¿Por qué ISS usa amoníaco líquido en el Sistema de Control Térmico Activo?

Vi esto hoy y me dio mucha curiosidad.

Consulte la página 8 aquí: https://www.nasa.gov/pdf/167129main_Systems.pdf

El amoníaco tiene un punto de ebullición de -30 C. El amoníaco es líquido en estos circuitos, por lo que si alguna vez se expone a la luz solar, me imagino una intensa expansión a medida que pasa a la fase gaseosa. Noté que el coeficiente de expansión volumétrica de amoníaco> coeficiente de expansión de agua.

¿El circuito de amoníaco está altamente presurizado? ¿Eso aumentaría el riesgo de fugas? (Veo que ha habido varios paseos espaciales debido a fugas en el circuito de refrigerante de amoníaco)

Siguiente punto: La capacidad calorífica específica del amoníaco es: 80,8 kJ/kg K, que es mucho mayor que el agua 4,2 kJ/ kg K

====EDITADO EL 14 DE ABRIL ============

***Cometí un error, la capacidad calorífica específica del amoníaco es bastante similar a la del agua, a 4,7 kJ/ kg K

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Así que supongo que esto significa que el amoníaco puede intercambiar sustancialmente más energía térmica sin cambiar su temperatura. Sin embargo, no veo claramente la ventaja de eso, ya que su punto de ebullición normal está a una temperatura más baja que el agua.

Entonces, ¿cuáles son las ventajas/razonamiento para usar amoníaco para el circuito de refrigeración?

ingrese la descripción de la imagen aquí

El calor específico del amoníaco es de 80,8 J/mol-K, que es un poco menos de 5 J/gK, aproximadamente lo mismo que el agua.
¡WOW, lo revisé muchas veces pero tienes razón!
Pienso que el agua tiene un calor específico muy alto y me sorprendió descubrir que el amoníaco está tan cerca. No podía creer que el amoníaco fuera 15-20 veces más alto, por eso lo comprobé. Creo que la razón principal del amoníaco es que el punto de ebullición es donde lo quieres. El agua hierve demasiado para ser interesante.
@RossMillikan bajo punto de congelación.

Respuestas (1)

Se usa amoníaco porque tiene excelentes propiedades de transferencia de calor (como mencionas) y un punto de congelación bajo. Debido a su toxicidad, la ISS tiene circuitos de refrigeración internos que utilizan agua como fluido de transferencia de calor. Solo los intercambiadores de calor donde los dos sistemas interactúan permiten la posibilidad de fugas de amoníaco en la cabina.

Después de un análisis de ingeniería detallado, la NASA eligió el amoníaco como refrigerante para los ATCS en el exterior de la estación espacial por varias razones: el amoníaco tiene una densidad más baja que muchos otros refrigerantes disponibles comercialmente y, por lo tanto, puede lanzarse en gran cantidad a costos de lanzamiento drásticamente reducidos; tiene una viscosidad baja, por lo que requiere poca energía para que las bombas hagan circular el amoníaco a través de los circuitos de enfriamiento; y el amoníaco permanece líquido hasta -78 °C (-108 °F), lo cual es importante en el frío extremo del ambiente externo de la ISS. Por el lado negativo, el amoníaco es tóxico para los humanos; por lo tanto, la posibilidad de que este químico peligroso se filtre en la cabina presurizada es una de las tres principales respuestas de emergencia discutidas en el Capítulo 19.

ATCS = Sistema de control térmico activo

El amoníaco es incompresible, pero los circuitos de amoníaco de la ISS funcionan a una presión razonablemente alta (~ 7 MPa, 1000 psi)

Referencia: La Estación Espacial Internacional - Operando un Puesto Avanzado en la Nueva Frontera (Se recomienda el Capítulo 11 para leer más sobre los sistemas de enfriamiento).

Eso sí, que el amoníaco no esté en cabina tenía sentido, por toxicidad. Entonces, ¿esta alta capacidad de calor específico significa que el amoníaco gana y pierde calor más fácilmente que otros compuestos?
Significa que la sustancia puede absorber mucho calor sin cambiar mucho su temperatura.
Sí, lo sé, pero no entiendo por qué es importante aquí.
¿Su pregunta es realmente "qué hace un buen refrigerante"?
jaja puede ser. Déjame leer esta noche y escribirte después.
Un calor específico alto significa que un volumen fijo de amoníaco puede transportar más calor. Si C2 tiene el doble de específico que C1, entonces solo necesita bombear C2 la mitad de rápido que C1 para eliminar la misma cantidad de calor. El otro factor es la conductividad térmica, que es la velocidad a la que el refrigerante puede aceptar calor. El amoníaco es comparable al agua aquí.
Para agregar a lo que dijo @LawnmowerMan, la alta capacidad de calor específico es útil porque el diferencial de temperatura es crucial para la transferencia de calor. Si su parte tiene 50° y su refrigerante comienza a 10°, no podrá enfriar la segunda mitad de la parte si ya se ha calentado a 45° a la mitad del camino. La alta capacidad calorífica mantiene la temperatura baja para la misma cantidad de energía absorbida.
@Tim, sí, como comenté hace 15 horas "Significa que la sustancia puede absorber mucho calor sin cambiar mucho su temperatura"
¿Por qué ISS usa amoníaco líquido en el Sistema de Control Térmico Activo?
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