Sensor Aeronáutico Avanzado Proporciona Detección de Hielo en Tiempo Real y Monitoreo de Tasa de Deshielo

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

Actualmente, la detección de hielo en aeronaves se realiza de dos formas: con una inspección visual anticuada, o con sensado de impedancia. El sensado de impedancia requiere la acumulación y luego el deshielo del hielo depositado antes de que pueda ser detectado.

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

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

(En un video abajo, vea cómo el Centro de Investigación Glenn usó cámaras para examinar cómo la acumulación de hielo impacta un motor de aeronave.)

Al incorporar una antena en el sensor, los resultados del dispositivo desarrollado por UBC pueden compartirse 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), operando a 5.82 GHz. El sensor, con capacidades de calentamiento integradas, distingue efectivamente entre agua y hielo detectando cambios en las propiedades dieléctricas en o alrededor de su superficie.

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

Investigación relacionada con la tecnología fue publicada en la revista Applied Materials and Interfaces aquí. El estudio, liderado por Prof. Zarifi, demostró la efectividad de SRRs como sensores de detección de hielo para aplicaciones donde hielo y escarcha son de gran interés, como en aeronaves, carreteras o pasarelas.

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

Zarifi también está colaborando con varias compañías de turbinas eólicas para adaptar los sensores en parques eólicos.

Debido a que la tecnología puede detectar hielo salado, que se congela a temperaturas más frías, el dispositivo adicionalmente puede ayudar a detectar acumulación en plataformas petrolíferas e infraestructura marina.

En una breve entrevista con Tech Briefs abajo, Prof. Zarifi explica por qué el dispositivo ha captado la atención de las industrias de aviación y energía renovable por igual.

Tech Briefs: Un comunicado de prensa temprano de UBC aquí dijo que recibieron gran interés de las industrias de aviación y energía renovable, basados en sus hallazgos iniciales. ¿Puede decir más sobre esto? ¿Qué fue de interés para las industrias de aviación y energía renovable? ¿Y cómo su reacción informó el siguiente paso de su investigación?

Prof. Mohammad Hossein Zarifi: El interés inicial recibido en nuestro dispositivo de detección de hielo ha venido de aplicaciones donde las propiedades aerodinámicas de una estructura son de extrema importancia. Pequeños cambios en la forma de un ala de aeronave o aspa de turbina eólica debido a formación de hielo pueden llevar a impactos drásticos en el sustentación o potencia generada por estas estructuras.

Trabajo futuro en la industria aeroespacial en este sensor de hielo será mejorar la sensibilidad del dispositivo a formación de hielo en presencia de fluidos anti-hielo que se rocían comúnmente para reducir la probabilidad de un evento de hielo.

Tech Briefs: ¿Qué pasa con turbinas eólicas?

Prof. Mohammad Hossein Zarifi: La detección de hielo en turbinas eólicas se realiza de manera diferente. El ingeniero monitoreando la turbina puede predecir formación de hielo debido a una caída en producción de energía comparada con la producción esperada a las mismas velocidades de viento. Estos sensores tendrían la capacidad de detectar hielo mucho antes de que la generación de energía se vea impactada y permitir tiempo amplio para que el ingeniero encienda sistemas de deshielo. Basado en información recibida de ingenieros en la industria eólica, creemos que el siguiente paso es empaquetar el dispositivo e implementarlo en campo para realizar más caracterización y prepararlo para aplicación industrial.

Tech Briefs: ¿Qué es capaz de detectar su sensor, y cómo la información del sensor es más valiosa que las opciones de detección actuales disponibles en aeronaves hoy?

Prof. Mohammad Hossein Zarifi: Nuestro sensor es capaz de detectar formación de hielo mucho antes de que puedas verla ocurriendo en una superficie. También somos capaces de extraer información como espesor de hielo y tasa de deposición. Esto es valioso porque proporciona alerta temprana a pilotos experimentando un evento de hielo en vuelo, permitiéndoles activar sistemas anti-hielo o simplemente cambiar altitud para evitar las condiciones.

Indicación de espesor de hielo es importante para gente trabajando en turbinas eólicas por múltiples razones. Primero, si estás trabajando debajo de la turbina, quieres estar seguro que una gruesa capa de hielo no se va a caer y posiblemente herir a alguien. Otra razón para detección precisa de espesor de hielo es porque puede informar al ingeniero cómo inclinar las aspas de la turbina para maximizar salida de potencia durante un evento de hielo.

Tech Briefs: ¿Qué aplicaciones son posibles una vez que puedes incorporar una antena en el sensor?

Prof. Mohammad Hossein Zarifi: Recientemente, hemos estado investigando el uso de antenas como el sensor. Estamos interesados en usar antenas para detección de hielo porque podrían disminuir significativamente la complejidad de agrupar los sensores. Si podemos implementar un array de antenas transmisoras, operando a diferentes frecuencias, y tener los datos transmitidos a una sola antena receptora, la centralización y procesamiento de datos se simplifica significativamente. Esto tiene aplicaciones en el caso de necesitar realizar detección de hielo sobre una superficie grande.

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Tech Briefs: ¿Qué sigue? ¿En qué está trabajando ahora?

Prof. Mohammad Hossein Zarifi: El siguiente paso en este proyecto es empaquetar el sensor e implementarlo en campo. También necesitamos investigar más métodos que nos permitan realizar detección en presencia de materiales anti-hielo para aplicaciones aeroespaciales. Es todo muy emocionante porque hemos tenido tal afluencia de interés de una variedad de industrias y esperamos enfrentar los desafíos únicos impuestos por cada aplicación. Cualesquiera que sean los desafíos, condiciones ambientales extremas, salpicaduras de mar, materiales anti-hielo, o simplemente estructuras aerodinámicas complejas, creemos que somos capaces de implementar sensores de hielo exitosos.

La investigación fue financiada por una Beca de Descubrimiento del Consejo de Ciencias Naturales e Ingeniería de Canadá, Beca Mitacs Accelerate, y becas de la Fundación de Canadá para la Innovación, y el Departamento de Defensa Nacional Canadiense.

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