En profundidad
Figura 6. Campo Temperatura cámara de combustion
resultados validados con termopares
(ver figura 3), los cuales sirvieron para
detectar las posibles fuentes de error
y las acciones encaminadas a la re-ducción
de los mismos. Se decidió co-menzar
la puesta a punto de la técnica
en estas instalaciones, por su capa-cidad
de generar un chorro de gases
cuasi-estacionario, de caudal, riqueza
y por lo tanto composición y distribu-ción
de temperatura controlados.
Para la captación de las imágenes ter-mográficas
se empleó una cámara in-frarroja
sensible en el espectro de 3-5
μm. Con la elección de esta banda de
captación, se asegura la recepción de la
emisión de CO2, principal emisor de ra-diación
térmica en flujos de combustión.
Con ayuda de un cuerpo negro de
cavidad y la repetición de ensayos en
la pluma de la cámara de combus-tión,
se pudo caracterizar hasta nue-ve
puntos de la pluma. Al tratarse de
una pluma axil-simétrica, todos estos
puntos fueron ubicados en la mitad
superior del chorro de gases. De es-tos
resultados puntuales se obtuvo,
mediante interpolación, el campo de
temperatura real de la pluma.
Una vez que la metodología fue com-probada
en estas instalaciones, se
decidió trasladarla al banco de moto-res
cohete de INTA – Campus La Ma-rañosa
(ver figura 4).
Los chorros de gases bajo estudio
fueron generados por unidades base
bleed de 105 mm, proporcionados
por Expal Systems S.A. Con ayuda de
dos fuentes de radiación conocidas y
ocho unidades base bleed idénticas,
se llegaron a caracterizar hasta doce
puntos de temperatura real de la plu-ma.
Dos unidades fueron empleadas
para la Medida 2 (radiancia aparente
del chorro), mientras que las otras seis
unidades fueron destinadas para la
Medida 3 (radiancia de la fuente a tra-vés
del chorro). Nuevamente, debido a
la simetría axial de la pluma, se decidió
caracterizar únicamente una de sus
mitades. Interpolando estos resultados
se obtuvo el primer mapa de tempera-tura
real de la pluma de un base bleed.
Para la captación de las imágenes
termográficas se empleó la misma
cámara infrarroja que en los ensayos
anteriores. Las fuentes de radiación
utilizadas fueron dos cuerpos negros
de cavidad comandados a su tem-peratura
máxima: 1000 ºC y 1200 ºC
(ver figura 5). Estos equipos permiten
la emisión continua de una alta radia-ción
térmica, esencial para el éxito de
la técnica cuando la radiación de la
pluma es elevada.
De cara a la comprobación de la efec-tividad
de la técnica, se instrumentó
una novena pluma con termopares
en algunos de los puntos ya caracte-rizados.
Los termopares empleados
fueron de tipo C capaces de aguan-tar
altas temperaturas. Aunque estos
sensores no están recomendados
para atmósferas oxidantes, permiten
obtener un orden de magnitud de la
temperatura esperada en la pluma.
Resultados
En primer lugar, se analizan los resulta-dos
obtenidos de los ensayos prelimi-nares
en la cámara de combustión. La
figura 6 muestra el campo de tempera-tura
obtenido de la pluma dicha cámara.
De estos primeros ensayos con la
metodología de estimación de la emi-sividad
de la pluma, se obtuvieron
resultados prometedores. En su com-paración
con los termopares,la técni-ca
infravaloró entre un 12 y 14 % los
valores de temperatura registrados
por estos sensores. De ensayos para-lelos
llevados a cabo en esta campa-ña,
se pudo verificar que el error en la
estimación de la temperatura dismi-nuía
a medida que aumentaba la tem-peratura
de la fuente seleccionada.
En cuanto a los ensayos con unida-des
base bleed (ver figura 7) el campo
de temperatura obtenido represen-taba
únicamente una región de 350
mmx35 mm dentro de la pluma. Su-poniendo
simetría axial, se pudo ob-tener
el campo de temperatura real
mostrado en la figura 8.
Las diferencias máximas encontradas
en los puntos medidos con termopa-res
fueron del 30 %. Estas diferencias
pueden ser debidas a varias razones.
La primera de ellas se debe a la incon-gruencia
de lo que se está midiendo,
mientras que el termopar ofrece un va-lor
puntual, la metodología arroja valo-res
de temperatura del camino óptico
del chorro, es decir, una temperatura
media de todo el ancho de la pluma
observado desde el punto de vista de
la cámara infrarroja. Además, como se
ha comentado anteriormente, los ter-mopares
tipo C, pueden degradarse
en atmósferas oxidantes. Esto puede
provocar que las medidas realizadas
cuenten con un error, el cual no fue
acotado durante los ensayos.
En cualquier caso, la técnica propues-ta
mejora significativamente la estima-ción
de la temperatura real respecto
de la captación directa de la tempe-ratura
aparente. Esta estimación de la
emisividad permite precisar la tempe-ratura
máxima del chorro con un 10%
de error respecto a los termopares.
Mientras la medida directa del chorro
ofrece temperaturas máximas en tor-no
a los 800 ºC, la aplicación de la me-todología
la eleva hasta los 1500 ºC.
Conclusiones, mejoras y
propuestas de futuro
La principal aplicación de este estudio
en Defensa es la capacidad de carac-terizar
la firma y las solicitudes térmicas
en las plataformas de cualquier pluma
26 Boletín de Observación Tecnológica en Defensa n.º 65. Segundo trimestre 2020