Cuando la mayoría de la gentepiensa en sistemas de propulsión de cohetes, se imagina la violenta combustión que impulsa el propulsor hacia adelante y desprende un calor inmenso durante su funcionamiento.
Este calor es la razón por la que los ingenieros tienen que diseñar boosters con componentes capaces de soportartemperaturas extremadamente altas , a veces superiores a 1.000 °F.
Pero el calor no es la única condición extrema que soportan los cohetes propulsores. Estos sistemas también tienen componentes que soportan temperaturas bajo cero. El combustible de los cohetes suele almacenarse en forma de propulsante líquido (por ejemplo, hidrógeno líquido, oxígeno líquido, etc.) que debe mantenerse en condiciones criogénicas. Las temperaturas en estos tanques de combustible pueden llegar a -450°F. Estas temperaturas extremadamente bajas requieren materiales extremos, especialmente en aplicaciones de cierres mecánicos como los propulsores de cohetes.
El sellado de productos criogénicos es extremadamente importante, ya que muchos de ellos son tóxicos y/o suponen una amenaza para el medio ambiente si no se contienen adecuadamente.
Pero muchos cierres mecánicos no son adecuados para contener correctamente los productos criogénicos por varias razones. Cuando la temperatura de aplicación es demasiado baja, los lubricantes convencionales de grasa o aceite se solidifican o se vuelven excesivamente viscosos. Además, los fluidos criogénicos son muy malos lubricantes, lo que puede provocar problemas de "adherencia por deslizamiento". La falta de una película de fluido estable entre la cara de la junta y su contracara puede provocar ampollas criogénicas en la cara de la junta.
Las propiedades de autolubricación del grafito de carbono son una solución viable, pero no basta con cualquier tipo de carbono. Los grados impregnados de resina, por ejemplo, son propensos a mayores índices de formación de ampollas, ya que la resina puede volverse excesivamente quebradiza a bajas temperaturas. Estas aplicaciones suelen requerir un grado de carbono un poco más duradero.
Para la mayoría de las aplicaciones criogénicas, los grados de grafito de carbono impregnado con antimonio ofrecen la solución perfecta. El antimonio es uno de los materiales de impregnación preferidos para rellenar completamente la porosidad del grafito de carbono. La disminución de la porosidad en el grafito de carbono mejora la capacidad de autolubricación del material y aumenta su resistencia a las ampollas. Esto es especialmente importante cuando se trata de fluidos criogénicos, ya que sus viscosidades pueden ser tan bajas como 0,01 mPa∙s. Dado que estos fluidos son tan finos, pueden penetrar fácilmente en cualquier porosidad disponible del material y, si se vaporizan en cualquier punto mientras se encuentran dentro de un vacío poroso, pueden expandirse y provocar la formación de ampollas en el material.
Otra consecuencia de que los fluidos criogénicos tengan una viscosidad baja es el hecho de que se forma una película hidrodinámica muy fina entre la cara de la junta y su contracara. En los grados metalizados más duros, como el níquel, esta película es demasiado fina para mantener un sellado adecuado. Afortunadamente, el antimonio es un metal blando y puede funcionar de forma fiable en películas de fluido increíblemente finas. Como ventaja añadida, los grados de antimonio tienen una resistencia a la compresión increíblemente alta en comparación con otros grados de carbono.
A pesar de las increíbles ventajas de las calidades impregnadas de antimonio para la mayoría de las aplicaciones, existen dos situaciones en las que incluso las calidades impregnadas de antimonio no serán suficientes como material de cara de estanqueidad:
En cualquiera de estos casos, un material llamado disulfuro de molibdeno (MoS2 ) puede ser un sustituto adecuado del carbono. Esta película no contiene antimonio, que es lo que hace que los carbones impregnados de antimonio no sean seguros para aplicaciones alimentarias. Al igual que el grafito de carbono, las caras de sellado de disulfuro de molibdeno son capaces de autolubricarse mediante la formación de una película de transferencia.
El MoS2se parece mucho al grafito de carbono. Incluso tiene una estructura molecular en capas similar, lo que le permite conservar su capacidad de autolubricación incluso en entornos extremadamente secos (cuando el punto de rocío de la aplicación es inferior a -22°F). Aunque el MoS2 noes tan rentable como el grafito de carbono, es capaz de funcionar de forma excelente en entornos en los que ningún otro material tendría ninguna oportunidad.
Elgrafito de carbono y el MoS2 destacan comolubricantes sólidos líderesen para condiciones criogénicas. Existen muy pocos materiales alternativos (si es que existe alguno) capaces de sellar en entornos tan exigentes. Ambos materiales tienen un largo historial de éxitos en una amplia gama de aplicaciones de estanquidad criogénica. Ambos son de bajo peso y alto rendimiento.
Los fabricantes de carbono mejoran constantemente esta tecnología para ofrecer aún más oportunidades de estanquidad a bajas temperaturas.
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