Buz enerji hatları ve uçak kanatları dünya çapında mühendislere ve operatörleri meydan okumaya devam ediyor. Finansal toll şaşırtıcı: hizmetler buzla ilgili onarımlar ve kesinti yönetimine karşı milyarlarca yıllık harcıyor, ancak havacılık yangınları pahalı gecikmeler, kaza senaryoları ile buz tutmaz. Doğrudan maliyetler, buz kaynaklı hataların ötesinde, kamu güvenliğini ve enerji şebeke güvenilirliğini tehdit ediyor. Yüzey mühendisliği ve malzemelerdeki son atılımlar şimdi sadece buz oluşumuna karşı değil, aynı zamanda buzulları en az enerji girişiyle de yoğunlaştırıyor.

Buz Formasyonunu ve Etkisini Anlamak

Buz formları süper soğuk su damlacıkları, sıcaklıkları veya suyun donması noktasında olan bir yüzeyle grevler yaparken, buzul ve daha fazla salak veya ime buz tabakası oluşturmak, çevre sıcaklığına bağlı olarak, rüzgar hızı ve damlacık boyutu.

Güç hatlarında, buzun dörtte bir inç bile iletken ağırlığı, haftada yüzlerce kilo ile arttırabilir ve ekonomik hasara neden olabilir.

Uçak için buz accretion, kanatların üzerindeki düzgün hava akışını bozar, kuyruk yüzeyleri ve kontrol yüzeyleri arttırır ve bu da asansörü azaltır ve kurtarmanın imkansız hale geldiği noktaya kadar durabilir. Ulusal Ulaşım Güvenliği Kurulu (NTSB) ve NASA, buz inşasının doğrudan kazalara katkıda bulunduğu çok sayıda olayı belgelemiştir.

Geleneksel kontrasesyonlar, termal veya kimyasal de-ikleştirici sistemlere güveniyor: ilk başta buzların içine gömülü veya betonarme bazlı sıvılar spreyi olmadan önce.Bu yöntemler çalışır, ancak yüksek enerji tüketimi ile gelir, çevresel endişeler ve bakım yükleri ilerleyebilir. Kaplama teknolojileri buzun ilk başta dağıtmasını önlemek için tamamlayıcı veya bazen üstün bir alternatif sunar.

Yenilikçi Kaplama Teknolojileri

Modern buz işleme kaplamaları üç temel stratejiyi kullanır: yüzeyi soran su damlacıklarının ısıtılmışlığını ve yuvarlanmasını sağlamak; buz ve substrat arasında süpürücü gücü düşürmek, böylece buz doğal kuvvetler altında dökülüyor (parça, vifer, yerçekimi); ve ısı transferlerini tek bir malzeme sistemi içinde iki veya tüm bu etkilerin üçünü birleştirir.

Hidrofobi ve Buzfobik Kaplamalar

Hidrofobik kaplamalar, düşük yüzeyin yayıldığı ve suların yüksek oranda azaltılabileceği kaplamalar için suya neden olur. Classic örnekler kaplamalar silolara (PDMS) ve fluoropolimerlere dayanan kaplamalar içerir.

Buzphobik kaplamalar özellikle buz ve substratlar arasındaki süpürücü gücü azaltarak bir adım daha ileri gider.Bu, düşük yüzey enerjisi ve mikro- veya nano ölçekli yüzey kabalığı kombinasyonu ile elde edilir.SLIPS'de formlanan en etkili buzul yüzeyidir.

Michigan Üniversitesi'nde araştırmacılar ve başka yerlerde, buzofbikliğini yüzlerce donmuş döngüler aracılığıyla koruyan SLIPS kaplamalarını gösterdiler. Soğuk iklimlerdeki yüksek gerilim iletim hatları üzerinde yapılan araştırmalar, yüksek kaynaklı iletkenlerle kıyaslanmış bir miktar buz birikiminde yüzde 70 azalma gösterdi.

Termal Davranışlar

Suyı geri almaktan ziyade, bazı kaplamalar, iletkenin elektrik direnci (Joule ısıtma) tarafından üretilen yüzey ısısını korumak ve buzun nükleksiyonu ortadan kaldırmak için yeterince ısı tutmaktır.

Bir değişken, kaplama matrisinde yer alan faz değiştirme malzemeleri (PCMs) kullanır. Ortam ısısı dondurulduğunda, PCM genişletilmiş süreler için 0°C'ye yakın yüzey ısısını absorbe eder ve genişletir. Bu yaklaşım özellikle de uçak için çekicidir, elektrik ısıtma gücü sınırlı ve ağırlık kritiktir.

Bir ticari sistem ince bir dirençli ısıtma katmanı ile grafik tabanlı bir termal kaplama birleştirir.The kaplama, bu kaplamaların yüzde 70'e kadar gerekli olduğunu, çünkü ısı daha verimli bir şekilde dağıtılır ve daha az enerji ABD Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı tarafından yapılan bağımsız testler ile birlikte daha düşük enerji girdilerini kaybeder.)NREL) Bu tür kaplamalar rüzgar türbinlerini ve enerji hatlarının, geleneksel ısıtıcıları daha düşük enerji girişine sahip olduğunu doğruladı.

Nanoyapılı ve Akıllı Kaplamalar

Buz işleme teknolojisi sınırı nanoyapılı ve duyarlı malzemelerde yatıyor. Tam olarak mühendislik yüzey özellikleri on ila yüzlerce nanometrenin altında sıkışıp kalan, bilim insanları hem süperhidrofbik hem de son derece düşük buz külotunu sergileyebilir. Örneğin, nanopiller veya nanoco olanlar hidrofobik molekülleri ile kapılırken, havanın her iki katın altında kapanan yüzeyi en aza indirir.

[FONT:0) Akıllı kaplamalar [DÜDÜDÜT:1], çevresel değişikliklere dinamik olarak cevap verir. Bir sınıf, yüzeysel kabalıklarını kaplama içinde ortaya koyan mikrokapıları kullanır.

Bu akıllı sistemler hala araştırma aşamasındadır, ancak insan müdahalesi veya sürekli güç çekmeden kendini tercih eden otonom altyapı için büyük bir potansiyele sahiptir.

Uygulamalar ve Faydaları

Gelişmiş buz işleme kaplamalarının dağıtımı, uzak dağ iletim hatlarından ticari uçaklara kadar geniş bir ortam yelpazesini kapsar.Her uygulama belirli performans özelliklerini talep eder, ancak temel faydaların sektörlerin arasında tercüme edilmesidir.

Güç Hatları ve Transim Altyapısı

Buz fırtınaları, elektrik şebekeleri için en yıkıcı olaylar arasındadır. Tek bir fırtına yüzlerce kuleye düşmüş ve binlerce mil iletkene zarar verebilir. Büyük ölçüde buz külotunu azaltan kaplamalar rüzgar ve iletken galoping doğal olarak bir buzdan yoksundur, bu hataların sebep olduğu kritik kütleyi engelleyebilir.

Kanada'daki Utilities, kuzey Avrupa ve Amerika Birleşik Devletleri dağlık bölgeleri, hidroelektrikphobik ve SLIPSPS kaplamaları seçilmiş illerde test etmeye başladı. Erken sonuçlar, kondüktörlerin daha az bakım müdahaleleri gerektirdiğini ve buzulları ile ilgili kaplamaları azaltabileceğini gösteriyor.

Ek faydalar azaltılmış çizgi bilge (çünkü buz ağırlık ve termal yük ekliyor) ve vibrasyon hasarı azaltılır (galloping genellikle beş ila on yıl öncesine kadar yapılan eşitsiz buz accretion tarafından tetiklenir).

Uçak Kanatları ve Hava çerçeve Yüzeyleri

Havacılıkta, her ekstra dakika, her yıl hava kirliliğini azaltıp maliyetleri artırmaktadır. Uluslararası Hava Taşıma Birliği ([Dön:0)IATA[[Dönemli: 1), havayoluların her yıl 1.2 milyar dolar harcadığı ve ilişkili gecikmeler nedeniyle maliyetlerin artırılmasına yönelik raporlar.

Birkaç uçak üreticisi SLIPS ve hidrofobik kaplamaları kanat önde gelen kenarlar için değerlendiriyor, yatay stabilizatörler ve motor nacelles. Rüzgar tüneli testleri NASA'nın Glenn Araştırma Merkezi'nde () Bir icing araştırma), kapsamış havafoillerin yüzde 60-80 daha az buz toplanıp aynı icing koşulları altında hızla tükendiğini gösterdi.

Rotorcraft için, ana rotor bıçakları üzerine buz inşa etmek ciddi titreşim ve performans kaybı yaratır. Denizde test edilen helikopter operatörleri, hava durumunda 50 oranında azalma gösterdi ve aerodinamik verimlilikten dolayı özellikle yüzeylerle ilgilendirilebilir.

Güvenlik ötesinde, kaplama bazlı de-ikleme geleneksel kan veya elektro-termal sistemlerin ağırlığını ve karmaşıklığı azaltır, yakıt yakma ve bakım maliyetlerini azaltır.

Diğer Eleştirel Altyapı

Aynı kaplama teknolojileri rüzgar enerjisi, deniz gemileri ve bina altyapısında uygulamalar buluyor. Soğuk iklimlerdeki rüzgar türbinleri, yüzde 30'a kadar güç üretimini azaltan buz yapımından muzdarip ve tehlikeli buz atı yaratıyor. Hydrophobic ve termal iletken kaplamalar mevcut türbinlere geri döndü ve kışın yüzde 15–25 enerji kurtarmasını gösteren verilere entegre ediliyor.

Gemiler ve deniz platformları, güvertelerdeki buz birikimi, raylı sistemler ve süper yapılar güvenlik tehlikelerini ve operasyonel gecikmeleri yaratıyor. SLIPS kaplamaları, Arctic deniz ortamlarında test edildi, hem buz hem de biyofouling için mükemmel bir direniş gösteriyor. Telekomünikasyon kuleleri, köprü kabloları ve demiryolu hatları da potansiyel faydalanıcılar.

Meydanlar ve düşünceler

Sözlerine rağmen, buz dava kaplamaları, uzun süreli maruz kalmalardan gelen çeşitli engellerle karşı karşıyadır. Durability, laboratuvar koşullarında iyi işlev sağlayan kaplamalar UV radyasyonu, yağmur erozyonu, toz ve buz kristalleri ile ısınabilir ve termal bisikletten gelen alan verileri hala toplanmaktadır ve erken formülasyonlar genellikle bir veya iki kış mevsimi sonra buz transfobi özelliklerini kaybeder.

Uygulama tutarlılığı da önemlidir. Büyük ölçekli iletim hatları veya uçak yüzeyleri kaplamaları, üretim ve son yaşam süresi sırasında çalışan güvenliği ve çevresel salıvermeler üreten sağlam uygulama süreçleri gerektirir.

Maliyet bir dikkate değerdir. Kaplama maliyetleri üretim ölçekleri olarak düştüken, zaten ince marjlarda üretilebilecek bileşenlere prim katıyorlar. İş durumu, düşük bakım, enerji tasarrufu ve sadece düşük maliyetliden daha düşük maliyetten tamamen yaşam döngüsü tasarruflarını dikkate almalıdır.

Son olarak, uçak ve elektrik şebeke bileşenleri için düzenleyici ve sertifikasyon yolları titizdir. Bir kanat önde gelen kenarda yeni bir kaplama sistemi, Federal Havacılık İdaresi (FAA) veya Avrupa Birliği Havacılık Güvenliği Ajansı (EASA) tarafından denetlenmelidir, yüksek gerilim iletkenleri üzerinde kaplamalar elektrik performansına veya koroner problemleri yaratmamalıdır.

Future Yol Tarifi

Araştırma ve geliştirme hızlı bir hızda devam eder, ufukta umut verici bir şekilde avenues.ETHFLT:0))Köpektif kaplamalar) mikroscratches ve aşınma hasarının otomatik olarak uzatılması, hizmet ömrünü uzatacaktır. Erken prototipler kaplamalar, çatlakları çizdiğinde, çatlakları sıkıştırdığında, çatlakları geri yüklemek ve geri yüklemek için malzemeyi içerir.

[FONT:0)Artificial intelligence and machine learning[DÜT:1) En yüksek buzfobisi için optimize edilmiş yüzey dokularını tasarlayabilmeleri için kullanılır. Milyonlarca sanal simülasyonu çalıştırarak, araştırmacılar yüzeysel desenleri tanımlayabilirler.

Bir diğer ortaya çıkan yaklaşım, ince bir iç tabakanın hızlı ısı ve eritmasına neden oluyor, çünkü kaplamanın düşük buz örtüsüne sahip olması, daha az enerji konvansiyonel dirençli ısıtma sistemleri ile geliştiriliyor.

Daha uzun vadede, [[0)biyomimtik kaplamalar[[Dönetici: 1) Morphoba kelebek kanatlarından ilham alan ve kutup ayılarının derisi neredeyse yanlış buz kontrolü olmadan elde edilebilir. Bazı araştırmacılar aktif olarak küçük miktarlarda anti-freeze proteinler (AFPs) Kuzey Asya ve böceklerde bulunan yüzeylere ait küçük miktarlardaki buz kontrolleri sağlayarak, sürekli enerji girişi olmadan biyolojik düzeyde buz kontrolü sağlayabilir.

Akademi, endüstri ve hükümet ajansları arasındaki işbirliği çabaları, bu teknolojilerin laboratuvardan uzaya aktarılmasını hızlandırıyor. Standartlar örgütleri, kış hava durumu altında buz temizleme gücünü ve dayanıklılığını ölçmek için test yöntemleri geliştiriyorlar.

Buz meydanlarına karşı kuruluşlar için mesaj açıktır: teknoloji pilot dağıtımların ve maliyet-benefit analizinin garanti edildiği noktaya ilerledi. Güvenilir avantajları, operasyonel tasarruflar ve her fırtına sezonu ödediği güvenlik kenarlarını yatırım yapan kişiler.