Pruebas de túnel de viento con hielo y campo de erosión de superficies superhidrofóbicas causadas por procesamiento con láser de femtosegundos
Autores: Fürbacher, Roland; Liedl, Gerhard; Grünsteidl, Gabriel; Otto, Andreas
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Pruebas de túnel de viento con hielo y campo de erosión de superficies superhidrofóbicas causadas por procesamiento con láser de femtosegundos
Categoría
Energía
Subcategoría
Energía eólica
Palabras clave
Acumulación de hielo
Superficies generadoras de sustentación
Rendimiento aerodinámico
Superficies pasivas anti-hielo
Estructuración con láser de femtosegundos
Propiedades superhidrofóbicas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 18
Citaciones: Sin citaciones
La acumulación de hielo en superficies generadoras de elevación, como las palas de rotor o alas, degrada el rendimiento aerodinámico y aumenta varios riesgos. Las medidas activas para contrarrestar la formación de hielo en la superficie consumen energía y deberían ser reemplazadas por superficies pasivas anti-hielo. Dos categorías principales de tratamientos de superficie, recubrimiento y estructuración, ya muestran resultados prometedores en el laboratorio, pero ninguna cumple con los requisitos actuales de la industria en cuanto a rendimiento y durabilidad. En este artículo, mostramos cómo la estructuración con láser de femtosegundos de acero inoxidable (1.4301) combinada con un tratamiento de superficie de hidrocarburos o un tratamiento al vacío conduce a propiedades superhidrofóbicas. El rendimiento anti-hielo se investigó en un túnel de viento de formación de hielo bajo condiciones de hielo de vidriado. Por lo tanto, se estructuraron con láser láminas de acero flexibles, se trató la humectabilidad y se adjuntaron a secciones de perfil aerodinámico NACA 0012. En el túnel de viento de formación de hielo, las superficies tratadas con hidrocarburos mostraron un retraso de 50 s en la acumulación de hielo en el borde de ataque, así como una superficie de hielo más suave en comparación con el referente. Para demostrar la resistencia a la erosión de estas superficies, se realizaron pruebas de campo a largo plazo en una turbina eólica de pequeña escala bajo condiciones operativas alpinas. Los resultados mostraron solo un desgaste por erosión menor de las micro y nano estructuras después de un período de seis meses de invierno.
Descripción
La acumulación de hielo en superficies generadoras de elevación, como las palas de rotor o alas, degrada el rendimiento aerodinámico y aumenta varios riesgos. Las medidas activas para contrarrestar la formación de hielo en la superficie consumen energía y deberían ser reemplazadas por superficies pasivas anti-hielo. Dos categorías principales de tratamientos de superficie, recubrimiento y estructuración, ya muestran resultados prometedores en el laboratorio, pero ninguna cumple con los requisitos actuales de la industria en cuanto a rendimiento y durabilidad. En este artículo, mostramos cómo la estructuración con láser de femtosegundos de acero inoxidable (1.4301) combinada con un tratamiento de superficie de hidrocarburos o un tratamiento al vacío conduce a propiedades superhidrofóbicas. El rendimiento anti-hielo se investigó en un túnel de viento de formación de hielo bajo condiciones de hielo de vidriado. Por lo tanto, se estructuraron con láser láminas de acero flexibles, se trató la humectabilidad y se adjuntaron a secciones de perfil aerodinámico NACA 0012. En el túnel de viento de formación de hielo, las superficies tratadas con hidrocarburos mostraron un retraso de 50 s en la acumulación de hielo en el borde de ataque, así como una superficie de hielo más suave en comparación con el referente. Para demostrar la resistencia a la erosión de estas superficies, se realizaron pruebas de campo a largo plazo en una turbina eólica de pequeña escala bajo condiciones operativas alpinas. Los resultados mostraron solo un desgaste por erosión menor de las micro y nano estructuras después de un período de seis meses de invierno.