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Enfriamiento por transpiración

El enfriamiento por transpiración es un proceso termodinámico en el que el enfriamiento se logra mediante un proceso de movimiento de un líquido o un gas a través de la pared de una estructura para absorber una parte de la energía térmica de la estructura mientras que simultáneamente se reduce activamente el flujo de calor convectivo y radiativo [1] que ingresa a la estructura desde el espacio circundante. [2]

Un método para enfriar 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 a través del mecanismo físico de enfriamiento por evaporación . Existen otros métodos posibles. [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 las diversas técnicas de enfriamiento que se pueden utilizar para reducir las cargas de enfriamiento regenerativo en los motores de cohetes y, en consecuencia, reducir los requisitos de combustible. Existen otras técnicas, como el enfriamiento por película , el enfriamiento ablativo , el enfriamiento radiativo, el enfriamiento por disipador de calor y el enfriamiento por descarga. [5]

Se está considerando el uso de refrigeración 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 nave espacial orbital para mitigar las duras condiciones de reingreso. El concepto de diseño preveía una doble piel de acero inoxidable, con refrigerante activo fluyendo entre las dos capas, con algunas áreas que contienen además múltiples poros pequeños que permitirían la refrigeración 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 de cerámica de bajo costo en el lado de barlovento de Starship), [12] [13] la refrigeración por transpiración podría usarse en algunas áreas. Se espera que se revelen pocos detalles sobre el diseño, ya que la ley estadounidense impide a SpaceX divulgar dicha información. [14]

Véase 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 Elon Musk, director ejecutivo de SpaceX, explica el escudo térmico de acero "transpirable" de Starship en una sesión de preguntas y respuestas, Eric Ralph, Teslarati News , 23 de enero de 2019, consultado el 30 de enero de 2019
  2. ^ ab Transpiración Enfriamiento 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, Tobias; McGilvray, Matthew (15 de septiembre de 2018). "Caracterización del flujo de medios porosos transpirantes para vehículos hipersónicos". 22.ª Conferencia internacional de la AIAA sobre aviones espaciales y sistemas y tecnologías hipersónicos. Foro AIAA SPACE. Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica . doi :10.2514/6.2018-5167. ISBN . 978-1-62410-577-7. Número de identificación  S2C139312401.
  4. ^ Sistemas de enfriamiento por transpiración para turbinas de motores a reacción y vuelo hipersónico Archivado el 2 de agosto de 2020 en Wayback Machine , consultado el 30 de enero de 2019.
  5. ^ ab Shine, 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 en la transferencia de calor y el rendimiento de la boquilla". Journal of Spacecraft and Rockets . 32 (6): 981–985. Bibcode :1995JSpRo..32..981K. doi :10.2514/3.26718.
  7. ^ Hermann, T.; Ifti, 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 enfriada 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 de fuego estático del Raptor". NASASpaceFlight.com . Archivado del 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 específicas 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 su reingreso a la Tierra en el primer render 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 de SpaceX "sangrará agua" por pequeños agujeros, dice Elon Musk Archivado el 24 de enero de 2019 en Wayback Machine . Kristin Houser, Futurism . 22 de enero de 2019.
  12. ^ Podríamos hacerlo, pero desarrollamos baldosas reutilizables de bajo costo que son mucho más livianas que las de enfriamiento por transpiración y bastante robustas Archivado 2019-09-24 en Wayback Machine , Elon Musk, 24 de septiembre de 2019, consultado el 24 de septiembre de 2019.
  13. ^ Ralph, Eric. «SpaceX prueba las placas de cerámica 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: ¿Aún están considerando la refrigeración por transpiración para los puntos calientes 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.