Ir directamente al contenido

Nuevas soluciones tecnológicas para prevenir la formación de hielo en aviones

12/01/2021

La formación de hielo supone un serio problema tanto desde el punto de vista económico como de seguridad en diferentes sectores, especialmente en el de la aeronáutica. Además de los accidentes, la formación de hielo puede afectar gravemente al rendimiento del vuelo, especialmente por su acumulación en el estabilizador horizontal de cola, que reduce la capacidad para equilibrar la tendencia de la parte delantera a inclinarse hacia abajo, así como en la superficie del ala, aumentándose la resistencia y disminuyendo la capacidad para crear sustentación. Han sido muchos los esfuerzos orientados a la solución de este problema y principalmente se han utilizado dos estrategias diferentes: las llamadas “anti-hielo” o pasivas y las de “des-hielo”, también llamadas activas. Lo explica en el siguiente artículo María José Clemente, investigadora de Tecnología Química de Aimplas.

La formación de hielo supone un serio problema tanto desde el punto de vista económico como de seguridad en diferentes sectores, especialmente en el de la aeronáutica. En las últimas décadas, se han registrado muchos incidentes por esta causa, llegando a producir un alto grado de mortalidad. A diferencia de lo que se pueda pensar, esto no es exclusivo de regiones con condiciones climáticas extremas. Un ejemplo sería el accidente ocurrido en Madrid en 2017 (1).
Además de los accidentes, la formación de hielo puede afectar gravemente al rendimiento del vuelo (2), especialmente por su acumulación en el estabilizador horizontal de cola, que reduce la capacidad para equilibrar la tendencia de la parte delantera a inclinarse hacia abajo, así como en la superficie del ala (3), aumentándose la resistencia y disminuyendo la capacidad para crear sustentación.
Han sido muchos los esfuerzos orientados a la solución de este problema y principalmente se han utilizado dos estrategias diferentes: las llamadas “anti-hielo” o pasivas (Figura 1) y las de “des-hielo”, también llamadas activas.

Soluciones pasivas
Este tipo de soluciones se basan en evitar la formación de hielo en la superficie. Dichas superficies tienen un tratamiento que evita la acumulación, además de facilitar el deslizamiento del agua sobre la misma. El concepto de hidrofobicidad o repelencia al agua ha sido utilizado como aproximación basándose en la idea de que una superficie que no es capaz de mojarse reducirá el contacto entre la misma y el agua y, por tanto, no será capaz de formar el hielo (4). El concepto de hidrofobicidad se ha observado en la naturaleza; un ejemplo es la “flor de loto”, donde, gracias a la combinación de sustancias apolares y una rugosidad jerárquica, las hojas de esta planta se mantienen limpias incluso en ambientes muy húmedos.
Las superficies hidrofóbicas presentan ángulos de contacto entre esta superficie y una gota de agua de entre 90 y 120º. Se considera que una superficie es superhidrófoba cuando este ángulo supera los 120º (Figura 2). Si la gota es evacuada rápidamente de la superficie, se puede evitar que se quede congelada; por tanto, si se reduce la energía de la superficie con ciertos aditivos, es posible que el ángulo de contacto aumente y, de esta manera, se reduzca la adhesión del hielo y así se evite la nucleación de este. Para llevar a cabo las modificaciones superficiales, la estrategia que más se suele utilizar es la aplicación de recubrimientos o la adición de compuestos para reducir la energía al mínimo. Un ejemplo de este último tipo de materiales con baja energía superficial son los fluorados, el polimetilsiloxano, las parafinas y también se pueden depositar compuestos inorgánicos por métodos como la deposición física de vapor (PVD), la deposición química de vapor (CVD) o se puede aplicar la síntesis sol-gel para su obtención (5).

Soluciones activas
Este tipo de solución se basa, además de en evitar su formación, en la capacidad de eliminar el hielo una vez formado; esto es posible gracias a la aplicación de métodos mecánicos o termoeléctricos. Los sistemas actuales presentan una serie de inconvenientes, como son un alto consumo de energía o una elevada inversión en mantenimiento, y además la instalación de estos sistemas incrementa el peso con el consiguiente efecto negativo en el consumo de combustible y, por tanto, en el medio ambiente. Además, estos sistemas basados en mallas metálicas tienen baja resistencia a la corrosión (6).
El desarrollo de nuevos sistemas termoeléctricos donde la corriente eléctrica sea transformada en calor gracias al efecto Joule pueden aportar la ventaja de la ligereza y una mayor resistencia a la corrosión. En el efecto Joule, parte de la energía cinética de los electrodos de un material conductor se transforma en energía térmica, dando como resultado un recubrimiento donde se acumula calor en la superficie.
Por un lado, el reto consiste en transformar un recubrimiento no conductor, como son las pinturas, en un material conductor gracias a la aditivación con compuestos carbonosos; por otro, es necesario diseñar correctamente el sistema para tener un dispositivo calefactable. La Figura 3 representa un sistema calefactable, donde, gracias a la aplicación de electricidad, la superficie del material se calienta.

Proyecto MAI TAI
El proyecto MAI TAI (Multidisciplinary Approach for the Implementation of new Technologies to prevent Accretion of Ice on aircrafts) tiene por objetivo el desarrollo de nuevos sistemas de protección frente al hielo, mejorando los sistemas aplicados actualmente atendiendo a diversos aspectos, como son la reducción del consumo energético, la facilidad de aplicación, integración, reparabilidad y durabilidad. Además, este proyecto tiene como objetivo diseñar análisis específicos para llevar a cabo el correcto testeo de los materiales desarrollados.
MAI TAI está siendo desarrollado por un consorcio en el que participan la Universidad Pública de Navarra y tres institutos tecnológicos: el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), la Asociación de Industria Navarra (AIN) y el Instituto Tecnológico del Plástico (Aimplas).
El papel de Aimplas en este proyecto comprende tanto el desarrollo de sistemas pasivos basados en polímeros de baja energía superficial, como de sistemas activos basados en el efecto Joule que produzcan un calentamiento superficial, así como de sistemas híbridos que combinen los dos sistemas descritos anteriormente. Aimplas también está trabajando tanto en la generación de hielo en cámaras climáticas, como en el desarrollo de un método para determinar la adhesión de hielo sobre los recubrimientos.
Al comienzo del proyecto, se definieron los requerimientos y las especificaciones técnicas necesarias en la aplicación de los sistemas de protección frente al hielo para el sector aeronáutico. Posteriormente, se han desarrollado sistemas pasivos y activos para combinarlos en sistemas híbridos. Gracias a la utilización de un túnel de viento, se está evaluando la efectividad de los sistemas desarrollados en condiciones de formación de hielo, analizando e interpretando los resultados para finalmente evaluar la durabilidad del efecto anti-hielo conseguido.

Soluciones pasivas desarrolladas en Aimplas
Dentro de las soluciones pasivas, Aimplas está trabajando en el desarrollo de recubrimientos que incorporan el efecto de polímeros de baja energía superficial y nanoaditivos. Se han testeado diferentes formulaciones basadas en pinturas de poliuretano aditivadas con nanopartículas hidrófobas, con el fin de incrementar el ángulo de contacto en el recubrimiento, y compuestos de tipo organosilano, con el objetivo de mejorar la compatibilidad con la matriz polimérica. En estas formulaciones, se han utilizado diferentes concentraciones de estos compuestos y las más prometedoras se han depositado sobre sustratos de aluminio, material utilizado en el sector aeronáutico. En la Figura 5, se puede observar una formulación en la que se han obtenido ángulos de contacto estático de 140º, considerándose hidrofóbico, y ángulos de deslizamiento de alrededor de 10º, los cuales permiten el deslizamiento de la gota con ángulo pequeño.

Para poder ver el contenido completo tienes que estar suscrito. El contenido completo para suscriptores incluye informes y artículos en profundidad

Inicia sesión Suscríbete

También te puede interesar

Pack completo que evita preocupaciones a los moldeadores por inyección

Pack completo que evita preocupaciones a los moldeadores por inyección

07/09/2021 Tecnologías Plástico

Leer más sobreHaimer un socio de confianza en producción

Desarrollo de una metodología para el análisis de microplásticos

Desarrollo de una metodología para el análisis de microplásticos

22/06/2021 Tecnologías Plástico

Leer más sobreHaimer un socio de confianza en producción

Codemax de Wittmann, monitorización de la distribución de material para las aplicaciones más exigentes

Codemax de Wittmann, monitorización de la distribución de material para las aplicaciones más exigentes

22/06/2021 Tecnologías Plástico

Leer más sobreHaimer un socio de confianza en producción

Revista

PLAST Julio Septiembre

Ver la revista

Lo más leído

AIFim advierte de la falta de disponibilidad de materia prima para la producción de polímeros

Plástico Noticias

Leer más sobre AIFim advierte de la falta de disponibilidad de materia prima para la producción de polímeros

Un webinar destaca el papel de la química para conseguir los ODS y en la colaboración con Iberoamérica

Plástico Noticias

Leer más sobre Un webinar destaca el papel de la química para conseguir los ODS y en la colaboración con Iberoamérica

Desarrollan resinas y fibras de origen 'bio' para fabricar piezas reciclables, reprocesables y reparables

Plástico Noticias

Leer más sobre Desarrollan resinas y fibras de origen 'bio' para fabricar piezas reciclables, reprocesables y reparables

El tercer programa en directo de arburgXvision fue seguido por más de 650 espectadores internacionales

Plástico Noticias

Leer más sobre El tercer programa en directo de arburgXvision fue seguido por más de 650 espectadores internacionales

Componentes impresos en 3D con sensores integrados

Plástico Productos y servicios

Leer más sobre Componentes impresos en 3D con sensores integrados

Customización de cookies

Cookies Analytics

Este sitio web utiliza cookies de terceros para cuantificar el número de usuarios y así realizar la medición y análisis estadístico de la utilización que hacen los usuarios del servicio ofertado. Para ello se analiza su navegación en nuestra página web con el fin de mejorar la oferta de productos o servicios que le ofrecemos por medio de la cookie Google Anlytics

Cookies para compartir en redes sociales

Usamos algunos complementos para compartir en redes sociales, para permitirle compartir ciertas páginas de nuestro sitio web en las redes sociales. Estos complementos colocan cookies para que pueda ver correctamente cuántas veces se ha compartido una página.