Um sensor melhor detecta o acúmulo de gelo, em tempo real

Pesquisadores da Universidade da Colúmbia Britânica (UBC) em Okanagan melhoraram a resposta em tempo real dos sensores de gelo das aeronaves. Com uma antena incorporada, os sensores aprimorados agora podem identificar imediatamente dois tipos de dados cruciais da aviação:acúmulo de gelo e taxa de derretimento.

Atualmente, a detecção de gelo em aeronaves é realizada de duas maneiras:com um exame oftalmológico antigo ou com detecção de impedância. A detecção de impedância requer o acúmulo e o derretimento do gelo depositado antes que ele possa ser detectado.

O sistema UBC elimina a dependência da confirmação visual e a necessidade de água líquida para detectar o acúmulo de gelo, de acordo com o pesquisador principal e professor assistente da UBC, Mohammad Zarifi.

"Isso permite a detecção muito antes que o piloto possa determinar visualmente se o gelo está presente", disse Zarifi ao Tech Briefs .

(No vídeo abaixo, veja como o Glenn Research Center usou câmeras para examinar como o acúmulo de gelo afeta o motor de uma aeronave.)



Ao incorporar uma antena no sensor, os resultados do dispositivo desenvolvido pela UBC podem ser compartilhados em tempo real com o operador para resolver qualquer acúmulo.

O sensor de micro-ondas é, na verdade, uma nanoestrutura óptica conhecida como ressonador de anel dividido (SRR), operando a 5,82 GHz. O sensor, com recursos de aquecimento integrados, distingue efetivamente entre água e gelo, detectando alterações nas propriedades dielétricas em sua superfície ou ao redor.

A água armazena uma quantidade maior de energia elétrica do que o gelo, e um SRR é especialmente equipado para medir os dois níveis de permissividade específicos.

A pesquisa relacionada à tecnologia foi publicada na revista Applied Materials and Interfaces . O estudo, liderado pelo Prof. Zarifi, demonstrou a eficácia dos SRRs como sensores de detecção de gelo para aplicações onde gelo e geada são de grande interesse, como em aeronaves, estradas ou passarelas.

O sensor patenteado, que inclui uma camada protetora, agora está sendo testado para aprovação pela indústria da aviação. A equipe da UBC também anunciou recentemente o financiamento do Departamento de Defesa Nacional do Canadá, que permitirá que os pesquisadores continuem o desenvolvimento

A Zarifi também está colaborando com várias empresas de turbinas eólicas para adaptar os sensores aos parques eólicos.

Como a tecnologia pode detectar gelo salgado, que congela em temperaturas mais frias, o dispositivo também pode ajudar a detectar o acúmulo em plataformas de petróleo e infraestrutura marítima.

Em uma breve entrevista com Tech Briefs abaixo, o Prof. Zarifi explica por que o dispositivo chamou a atenção da indústria de aviação e de energia renovável.

Resumos técnicos :Um comunicado de imprensa antecipado da UBC disse que você recebeu um grande interesse das indústrias de aviação e energia renovável, com base em suas descobertas iniciais. Você pode falar mais sobre isso? O que era de interesse para as indústrias de aviação e energia renovável? E como a reação deles informou a próxima etapa de sua pesquisa?

Prof. Mohammad Hossein Zarifi :O interesse inicial recebido em nosso dispositivo de detecção de gelo veio de aplicações onde as propriedades aerodinâmicas de uma estrutura são de extrema importância. Pequenas mudanças na forma de uma asa de aeronave ou lâmina de turbina eólica devido à formação de gelo podem levar a impactos drásticos na sustentação ou na energia gerada por essas estruturas.

O trabalho futuro na indústria aeroespacial neste sensor de gelo será aumentar a sensibilidade do dispositivo à formação de gelo na presença de fluidos anticongelantes que são comumente pulverizados para reduzir a probabilidade de um evento de formação de gelo.

Resumos técnicos : E as turbinas eólicas?

Prof. Mohammad Hossein Zarifi :A detecção de gelo em turbinas eólicas é realizada de forma diferente. O engenheiro que monitora a turbina pode prever a formação de gelo devido a uma queda na produção de energia em comparação com a produção esperada nas mesmas velocidades do vento. Esses sensores teriam a capacidade de detectar gelo muito antes que a geração de energia fosse impactada e permitiriam tempo suficiente para o engenheiro ligar os sistemas de degelo. Com base nas informações que recebemos de engenheiros da indústria eólica, acreditamos que o próximo passo é empacotar o dispositivo e implementá-lo em campo para realizar uma caracterização adicional e prepará-lo para aplicação industrial.

Resumos técnicos :o que seu sensor é capaz de detectar e como as informações do sensor são mais valiosas do que as opções de detecção atuais disponíveis nas aeronaves atuais?

Prof. Mohammad Hossein Zarifi :Nosso sensor é capaz de detectar a formação de gelo muito antes que você possa vê-lo ocorrendo em uma superfície. Também podemos extrair informações como espessura do gelo e taxa de deposição. Isso é valioso porque fornece aviso antecipado aos pilotos que estão enfrentando um evento de congelamento em voo, permitindo que eles ativem sistemas anti-gelo ou simplesmente mudem a altitude para evitar as condições.

A indicação da espessura do gelo é importante para as pessoas que trabalham em turbinas eólicas por vários motivos. Em primeiro lugar, se você estiver trabalhando embaixo da turbina, você quer ter certeza de que uma espessa camada de gelo não cairá e possivelmente ferirá alguém. Outra razão para a detecção precisa da espessura do gelo é porque ela pode informar ao engenheiro como inclinar as pás da turbina para maximizar a saída de energia durante um evento de formação de gelo.

Resumos técnicos :quais aplicativos são possíveis quando você consegue incorporar uma antena ao sensor?

Prof. Mohammad Hossein Zarifi :Recentemente, temos investigado o uso de antenas como sensor. Estamos interessados ​​em usar antenas para detecção de gelo porque elas podem diminuir significativamente a complexidade de disposição dos sensores. Se pudermos implementar um conjunto de antenas transmissoras, operando em diferentes frequências, e ter os dados transmitidos para uma única antena receptora, a centralização e o processamento dos dados são significativamente simplificados. Isso tem aplicações no caso de precisar realizar detecção de gelo em uma grande superfície.

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Resumos técnicos :Qual é o próximo? No que você está trabalhando agora?

Prof. Mohammad Hossein Zarifi :O próximo passo neste projeto é empacotar o sensor e implementá-lo em campo. Também precisamos investigar métodos que nos permitam realizar a detecção na presença de materiais antigelo para aplicações aeroespaciais.
É tudo muito empolgante porque tivemos um grande afluxo de interesse de uma variedade de indústrias e, portanto, esperamos enfrentar os desafios únicos impostos por cada aplicação. Quaisquer que sejam os desafios, condições ambientais extremas, maresia, materiais antigelo ou simplesmente estruturas aerodinâmicas complexas, acreditamos que somos capazes de implementar sensores de gelo bem-sucedidos.

A pesquisa foi financiada por um Conselho Nacional de Pesquisa em Ciências e Engenharia do Canadá Discovery Grant, Mitacs Accelerate Grant e subsídios da Fundação para a Inovação do Canadá e do Departamento de Defesa Nacional do Canadá.

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