En la oficina de la Universidad Estatal de Iowa de Hui Hu, puedes sentir exactamente lo que el hielo le hace a una superficie aerodinámica.

A medida que avanzó recientemente por las diapositivas que describen su investigación utilizando el túnel de viento en hielo de la Universidad Estatal de Iowa, Hu recogió impresiones en 3D de alas de avión heladas, palas de aerogeneradores y cables de potencia. Donde se suponía que debía haber bordes de ataque suaves y superficies curvas y arqueadas diseñadas para crear sustentación o giro con el viento, había verrugas de hielo grueso y rugoso acumulándose justo en los bordes de ataque y arrastrándose sobre la parte superior e inferior de las aspas aerodinámicas.

Incluso tenía modelos de diferentes tipos de hielo:lo realmente accidentado es el hielo glaseado (formado en condiciones relativamente cálidas y húmedas, como lluvia helada); El pequeño, las protuberancias más finas son el hielo de escarcha (formado en condiciones relativamente frías y secas a partir del aire, gotitas de agua sobreenfriada).

"Este tipo de información cuantitativa no estaba disponible antes, "dijo Hu, el profesor Martin C. Jischke de ingeniería aeroespacial en el estado de Iowa. "Hemos aprendido que modificaciones muy pequeñas de la superficie con recubrimientos fóbicos al hielo pueden cambiar la física del engelamiento drásticamente".

En su último proyecto, Hu observará aún más de cerca la formación de hielo en las palas de las turbinas eólicas y cómo prevenir o retrasar la formación de hielo. Ese estudio podría marcar una diferencia en las facturas de servicios públicos de Iowa.

A tres años, $ 303, La subvención 587 del Iowa Energy Center apoyará el proyecto. El equipo de estudio de Hu incluye a Linyue Gao, investigador asociado postdoctoral en la Universidad de Minnesota y ex estudiante de doctorado del estado de Iowa; además de Haiyang Hu y Ramsankar Veerakumar, estudiantes de doctorado en ingeniería aeroespacial en el estado de Iowa.

Es justamente el tipo de proyecto que Hu tenía en mente cuando comenzó el Laboratorio de Física de Glaseado de Aeronaves y Tecnología Anti / Deshielo en el estado de Iowa hace siete años.

La pieza central del laboratorio es el túnel de investigación de formación de hielo del estado de Iowa. El túnel de viento puede producir temperaturas de hasta -13 grados Fahrenheit y velocidades de flujo de aire de hasta 100 metros por segundo. El flujo de aire transporta gotas de agua de 10 a 100 millonésimas de metro de diámetro. Una actualización reciente permitirá a los investigadores producir cristales de hielo para estudiar cómo, por ejemplo, podría crear problemas de formación de hielo ya que impactan en las palas calientes de las turbinas de los motores a reacción.

Un sistema de proyección de imágenes digitales de alta velocidad y cámaras de imágenes térmicas infrarrojas capturan cada detalle de la formación de hielo en las superficies aerodinámicas, donde se forma, como fluye, cómo afecta el borde de ataque, cómo disminuye la sustentación y aumenta la resistencia. El túnel de viento glaseado también ayuda al grupo de Hu a probar recubrimientos repelentes al agua que podrían mitigar la formación de hielo; algunos de los recubrimientos se basan en la estructura puntiaguda de la superficie de las hojas de loto y otros en la humedad. superficie aceitosa de las plantas de jarra.

Condiciones de laboratorio, por supuesto, no siempre reflejan las condiciones en el campo. Y entonces, cuando Hu no pudo obtener permiso para medir el hielo en las turbinas eólicas de Iowa, usó conexiones en su China natal que le permitieron a un estudiante tomar imágenes de turbinas heladas con drones a lo largo de la cresta de una montaña.

Las imágenes y las mediciones resultantes ayudaron a cuantificar cómo la formación de hielo en los álabes de la turbina reduce la producción de energía.

"Se supone que los inviernos de Iowa son la mejor temporada para la recolección de energía eólica debido a los abundantes recursos eólicos y al aumento de la densidad del aire con la disminución de la temperatura, "Hu y su grupo de investigación escribieron en una descripción de su proyecto". Sin embargo, Se descubrió que la acumulación de hielo en las palas de la turbina disminuye significativamente la producción de energía de la turbina (es decir, hasta un 50% de reducción en sitios críticos de formación de hielo) ".

La tecnología actual utiliza parte de la energía producida por las turbinas para calentar la enorme superficie de las palas de las turbinas. Pero eso consume mucha energía.

El grupo de Hu estudiará una estrategia híbrida anti / deshielo:calefacción minimizada solo en pequeñas, partes críticas de las hojas, como los bordes de ataque y la aplicación duradera, recubrimientos fóbicos al hielo a lo largo del resto de las palas.

Los buenos resultados de las pruebas podrían aumentar la producción de energía y reducir los costos.

"Si bien los contribuyentes de Iowa suelen pagar facturas de electricidad más altas en invierno, "escribieron los investigadores, "este proyecto conducirá a una nueva estrategia anti-deshielo para mejorar la producción de energía de las turbinas eólicas de Iowa en invierno, reduciendo así las facturas de electricidad de los contribuyentes de Iowa ".