Por que a Estação Espacial não derrete?
[Por que a Estação Espacial não derrete?]
"Essas estruturas na Estação Espacial Internacional não são painéis solares.
Elas são radiadores de calor e fazem parte do sistema responsável por deixar os astronautas e equipamentos em temperatura mais agradáveis.
A termosfera é a região entre 85 km e 640 km de altitude.
Por conta da radiação solar, essa região do espaço pode chegar a temperaturas altíssimas, de até 2500ºC.
Pouquíssimos metais podem suportar essa temperatura sem derreter, e os materiais dos quais a estação espacial é feita, como alumínio, não passam nem dos 700.
Então, se a temperatura é tão alta, como a estação não derrete? Apesar de ser tão quente, os gases presentes na termosfera não são capazes de esquentar praticamente nada.
A atmosfera nessa altitude é tão rarefeita, que não há contato ou mesmo energia suficiente para uma transferência eficiente de calor.
[Usando a fórmula da Energia Interna de um sistema, podemos ver que gases com a mesma temperatura, mas com a metade da quantidade de moléculas contém a metade da energia presente no primeiro].
Mas, ainda que os gases presente na termosfera não sejam um problema, objetos no espaço ainda sofrem com o calor gerado pelo Sol.
A transferência de calor ocorre de 3 maneiras diferentes: A condução é a difusão de energia térmica de entre átomos ou moléculas vizinhas.
A convecção é a difusão de energia térmica resultante dos movimentos de fluidos aquecidos.
A radiação é a difusão de energia térmica através de ondas eletromagnéticas.
Todos os objetos emitem radiação e quanto maior a temperatura, mais energia o corpo irradia.
No vácuo, a única forma de transferência de calor viável é a radiação.
E a Estação Espacial recebe e irradia calor constantemente.
Mas, ao contrário do que se espera, as partes expostas ao sol não esquentam sem parar.
Objetos expostos ao sol no espaço param de aumentar de temperatura em um certo momento.
Isso acontece por que a medida que a temperatura de um corpo aumenta com a absorção de radiação do Sol, mais rápido esse corpo emitirá radiação térmica.
E a diferença entre a radiação absorvida e a refletida e emitida depende do material em questão.
Isso acaba gerando uma temperatura de equilíbrio.
As partes iluminadas da ISS, por exemplo, podem chegar a temperaturas de até 121ºC.
Quando a estação entra na sombra do planeta, as coisas mudam.
Agora praticamente todo o calor recebido é cessado e a estação começa a perder calor através da radiação.
As temperaturas podem chegar a -157ºC.
Se a ISS fosse só uma lata de metal sem qualquer outro tipo de proteção, as coisas lá dentro não seriam muito agradáveis.
Ela conta com 2 sistemas diferentes para manter temperaturas gerenciáveis lá dentro - o Sistema de Controle Termal Passivo e o Sistema de Controle Termal Ativo.
O primeiro, com a sigla de PTCS, envolve primariamente o uso de isolamento térmico, que é feito com a ajuda de camadas de MLI, ou Multi-Layer Insulation, feitos de materiais reflexivos, como o Mylar e Kapton.
Esses materiais são utilizados por serem capazes de refletir boa parte da radiação recebida pelo sol.
É o mesmo tipo material dos quais são feitos os cobertores utilizado por socorristas em acidentes.
E para evitar a condução de calor entre as camadas de isolamento, várias camadas de materiais como poliéster, são utilizadas, fazendo com que a maior parte da troca de calor aconteça primariamente por meio da radiação.
Tudo isso funciona tão bem que acaba criando um segundo problema: por conta do calor irradiado por pessoas e equipamentos no interior da estação, ela pode ficar extremamente quente,
[assim como um ônibus fechado em dia de chuva. Algo precisa ser feito para remover esse excesso].
E é para isso que o Sistema de Controle Termal Ativo funciona.
Ele é composto por trocadores de calor, tubos de transporte de líquido e radiadores externos.
Os trocadores de calor usam água passando por dentro dos seus tubos para remover e desumidificar a atmosfera da estação.
A água resfriada passa pelos tubos dos trocadores, é aquecida pela atmosfera da estação e vai para um segundo trocador de calor, que transfere toda essa energia para um líquido diferente, a amônia.
A amônia carregando o calor gerado no interior da estação é, então, levada para fora dela, diretamente para os radiadores, que são especificamente projetados para irradiar o calor para o espaço de uma maneira eficiente.
Esse sistema complexo depende de 2 loops interligados, um com água e outro com amônia, por que as faixas de temperatura de trabalho são muito grandes.
Levar a água diretamente para os radiadores externos poderia fazer com que ela congelasse nos tubos.
A amônia congela somente a -77ºC e não fica tempo o suficiente nos radiadores para atingir essa temperatura.
Mas, ela é bastante tóxica, e não seria nada seguro deixá-la em sistemas que percorrem o interior da estação e correr o risco de contaminações em possíveis vazamentos.
E além desse sistema de resfriamento para a atmosfera da estação, outras partes também requer atenção: como o sistema de energia.
Os 8 pares de painéis fotovoltaicos instalados na estação podem ficar extremamente quentes durante sua operação, o que reduz bastante sua eficiência na geração de energia.
E além disso, a descarga das baterias da Estação também gera bastante calor.
Por esse motivo, um outro sistema semelhante é responsável por circular amônia resfriada nestes equipamentos.
Pronto.
Os sistemas de troca de calor funcionam, mas não são tudo.
Em microgravidade, o ar quente não sobe e o ar frio não desce.
Isso pode ser um grande problema, já que bolsões de ar frio podem se formar, gerando condensação - que pode levar a curtos, corrosão ou até mesmo o crescimento de microorganismos.
Todos os módulos da Estação Espacial foram cuidadosamente projetados para ter um fluxo de ar constante, garantindo um controle preciso de temperatura e umidadade em todo o interior dela.
Todos os sistemas que citei aqui estão conectados com Sistema de Suporte à Vida e Controle de Ambiente, que garante um ar respirável, sem excesso de dióxido de carbono ou gases tóxicos.
Eu já expliquei como ele funciona neste outro vídeo! Viver em um ambiente tão diferente da Terra é muito desafiador.
A microgravidade cria problemas bastante diferentes do que estamos acostumados e é preciso tomar grandes cuidados para garantir a segurança e confiabilidade que os astronautas precisam.
E como já falei anteriormente, a ISS é um grande laboratório que permitiu e continua permitindo os seres humanos entenderem melhor todos esses desafios e avançar ainda mais não só a exploração espacial, mas muitas outras áreas.
Eu sou o Dino e até a próxima!"
