¿Por qué los tanques de combustible se llenan desde abajo?

Parece que la norma es llenar (rápido) los tanques de combustible y oxidante desde abajo. Por ejemplo, en este dibujo de la etapa Saturn S-IC, puede ver las válvulas de llenado LOX y RP-1 en la parte inferior de los tanques respectivos (difícil de leer; haga clic para ver imágenes de mayor resolución; las válvulas de llenado están cerca los marcadores de plano AB y CD):

Dibujo S-IC

(fuente: Mike Jetzer/heroicrelics.org - imágenes de mayor resolución disponibles )

El tanque LOX de la etapa SII tenía la válvula de llenado en la parte inferior, pero la válvula de llenado LH2 parece estar en la parte superior (consulte las figuras 50 y 60 respectivamente en este documento , desde aquí ).

Esta respuesta relacionada con STS también muestra que el tanque externo de STS se llena desde abajo.

Ingenuamente, pensaría que llenar desde la parte superior es mucho más fácil, ya que no tiene que luchar contra la presión del propulsor que ya está en el tanque, ya sea con una bomba o colocando el tanque de suministro más alto que el tanque objetivo (buques comunicantes ).

¿Cuál es la motivación para llenar los tanques desde el fondo?

No sé cómo encontrar una fuente para esto, pero es simplemente porque ahí es donde está la salida del tanque, y agregar una válvula/tubería de entrada grande y duplicada en la parte superior agregaría peso.
@OrganicMarble "salida" como en "va a los motores" o "salida" como en "drenaje"? Supongo que tiene sentido combinar drenaje y llenado si esos flujos son comparables.
Va a los motores. Consulte también space.stackexchange.com/q/39342/6944
"Creo que llenar desde arriba es mucho más fácil, ya que no tienes que luchar contra la presión del propulsor que ya está en el tanque": es todo lo contrario. Hasta que el tanque esté completamente lleno, la presión del propulsor en una línea que va a la parte superior del tanque será mayor que la presión del propulsor en el fondo del tanque.
Diagrama interesante y relevante de @OrganicMarble para STS. No puedo decir de los diagramas de Saturno dónde están exactamente las válvulas. Si también están en el relleno del motor, aceptaré el argumento de ahorro de costos/ahorro de complejidad. (suponiendo que las válvulas de ventilación y de llenado sean mucho más pequeñas)
Parece que nunca pude encontrar un buen esquema para la carga en Apollo cuando estaba escribiendo esa otra respuesta.
@ChristopherJamesHuff mi intuición puede estar equivocada aquí (¿física de la escuela secundaria?), ¿Pero la masa del combustible en el tanque no contribuye también a la presión en el punto de llenado? ¿O es solo la columna directamente sobre el punto de llenado?
@Ludo solo importa la profundidad de la columna. Una línea que va hacia arriba agrega una profundidad de columna igual a la altura del tanque, una que va hacia abajo agrega solo el nivel actual en el tanque.
@ChristopherJamesHuff ¿Tiene sentido estáticamente, también dinámicamente? Me siento un poco estúpido ahora... :-o
Dinámicamente, también tiene el hecho de que está elevando el propulsor hasta la parte superior del tanque y dejándolo caer. Según el propulsor, esto podría dañar las estructuras internas, provocar una vibración excesiva, formar espuma, calentar el propulsor, etc. la parte inferior le permite usar la misma plomería para drenar.
@ChristopherJamesHuff Me parece una respuesta razonable, tenga cuidado de escribirla (incluso si me hace parecer estúpido ;-) Todavía voy a intentar verificar las ubicaciones reales de las válvulas. El argumento de OrganicMarble también se sostiene.

Respuestas (1)

En realidad, se necesita menos potencia de bombeo para llenar un tanque desde el fondo. Al igual que la presión experimentada por un buzo depende de su profundidad, la presión en el fondo de un recipiente (ya sea un tanque o una tubería vertical) depende solo de la profundidad de la columna del líquido dentro de ese recipiente. La presión en una línea que va a la parte superior del tanque será igual a la presión en el fondo de un tanque completamente lleno, el fondo del tanque tendrá una presión más baja hasta que esté completamente lleno.

Además, si llena desde la parte superior, está elevando el propulsor hasta la parte superior del tanque y dejándolo caer. Esa energía adicional tiene que ir a alguna parte y podría dañar las estructuras internas, causar vibraciones excesivas, formar espuma, calentar excesivamente el propulsor, etc

Finalmente, no solo necesita llenar los tanques, también debe poder vaciarlos. El llenado desde la parte inferior le permite usar la misma tubería para el drenaje y posiblemente compartir parte con la tubería de los motores.

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