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Diseño y desarrollo de un montaje experimental de palas de rotor giratorias eléctricamente alimentadas en un túnel de viento de congelación y pruebas preliminares con recubrimientos superficiales como solución de protección híbrida

Autores: Villeneuve, Eric; Blackburn, Caroline; Volat, Christophe

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2021

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Acceso abierto

Artículo científico
2021

Diseño y desarrollo de un montaje experimental de palas de rotor giratorias eléctricamente alimentadas en un túnel de viento de congelación y pruebas preliminares con recubrimientos superficiales como solución de protección híbrida


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Aeroespacial

Palabras clave

Sistemas de protección contra el hielo
Palas rotativas
Configuración experimental
Pruebas en túnel de viento
Recubrimientos de superficie
Consumo de energía

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 27

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Para estudiar los sistemas de protección contra el hielo para palas rotativas, se ha desarrollado un nuevo dispositivo experimental en el Laboratorio Internacional de Materiales Anticongelantes (AMIL). Este sistema consiste en dos palas rotativas a pequeña escala en un túnel de viento refrigerado donde se puede simular la formación de hielo atmosférico. La energía se suministra a las palas a través de un anillo deslizante, por el cual también pasan las señales de los diferentes sensores instalados en las palas. Como demuestra la revisión de la literatura, este nuevo dispositivo abordará la necesidad de pruebas en túneles de viento a pequeña escala en palas rotativas eléctricamente alimentadas. Para probar el aparato recién diseñado, se realizan experimentos preliminares sobre un sistema híbrido de protección contra el hielo. La protección electrotérmica se combina con diferentes recubrimientos superficiales para medir el impacto de esos recubrimientos en el consumo de energía del sistema. En modo anticongelante, los recubrimientos probados no redujeron el consumo de energía del sistema necesario para evitar la acumulación de hielo en el borde de ataque. Sin embargo, los recubrimientos, debido a su naturaleza hidrofóbica/superhidrofóbica, redujeron la energía requerida para prevenir la acumulación de hielo por escurrimiento cuando el borde de ataque estaba protegido. Uno de los recubrimientos no permitió ninguna acumulación por escurrimiento, limitando la energía para proteger toda la pala a la energía requerida para proteger únicamente el borde de ataque, lo que resultó en una posible reducción del 40% en el consumo de energía del sistema. En modo de descongelación, los resultados con todos los sustratos probados mostraron una energía similar para lograr la eliminación del hielo de la pala. Dado que los recubrimientos probados tienen una baja hielo-fobicidad, sería interesante realizar pruebas adicionales con recubrimientos hidrofóbicos. Además, una pequeña zona no calentada en la raíz de la pala impidió la eliminación completa del hielo de la pala. Una pequeña parte de la capa de hielo quedó en la pala después de la prueba, lo que significa que tuvo que ocurrir una ruptura cohesiva dentro de la capa de hielo, afectando así los resultados. Se realizarán mejoras en el dispositivo para remediar la situación. Estas pruebas preliminares realizadas con el nuevo dispositivo de prueba han demostrado el potencial de este nuevo dispositivo que ahora permitirá, entre otras cosas, medir la transferencia de calor, magnitudes de fuerza, nucleación de hielo y equilibrio térmico durante la acumulación de hielo, con diferentes sistemas de protección térmica innovadores (recubrimiento conductivo, nanotubos de carbono, impulso, etc.) así como sistemas mecánicos. El siguiente paso, tras las mejoras, es medir la convección forzada en un sistema de protección térmica contra el hielo con y sin precipitación y probar sistemas mecánicos de protección contra el hielo.

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