I Sandia National Laboratories stanno utilizzando la sua torre solare per aiutare a valutare l'impatto delle variazioni estreme di temperatura sui materiali.

I test, ora al secondo anno, sfruttare la capacità del National Solar Thermal Test Facility di Sandia di simulare un aumento molto rapido della temperatura seguito da un altrettanto rapido calo. I test sono per l'Air Force e continueranno per almeno un altro anno.

I ricercatori hanno messo un campione di 4 x 4 pollici di materiale composito, chiamato coupon, in una camera di prova, quindi esporlo a uno scoppio di calore intenso. Diversi coupon sono realizzati con diversi tipi di materiali.

I forni speciali possono raggiungere le temperature necessarie, ma i forni non possono riscaldarsi o raffreddarsi rapidamente. "Ed è difficile inserire un coupon molto velocemente e poi tirarlo fuori, " ha dichiarato l'ingegnere di test Josh Christian. "La nostra struttura è davvero brava a fornire una velocità di rampa rapida per queste curve di riscaldamento, e possiamo anche produrre una curva finale spostando i nostri specchi in modo tale da rimuovere il calore dal campione".

Il coupon viene posizionato a filo di una parete di una camera di prova, praticamente una scatola, di fronte ad una finestra in quarzo che lascia entrare il calore prodotto dagli specchi. I test, che utilizzano circa un quarto del campo dell'eliostato, può modificare i livelli di calore secondo necessità.

Inizialmente, le persiane scorrevoli davanti alla finestra sono chiuse. Il team della torre solare concentra la luce riflessa dagli eliostati su un pannello di calibrazione e utilizza un misuratore di flusso di calore per misurare la potenza che colpirà il campione. Poi spostano quella luce riflessa sulle persiane. Quando pronto, gli otturatori si aprono e si chiudono molto velocemente per produrre le curve di riscaldamento necessarie sul campione. Allo stesso tempo, una galleria del vento con un ventilatore su un'estremità forza l'aria attraverso il campione, simulando il raffreddamento convettivo. Il raffreddamento convettivo influisce sulla velocità di riscaldamento poiché con il raffreddamento convettivo, i materiali sopravvivono più a lungo sotto il calore intenso.

Il campione potrebbe essere riscaldato più volte

I ricercatori possono sottoporre un campione al riscaldamento più volte per stabilire le soglie di risposta del materiale dopo l'esposizione.

"Il caldo entra, chiudiamo, questa è la fine del test, " Christian ha detto. "Lo facciamo ripetutamente, Da 10 a 30 volte al giorno."

Prima e dopo una prova, un altro team di Sandia controlla il campione con uno scanner 3D, che determina se le bolle prodotte dal calore o la trama cambiano nel materiale, ha detto Cristiano.

Ancora un altro gruppo di ricercatori Sandia effettua misurazioni della riflettività:quanta luce viene riflessa dalla superficie. Per esempio, se un campione assorbe il 90% della luce e riflette il 10%, quindi il 10 percento della luce non lo riscaldava. Josh ha detto che è importante perché nella vita reale, i materiali con un alto valore riflettente si riscaldano più lentamente.

Un terzo team utilizza metodi non distruttivi per guardare all'interno del campione dopo un test, controllando i cambiamenti sotto la superficie, che è particolarmente importante per strutture complesse fatte di diversi materiali.

I test continuano tutto l'anno

I test vanno avanti tutto l'anno, ma il programma dell'Air Force non esegue test tutti i giorni poiché la torre solare esegue anche test per altri programmi. La scorsa estate, Per esempio, Christian ha stimato che al progetto sono stati dedicati dai 30 ai 40 giorni. I test continuano in inverno, ma i periodi di prova sono più brevi a causa dell'angolo del sole rispetto agli specchi.

"Per la nostra struttura, questo è un test importante che ha iniziato a diventare di routine poiché abbiamo testato centinaia di campioni, " disse Cristiano, che ha lavorato alla torre per otto anni.

Il progetto ha anche portato a miglioramenti presso il National Solar Thermal Test Facility, compreso un nuovo algoritmo di tracciamento per gli eliostati e tecniche avanzate di caratterizzazione del flusso di calore, che consente ai ricercatori di quantificare il calore applicato ai campioni. Conoscere l'esatto calore applicato è fondamentale per capire in quali condizioni i materiali possono sopravvivere, e i ricercatori hanno sviluppato nuovi strumenti per aiutare a eseguire tale analisi.

Gli specchi si muovono con il sole per mantenere un punto riflesso sulla torre solare, "ma stavamo scoprendo che in certi periodi dell'anno e in alcune ore del giorno, il punto non sarebbe stato dove avevamo previsto a causa di imperfezioni nel modo in cui sono stati installati gli specchi, " disse Christian. Allora, Egli ha detto, ricercatori hanno sviluppato algoritmi per migliorare il tracciamento, che non solo aiuta il progetto dell'Air Force, ma anche la torre di Sandia in generale e potenzialmente altre strutture che utilizzano eliostati, come i siti che generano energia.

La torre ha fatto test per altre agenzie, compresa la NASA, e altri progetti per l'Aeronautica. Sandia ha iniziato i test per questo progetto lo scorso anno. "Ora è diventato un successo sia per noi che per loro, " ha detto Cristiano.