Publicado: 
13 de noviembre de 2001

"¡Energía Eléctrica para la EEI!

¡Energía Eléctrica para la EEI!

¿Cual es el recurso más importante para la Estación Espacial Internacional? ¡La energía eléctrica!

NASA

Centro Marshall de Vuelos Espaciales

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Noviembre 13, 2001:  La energía eléctrica es sin duda el recurso más crítico para la Estación Espacial Internacional (EEI). Hasta el aire en la Estación se crea dividiendo moléculas de agua utilizando electricidad. El oxígeno de reserva, igualmente se almacena en tanques presurizados con electricidad. En el debate sobre lo "más importante", la energía eléctrica gana con mucha ventaja.

Derecha:  En la EEI, la electricidad no sólo provee las cosas esenciales -- como el aire para respirar -- además permite las comodidades más corrientes, como afeitarse. [más información]

La electricidad mantiene a la EEI y a su tripulación vivas: suministrando energía a los sistemas de aire y agua, mantiene las luces encendidas, bombea líquidos para el reciclaje, calienta las comidas, hace que funcionen las computadoras. ¡Permite incluso que los miembros de la tripulación conversen con niños de colegios por radio de aficionados! Sin duda, en el hogar de la humanidad en el espacio, la electricidad efectúa todas las tareas.

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El conseguir suministro confiable de energía eléctrica para una casa que se encuentra volando a 350 km sobre nuestro planeta, no es un desafío pequeño. Después de todo, no se trata solamente de que tripulantes bajen un cable eléctrico ¡y lo enchufen a la red urbana! Llevar combustible desde la superficie sería demasiado caro, debido al alto costo de los cohetes de lanzamiento.

En órbita terrestre, la fuente más práctica de energía para la EEI es la luz solar. Afortunadamente, la energía solar es abundante. El Sol irradia una gigantesca cantidad de energía al espacio: 4 x 10 23 kilovatios (kW), que es un cuatro seguido por 23 ceros, o un trillón de veces (español) o (un billón de billones - inglés). Si pudiéramos recolectar toda esta energía, sería suficiente para suministrar la demanda de 31 billones de planetas Tierra, todos consumiendo energía al nivel del año 1999.

En realidad nuestro planeta solo recibe la mil millonésima parte del total de energía que irradia el Sol, pero aún esta pequeña fracción representa una enorme cantidad de fuerza. "Si convirtiéramos toda el agua del Lago Erie en petróleo y lo quemáramos en un sólo segundo, produciríamos, aproximadamente, la misma cantidad de energía que obtenemos de la luz solar que llega a la Tierra en un día", explica Sheila Bailey, física investigadora en el Centro Glenn de Investigaciones de la NASA (Glenn Research Center (GRC)) en Cleveland, Ohio, Estados Unidos.

El desafío, claro está, es convertir esta abundante energía del Sol, en una forma que pueda ser útil en la Tierra, o en el espacio.

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Arriba:  Los paneles solares son la parte más sobresaliente de la Estación Espacial Internacional -- ¡y, sin duda, la más importante!

Mientras algunas personas (entre ellas Wernher von Braun), han sugerido que los "colectores solares" podrían usar el calor de la luz concentrada, para producir vapor que mueva turbinas -- de un modo parecido a la forma en que se produce la electricidad aquí en la Tierra -- las celdas fotovoltaicas, siguen siendo la manera más práctica para extraer energía de la luz solar en el espacio. El Centro Glenn de Investigaciones (GRC por sus siglas en inglés), desarrolló una tecnología fotovoltaica (PV) altamente perfeccionada, que está siendo utilizada en la EEI.

Estas celdas están montadas en ocho grandes estructuras, semejantes a alas, llamadas paneles solares; cada uno mide 34 m de largo y 11 m de ancho (112 ft. x 39 ft.). En total los paneles contienen 262 400 celdas solares y cubren un área de cerca de 2 500 m2 (27,000 pies cuadrados) -- ¡más de la mitad del área de una cancha de fútbol americano! Un cardán controlado por una computadora hace girar los paneles solares para mantenerlos orientados hacia el Sol.

Pero el Sol, sin embargo, no está siempre "arriba", debido a que la EEI ¡pasa casi la mitad del tiempo en la sombra de la Tierra! De cada circuito de 92-minutos alrededor de nuestro planeta, la nave está en eclipse por cerca de 36 minutos. Durante la fase en la sombra, la estación espacial depende de paquetes de baterías recargables de níquel-hidrógeno, para tener una fuente de energía continua.

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Izquierda:  Paquetes de baterías recargables suministran electricidad a los sistemas de la EEI, cuando la estación espacial se encuentra en la sombra de la Tierra.

Estas baterías consisten de 38 celdas conectadas en serie y empaquetadas juntas, en una caja que permite controlar la temperatura y la presión. La unidad está diseñada para facilitar su remoción y reemplazo. Las baterías, que son recargadas en cada órbita durante el tiempo que son iluminadas por el Sol, deberían durar más de 5 años, según las pruebas realizadas en el GRC, afirma David McKissock, un analista de sistemas de energía eléctrica en el Centro Glenn.

La necesidad de cambios permanentes entre el abastecimiento de energía de los paneles solares a la energía almacenada en las baterías, resultó un desafío para los diseñadores del sistema de energía de la estación. Todo el abastecimiento eléctrico debe ser alternado suavemente dos veces en cada órbita, distribuyendo un flujo de corriente continua y sin interrupciones ni saltos, a todos los enchufes y aparatos.

"El resultado de este proceso, cuidadosamente administrado, es una potencia de 110 kW disponible para todo tipo de usos", afirma McKissock. "Luego de abastecer los sistemas de soporte de vida, la carga de las baterías, y otros mecanismos relacionados con el abastecimiento de energía eléctrica, quedan aún 46 kW de energía eléctrica continua para ser utilizados en los trabajos de investigación y experimentos científicos. Esto es suficiente como para hacer funcionar una pequeña villa de entre 50 a 55 casas".

La energía eléctrica de la EEI es algo diferente a la electricidad enviada a las casas en la Tierra. En lugar de la conocida corriente alterna (CA), que circula a través de los cables de electricidad urbanos, la EEI funciona con corriente eléctrica continua (CC). Los equipos eléctricos construidos para la EEI están diseñados para utilizar la potencia de 120-volt CC de la estación, pero los aparatos usados en la Tierra, tales como CD portátiles y afeitadoras eléctricas, deben adaptarse a este extraño sistema eléctrico.

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La administración de energía eléctrica, sin embargo, va más allá de elegir entre CA o CC. Es necesario tomar en cuenta dos importantes efectos secundarios de la generación de electricidad en el espacio, antes de que se pueda afirmar que el sistema de la EEI es confiable y seguro.

En primer luga, el almacenar electricidad en baterías y administrar su distribución, genera un exceso de calor que puede llegar a dañar los equipos. Este calor debe ser eliminado. Para ello, el sistema generador de energía de la EEI utiliza radiadores de amonio líquido para disipar el calor fuera de la nave espacial. Los paneles radiadores exteriores están protegidos de luz solar y se orientan hacia el frío vacío del espacio.

Arriba: Este astronauta, que trabaja en el sistema de disipación de calor, debe tener cuidado de los peligros causados por la generación de grandes cantidades de electricidad, en el ambiente de plasma de la baja órbita terrestre. [más información]

Un segundo efecto colateral puede ser peligroso hasta para los mismos astronautas, si no es manejado apropiadamente. Los paneles solares de la estación acumulan un potente campo eléctrico, a medida que la EEI viaja a través del plasma de poca densidad existente en la baja órbita de la Tierra (LEO, en inglés).

El plasma es un gas que contiene partículas cargadas que se orientan según la existencia de campos eléctricos -- como los que se encuentran alrededor de los paneles solares. Como resultado de ello, el casco de la EEI se carga con un alto voltaje. Durante las caminatas espaciales, los astronautas podrían sufrir fuertes golpes eléctricos, si llegan a tocar el caso metálico de la estación sin la precaución adecuada. [más información]

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Para contrarrestar estos problemas, el GRC ha desarrollado aparatos como los "conectores de plasma", que neutralizan la carga generada por el plasma en el casco de la EEI, y "dispositivos de aislamiento de circuitos", o CIDs (en inglés), que permiten al tripulante que realiza la caminata espacial, remover la carga de algunos circuitos y poder conectar con seguridad, los cables umbilicales al sistema eléctrico. Sin los CIDs, extensas secciones de la estación tendrían que apagarse durante las caminatas espaciales.

Izquierda:  Esta unidad conectora de plasma, actúa como una varilla de conexión a tierra, disipando la carga superficial en la EEI. Crédito: GRC.

Gracias a estas innovaciones tecnológicas, las luces brillan siempre -- y con seguridad -- en la Estación Espacial Internacional. Y los ingenieros de la NASA pueden declarar confiados: "¡Todo el Poder a la EEI!"  

Enlaces a la Red

Suministrando Energía para el Futuro -- (GRC) una lista con las características de los sistemas de energía de la EEI.

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La Oficina de Energía y Propulsión del Centro Glenn de Investigaciones (GRC) de NASA se encarga y administra el desarrollo de tecnologías de energía eléctrica y propulsión a bordo, para las necesidades de todas las Empresas de la NASA.

Derecha: Los Enchufes de corriente de la EEI no se parecen a los de la Tierra.

Respiran Tranquilos en la Estación Espacial --Ciencia@NASA artículo sobre los sistemas de control de la atmósfera en la estación espacial. (En español).

Sistemas de Soporte de Vida de la EEI -- información sobre los Controles Ambientales y Sistemas de soporte de Vida que mantienen vivos a la tripulación de la EEI.

Agua en la Estación Espacial --Science@NASAartículo sobre el reciclaje del agua en la EEI.

Manteniéndose Fresco en la Estación Espacial --Ciencia@NASAartículo sobre la regulación térmica de la EEI. (En español).

Estudiantes Establecen el Primer Contacto con la EEI --Ciencia@NASAartículo sobre un grupo de estudiantes de Chicago que hablaron con la primera tripulación de la EEI por radio de aficionados. (En español).


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