¿Cómo se controla la formación de hielo en un avión? incluso cuando está en vuelo? Jonathan Boreyko, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Mecánica, dirige un equipo que trabaja con Collins Aerospace para desarrollar un enfoque que utiliza el propio hielo. En un estudio publicado en Cartas de revisión física , crearon un método de deshielo que aprovecha la forma en que la escarcha crece en las estructuras de los pilares para suspender el hielo a medida que se forma en una capa que es más fácil de quitar.

La formación de hielo en los aviones puede ser tanto una agravación como un peligro para la salud. Observar un tablero de salida del aeropuerto en busca de retrasos debido al hielo es un territorio familiar para los viajeros de invierno, y la Junta Nacional de Seguridad en el Transporte informa un total de 52 accidentes en vuelo atribuidos a la formación de hielo entre 2010 y 2014, resultando en 78 muertes.

Es posible descongelar un avión en el aeropuerto antes del despegue, pero los aviones también experimentan una caída en picado de las temperaturas y una rápida formación de hielo durante el vuelo. Una vez que se forma hielo en las alas, puede inhibir en gran medida la capacidad del piloto para operar la aeronave con seguridad. Equipar aviones con la capacidad de eliminar el hielo mientras vuelan a altitudes entre 35, 000 y 42, 000 pies proporcionarían un mejor conjunto de herramientas para mantener la seguridad, creen los investigadores.

Poner hielo en un pedestal

El equipo de Boreyko trabajó a partir del conocimiento de que las gotas de agua se comportan de diferentes maneras, dependiendo de la superficie. Su objetivo era aprovechar un principio conocido como la Ley de Cassie, lo que muestra que el aire puede quedar atrapado debajo de las gotas de agua si las gotas están suspendidas sobre una estructura irregular y repelente al agua. Con una estructura que podría atrapar aire bajo el agua en este "estado de Cassie, “Los investigadores buscaron hacer que el hielo se formara en una capa con menor adherencia a la superficie.

Hacer una superficie repelente al agua generalmente requiere un recubrimiento químico que debe reponerse periódicamente, Boreyko explicó, y la superficie irregular también tiende a desgastarse con el tiempo. El equipo optó por un enfoque novedoso, con el objetivo de hacer una superficie repelente al agua que no requiera recubrimientos químicos frágiles o golpes ultrafinos. En lugar de, optaron por una estructura simple y duradera en forma de aluminio, pilares de tamaño milimétrico.

El equipo de Boreyko creó una serie de pilares, cada uno de un milímetro de alto por medio milímetro de ancho. Los pequeños pedestales se mecanizaron en un patrón con un milímetro entre ellos. A medida que bajó la temperatura, la escarcha crecía preferentemente en las cimas de los pilares, resultando en puntas de escarcha elevadas. A medida que se agregaba más agua, fue absorbido por esta capa de escarcha porosa. Cuando las gotas de agua fueron impactadas posteriormente en la superficie, quedaron atrapados en los pedestales helados.

Estas gotas heladas crearon pequeños "puentes de hielo, "como describió el autor principal Hyunggon Park, que selló los espacios de aire en los valles entre los pilares cubiertos de escarcha. "Cuando las gotas de agua impactantes se congelaron en la superficie, Hicimos una observación interesante:las gotas de agua estaban siendo atrapadas por las puntas heladas y estaban construyendo puentes de hielo para atrapar las bolsas de aire debajo, "Dijo Park. Con el tiempo, un dosel de hielo continuo y atrapador de aire se formó sobre los pilares cubiertos de escarcha.

Mientras que otros métodos de descongelación pueden permitir que una capa de hielo se adhiera más directamente a una gran superficie, Estos espacios de aire atrapados hacen que la hoja se suspenda, reduciendo la cantidad de adherencia que el hielo tiene a la superficie.

"Al utilizar pilares más grandes en lugar de nanoestructuras, y puntas heladas en lugar de un revestimiento hidrofóbico, Descubrimos que podemos obtener el mismo beneficio de atrapar aire debajo del hielo en formación mientras evitamos los problemas de durabilidad. "Esto debería hacer que nuestro enfoque sea práctico para mejorar el deshielo en aviones o intercambiadores de calor", dijo Boreyko.

Con un lazo más débil es posible usar las bolsas de aire para luego empujar el hielo. Este será el siguiente paso en el proceso de los investigadores, mientras el equipo de Boreyko continúa desarrollando su método.