• Home
  • Química
  • Astronomía
  • Energía
  • Naturaleza
  • Biología
  • Física
  • Electrónica
  •  science >> Ciencia >  >> Química
    Una nueva forma de eliminar la acumulación de hielo sin energía ni productos químicos

    Desde las alas de los aviones hasta las líneas eléctricas aéreas y las palas gigantes de las turbinas eólicas, una acumulación de hielo puede causar problemas que van desde un rendimiento deficiente hasta una falla catastrófica. Pero prevenir esa acumulación generalmente requiere sistemas de calefacción que consumen mucha energía o aerosoles químicos que son dañinos para el medio ambiente. Ahora, Los investigadores del MIT han desarrollado un sistema completamente pasivo, forma de combatir la acumulación de hielo mediante energía solar.

    El sistema es notablemente simple, a base de un material de tres capas que se puede aplicar o incluso rociar sobre las superficies a tratar. Recoge la radiación solar, lo convierte en calor, y esparce ese calor para que la fusión no se limite solo a las áreas expuestas directamente a la luz solar. Y, una vez aplicado, no requiere ninguna otra acción o fuente de energía. Incluso puede realizar su trabajo de deshielo por la noche, utilizando iluminación artificial.

    El nuevo sistema se describe hoy en la revista Avances de la ciencia , en un artículo del profesor asociado de ingeniería mecánica del MIT Kripa Varanasi y los postdoctorados Susmita Dash y Jolet de Ruiter.

    "La formación de hielo es un problema importante para los aviones, para aerogeneradores, líneas eléctricas, plataformas petrolíferas en alta mar, y muchos otros lugares, ", Dice Varanasi." Las formas convencionales de evitarlo son los aerosoles de descongelación o mediante calefacción, pero esos tienen problemas ".

    Inspirado por el sol

    Los aerosoles descongeladores habituales para aviones y otras aplicaciones utilizan etilenglicol, una sustancia química que no daña el medio ambiente. A las aerolíneas no les gusta usar calefacción activa, tanto por razones de costo como de seguridad. Varanasi y otros investigadores han investigado el uso de superficies superhidrofóbicas para prevenir la formación de hielo de forma pasiva. pero esos recubrimientos pueden verse afectados por la formación de escarcha, que tiende a llenar las texturas microscópicas que dan a la superficie sus propiedades de desprendimiento de hielo.

    La congelación controlada de una gota de agua superenfriada a -17 ° C, que conduce a un cambio de fase en dos etapas, es decir, recalescencia y congelación. Crédito:Dash et al., Sci. Adv . 2018; 4:eaat0127

    Como línea alternativa de investigación, Varanasi y su equipo consideraron la energía que desprende el sol. Querían ver él dice, si "hay una manera de capturar ese calor y usarlo de manera pasiva". Descubrieron que sí.

    No es necesario producir suficiente calor para derretir la mayor parte del hielo que se forma, el equipo encontró. Todo lo que se necesita es para la capa límite, justo donde el hielo se encuentra con la superficie, derretirse lo suficiente como para crear una fina capa de agua, lo que hará que la superficie sea lo suficientemente resbaladiza para que el hielo se deslice de inmediato. Esto es lo que ha logrado el equipo con el material de tres capas que han desarrollado.

    El comportamiento de fusión de una gota iluminada en la trampa fototérmica. Crédito:Dash et al., Sci. Adv . 2018; 4:eaat0127

    Capa por capa

    La capa superior es un absorbente, que atrapa la luz solar entrante y la convierte en calor. El material que utilizó el equipo es muy eficiente, absorbiendo el 95 por ciento de la luz solar incidente, y perdiendo solo el 3 por ciento por la reradiación, Varanasi dice

    En principio, esa capa podría en sí misma ayudar a prevenir la formación de escarcha, pero con dos limitaciones:solo funcionaría en las áreas directamente expuestas a la luz del sol, y gran parte del calor se volvería a perder en el material del sustrato:el ala del avión o la línea eléctrica, por ejemplo, y no ayudaría con el deshielo.

    Entonces, para compensar la localización, el equipo agregó una capa esparcidora:una capa muy delgada de aluminio, solo 400 micrómetros de espesor, que es calentado por la capa absorbente encima de él y muy eficientemente esparce ese calor lateralmente para cubrir toda la superficie. El material se seleccionó para tener una "respuesta térmica lo suficientemente rápida como para que el calentamiento se produzca más rápido que la congelación, "Dice Varanasi.

    El deslizamiento de una gota de una trampa fototérmica inclinada debido a la capa de fusión que se forma al iluminarse. Crédito:Dash et al., Sci. Adv . 2018; 4:eaat0127

    Finalmente, la capa inferior es simplemente aislamiento de espuma, para evitar que ese calor se desperdicie y mantenerlo donde se necesita, en la superficie.

    "Además del deshielo pasivo, la trampa fototérmica permanece a una temperatura elevada, evitando así la acumulación de hielo por completo, "Dice Dash.

    Las tres capas todos hechos de material económico disponible en el mercado, luego se unen, y puede adherirse a la superficie que necesita ser protegida. Para algunas aplicaciones, en cambio, los materiales podrían rociarse sobre una superficie, una capa a la vez, dicen los investigadores.

    La fusión de una capa de escarcha a -15 ° C de temperatura ambiente. Crédito:Dash et al., Sci. Adv . 2018; 4:eaat0127

    El equipo llevó a cabo pruebas exhaustivas, incluidas las pruebas al aire libre del mundo real de los materiales y las mediciones de laboratorio detalladas, para probar la efectividad del sistema.

    El sistema podría incluso encontrar usos comerciales más amplios, como paneles para evitar la formación de hielo en los techos de las casas, escuelas, y otros edificios, Dice Varanasi. El equipo planea continuar trabajando en el sistema, probando su longevidad y métodos óptimos de aplicación. Pero el sistema básico esencialmente podría aplicarse casi de inmediato para algunos usos, especialmente aplicaciones estacionarias, él dice.


    © Ciencia https://es.scienceaq.com