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Escudo térmico

Posted on Outubro 26, 2021 by admin
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AutomotiveEdit

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Devido às grandes quantidades de calor emitido pelos motores de combustão interna, os escudos de calor são usados na maioria dos motores para proteger os componentes e a carroçaria dos danos causados pelo calor. Para além da protecção, as protecções térmicas eficazes podem proporcionar um benefício de desempenho, reduzindo as temperaturas sob o capot, reduzindo assim a temperatura de admissão. As proteções térmicas variam muito no preço, mas a maioria é fácil de encaixar, geralmente por grampos de aço inoxidável ou fita adesiva de alta temperatura. Existem dois tipos principais de escudo térmico automotivo:

  • O escudo térmico rígido tem, até recentemente, sido feito de aço sólido, mas agora é muitas vezes feito de alumínio. Algumas proteções térmicas rígidas de alta qualidade são feitas de chapas de alumínio ou outros compósitos, com um revestimento de barreira térmica cerâmica para melhorar o isolamento térmico.
  • O escudo térmico flexível é normalmente feito de chapas finas de alumínio, vendidas em rolo ou planas, e é dobrado à mão, pelo montador. As proteções térmicas flexíveis de alto desempenho às vezes incluem extras, como o isolamento cerâmico aplicado através de pulverização de plasma. Estes últimos produtos são comuns nos desportos motorizados de topo de gama, tais como Fórmula 1.
  • Textile heat shields usados para vários componentes, tais como o escape, turbo, DPF, ou outro componente do escape.

Como resultado, um escudo térmico é muitas vezes instalado por pessoal amador e profissional durante uma fase de afinação do motor.

Shields de calor também são usados para arrefecer as aberturas de montagem do motor. Quando um veículo está a uma velocidade mais elevada, há ar suficiente para arrefecer o compartimento inferior do motor, mas quando o veículo se move a velocidades mais baixas ou sobe um declive, há necessidade de isolar o calor do motor para ser transferido para outras peças à sua volta, por exemplo, os suportes do motor. Com a ajuda de uma análise térmica adequada e o uso de escudos de calor, as aberturas de montagem do motor podem ser otimizadas para as melhores performances.

AircraftEdit

algumas aeronaves de alta velocidade, como o Concorde e o SR-71 Blackbird, devem ser projetadas considerando um superaquecimento semelhante, mas mais baixo, ao que ocorre nas naves espaciais. No caso do Concorde o nariz de alumínio pode atingir uma temperatura máxima de operação de 127 °C (que é 180 °C superior ao ar ambiente externo que está abaixo de zero); as consequências metalúrgicas associadas com o pico de temperatura foram um fator significativo na determinação da velocidade máxima da aeronave.

Recentemente novos materiais foram desenvolvidos que poderiam ser superiores ao RCC. O protótipo SHARP (Slender Hypervelocity Aerothermodynamic Research Probe) é baseado em cerâmica de ultra-alta temperatura, como o diboreto de zircônio (ZrB2) e o diboreto de háfnio (HfB2). O sistema de protecção térmica baseado nestes materiais permitiria atingir uma velocidade de Mach número 7 ao nível do mar, Mach 11 a 35000 metros e melhorias significativas para veículos concebidos para velocidade hipersónica. Os materiais utilizados têm características de proteção térmica na faixa de temperatura de 0 °C a + 2000 °C, com ponto de fusão a mais de 3500 °C. São também estruturalmente mais resistentes que o CCR, pelo que não necessitam de reforços adicionais, e são muito eficientes na re-irradiação do calor absorvido. A NASA financiou (e subsequentemente descontinuou) um programa de pesquisa e desenvolvimento em 2001 para testar este sistema de proteção através da Universidade de Montana.

A Comissão Europeia financiou um projecto de investigação, C3HARME, no âmbito da chamada NMP-19-2015 dos Programas-Quadro de Investigação e Desenvolvimento Tecnológico em 2016 (ainda em curso) para a concepção, desenvolvimento, produção e teste de uma nova classe de compósitos de matriz cerâmica ultra-refractária reforçada com fibras de carboneto de silício e fibras de carbono adequadas para aplicações em ambientes aeroespaciais severos.

Naves espaciaisEdit

Artigos principais: Entrada atmosférica § Sistemas de proteção térmica, e Aeroshell
Veja também: Entrada atmosférica e sistema de lançamento reutilizável

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O escudo térmico ablativo da cápsula Apollo 12 (após o uso) em exibição no Centro Espacial e Aéreo da Virginia

O escudo térmico aerodinâmico de embeberamento térmico usado no Ônibus Espacial.

Naves que aterram num planeta com atmosfera, como a Terra, Marte e Vénus, actualmente fazem-no entrando na atmosfera a alta velocidade, dependendo da resistência do ar e não da potência do foguetão para os abrandar. Um efeito colateral deste método de reentrada atmosférica é o aquecimento aerodinâmico, que pode ser altamente destrutivo para a estrutura de uma nave espacial desprotegida ou defeituosa. Um escudo térmico aerodinâmico consiste de uma camada protectora de materiais especiais para dissipar o calor. Dois tipos básicos de escudo térmico aerodinâmico foram utilizados:

  • Um escudo térmico ablativo consiste numa camada de resina plástica, cuja superfície exterior é aquecida a um gás, que depois transporta o calor por convecção. Tais escudos foram usados na nave espacial Mercúrio, Gêmeos, Apolo e Orion e é usado pelo Dragão EspacialX 2.
  • Um escudo térmico de absorção de calor usa um material isolante para absorver e irradiar o calor para longe da estrutura da nave espacial. Este tipo foi utilizado no Space Shuttle, que consiste em telhas cerâmicas ou compósitos sobre a maior parte da superfície do veículo, com material reforçado de carbono-carbono nos pontos de maior carga térmica (o nariz e as bordas de ataque das asas). Os danos a este material numa asa causaram o desastre de 2003 no Vaivém Espacial Columbia.

Com possíveis escudos térmicos insufláveis, como os desenvolvidos pelos EUA (Low Earth Orbit Test Inflatable Decelerator – LOFTID) e China, os foguetes de uso único como o Sistema de Lançamento Espacial são considerados como equipados com tais escudos térmicos para salvar os motores caros, possivelmente reduzindo significativamente os custos dos lançamentos.

Resfriamento passivoEditar

Protetores refrigerados passivos são usados para proteger as naves espaciais durante a entrada atmosférica para absorver os picos de calor e subsequentemente irradiar o calor armazenado para a atmosfera. As primeiras versões incluíam uma quantidade substancial de metais, tais como titânio, berílio e cobre. Isto aumentou muito a massa do veículo. A absorção de calor e sistemas ablativos tornaram-se preferíveis.

O desenho da cápsula de Mercúrio (mostrada com a torre) originalmente previa o uso de um sistema de proteção térmica resfriado passivamente, mas mais tarde foi convertido em um escudo ablativo

Nos veículos modernos, no entanto, eles podem ser encontrados, mas em vez de metal, é usado material reforçado de carbono carbono carbono. Este material constitui o sistema de proteção térmica do nariz e das bordas frontais do ônibus espacial e foi proposto para o veículo X-33. O carbono é o material mais refractário conhecido com uma temperatura de sublimação (para grafite) de 3825 °C. Estas características fazem dele um material particularmente adequado para o arrefecimento passivo, mas com a desvantagem de ser muito caro e frágil. Algumas naves espaciais também utilizam um escudo térmico (no sentido convencional do automóvel) para proteger os tanques de combustível e equipamentos do calor produzido por um grande motor de foguetão. Tais escudos foram usados no Módulo de Serviço Apollo e no estágio de descida do Módulo Lunar.

IndustryEdit

Os escudos de calor são frequentemente afixados em espingardas semi-automáticas ou automáticas e espingardas de caça como cobertura do cano, a fim de proteger as mãos do usuário do calor causado pelos disparos em sucessão rápida. Elas também têm sido frequentemente afixadas em espingardas de combate com bombas, permitindo que o soldado agarre o cano enquanto usa uma baioneta.

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