OPTIMIZACION Y AJUSTE DE UNA CAMARA DE VACIO TERMICO PARA SU CONVERSION EN UNA CAMARA DE ALTITUD Y SIMULACION ESPACIAL

Abstract

La importancia de realizar ensayos ambientales se debe a la necesidad de evaluar, certificar y validar cualquier vehículo, componente u objeto sometido a las condiciones extremas del espacio. Por ello, este trabajo se va a centrar en la adaptación y mejora de una cámara de vacío térmico, que se encuentra en desuso, para su posterior conversión en una cámara de altitud y simulador espacial denominado COSMOS 03.

Inicialmente se parte de una cámara de vacío térmico que tras 50 años en uso llega al fin de su vida útil. De este simulador se aprovecha únicamente la cámara, es decir, la vasija de acero inoxidable, ya que la camisa térmica que utilizaba para enfriar y calentar la cámara iba orientada a un sistema de compresión mecánica mediante la circulación de un refrigerante. Sin embargo, los refrigerantes en su mayoría no son sostenibles y están expuestos a continuos cambios, también el resto de equipos del laboratorio empelan un sistema térmico criogénico mediante nitrógeno gas, por lo que se aprovecha la instalación de nitrógeno para el empleo de enfriamiento y calentamiento del sistema.

A continuación, es imprescindible una comparativa de los distintos simuladores disponibles en el Área de Ensayos Ambientales en INTA, ya que se quiere optimizar la cámara de partida y establecer los requerimientos del nuevo diseño. Se observa que los equipos del laboratorio no pueden controlar la velocidad a la que se hace el vacío ni la regulación del mismo. Por este motivo, se busca aprovechar la cámara en desuso y mejorar las condiciones de ensayo.

Por tanto, se estudia y desarrolla de manera propia el diseño del nuevo simulador COSMOS 03. La definición de los requerimientos en cada componente es crucial para obtener un funcionamiento óptimo. En primer lugar, cabe destacar los rangos de operación de cada uno de los sistemas. La cámara de altitud opera en un rango de alturas desde el nivel del mar hasta los 50100 m equivalente a una presión de 0,05 mbar. Y el simulador espacial interviene desde este rango de presión hasta los 10$^{-6}$ mbar simulando las condiciones del espacio.

Posteriormente, se especifican y diseñan de manera minuciosa los sistemas vitales para el COSMOS 03. El sistema de vacío es el que se encarga de mantener una baja presión en el interior de la cámara, llegando hasta los 10^(-6) mbar. El sistema térmico crea las condiciones de temperatura requeridas estableciendo un rango de temperaturas entre -180ºC y 160ºC. Para poder controlar este rango se realiza un diseño en CAD de la camisa térmica o shroud (del inglés) por donde va a circular nitrógeno gas con ayuda de un ventilador, y en consecuencia producir la transferencia de calor por radiación simulando las condiciones extremas. Además de realizar un análisis térmico para los escenarios más críticos y desfavorables.

Finalmente, la estimación económica refleja el beneficio y amortización de la reutilización de la cámara y del nuevo diseño COSMOS 03.