Effects of temperature and prewetting on deicing performance of sodium formate

Abstract

De to vanligste produkter brukt til avising på norske flyplasser er Aviform S-Solid, et granulat som består av 98% Natriumformiat (NaCOOH), og Aviform L50, en 50% løsning av Kaliumformiat (KCOOH). Tidligere forskning har utviklet flere metoder for å kvantifisere ytelsen til avisningsprodukter, men med liten tilknytning til forhold i felt. I tillegg er de fleste eksperimenter som blir utført, fokusert på isfjerningsprodukter som vanligvis brukes på veg, slik at kunnskap om formiater er begrenset. Denne artikkelen har som formål å utvide kunnskapen om hvordan ulike forhold, spesielt temperatur og tilgang til befuktningsvæske, påvirker ytelsen til formiater. Her blir det presentert en ny metode for å beregne utviklingen av smelteprosessen og penetrasjonen basert på bildeanalyse. Atten eksperimenter ble utført, både med tørre og befuktede prøver, i tre forskjellige temperaturer (-2°C, -5°C og -10°C). Innledende forsøk viste en tilfredsstillende grad av nøyaktighet ved sammenlikning med teoretiske verdier. Denne prosedyren kan bli brukt for å følge med gjennom hele smelteprosessen, uten behov for forstyrrelser pga. manuelle målinger. Det ble funnet ut at penetrasjonsraten og –dybden er sterkt avhengig av temperatur, slik at smeltehullene var betydelig mindre ved lave temperaturer. Samtidig viste det seg at befuktning korter ned tiden det tar for at smeltereaksjonen skal komme i gang ved lavt temperatur (-10°C), mens den har ingen signifikant effekt ved temperaturer nærmere 0°C. Resultatets implikasjoner og mulige applikasjoner i feltet ble også diskutert.

The two most common deicing products used on Norwegian airports are Aviform S-Solid, a granular deicer consisting of 98% sodium formate (NaCOOH), and Aviform L50, a 50% solution of potassium formate (KCOOH). Earlier research has developed a set of methods quantifying deicer performance, but with limited application in the field. In addition, most experimental data is focused on commonly used road deicers, while the information about formates is limited. This paper aims to increase the knowledge about how different conditions, namely temperature and pre-wetting, affect the deicing performance of formates. A new method for calculating the development of ice melting and penetration based on image analysis is described. Eighteen experiments, including both dry and pre-wetted sodium formate samples in three different temperatures (-2°C, -5°C and -10°C) has been completed. Preliminary results show a satisfactory degree of accuracy, ensured by comparing theoretical and experimental values. The procedure can be used to follow the melting development throughout the process, without disturbing it for manual measurements. Investigation of the effect of temperature on penetration rate and depth concluded that there is a correlation between those properties and the field conditions, resulting in smaller cavities and slower penetration process in lower temperatures. The analysis of the effects of pre-wetting on deicer performance concluded that there is a notable difference in low temperatures (-10°C), while pre-wetting has no significant effect in temperatures closer to 0°C. Implications of the results as well as possible field applications are discussed.