Una nueva forma de eliminar la acumulación de hielo sin electricidad ni productos químicos
El sistema solar pasivo podría evitar la congelación en aviones, turbinas eólicas, líneas eléctricas y otras superficies.
Desde las alas de los aviones hasta las líneas eléctricas aéreas y las palas gigantes de las turbinas eólicas, la acumulación de hielo puede causar problemas que van desde un rendimiento deficiente hasta una falla catastrófica. Sin embargo, para evitar esa acumulación se requieren sistemas de calefacción de alto consumo de energía o rociadores químicos que son perjudiciales para el medio ambiente. Ahora, los investigadores del MIT han desarrollado una forma completamente pasiva, alimentada por energía solar, de combatir la acumulación de hielo.
El sistema es notablemente sencillo, basado en un material de tres capas que se puede aplicar o incluso pulverizar sobre las superficies a tratar. Recoge la radiación solar, la convierte en calor y la difunde para que la fusión no se limite a las zonas 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 Science Advances, en un artículo de Kripa Varanasi, profesor asociado de ingeniería mecánica del MIT, y Susmita Dash y Jolet de Ruiter, postdoctorales.
«El hielo es un problema importante para los aviones, las turbinas eólicas, las líneas eléctricas, las plataformas petrolíferas en alta mar y muchos otros lugares», dice Varanasi. «Las formas convencionales de evitarlo son con aerosoles para descongelar o calentando, pero eso tiene sus problemas.»
Inspirado por el sol
Los aerosoles de deshielo habituales para aviones y otras aplicaciones utilizan etilenglicol, una sustancia química que no es respetuosa con 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 evitar 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.
Como línea alternativa de investigación, Varanasi y su equipo consideraron la energía emitida por el sol. Querían ver, dice, si «hay una manera de capturar ese calor y usarlo en un enfoque pasivo». Descubrieron que sí.
No es necesario producir suficiente calor para derretir la mayor parte del hielo que se forma, encontró el equipo. Todo lo que se necesita es que la capa límite, justo donde el hielo se encuentra con la superficie, se derrita lo suficiente para crear una fina capa de agua, que hará que la superficie sea lo suficientemente resbaladiza como para que el hielo se deslice. Esto es lo que el equipo ha logrado con el material de tres capas que ha desarrollado.
Capa por capa
La capa superior es un absorbente, que atrapa la luz solar entrante y la convierte en calor. El material utilizado por el equipo es altamente eficiente, ya que absorbe el 95 por ciento de la luz solar incidente y sólo pierde el 3 por ciento por la radiación, dice Varanasi.
En principio, esa capa podría en sí misma ayudar a prevenir la formación de heladas, pero con dos limitaciones: Sólo funcionaría en las áreas directamente a la luz del sol, y gran parte del calor se perdería en el material del sustrato – el ala del avión o la línea eléctrica, por ejemplo – y no ayudaría con el deshielo.
Así que, para compensar la localización, el equipo agregó una capa de esparcidor – una capa muy delgada de aluminio, de apenas 400 micrómetros de espesor, que es calentada por la capa absorbente que se encuentra sobre ella y se distribuye de manera muy eficiente que se calienta lateralmente para cubrir toda la superficie. El material fue seleccionado para tener «una respuesta térmica lo suficientemente rápida como para que el calentamiento tenga lugar más rápido que la congelación», dice Varanasi.
Finalmente, la capa inferior es simplemente aislamiento de espuma, para evitar que el calor se desperdicie hacia abajo y mantenerlo donde sea necesario, en la superficie.
«Además del deshielo pasivo, la trampa fototérmica se mantiene a una temperatura elevada, evitando así la acumulación de hielo», dice Dash.
Las tres capas, todas hechas de material comercialmente disponible a bajo costo, se unen entre sí y se pueden unir a la superficie que necesita ser protegida. Para algunas aplicaciones, los materiales podrían rociarse sobre una superficie, una capa a la vez, señalan los investigadores.
El equipo llevó a cabo extensas pruebas, incluyendo pruebas en el mundo real al aire libre de los materiales y mediciones de laboratorio detalladas, para probar la efectividad del sistema.
«El uso de absorbedores fototérmicos es una idea inteligente y fácil de implementar», dice Manish Tiwari, profesor de nanoingeniería del University College London, quien no estuvo asociado con esta investigación. «La escalabilidad de estos enfoques y el pensamiento sobre el embalaje adecuado, el peso específico, etc., de la capa de deshielo son importantes retos prácticos que se plantean, especialmente cuando se trata de la aplicación aeroespacial. El papel también abre interesantes posibilidades en torno al envasado térmico inteligente y flexible, y la investigación de los metamateriales térmicos para desarrollar todo su potencial. En general, un excelente paso adelante», dice.
El sistema podría tener usos comerciales aún más amplios, como paneles para evitar la formación de hielo en los techos de casas, escuelas y otros edificios, añade Varanasi. El equipo está planeando continuar trabajando en el sistema, probando su longevidad y los métodos óptimos de aplicación. Pero el sistema básico podría aplicarse esencialmente casi inmediatamente para algunos usos, especialmente aplicaciones estacionarias, dice.
La investigación fue apoyada por Alstom y la Organización Neerlandesa para la Investigación Científica.
Fuente: news.mit.edu
