Sandia National Laboratories está usando sua torre solar para ajudar a avaliar o impacto de mudanças extremas de temperatura nos materiais.

Os testes, agora em seu segundo ano, Aproveite a capacidade do National Solar Thermal Test Facility da Sandia para simular um aumento muito rápido na temperatura seguido por uma diminuição igualmente rápida. O teste é para a Força Aérea e continuará por pelo menos mais um ano.

Os pesquisadores colocaram uma amostra de 4 por 4 polegadas de material composto, chamado de cupom, em uma câmara de teste, em seguida, exponha-o a uma explosão de calor intenso. Diferentes cupons são feitos de diferentes tipos de materiais.

Os fornos especiais podem atingir as temperaturas necessárias, mas os fornos não esquentam ou esfriam rapidamente. "E é difícil simplesmente colocar um cupom bem rápido e retirá-lo, "disse o engenheiro de teste Josh Christian." Nossa instalação é realmente boa em fornecer uma taxa de rampa rápida para essas curvas de aquecimento, e também podemos produzir uma curva final movendo nossos espelhos de forma a remover o calor da amostra. "

O cupom é colocado rente a uma parede de uma câmara de teste, basicamente uma caixa, de frente para uma janela de quartzo que permite a entrada do calor produzido pelos espelhos. Os testes, que usam cerca de um quarto do campo heliostático, pode alterar os níveis de calor conforme necessário.

Inicialmente, as venezianas corrediças em frente à janela estão fechadas. A equipe da torre solar concentra a luz refletida dos helióstatos em um painel de calibração e usa um medidor de fluxo de calor para medir a energia que atingirá a amostra. Em seguida, eles movem a luz refletida para as venezianas. Quando estiver pronto, as venezianas abrem e fecham muito rapidamente para produzir as curvas de aquecimento necessárias na amostra. Ao mesmo tempo, um túnel de vento com um soprador em uma extremidade força o ar através da amostra, simulando resfriamento convectivo. O resfriamento convectivo afeta a taxa de aquecimento, pois com o resfriamento convectivo, os materiais sobrevivem mais sob intenso calor.

A amostra pode ser aquecida várias vezes

Os pesquisadores podem submeter uma amostra ao calor várias vezes para estabelecer os limites de resposta do material após a exposição.

"O calor entra, nós fechamos, é o fim do teste, "Disse Christian." Fazemos isso repetidamente, 10 a 30 vezes por dia. "

Antes e depois de um teste, outra equipe Sandia verifica a amostra com um scanner 3-D, que determina se o calor produz bolhas ou alterações de textura no material, Disse Christian.

Ainda outro grupo de pesquisadores Sandia faz medições de refletividade - quanta luz é refletida da superfície. Por exemplo, se uma amostra absorve 90 por cento da luz e reflete 10 por cento, então, 10 por cento da luz não o aqueceu. Josh disse que isso é importante porque na vida real, materiais com alto valor reflexivo aquecem mais lentamente.

Uma terceira equipe usa métodos não destrutivos para olhar dentro da amostra após um teste, verificando as mudanças abaixo da superfície, o que é particularmente importante para estruturas complexas feitas de vários materiais diferentes.

O teste continua durante todo o ano

Os testes acontecem o ano todo, mas o programa da Força Aérea não testa todos os dias, pois a torre solar também faz testes para outros programas. Verão passado, por exemplo, Christian estimou que 30 a 40 dias foram dedicados ao projeto. Os testes continuam no inverno, mas os períodos de teste são mais curtos devido ao ângulo do sol em relação aos espelhos.

"Para nossas instalações, este é um teste importante que começou a se tornar rotina à medida que testamos centenas de amostras, "disse Christian, que trabalha na torre há oito anos.

O projeto também levou a melhorias no National Solar Thermal Test Facility, incluindo um novo algoritmo de rastreamento para os helióstatos e técnicas avançadas de caracterização de fluxo de calor, o que permite aos pesquisadores quantificar o calor aplicado às amostras. Saber o calor exato aplicado é fundamental para entender em quais condições os materiais podem sobreviver, e os pesquisadores desenvolveram novas ferramentas para ajudar a realizar essa análise.

Os espelhos se movem com o sol para manter um ponto refletido na torre solar, "mas descobrimos que em certas épocas do ano e do dia, o local não estaria onde previmos devido às imperfeições na forma como os espelhos foram instalados, "Christian disse. Então, ele disse, pesquisadores desenvolveram algoritmos para melhorar o rastreamento, que não só ajuda o projeto da Força Aérea, mas também a torre de Sandia em geral e, potencialmente, outras instalações que usam helióstatos, como sites que geram energia.

A torre já fez testes para outras agências, incluindo NASA, e outros projetos para a Força Aérea. Sandia começou os testes para este projeto no ano passado. "Agora se tornou um sucesso do nosso lado, assim como do lado deles, "Disse Christian.