¿Por qué algunas ruedas de reacción se sellan con gas a baja presión, otras con vacío?

Esta respuesta y esta respuesta abordan la pregunta ¿Las ruedas de reacción generalmente funcionan en vacío o están presurizadas? ¿Sellado o ventilado? y ambos mencionan que a veces las ruedas de impulso se sellan con un gas de baja presión (inerte) en lugar de vacío.

editar: Encontré lo siguiente en Sinclair et al. SSC07-X-3, 21.ª Conferencia anual AIAA/USU sobre satélites pequeños :

Muchas ruedas de satélite pequeñas utilizan una carcasa hermética llena de gas a baja presión. La atmósfera interna permite el uso de lubricantes para cojinetes con presiones de vapor modestas, así como también protege las piezas contra la contaminación o el daño.

El gas crearía una fricción adicional para el sistema además de la fricción de los cojinetes (y posiblemente las corrientes de Foucault), lo que significa una baja potencia adicional. También significa que si la potencia del motor no está disponible durante un período de tiempo, el momento angular se acoplaría de nuevo a la nave espacial más rápidamente.

Por lo tanto, debe haber algún beneficio en la presencia de gas en algunas aplicaciones.

Esta respuesta dice:

Hay un problema con los lubricantes líquidos: se evaporan en el vacío. Por esta razón, la mayoría de los conjuntos de ruedas de reacción se sellan herméticamente con un gas inerte a baja presión dentro del contenedor.

Pero tengo entendido que la evaporación es realmente más una función de la presión parcial del material en cuestión dentro del gas, no de la presión total del gas inerte ambiental. No entiendo cómo el gas podría inhibir la evaporación.

Entonces, no entiendo por qué algunas ruedas de reacción se sellarían con un gas a baja presión y otras con vacío. ¿Cuáles son las ventajas y desventajas y por qué se elige el vacío en algunos casos y el gas a baja presión en otros?

La siguiente tabla (abrir en una ventana nueva para tamaño completo) es de Lubricación de sistemas de control de actitud y se vinculó originalmente aquí . Es una revisión útil del tema, y ​​las presiones de vapor de varios lubricantes (algunos más aptos para aspiradoras que otros) se enumeran cerca de la fila inferior. Vale la pena leer el PDF, es una buena presentación de los problemas.

El lado derecho de la tabla está recortado en el PDF original.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Sospecho que la evaporación puede ser más compleja que lo que has escrito aquí. En un alto vacío, las moléculas de lubricante que escapan probablemente vuelan en línea recta hasta que impactan en la carcasa y luego se adhieren. Tener la carcasa llena de gas al menos significa que la "presión parcial" del lubricante tiene un significado. Otro caso tal vez de mecánica continua versus mecánica no continua.
El pegado de @OrganicMarble es temporal; si la molécula se evaporó una vez, lo hará una y otra vez... así que adherirse no significa atascarse permanentemente. Un gas amortiguador de baja presión puede cambiar el tiempo que pasa la molécula antes de encontrar una superficie de milisegundos a segundos, pero aun así encontrará una superficie con bastante rapidez y tendrá la misma oportunidad de adherirse. Entonces, la presión parcial es igualmente válida en cualquier caso, vacío o no. Suponiendo que todo esté a la misma temperatura, la velocidad a la que golpea también será similar. Dicho esto, mira mi mensaje en el banner de recompensas.
@uhoh Esto es, de hecho, más complejo de lo que parece a primera vista. Es probable que el lubricante esté a una temperatura más alta "donde debería estar" que si hubiera sido arrojado sobre la carcasa, por lo que la evaporación será más rápida. De manera similar, si el lubricante realmente se evapora, permanecerá (principalmente) dentro del gas, y si ese gas alcanza la saturación (piense en el punto de rocío con agua), entonces impedirá una mayor evaporación.
@MikeBrockington bueno, la saturación ocurre igual ya sea que haya o no otro gas presente. La presión de vapor es presión de vapor y, en primer lugar, no importa mucho si es una presión parcial (en el caso de una atmósfera) o una presión total (en el caso de que no haya atmósfera adicional) A menos, por supuesto, que estés jugando con Entonox :-)

Respuestas (1)

Creo que tienes razón, la presión del gas no inhibe la evaporación de los lubricantes. Lo mismo es cierto para el aire y el vapor de agua. Si comprimimos aire del exterior a 200 bar, se condensa mucha agua, pero la presión parcial del agua es la misma, depende solo de la temperatura, pero no de la presión ambiental. Si el aire comprimido se expande de nuevo a 1 bar, está muy seco. No es el aumento de presión lo que hace que el agua se condense, es la pérdida de volumen.

Pero si los lubricantes no están sellados dentro del compartimiento de la rueda de reacción, continuarán evaporándose en el espacio hasta que no quede nada en los rodamientos. Pero si el compartimento está sellado con o sin gas en el interior, la evaporación del lubricante se detendrá cuando se alcance la presión de vapor dentro del compartimento. El gas no detiene la evaporación, pero el compartimento cerrado sí.

Gracias, estoy bastante seguro de que la presión del gas inerte no impide la evaporación convencional . Pero mi pregunta es: " ¿Por qué algunas ruedas de reacción se sellan con gas a baja presión, otras con vacío? ". Puede haber mecanismos de transporte más complejos, o puede ser por algún efecto térmico, no lo sé. Me gustaría saber por qué alguien colocaría un gas a baja presión alrededor de una rueda que se supone que debe mantener una velocidad de giro fija durante largos períodos de tiempo. ¿Podría el arrastre ser bueno por alguna razón?
La soldadura en frío puede ser un problema para algunas combinaciones de materiales en el rodamiento. Algunas combinaciones pueden requerir un gas a baja presión, otras pueden usarse en vacío. El transporte de calor de las piezas giratorias dentro de un vacío solo por radiación puede provocar el sobrecalentamiento de los cojinetes. El exceso de calor evaporará la lubricación.
Bueno, gracias. Parece que solo estamos especulando aquí. Esperemos una respuesta de ingeniería autorizada sobre por qué precisamente se introduce gas en algunas unidades selladas y otras permanecen selladas al vacío. Hasta entonces, @DavidHammen sigue equivocado :)
@uhoh, esta pregunta todavía se siente relevante, ¿alguien ha tenido más ideas?
@Puffin Todavía tengo curiosidad; Aunque no sé lo que otros han pensado.
una caja sellada puede ser más fácil de hacer si no tiene que soportar toda una atmósfera de presión antes del lanzamiento.
¿Por qué algunas ruedas de reacción se sellan con gas a baja presión, otras con vacío?
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