Plataforma de ensayos para tanque de combustible de un propulsor

Plataforma de ensayos para tanque de combustible de un propulsor experimental de plasma
pulsado con combustible líquido (L-uPPT) para micro satélites
"Gracias al desarrollo de una plataforma PXI con
productos de National Instruments, el equipo de
NASP S.L ha desarrollado un laboratorio flexible"
- Javier Alonso, Najera Aerospace S.L (http://www.nasp.es/)
El Reto:
Lea el Caso
Desarrollar una plataforma portátil para el testeo de un tanque de combustible que permita monitorizar y controlar temperatura, presión del tanque
en el punto de salida del combustible y tiempos de dispensación de combustible, siendo capaz de almacenar datos relevantes del proceso y generar de Estudio
Completo
de informes.
La Solución:
Uso de diversas soluciones PXI de National Instruments junto con el software LabVIEW para crear un laboratorio de ensayos portátil capaz de
adquirir y controlar todas las señales requeridas, almacenar eficientemente los datos del proceso y generar informes. Gracias a la flexibilidad de
LabVIEW y los equipos PXI de National Instruments el equipo ha podido ser adaptado y reutilizado en otros bancos de pruebas necesarios a lo largo
del proyecto, reduciendo tiempo y costes
Autor(es):
Javier Alonso - Najera Aerospace S.L (http://www.nasp.es/)
Pablo Ortiz - Najera Aerospace S.L (http://www.nasp.es/)
Introducción
La aparición de nuevos satélites de pequeñas dimensiones en el sector aeroespacial ha contribuido a la aparición de nuevas necesidades de propulsión
que no pueden ser satisfechas con sistemas de propulsión convencionales debido a que no son escalables a pequeños tamaños. Dentro de la búsqueda
de estos nuevos sistemas de propulsión, el proyecto L-uPPT (Liquid micro Pulsed Plama Thruster), financiando por el Séptimo Programa Marco europeo,
propone un novedoso sistema de propulsión eléctrico basado en un propulsor de plasma con combustible líquido. Este proyecto ha sido desarrollado por
un consorcio de empresas formado por JMP Ingenieros S.L. (España), Najera Aerospace S.L. (España), Institute of Plasma Physics and Laser
Microfusion (Polonia), Mecartex (Suiza), KopooS Consulting Ind (Francia) y NanoSpace (Suecia). Para más información sobre el proyecto consultar
http://www.liquidppt.eu/.
Dentro de este consorcio, Najera Aerospace (NASP) S.L. ha sido la encargada de desarrollar la electrónica y los sistemas de test y control necesarios
para probar este innovador concepto.
Flexibilidad, robustez y pequeño tamaño
El primer reto al que se enfrentaron los ingenieros de NASP S.L. fue que los equipos de test y control debían ser utilizados para controlar, caracterizar y
testear los diferentes subsistemas del propulsor. Asimismo el sistema tenía que se ser robusto y compacto para poder viajar a las instalaciones de otros
socios, como las instalaciones de JMP Ingenieros en España o las del Institute of Plasma Physics and Laser Microfusion en Polonia, lugar donde se
realizarían las principales baterías de test.
Para poder cumplir con estos requerimientos de flexibilidad, robustez y reducido tamaño la solución está diseñada basándose en un sistema PXI de
National Instruments. El sistema se implementa sobre un chasis NI PXIe-1078 de 9 slots con fuente de alimentación integrada y un controlador NI
PXIe-8101. El sistema cuenta además con una tarjeta multifunción PXIe-6361 con múltiples canales ADC y E/S digitales que permiten abarcar una gran
cantidad de tareas de caracterización y control. Para medidas más precisas se ha integrado un multímetro multifunción PXI-4065. El sistema también
incorpora una tarjeta de adquisición PXIe-5152 para señales de alta velocidad que se ha utilizado en etapas posteriores del proyecto.
Requisitos del sistema de ensayos para el tanque de combustible
A continuación se describen los requisitos del sistema de ensayos para el tanque de combustible:
- Control y monitorización de temperaturas. El sistema debe ser capaz de calentar o enfriar el tanque en un rango de -20ºC hasta 80ºC.
- Monitorización de la presión interna del taque. El tanque de combustible contiene un sensor de presión que debe ser leído y registrado.
- Control de dispensación de combustible. Se debe controlar los tiempos de abertura de una válvula de micro dispensación con precisión de
milisegundos.
- Almacenamiento de datos y generación de informes. El sistema debe registrar los datos de número de aperturas de la válvula, presión y temperatura en
el tanque, así como generar informes.
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– Sistema de ensayos para tanque de combustible colocado en cámara de vacío
La solución
Se ha utilizado el software LabVIEW para crear la herramienta de test y ensayo para el tanque:
- Control y monitorización de temperaturas. El equipo de NASP S.L. ha desarrollado un sistema de control de temperatura basado en el uso de varias
células Peltier para calentar o enfriar el tanque usando una cama metálica térmicamente estabilizada como referencia. Para la monitorización de la
temperatura se usan varios sensores NTC colocado en puntos estratégicos del tanque y de la cama metálica. La potencia de las células Peltier es
controlable mediante el uso de una señal PWM. Se ha implementado un controlador PID en LabVIEW para el control de la temperatura del tanque
mediante la lectura de la temperatura de los sensores NTC a través de los canales analógicos de la tarjeta PXIe-6361 y la actuación sobre las células
Peltier mediante el uso de varias salidas PWM de la tarjeta PXIe-6361.
- Monitorización de la presión interna del taque. Se ha utilizado el multímetro multifunción NI PXI-4065 para la lectura del sensor de presión. Gracias a la
flexibilidad para poder reducir la precisión y aumentar la velocidad de lectura del multímetro multifunción PXI-4065, se pudo ajustar dicho elemento a los
requerimientos del ensayo permitiendo registrar transitorios de presión durante la abertura de la válvula necesarios para la caracterización del sistema.
- Control de dispensación de combustible. El pulso de control de la válvula de micro dispensación es controlado mediante el uso de una salida de pulsos
de la tarjeta multifunción PXIe-6361. El software permite programar el número de pulsos así como el tamaño de los mismos.
- Almacenamiento de datos y generación de informes. Los datos son almacenados eficientemente mediante el uso de archivos TDMS. Además se ha
utilizado LabVIEW para crear una herramienta para la inspección de dichos archivos y generar informes.
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– Software para ensayos de tanque de combustible
Conclusión
Gracias al desarrollo de una plataforma PXI con productos de National Instruments, el equipo de NASP S.L ha desarrollado un laboratorio flexible,
programable y compacto donde implementar los distintos tipos de test necesarios para ensayar el tanque de combustible usado en el micro propulsor de
plasma experimental L-uPPT. Este laboratorio además ha sido reutilizado y adaptado a lo largo del proyecto a otros test relacionados con los diferentes
subsistemas del propulsor de plasma experimental L-uPPT.
Información del Autor:
Javier Alonso
Najera Aerospace S.L (http://www.nasp.es/)
Camino San Miguel S/N
Sotes, La Rioja
España
Tel: 941250411
[email protected] (mailto:[email protected])
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Sistema de ensayos para tanque de combustible colocado en cámara de vacío
Software para ensayos de tanque de combustible
Legal
Este caso de estudio (este "caso de estudio") fue desarrollado por un cliente de National Instruments ("NI"). ESTE CASO DE ESTUDIO ES PROPORCIONADO
"COMO ES" SIN GARANTÍA DE NINGUN TIPO Y SUJETO A CIERTAS RESTRICCIONES QUE SE EXPONEN EN LOS TÉRMINOS DE USO EN NI.COM.
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