Projectgroep 6

Voor we tot onze uiteindelijke oplossing kwamen hebben we drie verschillende richtingen voor mogelijke oplossingen onderzocht: het gebruik maken van warmte, bewegingen/trillingen en coatings. Hieruit hebben we een bestaande oplossing gekozen om uit te werken en te testen.

 

Coatings (de gekozen oplossing)

 

Condens wordt gemaakt wanneer een oppervlakte temperatuur laag is en de lucht op het condens punt is, zodat waterdamp condenseert tot een vloeistof. Zo ontstaan er waterdruppeltjes aan de oppervlakte. Een manier om condensvorming tegen te gaan zijn hoog energetische oppervlakken met een hydrofiele eigenschap. Hydrofobe oppervlakken met een lage energie-oppervlakte worden gekozen voor oppervlakken met het anti-ijs eigenschap. In de afgelopen jaren zijn een relatief grote hoeveelheid van coatingsystemen ontwikkeld. Waarin voornamelijk waterafstotende materialen met een zeer lage oppervlakte spanning, zoals PTFE (Teflon) of polyethyleen worden gekozen. Naast het ijs en waterafstotend materiaal, hebben ze ook aangetoond dat het vuil en graffiti afstotende eigenschappen hebben.

Een oplossing is een combinatie van de oppervlakken met hydrofiele en hydrofobe eigenschappen, waarbij de hydrofiele materiaal in oppervlaktelagen geprefabriceerd wordt in het hydrofobe materiaal. Door middel van deze combinatie heeft het oppervlak zowel anti-condens als anti-ijs eigenschappen.

 

Werkwijze:

• Coaten van het oppervlak met een eerste materiaal, zodat er een oppervlaktelaag met een hoog energieniveau ontstaat met een hydrofiele eigenschap.

• Coaten van het oppervlak met een tweede materiaal met een oppervlakte-energie lager dan het eerste oppervlaktelaag, zodat hydrofobe eigenschappen ontstaan

 

Waarbij de eerste en tweede oppervlaktelagen covalent aan elkaar zijn en cross-linked. De dikte van de aangebrachte coatings in één oppervlaktelaag bedraagt minder dan 10 micron. Doordat er een covalente binding ontstaat, is er een zeer goede mechanische en slijtvast oppervlak gerealiseerd. Om een hydrofiel oppervlak te creëren, kan er gebruik worden gemaakt van metaal alkoxiden en siliciumalkoxiden met hydrofiele delen als amino, carboxyl of hydroxyl. De hydrofobe oppervlak wordt bereikt met siliconen alkoxiden met niet-polaire hydrofobe delen als alkyl, aryl of fluoralkyl gesubstitueerd.

 

Wij hebben een coating getest om te bekijken of ijsvorming kan worden voorkomen.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Deze coating van Chemona is te koop voor consumenten. Op hun website staat de volgende beschrijving: ''Multi Coat is ontwikkeld voor staal en andere gladde niet poreuze ondergronden. De coating is gebaseerd op nanotechnologie. Na de behandeling is het staal waterafstotend en ontstaat er geen roest. Vlekvorming krijgt geen kans op het oppervlak. Resistent tegen zuren.''  Dit zal niet precies dezelfde coating zijn als de coatings die worden gebruikt voor industriele toepassingen, maar hij werkt volgens hetzelfde princiepe.

Uit onze test blijkt dat deze coating niet veel effect heeft. De coating zorgt er wel voor dat er kleinere ''ijsdruppels'' ontstaan. Dit kan positief zijn voor het verwijderen van het ijs, maar ijsvorming is dus niet voorkomen.

De omstandigheden waarin wij hebben getest benaderen de werkelijkheid (met de lage temperatuur en aanwezigheid van vocht). Echter zijn in de werkelijkheid veel meer factoren waar wij geen rekening mee hebben gehouden; zoals wind, zon en een bewegend oppervlak. Het zal dus nodig zijn om ook deze factoren mee te nemen tijdens het testen om de werking van de coating volledig te kunnen vaststellen.

 

 

Het gebruik van warmte om ijsvorming te voorkomen of verhelpen

 

Een van de meest voor de hand liggende manieren om ijsvomring te voorkomen of verhelpen is het creeren van hogere temperaturen. Het produceren van deze warmte mag echter niet te veel energie kosten. De extra energie die kan worden opgewekt door de windturbine bij het gebruik van een anti-ijs systeem, moet meer zijn dan de energie wat door het anti-ijs systeem wordt gebruikt. Ook kost een anti-ijs systeem geld om te worden geinstalleerd en eventueel onderhouden. Hier moet rekening mee worden gehouden bij het ontwerpen van een oplossing.

 

Manieren om warmte te produceren:

• Elektrische energie: Met elektrische energie kan er warmte worden geproduceert om bijvoorbeeld gassen, vloeistoffen of onderdelen te verhitten. Deze elektrische energie zou uit het netstroom gehaald kunnen worden of ter plekke kunnen worden opgewekt door een wind- of zonnegenerator.

• Directe zonne-energie: De stralen van de zon zouden kunnen worden gebruikt om gassen of vloeistoffen te verwarmen. Deze warmte zou direct gebruikt kunnen worden om ijs te doen smelten, maar kan daarnaast ook gebruikt worden om via een ''updraft'' generator elektrische stroom te genereren. Deze elektriche stroom kan dan worden gebruikt op momenten dat er ijsvorming plaats vind, maar de zon niet genoeg warmte genereerd.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Als het nodig is om de zonne collector naast op de mast, ook op de grond te moeten plaatsen (om genoeg warmte te genereren), kost dat veel ruimte. Deze ruimte kan bij bestaande windmolens niet beschikbaar zijn. Ook is het de vraag of er geneog warmte kan worden gegenereerd in koude gebieden waar juist veel ijsvorming voorkomt. De kosten  van het bouwen van de collector en ''updraft'' generator zouden te hoog kunnen zijn. IJsvorming onstaat vaak wanneer er een hoge luchtvochtigheid aanwezig is, waardoor het dus vaak bewolkt is. Hierdoor zal de warmte uit de directe zonnestralen laag zijn. Ook bij sneeuw is er een kans dat (zonder onderhoud af anti-sneeuw systeem) de collectoren worden bedekt door sneeuw. Omdat er in de nacht ook geen zonlicht is moet het en deze situaties het elektrische systeem genoeg vermogen hebben om ijsvorming te voorkomen of tegen te gaan.       

                                            

Het gebruikt van beweging/trillingen

 

Het nadeel van ontijzen is dat het ijs al is gevormd. Bij het gebruik van trillingen valt het ijs dus van de bladen af naar beneden, wat gevaar op kan leveren. Als de windmolen ook nog draait, word het ijs over grote afstanden geworpen wat gevaar oplevert in een nog groter gebied. Om ijs te verwijderen moet de windmolen dus stilgezet worden, en het gebied direct onder de windmolen moet vrijgemaakt worden.

Er zijn twee mogelijke manieren om te ijs te verwijderen:

 

• Vleugelprofiel ontijzen met rubberen hoezen

Vliegtuigen gebruiken rubberen hoezen die op de vleugels zijn bevestigd om de vleugels vrij te maken van ijs. Opblaasbare rubberen hoezen bestaan uit een rubberen laag dat aan de rand van een vleugel verbonden is. Wanneer ijs wordt gevormd op de rand van de vleugel, kan een gemotoriseerde pneumatische pomp de rubberen hoezen opblazen. Veel turbopropeller vliegtuigen leiden uitgeblazen lucht naar de vleugel om de rubberen hoezen op te blazen. Bij opblazen van de hoezen barst het ijs en valt het van de rand van de vleugel af. Ontijs-hoezen worden bediend vanuit de cockpit door een schakelaar of kan bediend worden in een intervalcyclus die automatisch verloopt.

Criteria voor windmolens

• Het gehele windmolenblad zal moeten worden voorzien van een rubberen hoes, want er mag geen ijs op blijven zitten.

• De windmolen moet stilgezet worden voor het ontijzen in gang word gebracht. Op dat moment moet er ook niemand zich onder de windmolen bevinden.

 

• Ontijzen met behulp van trillingen

Trillingsmotoren veroorzaken trillingen door middel van een draaiend, niet gecenterd gewicht. Door de onbalans worden de trillingen gevormd.
Deze vaak kleine motortjes worden veel gebruikt in apparaten als telefoons, controllers e.d.

Criteria voor windmolens

• De gewichten die nodig zijn om grote trillingen te kunnen veroorzaken kunnen een negatief effect hebben op de prestaties van de windmolen.

• Er is een grote motor nodig om een windmolenblad van bijvoorbeeld 50 meter genoeg te laten trillen om ijs af te laten breken.

• Grote trillingen kunnen al gauw vermoeidheid in een materiaal veroorzaken.

• Er zijn nog maar weinig of geen grote trillingsmotoren op de markt.

• De windmolen moet stilgezet worden voor het ontijzen in gang word gebracht.

• Dit kan niet in al bestaande windmolens worden geïnstalleerd. Daarvoor moet de windmolen uit elkaar worden gehaald.