A Meteorologia Aeronáutica e a Segurança das Operações Aéreas em Aeroportos

O Emprego de Sistemas Automáticos de Monitoramento em Meteorologia Aeronáutica

Estamos assistindo à evolução das operações aéreas no sentido de automatizar e reduzir a interação humana nessas atividades. Não podemos ver pelo lado de substituir o ser humano ou desempregá-lo dessa interação. Vemos sim, a expansão das tarefas e a explosão dessa interação que somente por meio do automatismo poderemos gerenciar as atividades, mantendo ou intensificando a segurança operacional em aeroportos. A segurança e a redução dos riscos operacionais podem ser melhor entendidas e realizadas por meio de automatização.

Ao longo da história da evolução da aviação civil no Brasil, vemos a expansão de linhas aéreas entre os anos 80 e 90 por meio de aeronaves cuja pilotagem se dava essencialmente pela capacidade psicomotora das tripulações. A partir dos anos 2000, o fator GPS, a televisão eletrônica dos instrumentos de voo nos painéis das aeronaves, cuja pilotagem por meio da interação piloto-automático/equipamentos eletrônicos embarcados modificou a participação dos tripulantes como gerentes de sistemas, e as comunicações por satélite modificaram a visão do transporte aéreo no sentido de permitir a evolução para a utilização de Drones de Transporte Aéreo.

No caso da meteorologia aeronáutica, como fator de auxílio à navegação aérea, não é diferente. A utilização de sensores e estações automáticas para monitoramento meteorológico das condições de pousos e decolagens nas cabeceiras de pista já é uma realidade no Brasil. Por meio da instalação de 34 Estações Meteorológicas de Superfície Automáticas em Aeródromos de Baixo Movimento é possível a operação de aeródromos de forma econômica para a Aviação e Aviação Geral.

A tendência de trazer economia para o funcionamento dos aeródromos por meio de automatismo se faz presente quando aliado à transformação trazida pelo DECEA nos novos serviços de AFIS-Remoto já presentes na Ilha de Fernando de Noronha-PE, operada a partir de Recife e na TWR-Remota, operada na Base Aérea de Santa Cruz-RJ, como prova de conceito para permitir a evolução dos sistemas e trazer segurança operacional.

Para a iniciativa privada, como Gestores e Administradores de Aeroportos, a Operação de AFIS-Remoto poderá ser uma solução viável para permitir a operação de aeroportos com perspectivas de evolução econômica a médio prazo.

Neste artigo, apresenta-se os diversos sistemas de sensoriamento para meteorologia aeronáutica, que buscam melhorar a segurança operacional da aviação civil quando nas fases mais críticas do voo (decolagens e pousos). Descreve-se as Estações Meteorológicas de Superfície Automáticas, o Monitoramento Remoto de Sistemas em Aeródromos, Energia Fotovoltaica para sistemas de auxílio à navegação e sistemas de detecção de poças de água em pistas de pouso (Aquaplaning).

De uma forma mais ampla, o automatismo permitirá a expansão do número de aeródromos para apoio à aviação em localidades que carecem de recursos humanos especializados, permitindo o desenvolvimento regional e a ligação com as demais partes do país.

Estações Meteorológicas de Superfície Automáticas

O modelo de EMS-A atualmente instalado em 34 aeroportos de baixo movimento no Brasil foi desenvolvido para atender a uma demanda da Secretaria de Aviação Civil para o Desenvolvimento da Aviação Regional do Brasil em aeroportos de baixo movimento que operem em condições de voo por instrumentos (IFR), sem a necessidade de estabelecimento de EPTA para a prestação do Serviço de Informações Aeronáuticas (AFIS) nos termos da AIC 16/19.

Para o emprego em aeródromos de baixa movimentação (< 10.000 movimentos/ano), a EMS-A atende ao previsto na ICA 105-/15/2018, relativo ao item 7 (Estação Meteorológica de Superfície Automática – EMS-A) considerando a Nota 2 relativo a possuir uma variável meteorológica a ser fornecida aos aeronavegantes denominada “Altitude Densidade”, por tratar-se de um procedimento opcional em EMS-A para emprego militar e em aeródromos desprovidos de órgãos ATS. No tocante ao item relativo à composição do subsistema, a EMS-A conta com todos os sensores previstos essenciais para a confecção e emissão dos METAR/SPECI AUTO, via REDEMET:

A característica de autonomia dessa solução está no sistema fotovoltaico instalado para alimentação elétrica da EMS-3/A da ERAA. O projeto da Estação Fotovoltaica contempla a condição de fornecimento de energia própria (principal) por meio dos painéis fotovoltaicos e o fornecimento em caráter secundário (emergência) por meio de bancos de baterias em paralelo (Foto abaixo: EMS-A e Kit Solar de Segundo Anemômetro de EMS).

Justifica-se a proposição dessa solução para a Aviação Regional e para a Aviação Geral em virtude da Estação Meteorológica de Superfície Automática atender ao dispositivo operacional necessário para operações seguras em aeródromos de baixo movimento e de interesse estratégico do DECEA. No aspecto logístico, a padronização de sensores com o SISCEAB, para efeitos de preparação técnica de pessoal e integração da manutenção o que corrobora esta como uma solução para as operações aéreas nacionais como um todo.

Neste tipo de aplicação, a EMS-A atende aos Critérios de Implantação de Órgãos Operacionais, Auxílios à Navegação Aérea e Sistemas de Apoio aos Órgãos ATS do DECEA no que concerne:

  •         Às regras de implantação;
  •         De provisão das condições meteorológicas de aeródromo sem que haja a presença de um observador meteorológico;
  •         Em aeródromos desprovidos de Serviço AFIS;
  •         Associada a uma Estação de Radiodifusão Automática de Aeródromo, para atender voos comerciais e da aviação geral, conforme ICA 100-1;
  •         Nas prioridades ligadas a aeródromos cuja ocorrência de teto e visibilidade com valores abaixo dos mínimos operacionais; ou
  •         De interesse estratégico, conforme definido pelo DECEA.

A EMS-A também poderá ser útil para aplicação na Circulação Aérea Geral nos termos estabelecidos pela Organização de Aviação Civil Internacional (OACI) e DECEA, atendendo à demanda de voos tanto para a Aviação Regional, como Taxi Aéreo e Aviação Geral, na medida em que suas informações disponibilizadas e atualizadas constantemente na REDEMET permitem um planejamento mais confiável de voos quanto a questão meteorológica. Isso é especialmente importante na região amazônica, onde está implantada boa parte das EMS-A do projeto e que deve receber novas unidades em breve.

Para o emprego em aeródromos de baixo volume de operações (< 10.000 movimentos/ano), a EMS-A atende ao previsto na ICA 105-15/2018, relativo ao item 7 (Estação Meteorológica de Superfície Automática – EMS-A) a possuir uma variável meteorológica a ser fornecida aos aeronavegantes denominada “Altitude Densidade”, por se tratar de um pro­cedimento opcional em EMS-A para emprego militar e em aeródromos desprovidos de órgãos ATS. No to­cante ao item relativo à composição do subsistema, a EMS-A conta com todos os sensores necessários para a confecção e emissão dos METAR/SPECI AUTO, via REDEMET. São eles:

  1. a) Anemômetro: fornece a dire­ção e velocidade (média e máxima) do vento representativas das zonas de ponto de toque da(s) pista(s);
  2. b) Transmissômetro: fornece os valores de visibilidade e RVR re­presentativos, respectivamente, do aeródromo e da pista;
  3. c) Sensor de descargas elétri­cas atmosféricas: detecta e localiza (distância e radial) a ocorrência de descargas elétricas atmosféricas;
  4. d) Sensores integrados de tempo presente: identificam e classificam os diversos tipos de fenômenos meteo­rológicos de interesse operacional, tais como chuva, neve, nevoeiro, né­voa úmida, névoa seca, trovoada etc.;
  5. e) Tetômetro: fornece a altura da base de até três camadas de nuvens, instalado junto ao sítio meteorológico da cabeceira principal;
  6. f) Sensores de temperatura do ar e de umidade relativa, referentes ao sítio meteorológico principal;
  7. g) Barômetro: fornece a pressão atmosférica, informando valores de QNH, QFF e QFE; e
  8. h) Pluviômetro: fornece a quantidade e a intensidade da precipitação.

Existe, ainda, por parte de alguns operadores e técnicos a desconfiança sobre a performance dos sistemas de meteorologia aeronáutica automáticas, no caso das EMS-A, em relação às observações de operadores e meteorologistas nos aeródromos. No estudo comparativo realizado nos EUA, entre as observações humanas e as Estações Automáticas instaladas, apresentado na 6ª Edição da Conferência de Sistemas Meteorológicos para Emprego Aeronáutico, no mês de janeiro de 1995, em Dallas-Texas, da Sociedade de Meteorologia Americana e pelo Instituto de Aeronáutica e Astronáutica da Organização Mundial de Meteorologia, ficou constatado que existe sim uma diferença nessas observações para a prestação do serviço de meteorologia aeronáutica, mas a conclusão que se chegou foi que na era dos Sistemas Automáticos de Observação da Superfície (ASOS em Inglês) para sistemas de meteorologia, será ainda mais importante para o usuário observar uma sequência de observações do tempo, em vez de confiar em um instantâneo do tempo a partir de uma única observação. Os usuários devem ser sensíveis à variabilidade inerente do clima nos relatórios automatizados e usar essa sensibilidade para interpretar a combinação de observações automatizadas e manuais que já fazem parte da realidade no Brasil.

Outro aspecto importante que diferencia os sistemas automáticos de observação meteorológica em relação aos observadores humanos foi destacado no Guia do Usuário de Sistemas de Observação Automáticos da Superfície da Administração Nacional de Oceanografia e Atmosfera do Departamento de Defesa dos EUA, de 1998 (https://www.weather.gov/media/asos/aum-toc.pdf), relativo ao “efeito embalagem”. Caracteriza-se pelo momento em que o sensor óptico de nebulosidade pode relatar menos nuvens do que o observador. Estudos têm mostrado que até 20 por cento dos relatórios de “Poucas Nuvens” serão perdidos usando apenas um sensor. Esses eventos são geralmente amplamente dispersos “cúmulos de bom tempo”, que o ASOS pode relatar como “Céu Claro.” 

Monitoramento Remoto dos Sistemas de Meteorologia em Aeroportos

As necessidades essenciais para a instalação das EMS-A são o serviço de internet, link satelital ou chip de telefonia móvel, de forma a permitir o contato da EMS com a REDEMET do DECEA para envio dos METAR/SPECI AUTO e o monitoramento remoto das condições da estação.

Na parte logística, observa-se a baixa demanda de campo, onde o estabelecimento de um funcionário do aeródromo com noções básicas sobre a estação fotovoltaica (painéis e banco de baterias), permite o perfeito funcionamento da estação meteorológica, considerando a necessidade apenas de limpeza simples de painéis e sensores, evitar o crescimento de vegetação no interior do sítio e a incidência de ninho de pássaros e insetos nos equipamentos, entre os períodos de manutenção e calibração programados, o que auxilia na redução dos custos operacionais.

Desta forma, o monitoramento remoto permite que a manutenção preventiva ou corretiva possam ser feitas de forma planejada e direcionada, o que traz economicidade para a ampliação da vida útil dos sensores e da disponibilidade da estação.

Considerando, também, que as EMS-A implantadas pelo projeto SAC/MINFRA e CISCEA/COMAER nos aeroportos regionais vem apresentando sucesso na sua operação, monitoramento e homologação para a aviação civil, verifica-se como adequada a aplicabilidade dessa solução para aeródromos isolados e em regiões de fronteira, promovendo ampliação da acessibilidade a estas regiões, tanto para operações civis como militares.

Sítio da EMS-A em Aeródromos de Baixa Densidade de Operações

O DECEA já reconhece a EMS-A como solução para aeródromos de baixo movimento, considerando a atualização recente das ICA 63-18/18, 63-10, 105-2/2017, 105-5/2018, 100-1/2017 e AIC 16/19.

O equipamento confecciona o METAR AUTO/SPECI AUTO e transmite essas mensagens por meio de um link UHF a um servidor local, que deverá ser conectado ao Banco OPMET pela INTERNET.

Quando conectada ao Banco OPMET, a estação tem a capacidade de disponibilizar aos usuários, por intermédio da REDEMET, o METAR AUTO e o SPECI AUTO, que representam as condições meteorológicas registradas no aeródromo. Todas as estações, após homologadas são incorporadas no mapa da REDEMET, onde os tripulantes podem fazer a sua consulta quando planejando o seu voo.

Os aeródromos que possuírem tais estações homologadas pelo DECEA terão essa informação divulgada no Manual de Rotas Aéreas (ROTAER), identificadas como ERAA disponibilizando dados da frequência VHF da estação por meio do código ICAO de localidade. Para a consulta do METAR AUTO e SPECI AUTO na Rede de Meteorologia do Comando da Aeronáutica (REDEMET), o acesso se dá por intermédio do endereço eletrônico www.redemet.aer.mil.br.

Dessa forma, justifica-se a proposição dessa solução e sua continuidade de instalação, tanto para a Aviação Regional como para a Aviação Geral, em virtude da Estação Meteorológica de Superfície Automática atender ao dispositivo operacional necessário para operações seguras em aeródromos de baixo movimento e de interesse estratégico para a aviação nacional. No aspecto logístico, a padronização de sensores com o SISCEAB, para efeitos de preparação técnica de pessoal e integração da manutenção ajuda a simplificar o processo como um todo, facilitando a disponibilidade das estações, o que corrobora esta como uma solução viável para as operações aéreas nacionais como um todo.

Estações Fotovoltaicas como provedoras de Energia para os Sistemas de Auxílio à Navegação

O sistema da Estação Meteorológica de Superfície Automática (EMS-A) para emprego como Estação de Rádiodifusão Automática de Aeródromo (ERAA), objetiva a coleta, a visualização de dados em tempo real do sítio meteorológico da cabeceira principal da pista do aeroporto onde estiver instalada. Todas as informações meteorológicas produzidas devem estar disponíveis por um Sistema de Visualização de Dados nas instalações do aeroporto ou aeródromo, serem transmitidos os informes meteorológicos de voz sintetizada por meio de um enlace de rádio VHF para as aeronaves, bem como incluir informações de METAR/SPECI AUTO na Rede de Meteorologia do DECEA (REDEMET) por meio da internet.

O sistema fotovoltaico instalado para alimentação elétrica da EMS-3/A da ERAA, contempla a condição de fornecimento de energia própria (principal) por meio dos painéis fotovoltaicos e o fornecimento em caráter secundário (emergência) por meio de bancos de baterias em paralelo, conforme os projetos da EMS-A e Kit Solar de Segundo Anemômetro de EMS.

Atualmente, existem 100 (cem) Estações Meteorológicas de auxílio à navegação aérea instaladas em diversos aeroportos  equipadas com Kit-Solar e muitas homologadas pelo DECEA para operação.

Notou-se, ao longo da instalação das EMS-A que a energia comercial provida pela rede pública é instável em muitas localidades isoladas, cuja possibilidade de falha é altamente provável. Ao longo dos últimos anos, a energia fotovoltaica vem apresentando uma evolução no sentido de tornar mais estável e permanente o fornecimento, acoplada a banco de baterias quando da falta de luminosidade suficiente para a continuidade da geração. Observa-se que, apesar da baixa luminosidade durante os dias nublados, as placas fotovoltaicas continuam a gerar energia, fato comprovado em diversas regiões do país.

Sistema de Monitoramento de Poças de Água em Pistas de Pouso (Aquaplaning)

No momento do pouso de uma aeronave, quando o trem de pouso toca na superfície molhada de uma pista alagada, a velocidade crítica mantém o pneu completamente separado da superfície do solo por uma película de água.

Essa velocidade é chamada de velocidade de aquaplanagem. O aumento da pressão da água sob o pneu se origina dos efeitos da densidade e da viscosidade do fluido. No caso de pista de pouso molhada, a incidência se restringe à hidroplanagem dinâmica.

A aquaplanagem representa um sério risco para a segurança da aviação durante chuvas fortes e é mais frequente nos trópicos. Tem sido um fator contribuinte em alguns incidentes e acidentes de aeronaves, como o voo JJ3054 da TAM, que derrapou na pista de Congonhas em 17 de julho de 2007. Informações mais precisas sobre a espessura do nível de água na pista e a existência de frisos de escoamento na pista (grooving) podem ajudar os pilotos a tomar melhores decisões sobre como pousar com segurança. Até recentemente, um método abrangente e confiável para avaliar a espessura da camada de água não estava disponível.

A hidroplanagem dinâmica é o resultado das forças hidrodinâmicas desenvolvidas quando um pneu rola em uma superfície coberta de água. Esta é uma consequência direta do impacto do pneu com a água que supera a inércia do fluido.

Quando existe macro textura suficiente na superfície e / ou o pneu tem uma banda de rodagem adequada, a hidroplanagem dinâmica total dificilmente ocorre. No entanto, a aquaplanagem pode ocorrer quando a profundidade da água é alta o suficiente para que a textura do piso do pneu e a macro textura da pista não consigam drenar a água com rapidez suficiente.

Se considerarmos “ρ” a densidade do fluido, “S” a área de atrito do pneu e “CLh” o coeficiente de elevação hidrodinâmica, segundo o Van Es[i], quando ocorre a hidroplanagem dinâmica total, “L/S” é igual à pressão do rolamento do pneu que pode ser aproximada pela pressão de enchimento do pneu “p”. Portanto, a velocidade de hidroplanagem dinâmica total (Vp) é dada como:

A ICAO definiu, a partir desse ano de 2021, a entrada do Global Reporting Format (GRF) criando uma metodologia harmonizada para avaliar e relatar as condições da pista. Impulsionado pela necessidade de maior segurança, ele confere aos aeroportos novas responsabilidades relacionadas à conformidade e à tecnologia.

De acordo com a ICAO, o relatório sobre a condição da superfície da pista pode ser feito por meio de vários meios possíveis com ciclos de atualização muito diferentes – AIPs, AICs, NOTAMs, SNOWTAMs, METARs, ATIS, comunicações do órgão ATC/piloto em tempo real.

A profundidade da camada de água na pista pode variar rápido durante eventos intensos de chuva tropical forçando a emissão do relatório, se possível, em tempo real.

Com base nesses aspectos, a Vaisala apresenta um sistema composto do Mobile GRF/TALPA Reporter, que fornece relatórios imediatos e confiáveis sobre as condições da pista e melhora a eficiência das operações aeroportuárias associado às Estações pluviométricas com sensores Medidores de chuva (ou sensor meteorológico presente com medição da intensidade da precipitação), Data logger, Comunicação de modem de rádio e Painel solar posicionados nas imediações dos três terços da pista de pouso a ser instalado.

O GRF/TALPA permite que os inspetores de pista façam seu trabalho com mais rapidez, precisão e objetividade. Construído a partir do sensor MD-30 o Mobile GRF/TALPA Reporter é extremamente robusto e mede todas as condições de superfície relevantes.

Pode ser montado em qualquer veículo e usa um aplicativo intuitivo para smartphone, gerencia dados de pavimentação, visualização e plataforma de análise, converte dados de vídeo em mapas de condição codificados por cores e pode ser usado para análises detalhadas e propósitos de treinamento.

O sistema fornece avaliação da espessura da camada de água em cada terço da pista com base na medição em tempo real da intensidade da chuva e um software para avaliar a profundidade da camada de água com base na intensidade da chuva medida, calibrada para características da pista verificadas empiricamente integradas e disponíveis para os controladores de tráfego aéreo de serviço na Torre de Controle.

As ideias e opiniões expressas no artigo são de exclusiva responsabilidade do autor, não refletindo, necessariamente, as opiniões do Portal AirConnected

Luiz Paulo da Silva Costa
Coronel Aviador da Reserva Luiz Paulo da Silva Costa, Gerente de Projetos Especiais de Aviação na HOBECO Sudamdericana e Gerente do Projeto de Estações Meteorológicas de Superfície Automáticas do Projeto de Incentivo à Aviação Regional da SAC. Piloto de Caça com mais de 3000 horas de voo, Instrutor da Academia da Força Aérea, da Aviação de Caça e da Escola de Comando e Estado-Maior da Aeronáutica. Doutorando não-concluído em Administração pela COPPEAD-UFRJ, Mestre em Ciências Aeroespaciais pela Universidade da Força Aérea e em Estratégia e Geopolítica pelo Instituto de Enseñanza Superior del Ejército Argentino. Pró-Reitor de Ensino e Coordenador de Ensino da Universidade da Força Aérea. INSPAC piloto de 2007 a 2015 na ANAC. Chefe-Controlador de Operações Aéreas Militares, Oficial-Adjunto do Adido de Defesa e Aeronáutico junto à Embaixada do Brasil na Argentina. Subcomandante do Quarto Centro Integrado de Defesa Aérea e Controle de Tráfego Aéreo. Gerente do Projeto de Implantação do Sistema Integrado de Ensino do Comando da Aeronáutica (E-SISTENS).
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