Los compresores de aire en el espacio son los héroes anónimos de cada misión. Pero somos grandes fans de los compresores de aire y del espacio, así que pensamos en compartir un poco sobre cómo agencias espaciales como la NASA están usando aire comprimido en el espacio exterior.
Si quisieras volar a la luna, probablemente pensarías mucho en combustible líquido en tanques gigantes y mucho, mucho empuje. Pero, si olvidas añadir aire comprimido, no llegarás a ningún sitio de forma segura ni eficiente. Los compresores de aire en el espacio exterior mantienen vivos a todos nuestros astronautas desde el despegue del transbordador hasta que respiran correctamente durante todo su viaje y durante la reentrada.
Los compresores de aire en motores espaciales juegan un papel importante en el futuro de los viajes porque permitirán que los sistemas sean más inteligentes, eficientes y ligeros. Aunque cada día se crean y adoptan nuevas tecnologías en el espacio, el aire comprimido sigue siendo una constante.
Bombas de calor: Uso de compresores de aire en el espacio en su lugar
Actualmente, los compresores sin aceite son utilizados por el sistema de bomba de calor de la Estación Espacial Internacional, pero son “insensibles a la gravedad”. Esto significa que los compresores pueden compensar problemas que normalmente habrían provocado la refrigeración de materiales —como el aceite en algunos compresores— que podrían acumularse o fluir en una dirección no estándar.
Los astronautas están utilizando este aire comprimido en el espacio exterior para gestionar su suministro de aire, realizar experimentos, mantener los propulsores funcionando eficientemente para que los vehículos y las estaciones espaciales permanezcan en órbita y mantener una temperatura cómoda para todos los que están a bordo.
Por ejemplo, los fluidos que normalmente se mezclan y combinan fácilmente aquí en la Tierra en realidad se rompen en perlas separadas de cada fluido, incluso cuando viajan juntos, cuando están en el espacio. Sin la gravedad terrestre, la separación de estos fluidos podría suponer un riesgo y provocar que una bomba de calor tradicional o compresores de aire dependientes de líquidos en el espacio sufran fallos.
Los avances en la tecnología de bombas de calor han dado lugar a unidades de bajo consumo y extremadamente eficientes, lo que las hace perfectas para una variedad de sistemas en transbordadores espaciales y estaciones espaciales.
Se están adoptando compresores que funcionan con aire y vapores porque ofrecen una larga vida útil y un uso fiable durante muchos años, especialmente en comparación con las bombas de calor que requieren un líquido para la refrigeración. Los sistemas basados en líquidos ya presentan problemas como la cavitación, pero suponen aún más riesgos en el espacio porque funcionan de forma diferente.
Cómo la NASA impulsa cohetes con aire comprimido
El aire comprimido juega un papel importante en que los transbordadores de la NASA alcancen la velocidad de escape, que comienza a 25.000 mph o unas 7 millas por segundo.
Los motores de turbina impulsan la gran mayoría de los aviones militares y del sector privado en el cielo hoy en día. Cada turbina dependerá de un compresor de aire que aumenta la presión del aire antes de que entre en un combustor. Cuanto mejor funciona el compresor de aire, mejor será el rendimiento del motor, especialmente en el punto de combustión del combustible, según la NASA.
En estos compresores de aire de cohete se utilizan compresores centrífugos como bombas. Muchos motores, desde turborreactores y turbofáneos hasta postquemadores, utilizan aire comprimido para ayudar a encender su fuente de combustible. Al pasarlo a través de una tobera, el aire comprimido puede llegar a fuentes de combustible incluso durante eventos de alto estrés como el despegue de un cohete.
Motores cohete y aire comprimido
Una de las formas en que la NASA alimenta los cohetes con aire comprimido es almacenando una cantidad significativa de oxígeno comprimido y oxígeno líquido. Las bombas y válvulas utilizan aire comprimido para empujar ambos líquidos comprimidos hacia la cámara de combustión, creando una ráfaga caliente de gases de escape que sirve para propulsar el cohete.
Esencialmente, un compresor de aire es el componente oculto que asegura que el combustible se mezcla a la velocidad correcta y viaje correctamente a la cámara de combustión, de modo que el motor cohete dé el empuje necesario para entrar en el espacio exterior.
Motores del Transbordador de la NASA
Los transbordadores espaciales de la NASA utilizan un trío de motores principales junto con un propulsor sólido para generar la sustentación necesaria para llevar el transbordador espacial y otros vehículos al espacio exterior. Los motores principales del transbordador espacial se encenden durante el despegue y pueden funcionar hasta 8,5 minutos después de un lanzamiento, que es la duración típica de un vuelo propulsado para el transbordador espacial.
Todos los motores lanzadera requieren compresores de aire potentes — compresores centrífugos — para poder llevar aire comprimido al combustible líquido con el fin de encendido y aceleración controlada.
Cuando el transbordador despega, acelera quemando hidrógeno líquido, que se almacena a menos 423 grados Fahrenheit (menos 252,8 grados Celsius), así como oxígeno líquido. Se requieren compresores de aire para que este funcionamiento funcione sin problemas. El enorme tanque naranja que todos reconocemos tiene una capacidad de aproximadamente 500.000 galones de estos líquidos.
Las temperaturas en la cámara de combustión del motor principal aumentarán a más de 6.000 grados Fahrenheit (3.315,6 grados Celsius).
El transbordador consumirá suficiente combustible líquido como para llenar una piscina cada 25 segundos. Durante esta aceleración, las turbinas giran unas 13 veces más rápido que las de tu coche cuando circulas por la autopista. Eso significa que los compresores centrífugos deben trabajar a horas extras para que todo funcione correctamente.
Es un trabajo enorme, y cómo la NASA alimenta los cohetes con aire comprimido depende tanto de despegar como de mantener el soporte vital una vez que estén en el espacio exterior. También abordaremos las aplicaciones prácticas de la vida gracias al uso de aire comprimido en el espacio exterior.
Compresores centrífugos
Los compresores centrífugos se utilizan en muchas aplicaciones industriales, incluida la aeroespacial, porque tienen menos piezas que se conectan entre sí, además de ofrecer una alta eficiencia energética y un flujo de aire significativamente mayor en comparación con otros compresores del mismo tamaño.
Ese requisito de tamaño es ideal para vuelos espaciales y otras aplicaciones espaciales porque cada libra y cada centímetro puede suponer una carga o bendición significativa.
Los compresores centrífugos funcionan aspirando aire hacia el centro a través de un impulsor giratorio. Las palas radiales giran y atraen el aire usando fuerza centrífuga, aumentando la presión y generando energía cinética. El aire cinético generado durante este movimiento puede utilizarse para mejorar aún más la compresión del aire.
Normalmente, este tipo de compresores de aire funcionan con motores eléctricos de ultra alta velocidad que accionan los impulsores. La buena noticia para la NASA es que este tipo de compresor no necesitará mucho espacio ni un sistema de lubricación a base de aceite. El doble beneficio es que la NASA no tiene que planificar que el petróleo opere en un entorno donde pueda estar superenfriado o calentado, además de garantizar que el aire sea 100% libre de aceite.
SABRE: La siguiente evolución del uso de aire comprimido en el espacio exterior
Los compresores de aire en el espacio suelen operar en sistemas de propulsión tradicionales que mueven cohetes o componentes internos en transbordadores y estaciones espaciales. Sin embargo, están a punto de desempeñar un papel mucho más importante en el futuro del vuelo espacial ahora que un concepto de motor SABRE (Motor Cohete Sinergético de Respiración de Aire) ha superado la prueba de viabilidad de la Fuerza Aérea de EE. UU.
El avión espacial reutilizable Skylon de Reaction Engines utiliza un motor SABRE para mejorar su propulsión porque funciona como un scramjet. Esencialmente, esto significa que reducirá la carga de propelente gracias a la capacidad de operar como un jet tradicional en la atmósfera y luego usar propulsión de cohete en vuelos espaciales.
La doble funcionalidad significa que el motor no necesitará transportar tanto ogénito comprimido, que se utiliza para quemar su combustible de hidrógeno líquido.
Los sistemas SABRE son extremadamente complejos y dependen del aire comprimido para múltiples funciones. Por ejemplo, el aire necesita enfriarse significativamente antes de entrar en la unidad SABRE. En este caso, estamos hablando de enfriar de 1.000° C (1.832° F) a menos 150° C (menos 302° F) en 1/100 de segundo. Los intercambiadores de calor industriales pueden hacer esto, pero también pueden tener el tamaño de un bus. La unidad SABRE necesita algo pequeño y ligero que pueda transportar fácilmente.
Tras la refrigeración, los compresores de aire en el espacio exterior alimentarían el aire comprimido directamente en la cámara de combustión del motor para encender el hidrógeno líquido almacenado. Se genera alta presión que proporciona al motor un empuje significativo para alcanzar velocidades y altitudes extremadamente altas.
Los compresores de aire capaces de enfriar el aire pueden estar hechos de materiales extremadamente ligeros pero duraderos, necesarios para cualquier cosa que se dirija al espacio exterior.
Respirando en el espacio
Respirar en el espacio, ya sea en la estación espacial o en un vehículo como un transbordador, requiere aire comprimido de distintos tipos y composiciones.
La atmósfera terrestre es un 78 por ciento nitrógeno, un 21 por ciento oxígeno y un por ciento de otros gases, a una presión de una atmósfera, que es de aproximadamente 14 libras por2.
Los vehículos espaciales transportan osígeno líquido y nitrógeno líquido en tanques presurizados que dependen de un compresor de aire para ayudar a regularse. Los compresores también pueden ayudar a mantener el flujo de estos gases fuera de sus tanques. Se combinan a la velocidad y presión adecuadas mediante un sistema interno de presurización de cabina.
En órbita, un transbordador espacial solo utilizará un sistema oxígeno-nitrógeno. Sin embargo, durante el despegue, ambos sistemas se utilizarán para ayudar a mantener a todos y todos los componentes a bordo funcionando en su mejor momento.
El aire que circula a través del transbordador espacial o la estación espacial tendrá algunos elementos comunes en compresores de aire y soluciones industriales de aire — especialmente los sistemas de limpieza de aire que a menudo vemos combinados con compresores usados cerca de aplicaciones de aguas residuales. Estos elementos incluyen:
- Intercambiadores de calor, que son comunes debido a las extremas fluctuaciones de temperatura en los vehículos espaciales. También son el elemento principal que se utiliza para extraer agua del aire, tras lo cual el aire se recircula y el agua se traslada a un contenedor de residuos. En el espacio, cuando exhalas, hay vapor de agua que hay que recoger para evitar dañar el equipo.
- Contenedores de dióxido de carbono que eliminan dióxido de carbono del aire. Estos funcionan permitiendo que el aire interactúe con el hidróxido de litio. Los sistemas de compresión pueden utilizarse para mover este aire a través del hidróxido de litio en situaciones de emergencia donde existen preocupaciones sobre la calidad del aire o cuando ciertas partes del transbordador o estación están apagadas para reparaciones.
- Filtros y botes de carbón que se utilizan para eliminar olores y partículas finas, así como para ayudar a limpiar experimentos. Estos son especialmente importantes al trabajar con productos químicos volátiles y si estás desgasificando.
¿Y ahora qué?
A finales de 2014, la NASA adoptó un nuevo tipo de contenedor de aire comprimido y gas que proporcionará aire respirable para los astronautas en la Estación Espacial Internacional.
El nuevo sistema es un Sistema de Recarga de Nitrógeno/Oxígeno, o NORS, con tanques que ofrecen un uso intercambiable en toda la estación espacial. Los tanques y sus dispositivos están diseñados para funcionar con la red de suministro de aire existente de la EEI, pero también pueden usarse en aplicaciones especiales e individuales si es necesario.
Inicialmente, los depósitos NORS se utilizarán para reemplazar y rellenar el aire existente. Al trabajar con un compresor de aire de primera calidad, estos nuevos tanques pueden almacenar aire presurizado de hasta 6.000 libras, lo que es más del doble de la carga del anterior conjunto de tanques. Eso significa que hay mucho más aire disponible en cada tanque, reduciendo el número de veces que los transbordadores tendrán que traer aire para reabastecer la EEI.
Una cosa sorprendente sobre cómo la NASA está usando aire comprimido en el espacio exterior es que estos tanques se calientan extremadamente cuando se llenan en la Instalación de Procesamiento de la Estación Espacial en el Centro Espacial Kennedy en Florida. Están tan calientes que hay que dejarlos en un soporte durante todo el día para que se enfríen tras la presurización.
“Realmente no hay otro lugar en el mundo que opere hasta 10.000 libras por pulgada cuadrada como este en un entorno operativo”, dice Steve Bigos, líder del proyecto NORS en el Centro Espacial Kennedy.
Los compresores de aire en el espacio exterior a menudo comenzaban con unidades aéreas individuales y propulsión por cohetes, pero estos nuevos tanques ayudan a la NASA y otras agencias espaciales a expandirse hacia nuevos métodos. Los nuevos tanques se utilizarán en el sistema de refrigeración a base de amoníaco de la EEI, así como en una variedad de otros experimentos y sistemas de reparación.
Contáctanos Más información Encuentra un concesionario cerca de ti
¿Estás preparado para el espacio?
Puede que no vayas al espacio exterior en un futuro próximo, pero apostamos a que tus operaciones pueden usar aire comprimido para lograr muchas cosas increíbles.
Para saber más sobre las cosas increíbles que pueden hacer el aire comprimido y el gas, visita nuestra página de recursos aquí. Te ayudaremos a identificar áreas donde podrías ahorrar tiempo y dinero con un compresor de aire, calcular el aire comprimido que necesitas y cómo documentar correctamente la seguridad necesaria para hacer funcionar tu compresor.
El aire comprimido y el gas crean un mundo increíble, y Quincy Compressor quiere ayudarte a explorar mientras mejoras tu negocio y tus operaciones diarias. Cuando estés listo para empezar a ver exactamente qué puede hacer Quincy por ti, visita nuestra página de localización de servicios para encontrarnos y concertar una cita para que nos veamos.
