Tecnología de vibración para descongelar alas de aviones reduce consumo energético

En el marco del proyecto Clean Aviation, investigadores del Fraunhofer Institute se unieron a socios para desarrollar un sistema innovador que provoca vibraciones en los puntos helados de las alas de los aviones, facilitando así la eliminación del hielo. Este método reduce significativamente la cantidad de energía necesaria para el descongelado en comparación con los métodos convencionales, además de ser adecuado para la propulsión de bajo consumo de emisiones del futuro.

La formación de hielo en las alas de un avión representa un peligro considerable para la aeronave. El hielo disminuye la sustentación, incrementa la resistencia y puede afectar la movilidad de las superficies de control de vuelo, como los elevadores, alerones y timones. En el peor de los casos, esto puede llevar a que el avión se detenga en el aire y sufra un accidente.

Este problema puede surgir en cualquier época del año, especialmente cuando un avión atraviesa nubes o capas de aire frío y húmedo tras el despegue o durante el aterrizaje. Para mitigar esta situación, los aviones están equipados con sistemas térmicos que extraen aire caliente de los motores y lo canalizan sobre la superficie de las alas. Sin embargo, este proceso requiere una gran cantidad de energía y también afecta la eficiencia del motor.

El Fraunhofer Institute for Structural Durability and System Reliability LBF ha colaborado con socios para desarrollar un método de descongelado que ahorra energía. La idea básica consiste en hacer vibrar la parte helada del ala del avión, lo que provoca que el hielo se agriete y se desprenda.

Primero, se utilizan sensores para detectar la formación de hielo en secciones específicas del ala. Luego, se determina la frecuencia de resonancia natural, es decir, el rango de frecuencia en el que el material comienza a vibrar, seguido de la activación de actuadores piezoeléctricos. Estos actuadores generan vibraciones de baja frecuencia dirigidas a los puntos donde se ha formado el hielo.

"Las vibraciones se encuentran en un rango de solo unos pocos kilohertz. Son invisibles a simple vista, pero muy efectivas. El hielo que se adhiere al ala se rompe y cae", explica Denis Becker, investigador del Fraunhofer LBF.

Para calcular la frecuencia de vibración, los investigadores del Fraunhofer primero necesitaron estudiar la compleja interacción de diversos factores que son responsables de la frecuencia resonante natural cuando se forma el hielo. "Los factores determinantes incluyen el material del que están hechas las alas, la velocidad, la altitud de vuelo, la temperatura, la humedad y el grosor de la capa de hielo. Los algoritmos utilizan esa información para calcular la frecuencia resonante natural", aclara Becker.

Dado que las condiciones externas cambian constantemente durante el vuelo, la frecuencia de resonancia también varía. Si la capa de hielo se espesa o se derrite, esto también influye. Por esta razón, los sensores proporcionan continuamente nueva información de medición para que la electrónica pueda activar los actuadores a la frecuencia ajustada en cualquier momento.

Para el proyecto de investigación, los expertos del Fraunhofer llevaron a cabo varios pasos, incluyendo colocar un ala dentro de un túnel de viento de congelación y optimizar el funcionamiento de los actuadores piezoeléctricos. La idea de utilizar vibraciones para eliminar el hielo ha sido discutida en círculos de aviación durante mucho tiempo. Ahora, por primera vez, los investigadores han logrado crear un sistema altamente dinámico y preciso que pone esta idea en práctica.

"Nuestros experimentos en el túnel de viento de congelación demostraron que el descongelado electromecánico funciona. Como siguiente paso, realizaremos más pruebas en el túnel de viento para preparar el sistema para pruebas en vuelo", concluye Becker.

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