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Enfriamiento por transpiración

El enfriamiento por transpiración es un proceso termodinámico en el que el enfriamiento se logra mediante el proceso de mover un líquido o un gas a través de la pared de una estructura para absorber una parte de la energía térmica de la estructura y al mismo tiempo reducir activamente el flujo de calor convectivo y radiativo [1]. entrando a la estructura desde el espacio circundante. [2]

Un enfoque para el enfriamiento por transpiración es mover el líquido a través de pequeños poros en la pared exterior de un cuerpo, lo que lleva a la evaporación del líquido a gas mediante el mecanismo físico del enfriamiento por evaporación . Son posibles otros enfoques. [2] [3]

Aplicaciones

El enfriamiento por transpiración se utiliza en la industria aeroespacial , en motores a reacción [4] y de cohetes. [5] [6] En 2018, investigadores de la Universidad de Oxford estaban probando experimentalmente el enfriamiento por transpiración como un sistema de protección térmica para vehículos hipersónicos como cohetes o aviones espaciales . [7] [3]

El enfriamiento por transpiración es una de una variedad de técnicas de enfriamiento que pueden usarse para reducir las cargas de enfriamiento regenerativo en los motores de cohetes y, posteriormente, reducir los requisitos de propulsor. Existen otras técnicas, como el enfriamiento de película , el enfriamiento ablativo , el enfriamiento radiativo, el enfriamiento por disipador de calor y el enfriamiento por descarga. [5]

Se está considerando el uso del enfriamiento por transpiración en vehículos espaciales que reingresan a la atmósfera de la Tierra a velocidades hipersónicas, donde una piel exterior enfriada por transpiración podría servir como parte del sistema de protección térmica de la nave espacial que reingresa. [8] [9] [1] [10] SpaceX mencionó públicamente un sistema de este tipo en 2019 para su uso en su segunda etapa reutilizable Starship y en su nave espacial orbital para mitigar las duras condiciones de reentrada. El concepto de diseño preveía una doble piel de acero inoxidable, con refrigerante activo fluyendo entre las dos capas, y algunas áreas contienen además múltiples poros pequeños que permitirían el enfriamiento por transpiración. [8] [11] [1] Después del diseño y las pruebas en laboratorios terrestres, SpaceX declaró posteriormente que, aunque se estaba desarrollando un enfoque alternativo de mitigación del calor, utilizando baldosas cerámicas de bajo costo en el lado de barlovento de Starship, [12] [13 ] El enfriamiento por transpiración podría usarse en algunas áreas. Se espera que se hagan públicos pocos detalles sobre el diseño, ya que la ley estadounidense impide que SpaceX divulgue dicha información. [14]

Ver también

Referencias

  1. ^ abc https://www.teslarati.com/spacex-ceo-elon-musk-starship-transpiring-steel-heat-shield-interview/ Archivado el 24 de enero de 2019 en Wayback Machine El director ejecutivo de SpaceX, Elon Musk, explica la "transpiración" de Starship "Escudo térmico de acero en preguntas y respuestas], Eric Ralph, Teslarati News , 23 de enero de 2019, consultado el 30 de enero de 2019.
  2. ^ ab Transpiration Cooling Archivado el 30 de enero de 2019 en Wayback Machine , Thermopedia.com, consultado el 30 de enero de 2019.
  3. ^ ab Ifti, Hassan Saad; Hermann, Tobías; McGilvray, Matthew (15 de septiembre de 2018). "Caracterización del flujo de medios porosos transpirantes para vehículos hipersónicos". 22ª Conferencia Internacional de Tecnologías y Sistemas Hipersónicos y Aviones Espaciales de la AIAA. Foro ESPACIO AIAA. Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica . doi :10.2514/6.2018-5167. ISBN 978-1-62410-577-7. S2CID  139312401.
  4. ^ Sistemas de enfriamiento por transpiración para turbinas de motores a reacción y vuelos hipersónicos Archivado el 2 de agosto de 2020 en Wayback Machine , consultado el 30 de enero de 2019.
  5. ^ ab Brillo, SR; Nidhi, S. Shri (2018). "Revisión sobre refrigeración por película de motores de cohetes líquidos". Investigación de propulsión y potencia . 7 : 1–18. doi : 10.1016/j.jppr.2018.01.004 .
  6. ^ Keener, D.; Lenertz, J.; Bowersox, R.; Bowman, J. (1995). "Efectos del enfriamiento por transpiración sobre la transferencia de calor y el rendimiento de la boquilla". Revista de naves espaciales y cohetes . 32 (6): 981–985. Código Bib : 1995JSpRo..32..981K. doi :10.2514/3.26718.
  7. ^ Hermann, T.; Iftí, HS; McGilvray, M.; Doherty, L.; Geraets, RP (26 de noviembre de 2018). Características de mezcla en un flujo hipersónico alrededor de un modelo de placa plana enfriado por transpiración. Archivado desde el original el 10 de octubre de 2020 . Consultado el 10 de octubre de 2020 .
  8. ^ ab Gebhardt, Chris (3 de abril de 2019). "Starhopper realiza la prueba Raptor Static Fire". NASASpaceFlight.com . Archivado desde el original el 4 de abril de 2019 . Consultado el 4 de abril de 2019 . El enfriamiento por transpiración es el acto de bombear refrigerante (en este caso, metano líquido) a través de la estructura de la piel de Starship para absorber calor adicional en áreas particulares del vehículo durante el reingreso.
  9. ^ https://www.space.com/43101-elon-musk-explains-stainless-steel-starship.html Archivado el 3 de febrero de 2019 en Wayback Machine Por qué Elon Musk recurrió al acero inoxidable para el cohete Starship Mars de SpaceX], Mike Wall, space.com, 23 de enero de 2019, consultado el 30 de enero de 2019.
  10. ^ "La nave espacial de acero de SpaceX brilla durante el reingreso a la Tierra en el primer renderizado de alta calidad". 26 de marzo de 2019. Archivado desde el original el 26 de marzo de 2019 . Consultado el 26 de marzo de 2019 .
  11. ^ La nave espacial SpaceX "sangrará agua" de pequeños agujeros, dice Elon Musk Archivado el 24 de enero de 2019 en Wayback Machine . Kristin Houser, Futurismo . 22 de enero de 2019.
  12. ^ Podríamos hacerlo, pero desarrollamos baldosas reutilizables de bajo costo que son mucho más livianas que el enfriamiento por transpiración y bastante robustas. Archivado el 24 de septiembre de 2019 en Wayback Machine , Elon Musk, 24 de septiembre de 2019, consultado el 24 de septiembre de 2019.
  13. ^ Ralph, Eric. "SpaceX prueba las baldosas cerámicas del escudo térmico de Starship en la prueba de vuelo final de Starhopper". Teslarati . Archivado desde el original el 24 de septiembre de 2019 . Consultado el 8 de septiembre de 2019 .
  14. ^ P: ¿Sigue considerando el enfriamiento por transpiración para los puntos críticos más vulnerables o las placas de protección térmica son lo suficientemente resistentes? R: Podría usarse en algunas áreas. Las leyes ITAR nos impiden ser demasiado específicos sobre las soluciones. Archivado el 10 de octubre de 2020 en Wayback Machine , Elon Musk, 9 de octubre de 2020, consultado el 10 de octubre de 2020.