Bombas de vacío para simulación espacial y pruebas de vacío térmico
La simulación espacial y las pruebas de vacío térmico son etapas esenciales en el proceso de verificación y desarrollo de productos aeroespaciales. Estas pruebas replican las condiciones extremas de vacío y temperatura del espacio exterior para garantizar que los satélites, los componentes de las naves espaciales, los sensores y la aviónica funcionen de manera confiable en entornos de misión reales. Un elemento central de esta capacidad es un sistema de bomba de vacío bien diseñado que puede evacuar cámaras grandes a presiones muy bajas y al mismo tiempo respalda el ciclo térmico y el control de la desgasificación.
Este artículo explica las principales tecnologías de bombas de vacío utilizadas en cámaras de prueba de vacío térmico y simulación espacial (TVAC), los motivos de su selección y cómo se configura el sistema de bombeo completo para aplicaciones aeroespaciales.
1. ¿Qué es la simulación espacial y las pruebas TVAC?
La simulación espacial y las pruebas de vacío térmico implican colocar hardware aeroespacial en una cámara sellada y reducir la presión interna para simular vacíos a gran altitud o en el espacio exterior. Las secuencias de prueba suelen incluir:
Reducción de presión a niveles de vacío profundo
Ciclos de temperatura controlados de muy bajo a alto.
Perfiles térmicos y de presión repetibles para calificación ambiental.
Las cámaras de vacío térmico pueden funcionar a presiones tan bajas como 10⁻⁷ Torr o mejores mientras mantienen temperaturas desde muy por debajo del punto de congelación hasta varios cientos de grados Celsius, según los requisitos de la prueba.
2. Por qué son importantes las bombas de vacío en las pruebas aeroespaciales
En las pruebas de vacío térmico aeroespaciales, las bombas de vacío no son dispositivos periféricos: son una parte central de la infraestructura de pruebas con tres funciones principales:
● Lograr y mantener niveles de vacío profundos
El interior de una cámara TVAC debe aproximarse a las presiones del espacio exterior para que los materiales y la electrónica se comporten como lo harían en órbita. El vacío profundo reduce la transferencia de calor por convección y simula el vacío del espacio.
● Admite precisión de ciclos térmicos
El sistema de bomba debe mantener la baja presión durante los ciclos de aceleración térmica y de absorción térmica sin introducir contaminantes ni fluctuaciones de presión que puedan comprometer los resultados de las pruebas.
● Gestionar la desgasificación y la contaminación
El hardware aeroespacial y los componentes de la cámara liberan gases durante el calentamiento (desgasificación). El sistema de bombeo de vacío debe hacer frente a cargas elevadas de gas, a menudo sin contaminación a base de aceite.
3. Tecnologías principales de bombas de vacío en sistemas TVAC
Las cámaras de prueba TVAC aeroespaciales emplean sistemas de bombeo de múltiples etapas compuestos por bombas de desbaste, bombas de alto vacío y tecnologías de vacío especializadas opcionales. Cada tipo de bomba desempeña un papel definido en la curva de vacío desde la presión atmosférica hasta el vacío profundo.
Bombas de desbaste (evacuación primaria)
Bombas de vacío de tornillo seco y de espiral seco
Las bombas de desbaste eliminan el aire y reducen la cámara a un rango de presión de transición antes de que las bombas de alto vacío tomen el control. Para evitar la contaminación y garantizar una alta confiabilidad en entornos aeroespaciales, comúnmente se utilizan bombas de tornillo secas y de espiral sin aceite. Se prefieren especialmente cuando el retroceso del petróleo podría comprometer pruebas sensibles.
Roots y bombas Roots multietapa
A menudo se agregan bombas de vacío Roots (diseños secos multietapa) para acelerar el bombeo. Proporcionan un alto rendimiento a presiones intermedias, lo que reduce el tiempo necesario para alcanzar puntos de ajuste de alto vacío.
Bombas de Alto Vacío (Etapas Finales)
Bombas turbomoleculares (Turbos)
Una vez que la cámara está en el rango de vacío aproximado, se utilizan bombas de alto vacío, como las bombas turbomoleculares, para lograr presiones en el rango de 10⁻⁵ a 10⁻⁷ Torr e inferiores. Los turbos están configurados con bombas de respaldo apropiadas (scroll seco/tornillo) para evitar el bloqueo y permitir un funcionamiento continuo.
Las bombas turbomoleculares son fundamentales para:
Bombas criogénicas y tecnologías UHV avanzadas (opcional)
En las pruebas aeroespaciales o investigaciones de vacío ultraalto (UHV) más exigentes, las bombas criogénicas proporcionan una presión muy baja sin contaminación mecánica, pero requieren ciclos de regeneración y operación especializada.
4. Arquitectura típica del sistema de bombeo de simulación espacial
Un sistema de vacío TVAC robusto suele ser una configuración en cascada que combina los puntos fuertes de diferentes tecnologías de bomba:
Etapa de desbaste: Las bombas de tornillo seco o de desplazamiento seco eliminan el aire a granel.
Etapa de refuerzo: Las bombas Roots o de raíces multietapa aceleran el bombeo.
Etapa de alto vacío: las bombas turbomoleculares alcanzan y mantienen niveles de vacío profundos.
Etapa UHV opcional: bombas criogénicas o bombas getter para vacío ultra alto, si es necesario.
Un sistema bien diseñado integra controles y secuenciación automática de válvulas para realizar una transición suave entre etapas y gestionar los cambios de carga durante eventos térmicos y de desgasificación.
5. Consideraciones de ingeniería para sistemas de vacío aeroespaciales
Control de contaminación
Se da prioridad a las soluciones de bombeo sin aceite (por ejemplo, bombas de tornillo seco o de tornillo seco) para evitar el retroceso de hidrocarburos que podría depositarse en las superficies del hardware o afectar los sensores dentro de la cámara de prueba.
Integración de temperatura
Las pruebas de vacío térmico pasan por temperaturas extremas. Las bombas y tuberías de vacío deben ser compatibles con las estrategias de gestión térmica, incluidas trampas de frío o deflectores enfriados con nitrógeno líquido en algunos diseños.
Cumplimiento de estándares
Las cámaras de simulación espacial y los sistemas de vacío generalmente están diseñados para cumplir con los estándares de pruebas ambientales aeroespaciales, como ASTM, MIL‑STD‑810 o las normas nacionales de pruebas espaciales, lo que garantiza confiabilidad y repetibilidad.
6. Soluciones de bombas de vacío Wordfik para simulación espacial
Wordfik ofrece soluciones de bombeo de vacío diseñadas y adaptadas para simulación espacial aeroespacial y pruebas de vacío térmico:
Bombas de vacío de tornillo seco y de espiral seca para desbaste sin contaminación
Roots y bombas de refuerzo multietapa para bombeo de alto rendimiento
Bombas de vacío turbomoleculares para lograr un vacío profundo
Sistemas de Vacío TVAC integrados con controles y automatización.
Los sistemas Wordfik se dimensionan y especifican según el volumen de la cámara, la presión máxima requerida, la carga de gas de la desgasificación y la duración del ciclo de prueba, lo que garantiza un rendimiento de vacío eficiente y estable.
