Sobre o uso de soluções aquosas padronizadas de etileno glicol ou propileno glicol para assegurar o degelo e/ou prevenir o recongelamento da fuselagem de aviões

Existem quatro tipos padrão de fluidos anticongelantes e de degelo para aeronaves: Tipo I, II, III e IV.

Os fluidos do tipo I são os mais finos. Desta forma, podem ser utilizados em qualquer aeronave, pois sofrem cisalhamento/explosão mesmo a baixas velocidades. Têm também os tempos de retenção (HOT) ou tempos de proteção estimados em geadas ativas ou precipitações congelantes. (...) Os fluidos do tipo I são sempre aplicados aquecidos e diluídos. 

Os fluidos do tipo II e IV adicionam agentes espessantes para aumentar a viscosidade. Os espessantes permitem que o fluido permaneça na aeronave durante mais tempo para absorver e derreter o gelo ou a precipitação congelante. Isto traduz-se num HOT mais longo, mas também significa que é necessária uma maior velocidade para separar [remover]o fluido.

Fonte: NASA

 

Alteração da forma aerodinâmica de uma asa de uma aeronave resultante da 

formação de gelo na asa (Fortin e Perron, 2009).

Imagem: S. Mahmood Mousavi et al., Cold Regions Science and Technology, 217 (2024) 104042.

A Dow Company é produtora de um dos produtos com esta função, e consultando a sua folha de especificação é possível perceber que o fluido cumpridor da referida norma, e que pelo nome/marca de "UCAR™ Aircraft Deicing Fluid Concentrate SAE AMS1424/1 Type I", é uma mistura de etileno glicol e água, na proporção de 92 % e 7.4 %, respetivamente. Este produto exibe um ponto de fusão de -28 ºC, e uma viscosidade de 36.4 cP (a 0 ºC)

Os fluidos do Tipo IV são especificamente formulados para permanecerem na asa e noutras partes exteriores da aeronave, evitando a formação de gelo. Os produtos do tipo IV não são utilizados para a remoção de gelo, mas sim para a prevenção da formação de gelo.

Pegando num exemplo deste fluidos, comercializado pela empresa CryoTech sob o nome de CRYOTECH POLAR GUARD® ADVANCE, é possível perceber que se trata também de uma mistura de propileno glicol e água, na proporção de 50 % e 49 %, respetivamente. A esta é adicionada em quantidade inferior a 1% ingredientes proprietários com a função espessante. O resultado é um produto com ponto de fusão de -37 ºC e viscosidade de 4000 a 16200 cP (a 20 ºC).

Quão baixo pode ser o ponto de fusão da mistura etileno glicol – água ou propileno glicol - água ?

É de notar que o ponto de fusão mais baixo passível de ser assegurar por misturas de etileno glicol água é de  alcançado na para de cerca de 60 % de mistura com água, onde apresenta um ponto de fusão de ~ 59 ºC negativos. Este valor diferente muito próprio ponto de fusão do etileno glicol puro, que situa em -12.9 ºC.

Já no caso do propileno glicol, o seu ponto de fusão quando puro 

e -59 ºC, e a sua diluição progressiva em água faz o ponto de fusão desta baixar de um forma não-linear mas sem inversões.

Porque é que se dá um abaixamento do ponto de fusão ao misturar?

Sempre que uma substância é dissolvida num solvente, a pressão de vapor do solvente é reduzida. Como resultado, o ponto de ebulição, o ponto de congelação e a pressão osmótica são alterados. A magnitude destas alterações depende do número de partículas de soluto numa massa do solvente. As propriedades do solvente que dependem apenas do número de partículas de soluto dissolvidas e são independentes da natureza das partículas são designadas por PROPRIEDADES COLIGATIVAS.

Se uma substância não volátil for o soluto, o ponto de congelação da solução será reduzido e o ponto de ebulição será aumentado. Algumas utilizações comuns destas propriedades coligativas são a adição de anticongelante à água de refrigeração dos automóveis para diminuir a sua temperatura de congelação e a aspersão de sal em pavimentos gelados para derreter o gelo, diminuindo a sua temperatura de congelação.

 (...)A relação entre o peso molecular de um soluto desconhecido e a depressão do ponto de congelação de um solvente é dada por:

Assim, para cada solvente existirá uma constante de ponto de fusão - Kf - , a qual quando combinada com a molalidade do soluto no solvente, resulta a amplitude de diferença entre a temperatura de fusão original e a temperatura de fusão da mistura correspondente.

Algumas constantes de ponto de fusão do solvente são apresentadas na figura abaixo.