JUNTAS DE EXPANSIÓN PARA
RAMPA DE LANZAMIENTO DE
COHETES ESPACIALES

Para un fabricante francés de rampas de lanzamiento de cohetes aeroespaciales, Belman diseñó y fabricó un total de seis juntas de expansión autocompensadas para su instalación en una sección criogénica del sistema de combustible, que suministra LOX/metano, así como nitrógeno, al motor de cohete espacial.

 

EL PROBLEMA DEL CLIENTE
El cliente ya había adquirido experiencia positiva con juntas de expansión autocompensadas personalizadas en otras ubicaciones de sus rampas de lanzamiento. Para otra sección de la rampa de lanzamiento, concretamente en la interfaz del motor, el cliente quería implementar una solución similar de junta de expansión autocompensada, pero con un diseño más sencillo. Dada la sólida reputación de Belman en soluciones personalizadas, combinada con nuestra amplia experiencia en juntas de expansión criogénicas, el cliente se puso en contacto con nosotros con una solicitud inicial en la que se detallaban parámetros clave como el tamaño, el medio y la temperatura de funcionamiento.

 

LA SOLUCIÓN DE BELMAN

Juntas de expansión criogénicas para una rampa de lanzamiento de cohetes espaciales

Basándose en las especificaciones presentadas y en la solicitud de un tipo específico de junta de expansión, Belman inició un diálogo con el cliente para comprender plenamente los requisitos de la aplicación y las condiciones de funcionamiento. Mediante este proceso, Belman comprendió que la junta de expansión autocompensada solicitada era la solución óptima para el cliente. Tanto los datos proporcionados como el debate posterior confirmaron esa selección. En consecuencia, se desarrolló un diseño de junta de expansión personalizado para que se ajustara a los parámetros de funcionamiento especificados. La aplicación no impuso restricciones extremas en cuanto a la longitud de instalación, caídas de presión significativas, fluidos de alta densidad o velocidad del fluido, lo que respalda aún más la idoneidad del diseño autocompensado. Basándose en las especificaciones técnicas de diseño presentadas por el cliente para la oferta, junto con un boceto que indicaba el tipo de Belman preferido y la disposición de instalación, Belman diseñó una solución a medida. El principio de diseño de las juntas de expansión suministradas corresponde a este tipo Belman: Animación de la junta de expansión autocompensada de Belman

Todas las juntas de expansión están instaladas en tuberías criogénicas, pero en diferentes ubicaciones del sistema de la rampa de lanzamiento. Se suministraron las siguientes unidades:

• 2 x DN 100 para servicio de LOX/metano
• 2 x DN 50 para servicio de LOX/metano
• 2 x DN 25 para servicio de nitrógeno

Aunque los diámetros DN 25, DN 50 y DN 100 son tamaños muy pequeños para juntas de expansión autocompensadas , la amplia gama de productos de Belman permite diseñar y fabricar este tipo de soluciones sin problemas. El cliente evaluó específicamente este diseño como la solución más adecuada, y Belman se complació en brindar su apoyo y suministro en consecuencia.

 

¿Por qué diseñar las juntas de expansión autocompensadas con limitadores externos?

El sistema funciona a 10 barg en condiciones criogénicas. Este nivel de presión no impone requisitos de diseño adicionales en comparación con el funcionamiento a temperaturas ambiente (+20°C). Las juntas de expansión están diseñadas para 10 barg y pueden absorber movimientos axiales y laterales combinados. Dado que las juntas de expansión autocompensadas están diseñadas para absorber tanto los movimientos axiales como los laterales, incorporan dos fuelles de trabajo. Esta configuración también reduce la rigidez lateral. En cambio, un diseño destinado únicamente al movimiento axial requeriría un único fuelle de trabajo.

A petición del cliente, las juntas de expansión autocompensadas están diseñadas con tirantes externos para controlar los movimientos mediante la transmisión de fuerzas y desplazamientos entre los fuelles. Se trata de una solución muy bien estudiada, ya que un diseño alternativo con limitadores internos (“finger type”) daría lugar a una rigidez excesiva para los movimientos laterales en la aplicación del cliente.

Debido a la naturaleza crítica de la aplicación, se requería una trazabilidad completa, así como ensayos exhaustivos. Esto incluía una prueba de estanqueidad, una prueba de presión y una prueba de líquidos penetrantes, así como una inspección dimensional y visual. Dada la naturaleza específica del servicio, se implantaron procedimientos especiales de limpieza para el proyecto. Esta es una práctica habitual para Belman en este tipo de aplicaciones, en las que Belman acumula una amplia experiencia.

 

¿Qué materiales para juntas de expansión son lo suficientemente duraderos para aplicaciones criogénicas?

Debido a la naturaleza criogénica de la aplicación y a los medios transportados (LOX/metano y nitrógeno, todos a -196°C), el cliente especificó el uso del material 1.4541 (AISI 321) para los fuelles y de los materiales 1.4404 (AISI 316L) y 1.4307 (AISI 304L) para el tubo intermedio, las bridas, los extremos de las tuberías, etc. Todos estos materiales son muy adecuados para servicios criogénicos (hasta aproximadamente -270°C). En muchos casos, los tipos de acero al carbono no son adecuados para este tipo de aplicaciones porque pueden volverse quebradizos y propensos al agrietamiento a bajas temperaturas. Por el contrario, los materiales seleccionados de acero inoxidable conservan su ductilidad y presentan una elevada tenacidad a la fractura en condiciones criogénicas. Por lo tanto, los materiales de tipo “L” con bajo contenido en carbono son, en general, los preferidos para aplicaciones criogénicas. En ciertos casos, especialmente cuando se pretende conseguir un peso reducido y alta capacidad de servicio (alta presión), pueden utilizarse como alternativa materiales de aleación superior, principalmente Inconel 625.

 

¿Belman envía modelos 3D para la verificación del diseño?

Según lo solicitado por el cliente, Belman desarrolló modelos 3D detallados de las soluciones de juntas de expansión y se los proporcionó para su integración en el modelo global de su sistema. Esto permite al cliente mantener una representación completa y precisa de la tubería y sus componentes, lo que facilita la verificación y la optimización del diseño. Al incorporar las juntas de expansión al modelo 3D completo, es posible identificar y resolver en una fase temprana posibles problemas, como colisiones. Esto es especialmente importante en sistemas compactos donde el espacio es limitado. En este caso, la importancia de la verificación 3D aumenta aún más, ya que las tuberías criogénicas suelen ir aisladas o instaladas dentro de tuberías de vacío de mayor diámetro. Por lo tanto, garantizar un ajuste correcto y los juegos necesarios mediante el modelado 3D es esencial para un diseño fiable y eficiente.

 

Belman: amplia experiencia en juntas de expansión para la industria aeroespacial

Belman es un fabricante reconocido a nivel mundial con más de 30 años de experiencia en el diseño y la fabricación de juntas de expansión de alto rendimiento para industrias exigentes. Dentro del sector aeroespacial, Belman ha desarrollado una sólida experiencia a través de numerosos proyectos en aplicaciones críticas como líneas de alimentación de cohetes, sistemas de presurización, tuberías criogénicas y entornos de vacío.

Las soluciones de Belman están diseñadas para cumplir estrictos requisitos de seguridad, en particular en aplicaciones criogénicas, y al mismo tiempo garantizar un funcionamiento fiable y eficiente. Con capacidades que abarcan desde el vacío total hasta presiones muy elevadas, y temperaturas de funcionamiento desde -269°C hasta +1000°C, Belman ofrece soluciones para algunos de los entornos más exigentes. Todas las juntas de expansión se fabrican con materiales de alta calidad para garantizar su durabilidad y una larga vida útil. Cada solución se adapta a la aplicación específica, combinando principios de diseño contrastados con ingeniería avanzada. Este enfoque ha consolidado a Belman como un socio de confianza dentro de la industria aeroespacial.