O que é uma câmara de vácuo térmico e como ela funciona?

O que é um Câmara de vácuo térmico (TVC)?
Uma câmara de vácuo térmica é um dispositivo usado principalmente para simular as condições ambientais do espaço. As aplicações mais comuns para câmaras de vácuo térmicas envolvem testes de desempenho de satélites, controle de ciclos térmicos e testes de componentes, subsistemas e satélites inteiros em um ambiente totalmente controlado. Esses testes replicam com precisão as condições espaciais, controlando simultaneamente dois parâmetros ambientais: pressão e temperatura.
A importância dos testes de satélite
As condições de vácuo simulam o ambiente único do espaço ambiente, onde a troca de calor pode ocorrer por meio de radiação e condução.
É crucial realizar testes pré-lançamento em todas as condições que possam potencialmente prejudicar o desempenho do satélite. Se as condições de operação de um satélite no espaço não forem verificadas previamente, o risco mais comum é o congelamento ou superaquecimento dos próprios componentes do satélite.
É importante lembrar também que os satélites experimentam pressões abaixo de 10⁻⁶ milibares.
A maior parte dos danos aos componentes no espaço é causada pela radiação solar não filtrada pela atmosfera (AM0 – Massa de Ar 0). Dependendo das condições orbitais que o satélite precisa percorrer, a taxa de troca de calor pode ser maior ou menor. Alguns satélites orbitam por 90 minutos, atingindo temperaturas de aproximadamente 150 °C sob a luz solar e -190 °C durante um eclipse solar.

O projeto é analisado termicamente usando modelos térmicos, sendo posteriormente validado e testado. A Huanyi desenvolveu uma série de câmaras de vácuo térmico (TVCs), aproveitando sua vasta experiência na aplicação de diversas tecnologias a simulações de testes ambientais.

Como um câmara de vácuo térmico trabalhar?

1. Corpo externo

O corpo externo do volume de teste (recipiente) é construído em aço inoxidável de alta qualidade. Seu projeto é baseado em análises de elementos finitos (FEM) para otimizar a espessura do aço, garantindo resistência à diferença de pressão entre os ambientes interno e externo. A soldagem e o acabamento superficial são otimizados para minimizar vazamentos e desgaseificação, possibilitando a obtenção de condições de vácuo profundo.

2. Campo Térmico

O volume de teste do TVC é um cilindro de aço inoxidável com temperatura controlada, chamado de invólucro, que transfere calor para o dispositivo em teste (DUT) por meio de radiação de sua superfície interna. Dois escudos térmicos em formato de disco envolvem o cilindro em cada extremidade para obter um campo de temperatura uniforme ao redor do dispositivo em teste (DUT). O escudo consiste em duas lâminas separadas por um espaço de alguns milímetros. Esse espaço serve como canal para o fluido térmico do sistema de geração de energia térmica. Uma tinta preta especial é aplicada a essa superfície, resultando em um revestimento com alta emissividade (>0,9) e baixa perda de massa recuperada (RML

Dependendo da aplicação, podem ser utilizados diferentes tipos de sistemas de controle de temperatura:
Faixa de temperatura de -70°C a +150°C. Resfriamento mecânico com um fluido intermediário.
Um fluido (geralmente óleo térmico) circula por um circuito fechado utilizando uma bomba acoplada magneticamente, resfriada por gás refrigerante ou aquecida eletricamente. Uma das vantagens desse sistema é o seu baixo custo.
Faixa de temperatura de -180 °C a +150 °C. Nitrogênio gasoso pressurizado.
Um ventilador dedicado circula nitrogênio gasoso pressurizado através da coifa, mantendo uma densidade adequada para a troca de calor e garantindo a uniformidade da temperatura em toda a superfície radiante. O aquecimento é fornecido por resistências elétricas, enquanto o resfriamento é obtido pela pulverização de nitrogênio líquido no circuito. Este sistema proporciona excelente controle de temperatura em toda a faixa de temperatura.
Faixa de temperatura: -196 °C a +150 °C. Nitrogênio líquido + irradiador.
Neste caso, a câmara é total ou parcialmente preenchida com nitrogênio líquido a uma temperatura de -90 K (entre -196 °C e -185 °C, dependendo da pressão no circuito). Isso cria um ambiente criogênico radiante ao redor do objeto a ser medido. A circulação de nitrogênio líquido na câmara pode ser natural ou forçada por uma bomba. Elementos de aquecimento (lâmpadas ou emissores infravermelhos) colocados em uma estrutura especial dentro do volume de teste são usados ​​para aquecer ou controlar moderadamente a temperatura do objeto de teste.

Faixa de temperatura: -196 °C a +150 °C. Nitrogênio líquido + irradiador.

Neste caso, o invólucro é total ou parcialmente preenchido com nitrogênio líquido, atingindo uma temperatura de -90 K (entre -196 °C e -185 °C, dependendo da pressão dentro do circuito). Isso cria um ambiente criogênico radiante ao redor do objeto de teste. A circulação de nitrogênio líquido no invólucro pode ser natural ou forçada por uma bomba. Elementos de aquecimento (lâmpadas ou emissores infravermelhos) colocados em uma estrutura especial dentro do volume de teste são usados ​​para aquecer ou controlar moderadamente a temperatura do objeto de teste.