Deshielo - De-icing

Deshielo por aspersión en el aeropuerto de Salt Lake City , 2010

El deshielo es el proceso de eliminar la nieve , el hielo o la escarcha de una superficie. Se entiende por antihielo la aplicación de productos químicos que no solo descongelan, sino que también permanecen en una superficie y continúan retrasando la formación del hielo durante un cierto período de tiempo, o impiden la adhesión del hielo para facilitar la remoción mecánica.

Enfoques

El deshielo se puede realizar mediante métodos mecánicos (raspado, empuje); mediante la aplicación de calor ; mediante el uso de productos químicos secos o líquidos diseñados para reducir el punto de congelación del agua (varias sales o salmueras , alcoholes , glicoles ); o mediante una combinación de estas diferentes técnicas.

Trenes e interruptores ferroviarios

La acumulación de hielo en los frenos de los trenes compromete la eficacia de los frenos.

Los trenes y los cambios de tren en las regiones árticas tienen grandes problemas con la acumulación de nieve y hielo. Necesitan una fuente de calor constante en los días fríos para asegurar su funcionalidad. En los trenes, son principalmente los frenos , la suspensión y los acopladores los que requieren calentadores para el deshielo. En los rieles, son principalmente los interruptores los que son sensibles al hielo. Estos calentadores eléctricos de alta potencia previenen de manera eficiente la formación de hielo y derriten rápidamente cualquier hielo que se forme.

Los calentadores están hechos preferiblemente de material PTC, por ejemplo caucho PTC , para evitar el sobrecalentamiento y la destrucción potencial de los calentadores. Estos calentadores son autolimitantes y no requieren electrónica de regulación; no pueden sobrecalentarse y no requieren protección contra sobrecalentamiento.

Aeronave

Un Gulfstream G550 estadounidense se descongela antes de partir de Alaska en enero de 2012
Deshielo WestJet 737-700 en Toronto

En tierra, cuando hay condiciones de congelación y precipitación , se suele practicar el deshielo de una aeronave. Los contaminantes congelados interfieren con las propiedades aerodinámicas del vehículo. Además, el hielo desprendido puede dañar los motores.

Los fluidos de deshielo consisten típicamente en una solución de agua de glicol que contiene un tinte y agentes para proteger la superficie del metal. Se emplea una variedad de glicoles. Los espesantes también se utilizan para ayudar al agente de deshielo a adherirse al cuerpo del avión. Los fluidos de etilenglicol (EG) todavía se utilizan para el deshielo de aeronaves en algunas partes del mundo porque tienen una temperatura de uso operativo (LOUT) más baja que el propilenglicol (PG). Sin embargo, el PG es más común porque es menos tóxico que el etilenglicol.

Cuando se aplica, la mayor parte del líquido de deshielo no se adhiere a las superficies de la aeronave y cae al suelo. Los aeropuertos suelen utilizar sistemas de contención para capturar el líquido usado, de modo que no pueda filtrarse al suelo ni a los cursos de agua. Aunque el PG está clasificado como no tóxico, contamina las vías fluviales ya que consume grandes cantidades de oxígeno a medida que se descompone, provocando la asfixia de la vida acuática. ( Consulte Impactos ambientales y mitigación ).

Deshielo por calentamiento por infrarrojos

El calentamiento por infrarrojos directo también se ha desarrollado como una técnica de descongelación de aviones. Este mecanismo de transferencia de calor es sustancialmente más rápido que los modos de transferencia de calor convencionales utilizados por el deshielo convencional (convección y conducción) debido al efecto de enfriamiento del aire en el rociado del fluido de deshielo.

Un sistema de deshielo por infrarrojos requiere que el proceso de calentamiento se lleve a cabo dentro de un hangar especialmente construido. Este sistema ha tenido un interés limitado entre los operadores aeroportuarios, debido al espacio y los requisitos logísticos relacionados para el hangar. En los Estados Unidos, este tipo de sistema de descongelación por infrarrojos se ha utilizado, de forma limitada, en dos grandes aeropuertos centrales y en un pequeño aeropuerto comercial.

Otro sistema de infrarrojos utiliza unidades de calefacción móviles montadas en camiones que no requieren el uso de hangares. El fabricante afirma que el sistema se puede utilizar tanto para aviones de ala fija como para helicópteros, aunque no ha citado ningún caso de su uso en aviones comerciales.

Pavimento de aeropuerto

Las operaciones de deshielo para el pavimento de los aeropuertos ( pistas , calles de rodaje , plataformas , puentes de calles de rodaje ) pueden involucrar varios tipos de productos químicos líquidos y sólidos, incluidos propilenglicol , etilenglicol y otros compuestos orgánicos. Los compuestos a base de cloruro (por ejemplo, la sal ) no se utilizan en los aeropuertos debido a su efecto corrosivo en las aeronaves y otros equipos.

Las mezclas de urea también se han utilizado para el deshielo de pavimentos, debido a su bajo costo. Sin embargo, la urea es un contaminante importante en las vías fluviales y la vida silvestre, ya que se degrada a amoníaco después de la aplicación, y se ha eliminado en gran medida en los aeropuertos de EE. UU. En 2012, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) prohibió el uso de anticongelantes a base de urea en la mayoría de los aeropuertos comerciales.

Carreteras

En 2013, se utilizaron aproximadamente 14 millones de toneladas de sal para descongelar carreteras en América del Norte.

El deshielo de las carreteras se ha hecho tradicionalmente con sal, esparcida por quitanieves o camiones volquete diseñados para esparcirla, a menudo mezclada con arena y grava , en carreteras resbaladizas. Normalmente se utiliza cloruro de sodio (sal de roca), ya que es económico y está disponible en grandes cantidades. Sin embargo, dado que el agua salada todavía se congela a -18 ° C (0 ° F), no ayuda cuando la temperatura desciende por debajo de este punto. También tiene una fuerte tendencia a causar corrosión , oxidando el acero utilizado en la mayoría de los vehículos y las barras de refuerzo en los puentes de hormigón. Dependiendo de la concentración, puede ser tóxico para algunas plantas y animales y, como resultado, algunas áreas urbanas se han alejado de él. Los fundidores de nieve más recientes utilizan otras sales, como el cloruro de calcio y el cloruro de magnesio , que no solo reducen el punto de congelación del agua a una temperatura mucho más baja, sino que también producen una reacción exotérmica . Son algo más seguros para las aceras , pero el exceso aún debe eliminarse.

Más recientemente, se han desarrollado compuestos orgánicos que reducen los problemas ambientales relacionados con las sales y tienen efectos residuales más prolongados cuando se esparcen en las carreteras, generalmente junto con salmueras o sólidos. Estos compuestos a menudo se generan como subproductos de operaciones agrícolas como el refinado de la remolacha azucarera o el proceso de destilación que produce etanol . Otros compuestos orgánicos son la ceniza de madera y una sal para descongelar llamada acetato de calcio y magnesio que se elabora a partir de pasto al borde de la carretera o incluso desechos de la cocina. Además, la mezcla de sal de roca común con algunos de los compuestos orgánicos y cloruro de magnesio da como resultado materiales untables que son efectivos a temperaturas mucho más frías (-34 ° C o -29 ° F), así como a tasas generales más bajas de esparcimiento por unidad de área. .

Los sistemas de carreteras solares se han utilizado para mantener la superficie de las carreteras por encima del punto de congelación del agua. Se utiliza una serie de tuberías incrustadas en la superficie de la carretera para recolectar energía solar en verano, transferir el calor a los bancos térmicos y devolver el calor a la carretera en invierno para mantener la superficie por encima de 0 ° C (32 ° F). Esta forma automatizada de recolección, almacenamiento y entrega de energía renovable evita los problemas ambientales del uso de contaminantes químicos.

En 2012 se sugirió que las superficies superhidrófobas capaces de repeler el agua también se pueden utilizar para prevenir la acumulación de hielo que conduce a la fobia al hielo . Sin embargo, no todas las superficies superhidrófobas son heladas y el método aún está en desarrollo.

Descongeladores químicos

Todos los descongeladores químicos comparten un mecanismo de trabajo común: evitan químicamente que las moléculas de agua se unan por encima de una cierta temperatura que depende de la concentración. Esta temperatura está por debajo de 0 ° C, el punto de congelación del agua pura ( depresión del punto de congelación ). A veces, hay una reacción de disolución exotérmica que permite un poder de fusión aún más fuerte. La siguiente lista contiene los productos químicos para descongelar más comúnmente utilizados y su fórmula química típica .

Sales inorgánicas
Compuestos orgánicos
Alcoholes , dioles y polioles

(estos son agentes anticongelantes y poco utilizados en carreteras)

Tipos de fluidos

Se descongela un avión en el aeropuerto de Copenhague con un líquido de color naranja
Un avión está descongelado en el aeropuerto de Birmingham con un líquido antihielo de color naranja

Hay varios tipos de líquido descongelador de aeronaves , que se dividen en dos categorías básicas:

  1. Fluidos de descongelación: glicol calentado diluido con agua para descongelar y eliminar la nieve / escarcha, también conocidos como fluidos newtonianos (debido a su flujo viscoso similar al agua)
  2. Fluidos antihielo: fluidos a base de propilenglicol sin calentar y sin diluir que se han espesado (imagínese gelatina de medio fraguado), también denominados fluidos no newtonianos (debido a su característico flujo viscoso), aplicados para retardar el desarrollo futuro de hielo o para evitar la acumulación de nieve o aguanieve. Los fluidos antihielo brindan protección remanente contra la formación de hielo mientras la aeronave está estacionaria en el suelo. Sin embargo, cuando se somete a una fuerza cortante, como el flujo de aire sobre la superficie del fluido, cuando una aeronave acelera para el despegue, la reología completa del fluido cambia y se vuelve significativamente más delgado, escurriendo para dejar una superficie aerodinámica limpia y lisa en el ala.

En algunos casos, ambos tipos de fluido se aplican a la aeronave, primero la mezcla de glicol / agua calentada para eliminar los contaminantes, seguida por el fluido espesado sin calentar para evitar que el hielo se vuelva a formar antes de que la aeronave despegue. A esto se le llama "un procedimiento de dos pasos".

El líquido de descongelación de metanol se ha empleado durante años para descongelar las pequeñas superficies de las alas y la cola de aviones de aviación general de tamaño pequeño a mediano y generalmente se aplica con un pequeño rociador manual. El metanol solo puede eliminar la escarcha y el hielo molido ligero antes del vuelo.

El monoetileno, dietileno y propilenglicol son productos derivados del petróleo no inflamables y los productos similares se encuentran con mayor frecuencia en los sistemas de refrigeración de automóviles. El glicol tiene muy buenas propiedades de deshielo y el grado de aviación se conoce como SAE / ISO / AEA Tipo I (AMS 1424 o ISO 11075). Por lo general, se aplica a superficies contaminadas diluidas con agua a 95 grados Fahrenheit (35 ° C) usando un recolector de cerezas en un camión que contiene de 1,500 a 2,000  galones estadounidenses (5,680 a 7,570  L ; 1,250 a 1,670  imp gal ) para la rampa de entrada o salida. aplicación de punto de entrada a la pista. Se prefiere el líquido teñido de color, ya que se puede confirmar fácilmente mediante la observación visual de que una aeronave ha recibido una aplicación de deshielo. La escorrentía del fluido Tipo I parece convertir el aguanieve en un tinte rosado, de ahí el término "nieve rosa". De lo contrario, todos los fluidos de Tipo I son de color naranja.

En 1992, Dead Sea Works comenzó a comercializar un descongelador a base de sales y minerales del Mar Muerto .

Deshielo de aeronaves en vuelo

Sistemas neumaticos

Boeing B-17 Flying Fortress . Las tiras negras en los bordes de ataque de la cola, los estabilizadores y el ala son botas de deshielo hechas de goma.

Las acumulaciones de hielo durante el vuelo son más frecuentes en los bordes de ataque de las alas, la cola y los motores (incluidas las hélices o las aspas del ventilador). Las aeronaves de menor velocidad utilizan con frecuencia botas de deshielo neumáticas en los bordes de ataque de las alas y la cola para deshielo en vuelo. Los revestimientos de goma se inflan periódicamente, lo que hace que el hielo se agriete y se desprenda. Una vez que el sistema es activado por el piloto, el ciclo de inflado / desinflado se controla automáticamente. En el pasado, se pensaba que tales sistemas se podían derrotar si se inflaban prematuramente; si el piloto no permitiera que se formara una capa de hielo bastante gruesa antes de inflar las botas, las botas simplemente crearían un espacio entre el borde de ataque y el hielo formado. Investigaciones recientes muestran que el "puente" no ocurre con las botas modernas.

Sistemas electricos

Algunas aeronaves también pueden usar elementos resistivos calentados eléctricamente incrustados en una lámina de caucho cementada en los bordes de ataque de las alas y superficies de la cola, bordes de ataque de la hélice y bordes de ataque de las palas del rotor del helicóptero . Este sistema de deshielo fue desarrollado por United States Rubber Company en 1943. Estos sistemas suelen funcionar de forma continua. Cuando se detecta hielo, primero funcionan como sistemas de deshielo y luego como sistemas antihielo para un vuelo continuo en condiciones de hielo. Algunas aeronaves utilizan sistemas de deshielo químico que bombean anticongelante como alcohol o propilenglicol a través de pequeños orificios en las superficies de las alas y en las raíces de las palas de las hélices, derritiendo el hielo y haciendo que la superficie sea inhóspita para la formación de hielo. Un cuarto sistema, desarrollado por la NASA , detecta hielo en la superficie al detectar un cambio en la frecuencia de resonancia. Una vez que un módulo de control electrónico ha determinado que se ha formado hielo, se bombea un gran pico de corriente a los transductores para generar un fuerte choque mecánico, que agrieta la capa de hielo y hace que la corriente de deslizamiento la despegue.

Sistemas de purga de aire

Muchos aviones de transporte civiles modernos de ala fija utilizan sistemas antihielo en el borde de ataque de las alas, las entradas de los motores y las sondas de datos del aire que utilizan aire caliente. Esto se purga de los motores y se conduce a una cavidad debajo de la superficie para ser antihielo. El aire caliente calienta la superficie hasta unos pocos grados por encima de 0 ° C (32 ° F), evitando que se forme hielo. El sistema puede funcionar de forma autónoma, encendiéndose y apagándose cuando la aeronave entra y sale de las condiciones de formación de hielo.

Impactos ambientales y mitigación

Las sales de deshielo como el cloruro de sodio o el cloruro de calcio se filtran en aguas naturales, lo que afecta fuertemente su salinidad.

Se sabe que el etilenglicol y el propilenglicol ejercen altos niveles de demanda bioquímica de oxígeno (DBO) durante la degradación en las aguas superficiales. Este proceso puede afectar negativamente la vida acuática al consumir el oxígeno que necesitan los organismos acuáticos para sobrevivir. Se consumen grandes cantidades de oxígeno disuelto (OD) en la columna de agua cuando las poblaciones microbianas descomponen el propilenglicol.

Los niveles suficientes de oxígeno disuelto en las aguas superficiales son fundamentales para la supervivencia de peces, macroinvertebrados y otros organismos acuáticos. Si las concentraciones de oxígeno caen por debajo de un nivel mínimo, los organismos emigran, si pueden y es posible, a áreas con niveles más altos de oxígeno o eventualmente mueren. Este efecto puede reducir drásticamente la cantidad de hábitat acuático utilizable. Las reducciones en los niveles de OD pueden reducir o eliminar las poblaciones que se alimentan en el fondo , crear condiciones que favorezcan un cambio en el perfil de especies de una comunidad o alterar las interacciones críticas de la red alimentaria .

En un caso, una importante nevada en Atlanta a principios de enero de 2002 provocó el desbordamiento de dicho sistema, contaminando brevemente el río Flint aguas abajo del aeropuerto de Atlanta .

Algunos aeropuertos reciclan el fluido descongelador usado, separando el agua y los contaminantes sólidos, lo que permite la reutilización del fluido en otras aplicaciones. Otros aeropuertos tienen una instalación de tratamiento de aguas residuales en el sitio y / o envían el fluido recolectado a una planta de tratamiento de aguas residuales municipal o una instalación de tratamiento de aguas residuales comercial.

La toxicidad de los fluidos de deshielo es otra preocupación ambiental, y se están realizando investigaciones para encontrar alternativas menos tóxicas (es decir, sin glicol).

Ver también

Referencias