Desarrollo de un caudalímetro para propelentes líquidos de vehículos espaciales

Abstract

Se presenta el desarrollo de un caudalímetro a turbina para medición de caudales de propelentes de vehículos espaciales a combustible líquido, realizado por requerimiento de las autoridades nacionales de desarrollo espacial. Los caudalímetros a turbina axiales logran su mejor desempeño en la medición de flujo de fluidos con bajas viscosidades cinemáticas, siendo en general lineales para regímenes subsónicos y flujos turbulentos. Bajo estas condiciones la estabilidad mecánica de este tipo de dispositivos ofrece una excelente performance en la repetibilidad. El diseño básicamente incorpora un rotor con álabes suspendido axialmente en la dirección del flujo en el interior del ducto conductor de fluido. La velocidad angular de la turbina es proporcional al caudal y medida por un sensor. Del análisis de requerimientos se establece como alcance del trabajo el diseño de un caudalímetro a turbina para medir hasta 10litro/s para propelentes MMH y NTO, y pérdida de carga máxima de 1bar a máximo caudal. La metodología aplicada sigue los clásicos lineamientos de la ingeniería de desarrollo: análisis de requerimientos, estudios de factibilidad, diseños preliminar y definitivo, cálculos, simulación, construcción de partes, integración, ensayos y evaluación. Partiendo de las leyes de conservación de masa y variación de cantidad de movimiento se deduce la formulación de cuplas activas y parásitas que se ejercen sobre el rotor, estando estas últimas representadas por la resistencia de deslizamiento del fluido en la superficie de las palas, drag producido por el cubo con el fluido y momentos originados por el sensor electromagnético y fricción de rodamientos, las que, junto con las propiedades del fluido circulante, influyen en la determinación del factor K (pulsos/litro) del instrumento para los fluidos considerados. El caudalímetro fue construido y ensayado exitosamente, presentándose los resultados obtenidos.