ablativos

PACM, seguido de una fuerte contracción debido al escape de los gases y la reducción gradual de la presión interna, lo cual puede generar fenómenos de erosión o delaminación [5].

3.4 TÉCNICAS DE ENSAYO PARA LA CARACTERIZACIÓN DE

COMPUESTOS ABLATIVOS En cuanto a la caracterización y evaluación del comportamiento ablativo de los materiales TPS, Natali et al. [5] recopila las principales técnicas de ensayo aplicadas y sus fundamentos experimentales. Se destacan, entre todos los ensayos, el uso de llama directa (antorchas de gas) y plasma de arco, como instrumentos experimentales de simulación de entornos hipertérmicos. Al respecto, la selección de las técnicas de ensayo depende de la identificación del entorno hipertérmico simulado que más se aproxime a las condiciones reales de servicio a las cuales se someterán los elementos y/o aplicaciones. Lo anteriormente mencionado es importante, debido a que el comportamiento ablativo de un material está influenciado por las variables de ensayo previamente fijadas. En cualquier caso, las propiedades térmicas deben ser correlacionadas con las propiedades fisicoquímicas y mecánicas. Técnicas avanzadas de caracterización de materiales, como la termogravimetría (TGA), que corresponde a un ensayo de análisis térmico por medio del cual la masa de un material se mide a medida que cambia la temperatura, han sido utilizadas con éxito como un complemento de análisis desde el punto de vista microestructural. No obstante, en un ensayo de TGA avanzado tan solo se pueden alcanzar temperaturas por debajo de los 1 800 °C, un valor inferior a la temperatura real de funcionamiento de componentes de propulsión, como la cámara de combustión y la tobera de un motor cohete, que pueden alcanzar valores superiores a los 3 000 °C. Así mismo, las velocidades de calentamiento (°C/min) entre el ensayo de TGA y las condiciones reales de servicio no son comparables, dado que durante el ensayo se logran SOLO PARA USO ACADÉMICO velocidades de hasta 500 °C, mientras que bajo condiciones de trabajo de un motor cohete estas razones de cambio de temperatura pueden alcanzar los ≈100 000 °C/min [5]. Esta condición es más crítica para la boquilla del motor cohete en comparación a la cámara de combustión o revestimiento colocado

entre el grano propelente y el fuselaje del cohete. Así mismo, un ensayo de

TGA no puede reproducir un esfuerzo cortante causado por los gases de combustión o por el vuelo de reingreso a la atmósfera terrestre, y, por lo tanto, no se puede evaluar la erosión mecánica del TPS. Es por esta razón que la forma más común, económica y confiable de realizar una prueba que simule parcialmente el ambiente hipertérmico severo de un motor cohete, se basa en el uso de una antorcha de gas (por ejemplo, oxiacetilénica o propano/propileno). Dado que este método de ensayo se asemeja más al entorno generado en los motores cohete, es más aplicable a los materiales sometidos a erosión termo-mecánica, como los utilizados en la manufactura de toberas y revestimientos para el control del calentamiento aerodinámico de superficies de vehículos espaciales y cargas útiles; sin embargo, esta prueba también se ha utilizado para evaluar ablativos destinados a TPS. El método se utiliza tanto para la selección y optimización de TPS ablativos, como para llevar a cabo procesos de control de calidad en la producción de materiales para TBC [5]. Respecto al ensayo de llama directa, es posible precisar que la antorcha de oxiacetileno generalmente puede producir una llama de temperaturas cercanas a los 3 000 °C y un flujo de calor de hasta ≈900W/cm2. La norma ASTM E285, Standard test method for oxyacetylene ablation testing of thermal insulation materials, [18] establece el procedimiento para llevar a cabo este ensayo. La Figura 48 representa un diseño típico de un banco de pruebas basado en antorcha de oxiacetileno (oxi-acetylene torch [OAT]), la cual consiste esencialmente en dos tanques o reservorios de acetileno y oxígeno, los medidores de presión, controladores de presión y flujo, y la antorcha (boquilla soplete), que compone la fuente de calor. Las variables de ensayo se fijan en función de las necesidades experimentales. Las muestras para probar pueden representar diferentes geometrías y dimensiones. Una serie de termopares integrados en la muestra a profundidades definidas desde la superficie, expuesSOLO PARA USO ACADÉMICO ta a la llama directa (cara caliente), integrados con un sistema de adquisición de datos en tiempo real, permiten registrar los perfiles de temperatura en función de la profundidad, de tal manera que se puede evaluar la capacidad de aislamiento del material probado.