Evitar la formación de hielo en aeronaves
El hielo y los aviones son una combinación peligrosa. La acreción de hielo en estas máquinas supone un problema de enorme gravedad. De hecho, hasta una capa de hielo apenas visible es capaz de limitar enormemente la funcionalidad de alas, álabes, parabrisas, antenas y conductos. El hielo se forma cuando gotículas frías de gran tamaño se congelan al contacto con la superficie muy fría de una aeronave. Los datos aeronáuticos apuntan a que la formación de hielo es la responsable del 35 % de los accidentes de aviación relacionados con la meteorología (la causa principal) y de una quinta parte de los accidentes mortales relacionados con el tiempo durante el último siglo (la segunda causa tras las turbulencias). «La formación de hielo también aumenta el consumo de combustible en la aeronave al aumentar tanto el peso como la resistencia aerodinámica, y reducir el empuje y la sustentación», explica la profesora Jolanta Sapieha de la Universidad Politécnica de Montreal, directora del equipo responsable de desarrollo de recubrimientos. Toda solución a este problema debe ser respetuosa con el medio ambiente y eliminar los costes relacionados con los procedimientos frecuentes de descongelación ejecutados en tierra. Un consorcio de expertos de Europa y Canadá creó el 2016 el proyecto PHOBIC2ICE para abordar ambicioso reto de desarrollar y probar tecnologías que eviten y reduzcan la formación de hielo en las aeronaves. Un nuevo anticongelante El equipo creó varios tipos nuevos de recubrimientos híbridos, metálicos y poliméricos diseñados para evitar la formación de hielo. Estos recubrimientos repelentes del hielo se basaron en cinco materiales: aleaciones de aluminio y titanio para la aviación, acero inoxidable, compuestos de carbono y epoxi y poliamida. Su investigación se separó en tres categorías, a saber: investigación básica con pruebas sobre topografía de superficie y adhesión, pruebas avanzadas sobre condiciones de formación de hielo y pruebas prácticas sobre la durabilidad de los nuevos recubrimientos ante procesos naturales como la corrosión y la exposición a radiación ultravioleta. «Los recubrimientos más eficaces lograron repeler la mayor cantidad de agua posible antes de su congelación (superhidrofobicidad), o reducir la adhesión de los cristales de hielo a la superficie», afirma el Dr. Elmar Bonaccurso, de Airbus (Alemania), director del equipo de PHOBIC2ICE responsable del desarrollo de los requisitos comerciales (casos prácticos) y de los protocolos de pruebas. «Mediante tratamientos y recubrimientos específicos se puede evitar que las gotas de agua se congelen, reduciendo la capacidad de adhesión del agua y ralentizando la nucleación del hielo, de forma que las gotas pueden eliminarse con la fuerza que ejerce la propia corriente de aire», afirma Antonio Miraglia, director de I+D en DEMA Aeronautics en Montreal, responsable de la modelización del impacto de las gotículas en el proyecto PHOBIC2ICE. El proyecto a prueba Se ejecutaron pruebas a gran escala en el túnel de viento y en vuelos de prueba en Canadá y España, respectivamente, para probar y examinar las tecnologías propuestas. Estas medidas, acompañadas de simulaciones avanzadas de modelos por ordenador, se ejecutaron a tres escalas: interacciones a escala atómica entre átomos individuales, micrométrica y macrométrica en grandes superficies. Los modelos se emplearon para simular el comportamiento de los flujos de gotículas de lluvia sobre el perfil de ala a las tres escalas mencionadas. Los diseños de superficies mostraron beneficios adicionales más allá de su repelencia al hielo, esto es, varias capas recubrimiento o técnicas de modificación de las superficies fueron muy superiores al metal en cuanto a resistencia a la lluvia y la erosión por arena, corrosión y sustancias químicas de mantenimiento aeronáutico. Los recubrimientos se basaron en aeronaves ya existentes con la vista puesta en nuevos modelos. «Todas las técnicas de modificación de superficies se diseñaron para que poder emplearlas en aeronaves en servicio o integrarlas en el diseño de otras nuevas», afirma la profesora Sapieha. Un excelente trabajo en equipo El equipo de investigación intercontinental contó con nueve socios, y todos los miembros coincidieron en lo positivo y agradable de su trabajo en equipo, que les permitió sacar partido de los conocimientos específicos de cada miembro. «Demostramos que la paciencia y el respeto permiten establecer relaciones de cooperación fiables», afirma el coordinador del proyecto PHOBIC2ICE, Leo Turno, de Varsovia (Polonia). «También cabe mencionar que la enorme dedicación de los agentes comerciales facilitó en extremo el proyecto, y motivó al equipo científico a dar todo y más de sí mismos». El profesor Ali Dolatabadi de la Universidad Concordia de Montreal, director del grupo de trabajo responsable de la modelización y el desarrollo de recubrimientos y coordinador del proyecto para los socios canadienses añadió: «Ha sido el proyecto más agradable en el que he tenido el placer de trabajar en los últimos quince años».
Palabras clave
PHOBIC2ICE, hielo, aviones, acreción, formación, innovación, prevención, diseño, consumo de combustible, aviación, recubrimientos
