Hielo de Brasil - Frazil ice

Hielo de Brasil en Yosemite Creek
Video del hielo de Brasil en el Parque Nacional Yosemite

El hielo de Brasil es una colección de cristales de hielo en placa o discoides sueltos, orientados al azar, formados en agua turbulenta sobreenfriada. Su formación es común durante el invierno en ríos y lagos ubicados en latitudes septentrionales , y generalmente se forma en tramos de aguas abiertas de ríos donde y cuando el intercambio de calor entre el aire y el agua es tal que la temperatura del agua puede descender por debajo de su punto de congelación. (normalmente no inferior a -0,1 ° C en los ríos). Como regla general, tales condiciones pueden ocurrir en noches frías y despejadas, cuando la temperatura del aire es inferior a -6 ° C (21 ° F). Cristales de hielo también formas en los océanos, donde se refiere a menudo como hielo grasa cuando flota en la superficie.

El hielo de Brasil es conocido por bloquear las entradas de agua a medida que los cristales se acumulan y se acumulan en la rejilla de entrada de basura . Dichos bloqueos impactan negativamente en las instalaciones de suministro de agua, plantas hidroeléctricas, instalaciones de energía nuclear y embarcaciones que navegan en aguas frías, y pueden provocar cierres inesperados de la instalación o incluso el colapso del depósito de basura.

Formación

Hielo de Frazil que fluye en la desembocadura del río Blanda en Islandia

Cuando la superficie del agua comienza a perder calor rápidamente, el agua se sobreenfría. La turbulencia , causada por fuertes vientos o el flujo de un río, mezclará el agua sobreenfriada en toda su profundidad. El agua sobreenfriada ya estará fomentando la formación de pequeños cristales de hielo (hielo de Brasil) y los cristales serán llevados al fondo del cuerpo de agua. El hielo generalmente flota, pero debido al pequeño tamaño del hielo brasileño en relación con las velocidades actuales, tiene una flotabilidad ineficaz y se puede llevar al fondo con mucha facilidad.

A través de un proceso llamado nucleación secundaria , los cristales aumentan rápidamente en número y, debido a su entorno sobreenfriado, los cristales seguirán creciendo. A veces, se estima que la concentración alcanza un millón de cristales de hielo por metro cúbico.

A medida que los cristales crecen en número y tamaño, el hielo de Brasil comenzará a adherirse a los objetos en el agua, especialmente si los objetos en sí están a una temperatura por debajo del punto de congelación del agua. La acumulación de hielo brasileño a menudo provoca inundaciones o daños a objetos como basureros . Dado que el hielo de Brasil se encuentra debajo de la superficie del agua, es difícil detectar su formación.

Por lo general, lo que sucede es que el hielo de Brasil se acumula en el lado corriente arriba de los objetos y se adhiere a ellos. El hielo de Brasil se acumula a medida que se deposita más. El crecimiento se extenderá río arriba y aumentará en ancho hasta el punto donde las acumulaciones de hielo de Brasil se unen y bloquean el agua. A medida que fluye más y más agua contra este bloque, la presión en el lado de aguas arriba aumenta y provoca una presión diferencial (diferencia de presión entre el lado de aguas arriba y el lado de aguas abajo). Esto hará que el crecimiento del puente se extienda corriente abajo. Una vez que esto sucede, es probable que se produzcan inundaciones y daños, a menos que se evite lo contrario.

También se ha demostrado que el hielo de Brasil se forma debajo de los glaciares templados (o "de base cálida") a medida que el agua fluye rápidamente cuesta abajo y se sobreenfría debido a una rápida pérdida de presión. Este proceso de "sobreenfriamiento glaciohidráulico" forma una red abierta de cristales de hielo laminados que pueden atrapar efectivamente el limo del agua cargada de sedimentos que fluye debajo de los glaciares y las capas de hielo. La posterior congelación y recristalización puede resultar en una capa de hielo rico en sedimentos en la base del glaciar que, al derretirse en el extremo, puede resultar en una acumulación significativa de sedimentos en las morrenas . Este fenómeno ha sido verificado por concentraciones elevadas de tritio , producido por pruebas de armas nucleares y, por lo tanto, casi completamente ausente en el hielo congelado antes de 1945, en el hielo basal de varios glaciares (que significa hielo joven) y la observación del rápido crecimiento de cristales de hielo alrededor del agua. respiraderos de descarga en los extremos del glaciar.

Control

Hay varias formas de controlar la acumulación de hielo en Brasil. Incluyen supresión, control mecánico, control térmico, vibración, selección de materiales y mitigación de daños.

Supresión

El hielo de Brasil se forma en el agua sobreenfriada, lo que ocurre porque el agua de la superficie pierde calor al aire más frío de arriba. La supresión es la idea de "aislar" el agua superficial con una capa de hielo estable e intacta. La capa de hielo evitará la pérdida de calor y calentará el agua sobreenfriada que podría haberse formado ya. Es necesario cubrir un área suficiente para que este método funcione, pero aún se desconoce qué se entiende por "suficiente". El río San Lorenzo se gestiona explícitamente para crear "condiciones de flujo que ayuden a formar una capa de hielo estable" para evitar el hielo de Brasil y los consiguientes atascos de hielo .

Control mecanico

Estos métodos incluyen estabilizar la congelación sin restringir el flujo de agua, como implementar vertederos y barreras de hielo, instalar chorros de agua para romper cualquier acumulación que pueda ocurrir y usar mano de obra para rastrillar la acumulación. Este último método a menudo no es el preferido debido a los altos costos laborales, las condiciones de trabajo frío, húmedo y hasta altas horas de la noche. El retrolavado es otra tecnología que utiliza la idea de cancelar la presión diferencial causada por la acumulación de hielo en Brasil. Esta tecnología crea una alta presión en el lado aguas abajo de los objetos para invertir la presión diferencial.

Control termal

Estos métodos calientan las estructuras en el agua para evitar la adhesión del hielo de Brasil o calientan el agua para evitar que se forme hielo de Brasil en primer lugar. Al calentar la estructura, debe calentarse a una temperatura superior al punto de congelación. Se ha descubierto que los calentadores de resistencia eléctrica funcionan bien, pero tienen problemas de seguridad potenciales. La instalación de tubos huecos en las estructuras a través de las cuales se bombea vapor o agua caliente también funciona, pero se ha visto que este método causa problemas operativos. También están disponibles otros métodos activos. A veces, los subproductos del agua tibia se liberan de las instalaciones de agua cercanas y el agua tibia se desperdicia. Redirigir esta agua a las posibles regiones de acumulación de hielo de Brasil podría elevar la temperatura del agua de 0,1 a 0,2 ° C (0,18 a 0,36 ° F), a menudo lo suficiente para evitar que se desarrolle agua sobreenfriada.

Vibración

Aunque todavía se encuentra en las etapas experimentales, la voladura con dinamita es una forma de control vibratorio que liberará cualquier acumulación de hielo brasileño. La carga debe ser precisa de manera que el hielo se rompa, pero las estructuras circundantes y el medio ambiente no se dañen. La seguridad de las voladuras también es importante y los residentes cercanos pueden quejarse de la contaminación acústica. Por todas estas razones, este método no se utiliza con frecuencia, excepto como último recurso de emergencia.

Selección de materiales

Las estructuras artificiales son a menudo los objetos a los que se adhiere el hielo brasileño. Como tal, la elección de materiales para estas estructuras debe incluir la consideración de la adhesión del hielo . Las estructuras de acero , por ejemplo, se oxidarán y la adhesión del óxido al hielo es muy fuerte. La elección de un material con menor adherencia como plástico , fibra de vidrio , grafito o incluso una capa de pintura epoxi sobre el acero reducirá la probabilidad de adherencia. Aunque la adhesión seguirá ocurriendo, el uso de dichos materiales facilita otros métodos, como el rastrillado.

Mitigación de daños

El daño podría reducirse protegiendo las regiones de inundación designadas con estructuras mecánicas.

Ver también

Referencias

enlaces externos