Un mejor sensor detecta la acumulación de hielo en tiempo real

Investigadores de la Universidad de Columbia Británica (UBC) en Okanagan han mejorado la respuesta en tiempo real de los sensores de hielo de los aviones. Con una antena integrada, los sensores mejorados ahora pueden identificar inmediatamente dos tipos de datos de aviación cruciales:la acumulación de hielo y la tasa de derretimiento.

Actualmente, la detección de hielo en aeronaves se realiza de una de dos maneras:con una revisión ocular tradicional o con detección de impedancia. La detección de impedancia requiere la acumulación y luego el derretimiento del hielo depositado antes de que pueda detectarse.

El sistema UBC elimina la dependencia de la confirmación visual y la necesidad de agua líquida para detectar la acumulación de hielo, según el investigador principal y profesor asistente de la UBC, Mohammad Zarifi.

"Esto permite la detección mucho antes de que el piloto pueda determinar visualmente si hay hielo", dijo Zarifi a Tech Briefs. .

(En un video a continuación, vea cómo el Centro de Investigación Glenn usó cámaras para examinar cómo la acumulación de hielo afecta el motor de un avión).

Al incorporar una antena en el sensor, los resultados del dispositivo desarrollado por UBC se pueden compartir en tiempo real con el operador para abordar cualquier acumulación.

El sensor de microondas es, de hecho, una nanoestructura óptica conocida como resonador de anillo dividido (SRR), que funciona a 5,82 GHz. El sensor, con capacidades de calentamiento incorporadas, distingue efectivamente entre agua y hielo al detectar cambios en las propiedades dieléctricas en o alrededor de su superficie.

El agua almacena una mayor cantidad de energía eléctrica que el hielo, y un SRR está especialmente equipado para medir los dos niveles de permitividad específicos.

La investigación relacionada con la tecnología se publicó en la revista Applied Materials and Interfaces . El estudio, dirigido por el profesor Zarifi, demostró la eficacia de los SRR como sensores de detección de hielo para aplicaciones en las que el hielo y la escarcha son de gran interés, como en aeronaves, carreteras o pasarelas.

El sensor patentado, que incluye una capa protectora, ahora está siendo probado por la industria de la aviación para su aprobación. El equipo de la UBC también anunció recientemente la financiación del Departamento de Defensa Nacional de Canadá, que permitirá a los investigadores continuar con el desarrollo.

Zarifi también está colaborando con varias empresas de aerogeneradores para adaptar los sensores a los parques eólicos.

Debido a que la tecnología puede detectar el hielo salado, que se congela a temperaturas más bajas, el dispositivo también puede ayudar a detectar la acumulación en las plataformas petrolíferas y la infraestructura marina.

En una breve entrevista con Tech Briefs a continuación, el profesor Zarifi explica por qué el dispositivo ha llamado la atención de la industria de la aviación y de las energías renovables por igual.

Resúmenes técnicos :Un comunicado de prensa inicial de UBC dijo que recibió un gran interés de las industrias de la aviación y la energía renovable, según sus hallazgos iniciales. Puedes decir mas sobre esto? ¿Qué era de interés para las industrias de la aviación y las energías renovables? ¿Y cómo su reacción informó el próximo paso de su investigación?

Profesor. Mohammad Hossein Zarifi :El interés inicial recibido en nuestro dispositivo de detección de hielo proviene de aplicaciones donde las propiedades aerodinámicas de una estructura son de extrema importancia. Pequeños cambios en la forma del ala de un avión o de la pala de un aerogenerador debido a la formación de hielo pueden provocar impactos drásticos en la sustentación o la potencia generada por estas estructuras.

El trabajo futuro en la industria aeroespacial en este sensor de hielo consistirá en mejorar la sensibilidad del dispositivo a la formación de hielo en presencia de fluidos antihielo que comúnmente se rocían para reducir la probabilidad de un evento de formación de hielo.

Resúmenes técnicos : ¿Qué pasa con las turbinas eólicas?

Profesor. Mohammad Hossein Zarifi :La detección de hielo en aerogeneradores se realiza de forma diferente. El ingeniero que supervisa la turbina puede predecir la formación de hielo debido a una caída en la producción de energía en comparación con la producción esperada a las mismas velocidades del viento. Estos sensores tendrían la capacidad de detectar hielo mucho antes de que la generación de energía se vea afectada y darían tiempo suficiente para que el ingeniero encienda los sistemas de deshielo. Según la información que hemos recibido de los ingenieros de la industria eólica, creemos que el siguiente paso es empaquetar el dispositivo e implementarlo en el campo para realizar una caracterización adicional y prepararlo para la aplicación industrial.

Resúmenes técnicos :¿Qué es capaz de detectar su sensor y cómo la información del sensor es más valiosa que las opciones de detección actuales disponibles en los aviones de hoy?

Profesor. Mohammad Hossein Zarifi :Nuestro sensor es capaz de detectar la formación de hielo mucho antes de que pueda ver cómo se produce en una superficie. También podemos extraer información como el espesor del hielo y la tasa de deposición. Esto es valioso porque brinda una alerta temprana a los pilotos que están experimentando un evento de formación de hielo en vuelo, lo que les permite activar los sistemas antihielo o simplemente cambiar la altitud para evitar las condiciones.

La indicación del espesor del hielo es importante para las personas que trabajan en turbinas eólicas por múltiples razones. En primer lugar, si está trabajando debajo de la turbina, debe asegurarse de que no se caiga una gruesa capa de hielo y posiblemente lastime a alguien. Otra razón para la detección precisa del espesor del hielo es que puede informar al ingeniero cómo inclinar las palas de la turbina para maximizar la potencia de salida durante un evento de formación de hielo.

Resúmenes técnicos :¿Qué aplicaciones son posibles una vez que pueda incorporar una antena al sensor?

Profesor. Mohammad Hossein Zarifi :Recientemente, hemos estado investigando el uso de antenas como sensor. Estamos interesados ​​en usar antenas para la detección de hielo porque podrían disminuir significativamente la complejidad de colocar los sensores. Si podemos implementar un arreglo de antenas transmisoras, operando a diferentes frecuencias, y hacer que los datos se transmitan a una sola antena receptora, la centralización y el procesamiento de los datos se simplifican significativamente. Esto tiene aplicaciones en el caso de necesitar realizar detección de hielo sobre una gran superficie.

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Resúmenes técnicos :¿Que sigue? ¿En qué estás trabajando ahora?

Profesor. Mohammad Hossein Zarifi :El próximo paso en este proyecto es empaquetar el sensor e implementarlo en el campo. También necesitamos investigar más a fondo los métodos que nos permitirán realizar la detección en presencia de materiales antihielo para aplicaciones aeroespaciales.

Todo es muy emocionante porque hemos tenido una gran afluencia de interés de una variedad de industrias, por lo que esperamos enfrentar los desafíos únicos impuestos por cada aplicación. Sean cuales sean los desafíos, condiciones ambientales extremas, rocío marino, materiales antihielo o simplemente estructuras aerodinámicas complejas, creemos que somos capaces de implementar sensores de hielo exitosos.

La investigación fue financiada por una subvención Discovery del Consejo Nacional de Investigación de Ciencias e Ingeniería de Canadá, Mitacs Accelerate Grant y subvenciones de la Fundación Canadiense para la Innovación y el Departamento Canadiense de Defensa Nacional.

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