Dalle ali degli aeroplani alle linee elettriche aeree alle gigantesche pale delle turbine eoliche, un accumulo di ghiaccio può causare problemi che vanno da prestazioni ridotte fino a guasti catastrofici. Ma prevenire questo accumulo di solito richiede sistemi di riscaldamento ad alta intensità energetica o spray chimici dannosi per l'ambiente. Ora, I ricercatori del MIT hanno sviluppato un sistema completamente passivo, modo a energia solare di combattere l'accumulo di ghiaccio.
Il sistema è straordinariamente semplice, a base di un materiale a tre strati che può essere applicato o addirittura spruzzato sulle superfici da trattare. Raccoglie la radiazione solare, lo converte in calore, e diffonde quel calore intorno in modo che la fusione non sia confinata solo alle aree esposte direttamente alla luce solare. E, una volta applicato, non richiede ulteriori azioni o fonti di energia. Può anche fare il suo lavoro di sbrinamento di notte, utilizzando l'illuminazione artificiale.
Il nuovo sistema è descritto oggi sulla rivista Progressi scientifici , in un articolo del professore associato di ingegneria meccanica del MIT Kripa Varanasi e dei postdoc Susmita Dash e Jolet de Ruiter.
"La formazione di ghiaccio è un grosso problema per gli aerei, per turbine eoliche, linee elettriche, piattaforme petrolifere offshore, e molti altri luoghi, " Dice Varanasi. "I modi convenzionali per aggirarlo sono gli spray antighiaccio o il riscaldamento, ma quelli hanno problemi".
Ispirato dal sole
I soliti spray antighiaccio per aerei e altre applicazioni utilizzano glicole etilenico, una sostanza chimica dannosa per l'ambiente. Le compagnie aeree non amano usare il riscaldamento attivo, sia per ragioni di costo che di sicurezza. Varanasi e altri ricercatori hanno studiato l'uso di superfici superidrofobiche per prevenire il congelamento passivo, ma questi rivestimenti possono essere danneggiati dalla formazione di brina, che tende a riempire le microscopiche trame che conferiscono alla superficie le sue proprietà antighiaccio.
Come linea di indagine alternativa, Varanasi e il suo team hanno considerato l'energia sprigionata dal sole. volevano vedere, lui dice, se "c'è un modo per catturare quel calore e usarlo in un approccio passivo". Hanno scoperto che c'era.
Non è necessario produrre abbastanza calore per sciogliere la maggior parte del ghiaccio che si forma, la squadra ha trovato. Tutto ciò che serve è per lo strato limite, proprio dove il ghiaccio incontra la superficie, sciogliersi abbastanza da creare un sottile strato d'acqua, che renderà la superficie abbastanza scivolosa da far scivolare via il ghiaccio. Questo è ciò che il team ha ottenuto con il materiale a tre strati che ha sviluppato.
Strato per strato
Lo strato superiore è un assorbente, che intrappola la luce solare in entrata e la converte in calore. Il materiale utilizzato dal team è altamente efficiente, assorbendo il 95% della luce solare incidente, e perdendo solo il 3% a causa delle radiazioni, Varanasi dice
In linea di principio, quello strato potrebbe di per sé aiutare a prevenire la formazione di brina, ma con due limitazioni:funzionerebbe solo nelle aree direttamente alla luce del sole, e gran parte del calore verrebbe disperso nel materiale del substrato:l'ala dell'aereo o la linea elettrica, per esempio, e non aiuterebbe con lo sbrinamento.
Così, per compensare la localizzazione, il team ha aggiunto uno strato di spalmatura, uno strato molto sottile di alluminio, solo 400 micrometri di spessore, che viene riscaldato dallo strato assorbente sopra di esso e diffonde molto efficacemente quel calore lateralmente per coprire l'intera superficie. Il materiale è stato selezionato per avere "risposta termica sufficientemente rapida in modo che il riscaldamento avvenga più velocemente del congelamento, "Dice Varanasi.
Finalmente, lo strato inferiore è semplicemente un isolamento in schiuma, per evitare che il calore venga disperso verso il basso e tenerlo dove è necessario, in superficie.
"Oltre allo sbrinamento passivo, la trappola fototermica rimane ad una temperatura elevata, impedendo così del tutto la formazione di ghiaccio, " dice Dash.
I tre strati, tutti realizzati con materiale poco costoso disponibile in commercio, sono poi legati insieme, e può essere incollato alla superficie che deve essere protetta. Per alcune applicazioni, i materiali potrebbero invece essere spruzzati su una superficie, uno strato alla volta, dicono i ricercatori.
Il team ha effettuato test approfonditi, inclusi test all'aperto reali dei materiali e misurazioni di laboratorio dettagliate, per dimostrare l'efficacia del sistema.
Il sistema potrebbe trovare anche usi commerciali più ampi, come i pannelli per prevenire la formazione di ghiaccio sui tetti delle case, scuole, e altri edifici, dice Varanasi. Il team sta pianificando di continuare a lavorare sul sistema, testandolo per la longevità e per i metodi ottimali di applicazione. Ma il sistema di base potrebbe essenzialmente essere applicato quasi immediatamente per alcuni usi, soprattutto applicazioni stazionarie, lui dice.
