Plato frío refrigerado con nitrógeno líquido para ensayos térmicos y de vibración de componentes espaciales

Abstract

Esta tesis trata del diseño, fabricación y ensayo de un plato frío refrigerado por nitrógeno líquido (LN2) para el uso en el interior de una cámara de vacío. Este plato frío se construye para poder realizar pruebas de cualificación en vacío y criogenia de otros componentes mecánicos a temperaturas criogénicas. Entre las principales novedades que se aportan en el diseño destaca el empleo de una configuración hexápoda para soportar el depósito de nitrógeno líquido, cuya superficie superior está enfriada con el fluido criogénico. Entre las propiedades que definen el sistema diseñado destacan su simplicidad, baja conductividad térmica, alto aislamiento térmico, elevada inercia térmica, comportamiento estructural isostático, frecuencia natural elevada, altura y posición ajustable, adaptación a condiciones de vacío, operación fiable, utilización de materiales no-magnéticos, y, finalmente, bajo coste de fabricación. Las pruebas térmicas llevadas a cabo han revelado que es posible alcanzar una temperatura criogénica de hasta -190 °C en la superficie superior del plato frío. Se ha verificado que la presión de vacío con el plato frío dentro de la cámara es de 10-5 mbar, valor del mismo orden al obtenido en la cámara sin el plato frío. Finalmente, se ha realizado la medida de la primera resonancia mecánica del sistema en movimiento vertical, localizada en 115 Hz. La caracterización del comportamiento dinámico del plato frío permite su utilización en ensayos de vibración de otros componentes que se ubiquen sobre el mismo. Los trabajos de esta tesis están enmarcados y financiados directamente dentro del proyecto nacional LEVIOSTAT: Criostato levitante para aplicaciones espaciales, con referencia n° ESP2015-72458-EXP financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad dentro del programa EXPLORA TECNOLOGÍA 2015 del Plan Estatal de I+D+i 2013¿2016.