AutomotiveEdit
Debido a las grandes cantidades de calor que desprenden los motores de combustión interna, los escudos térmicos se utilizan en la mayoría de los motores para proteger los componentes y la carrocería de los daños por calor. Además de la protección, los escudos térmicos eficaces pueden ofrecer una ventaja de rendimiento al reducir las temperaturas bajo el capó, reduciendo así la temperatura de admisión. Los escudos térmicos varían mucho en precio, pero la mayoría son fáciles de colocar, normalmente mediante clips de acero inoxidable o cinta de alta temperatura. Hay dos tipos principales de escudos térmicos para automóviles:
- El escudo térmico rígido ha sido, hasta hace poco, de acero sólido, pero ahora se hace a menudo de aluminio. Algunos escudos térmicos rígidos de gama alta están hechos de láminas de aluminio u otros compuestos, con un revestimiento de barrera térmica de cerámica para mejorar el aislamiento térmico.
- El escudo térmico flexible suele estar hecho de láminas de aluminio finas, que se venden planas o en rollo, y se doblan a mano, por el instalador. Los escudos térmicos flexibles de alto rendimiento a veces incluyen extras, como el aislamiento cerámico aplicado mediante pulverización de plasma. Estos últimos productos son habituales en los deportes de motor de alta gama, como la Fórmula 1.
- Los escudos térmicos textiles se utilizan para varios componentes, como el escape, el turbo, el DPF u otro componente del escape.
Como resultado, un escudo térmico suele ser instalado por personal aficionado y profesional durante una fase de puesta a punto del motor.
Los escudos térmicos también se utilizan para refrigerar los respiraderos del soporte del motor. Cuando un vehículo está en una velocidad más alta hay suficiente aire de ram para enfriar el compartimiento del motor bajo el capó, pero cuando el vehículo se está moviendo a velocidades más bajas o subiendo una pendiente hay una necesidad de aislar el calor del motor para ser transferido a otras partes alrededor, por ejemplo, soportes del motor. Con la ayuda de un análisis térmico adecuado y el uso de escudos térmicos, los respiraderos de los soportes del motor pueden optimizarse para obtener las mejores prestaciones.
AvionesEditar
Algunas aeronaves a alta velocidad, como el Concorde y el SR-71 Blackbird, deben diseñarse teniendo en cuenta un sobrecalentamiento similar, pero menor, al que se produce en las naves espaciales. En el caso del Concorde, el morro de aluminio puede alcanzar una temperatura máxima de funcionamiento de 127 °C (que es 180 °C superior a la del aire ambiente en el exterior, que es inferior a cero); las consecuencias metalúrgicas asociadas a la temperatura máxima fueron un factor importante a la hora de determinar la velocidad máxima del avión.
Recientemente se han desarrollado nuevos materiales que podrían ser superiores al CCR. El prototipo SHARP (Slender Hypervelocity Aerothermodynamic Research Probe) se basa en cerámicas de ultra alta temperatura como el diboruro de circonio (ZrB2) y el diboruro de hafnio (HfB2). El sistema de protección térmica basado en estos materiales permitiría alcanzar una velocidad de Mach número 7 a nivel del mar, Mach 11 a 35000 metros y mejoras significativas para los vehículos diseñados para la velocidad hipersónica. Los materiales utilizados tienen características de protección térmica en un rango de temperaturas de 0 °C a + 2000 °C, con un punto de fusión superior a 3500 °C. También son estructuralmente más resistentes que el RCC, por lo que no requieren refuerzos adicionales, y son muy eficientes en la reirradiación del calor absorbido. La NASA financió (y posteriormente interrumpió) un programa de investigación y desarrollo en 2001 para probar este sistema de protección a través de la Universidad de Montana.
La Comisión Europea financió un proyecto de investigación, C3HARME, dentro de la convocatoria NMP-19-2015 de los Programas Marco de Investigación y Desarrollo Tecnológico en 2016 (aún en curso) para el diseño, desarrollo, producción y ensayo de una nueva clase de compuestos de matriz cerámica ultrarrefractaria reforzados con fibras de carburo de silicio y fibras de carbono adecuados para aplicaciones en entornos aeroespaciales severos.
Las naves espaciales que aterrizan en un planeta con atmósfera, como la Tierra, Marte y Venus, lo hacen actualmente entrando en la atmósfera a altas velocidades, dependiendo de la resistencia del aire en lugar de la potencia de los cohetes para frenarlas. Un efecto secundario de este método de reentrada atmosférica es el calentamiento aerodinámico, que puede ser muy destructivo para la estructura de una nave espacial sin protección o defectuosa. Un escudo térmico aerodinámico consiste en una capa protectora de materiales especiales para disipar el calor. Se han utilizado dos tipos básicos de escudos térmicos aerodinámicos:
- Un escudo térmico ablativo consiste en una capa de resina de plástico, cuya superficie exterior se calienta hasta convertirse en gas, que luego transporta el calor por convección. Este tipo de escudos se utilizó en las naves Mercury, Gemini, Apollo y Orion y se utiliza en la SpaceX Dragon 2.
- Un escudo térmico de absorción utiliza un material aislante para absorber e irradiar el calor fuera de la estructura de la nave espacial. Este tipo se utilizó en el transbordador espacial y consistía en baldosas de cerámica o de material compuesto en la mayor parte de la superficie del vehículo, con material reforzado de carbono-carbono en los puntos de mayor carga térmica (el morro y los bordes de ataque del ala). Los daños sufridos por este material en un ala provocaron el desastre del transbordador espacial Columbia en 2003.
Con los posibles escudos térmicos inflables, desarrollados por EE.UU. (Low Earth Orbit Test Inflatable Decelerator – LOFTID) y China, se considera que los cohetes de un solo uso, como el Space Launch System, podrían equiparse con dichos escudos térmicos para salvar los costosos motores, reduciendo posiblemente los costes de los lanzamientos de forma significativa.
Enfriamiento pasivoEditar
Los protectores de enfriamiento pasivo se utilizan para proteger las naves espaciales durante la entrada en la atmósfera para absorber los picos de calor y posteriormente irradiar el calor almacenado a la atmósfera. Las primeras versiones incluían una cantidad considerable de metales como el titanio, el berilio y el cobre. Esto aumentaba enormemente la masa del vehículo. La absorción de calor y los sistemas ablativos pasaron a ser preferibles.
En los vehículos modernos, sin embargo, se pueden encontrar, pero en lugar de metal, se utiliza material reforzado de carbono-carbono. Este material constituye el sistema de protección térmica del morro y los bordes delanteros del transbordador espacial y fue propuesto para el vehículo X-33. El carbono es el material más refractario conocido, con una temperatura de sublimación (para el grafito) de 3825 °C. Estas características lo convierten en un material especialmente adecuado para la refrigeración pasiva, pero con el inconveniente de ser muy caro y frágil.Algunas naves espaciales utilizan también un escudo térmico (en el sentido convencional de automóvil) para proteger los depósitos de combustible y los equipos del calor producido por un gran motor de cohete. Estos escudos se utilizaron en el módulo de servicio del Apolo y en la etapa de descenso del módulo lunar.
IndustryEdit
Los escudos térmicos se colocan a menudo en rifles y escopetas semiautomáticos o automáticos como protectores del cañón para proteger las manos del usuario del calor causado por los disparos en rápida sucesión. También se han colocado a menudo en las escopetas de combate de bombeo, lo que permite al soldado agarrar el cañón mientras utiliza una bayoneta.