rio acima e aumentará em largura até o ponto onde os acúmulos de gelo do Frazil se unem e bloqueiam a água. À medida que mais e mais água flui contra este bloco, a pressão no lado a montante aumenta e causa um diferencial de pressão (diferença de pressão do lado a montante e do lado a jusante). Isso fará com que o crescimento da ponte se estenda a jusante. Uma vez que isso aconteça, inundações e danos são prováveis, a menos que seja evitado de outra forma.

Também foi demonstrado que o gelo do Frazil também se forma sob as geleiras temperadas (ou "de base quente"), à medida que a água flui rapidamente para baixo e superresfria devido a uma rápida perda de pressão. Este processo de "super-resfriamento glaciohidráulico" forma uma rede aberta de cristais de gelo platy que podem efetivamente prender o lodo da água carregada de sedimentos que flui por baixo das geleiras e mantos de gelo. O congelamento e a recristalização subsequentes podem resultar em uma camada de gelo rico em sedimentos na base da geleira que, ao derreter no término, pode resultar em um acúmulo significativo de sedimentos nas morenas . Este fenômeno foi verificado por concentrações elevadas de trítio - produzido por testes de armas nucleares e, portanto, quase totalmente ausente no gelo congelado antes de 1945 - no gelo basal de várias geleiras (significando gelo jovem) e pela observação do rápido crescimento de cristais de gelo ao redor da água aberturas de descarga no terminal da geleira.

Ao controle

Existem várias maneiras de controlar o acúmulo de gelo no Brasil. Eles incluem supressão, controle mecânico, controle térmico, vibração, seleção de materiais e mitigação de danos.

Supressão

O gelo do Frazil se forma na água super-resfriada, o que ocorre porque a água da superfície perde calor para o ar mais frio acima. A supressão é a ideia de "isolar" a superfície da água com uma cobertura de gelo intacta e estável. A cobertura de gelo evitará a perda de calor e aquecerá a água super-resfriada que pode já ter se formado. Área suficiente precisa ser coberta para que esse método funcione, mas ainda não se sabe o que significa "suficiente". O Rio São Lourenço é explicitamente gerenciado para criar "condições de fluxo que ajudam a formar uma cobertura de gelo estável" para evitar o gelo do Brasil e subsequentes congestionamentos de gelo .

Controle mecânico

Esses métodos incluem estabilizar o congelamento sem restringir o fluxo de água, como implementar açudes e barreiras de gelo, instalar jatos de água para quebrar qualquer acúmulo que possa ocorrer e usar trabalho manual para remover o acúmulo. Este método final muitas vezes não é preferido por causa dos altos custos de mão de obra, frio, chuva e condições de trabalho noturnas. O retrolavagem é outra tecnologia que usa a ideia de cancelar a pressão diferencial causada pelo acúmulo de gelo no Frazil. Essa tecnologia cria uma alta pressão no lado a jusante dos objetos para reverter a pressão diferencial.

Controle térmico

Esses métodos aquecem as estruturas na água para evitar a adesão do gelo do Brasil ou aquecem a água para evitar que o gelo do Brasil se forme em primeiro lugar. Ao aquecer a estrutura, ela deve ser aquecida a uma temperatura acima de zero. Os aquecedores de resistência elétrica funcionam bem, mas apresentam problemas de segurança em potencial. A instalação de tubos ocos nas estruturas pelas quais o vapor ou água quente é bombeado também funciona, mas esse método tem sido visto como causador de problemas operacionais. Outros métodos ativos também estão disponíveis. Às vezes, os subprodutos da água quente são liberados de instalações de água próximas, e a água quente é desperdiçada. Redirecionar essa água para as regiões potenciais de acumulação de gelo do Brasil poderia aumentar a temperatura da água em 0,1–0,2 ° C (0,18–0,36 ° F), frequentemente o suficiente para evitar o desenvolvimento de água super-resfriada.

Vibração

Embora ainda em fase experimental, explodir com dinamite é uma forma de controle vibracional que irá quebrar qualquer acúmulo de gelo no Frazil. A carga deve ser precisa para que o gelo se quebre, mas as estruturas circundantes e o ambiente não sejam prejudicados. A segurança da explosão também é importante e os residentes próximos podem reclamar da poluição sonora. Por todas essas razões, esse método não é usado com frequência, exceto como último recurso de emergência.

Seleção de materiais

Estruturas feitas pelo homem são freqüentemente os objetos aos quais o gelo do Brasil adere. Como tal, a escolha dos materiais para essas estruturas deve incluir a consideração da adesão do gelo . As estruturas de aço , por exemplo, enferrujam e a adesão da ferrugem ao gelo é muito forte. A escolha de um material com menor adesão, como plástico , fibra de vidro , grafite ou até mesmo um revestimento de tinta epóxi no aço, reduzirá a probabilidade de adesão. Embora a adesão ainda ocorra, o uso de tais materiais torna outros métodos, como raspagem, mais fáceis.

Mitigação de danos

Os danos podem ser reduzidos protegendo as regiões designadas de inundação com estruturas mecânicas.

Veja também

Referências

links externos