Sandia National Laboratories está utilizando su torre solar para ayudar a evaluar el impacto de los cambios extremos de temperatura en los materiales.

Los exámenes, ahora en su segundo año, aproveche la capacidad de la instalación de prueba térmica solar nacional de Sandia para simular un aumento muy rápido de temperatura seguido de una disminución igualmente rápida. Las pruebas son para la Fuerza Aérea y continuarán durante al menos un año más.

Los investigadores pusieron una muestra de 4 por 4 pulgadas de material compuesto, llamado cupón, en una cámara de prueba, luego expóngalo a un estallido de calor intenso. Los diferentes cupones están hechos de diferentes tipos de materiales.

Los hornos especiales pueden alcanzar las temperaturas necesarias, pero los hornos no pueden calentarse o enfriarse rápidamente. "Y es difícil colocar un cupón muy rápido y luego sacarlo, ", dijo el ingeniero de pruebas Josh Christian." Nuestras instalaciones son realmente buenas para proporcionar una velocidad de rampa rápida para estas curvas de calefacción, y también podemos producir una curva de arrastre moviendo nuestros espejos de tal manera que eliminen el calor de la muestra ".

El cupón se coloca a ras de la pared de una cámara de prueba, básicamente una caja, frente a una ventana de cuarzo que deja pasar el calor producido por los espejos. Los exámenes, que utilizan aproximadamente una cuarta parte del campo de helióstatos, puede cambiar los niveles de calor según sea necesario.

Inicialmente, Las contraventanas corredizas en frente de la ventana están cerradas. El equipo de la torre solar enfoca la luz reflejada de los helióstatos en un panel de calibración y usa un medidor de flujo de calor para medir la potencia que llegará a la muestra. Luego mueven esa luz reflejada hacia las contraventanas. Cuando esté listo, las contraventanas se abren y cierran muy rápidamente para producir las curvas de calentamiento necesarias en la muestra. Al mismo tiempo, un túnel de viento con un soplador en un extremo fuerza el aire a través de la muestra, simulando enfriamiento convectivo. El enfriamiento por convección afecta la velocidad de calentamiento ya que con el enfriamiento por convección, los materiales sobreviven más tiempo bajo un calor intenso.

La muestra se puede calentar varias veces

Los investigadores pueden someter una muestra a calor varias veces para establecer los umbrales de respuesta del material después de la exposición.

"El calor entra, cerramos, ese es el final de la prueba, ", Dijo Christian." Hacemos esto repetidamente, De 10 a 30 veces al día ".

Antes y después de una prueba, otro equipo de Sandia comprueba la muestra con un escáner 3-D, que determina si el calor produce burbujas o cambios de textura en el material, Christian dijo.

Otro grupo más de investigadores de Sandia toma medidas de reflectividad:cuánta luz se refleja desde la superficie. Por ejemplo, si una muestra absorbe el 90 por ciento de la luz y refleja el 10 por ciento, luego, el 10 por ciento de la luz no lo calentó. Josh dijo que eso es importante porque en la vida real, los materiales con un alto valor reflectante se calientan más lentamente.

Un tercer equipo utiliza métodos no destructivos para mirar dentro de la muestra después de una prueba, comprobar cambios debajo de la superficie, lo cual es particularmente importante para estructuras complejas hechas de varios materiales diferentes.

Las pruebas continúan todo el año

Las pruebas continúan durante todo el año, pero el programa de la Fuerza Aérea no prueba todos los días ya que la torre solar también realiza pruebas para otros programas. El verano pasado, por ejemplo, Christian estimó que se dedicaron al proyecto entre 30 y 40 días. Las pruebas continúan en el invierno, pero los períodos de prueba son más cortos debido al ángulo del sol con los espejos.

"Para nuestras instalaciones, esta es una prueba importante que ha comenzado a convertirse en una rutina ya que hemos probado cientos de muestras, "dijo Christian, que ha trabajado en la torre durante ocho años.

El proyecto también ha dado lugar a mejoras en la Instalación Nacional de Prueba Térmica Solar, incluyendo un nuevo algoritmo de seguimiento para los helióstatos y técnicas avanzadas de caracterización del flujo de calor, lo que permite a los investigadores cuantificar el calor aplicado a las muestras. Conocer el calor exacto aplicado es fundamental para comprender en qué condiciones pueden sobrevivir los materiales. y los investigadores desarrollaron nuevas herramientas para ayudar a realizar ese análisis.

Los espejos se mueven con el sol para mantener un punto reflejado en la torre solar, "pero nos dimos cuenta de que, en determinadas épocas del año y del día, el lugar no estaría donde predijimos que estaría debido a las imperfecciones en la forma en que se instalaron los espejos, "Christian dijo. Entonces, él dijo, los investigadores desarrollaron algoritmos para mejorar el seguimiento, lo que no solo ayuda al proyecto de la Fuerza Aérea, sino también a la torre de Sandia en general y potencialmente a otras instalaciones que usan helióstatos, como sitios que generan energía.

La torre ha realizado pruebas para otras agencias, incluida la NASA, y otros proyectos para la Fuerza Aérea. Sandia inició las pruebas para este proyecto el año pasado. "Ahora se ha convertido en un éxito tanto de nuestro lado como del de ellos, "Dijo Christian.