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Sara RobiscoJuan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor SocasGastón Giribetmotores lanzadores newtonscombustible oxidante cohetestamaño motores lanzadoreshidrógeno líquido como combustibleoxígeno líquido oxidante comúnmotor cohete desempeño eficienciaTierraJuan Carlos GilHidrógeno líquidoQuerosenoOxígeno líquidoCristina HernándezJuan CarlosNeptunoTurbina de aviónCohete de lanzador450 segundosHéctor Socas
Combustible oxidante cohetes
Con
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Juan Carlos Gil explica las características necesarias para los motores de los lanzadores espaciales, destacando su tamaño y la necesidad de llevar tanto combustible como oxidante debido a la falta de oxígeno en el espacio.
…nave que acelera hacia atrás, la eyecta y por acción y reacción y por conservación de movimiento lineal, pues la nave va a recibir una aceleración en dirección opuesta, inversamente proporcional a su masa. Los lanzadores, los chismes que nos sacan de la Tierra, necesitan empujes brutales para vencer la gravedad del planeta, del orden de millones de newtons. Podemos quedarnos con esta referencia que luego hablaremos de motores con muchísimo menos empuje. Con lo cual, claro, necesitan motores brutales; los motores de los lanzadores, pues ya lo sabéis, son los motores más grandes que se han fabricado nunca. Además, en los lanzadores no podemos depender de que haya más o menos oxígeno, sobre todo porque cuando salimos muy arriba la presión total y también la parcial de oxígeno empieza a caer y eventualmente fuera del espacio no hay nada. Así que tenemos que llevar tanto combustible como oxidante; tenemos que llevar en los cohetes los dos. En los motores normales, la mayoría, son de propelente líquido pues típicamente de combustible se utiliza. Hidrógeno líquido, queroseno o últimamente algunos utilizan metal y como oxidante, pues el oxidante por antonomasia, que por eso se llama oxidación, que es oxígeno líquido, es muy a menudo el que se utiliza. Pero el desempeño de un motor no solo depende del empuje, que es un factor clave, sí, pero también su eficiencia. ¿Cómo de bien un motor espacial emplea ese combustible? Y en astronautica esto viene medido por una magnitud curiosa que se llama impulso específico y digo curiosa porque tiene unidades de tiempo, lo cual las tres primeras veces que te enfrentas a ello, yo ya…
Significado #1 · Palabras #4
Juan Carlos Gil explica las características necesarias para los motores de los lanzadores espaciales, destacando su tamaño y la necesidad de llevar tanto combustible como oxidante debido a la falta de oxígeno en el espacio.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #4motores lanzadores newtonscombustible oxidante cohetestamaño motores lanzadoreshidrógeno líquido como combustibleoxígeno líquido oxidante comúnmotor cohete desempeño eficiencia…nave que acelera hacia atrás, la eyecta y por acción y reacción y por conservación de movimiento lineal, pues la nave va a recibir una aceleración en dirección opuesta, inversamente proporcional a su masa. Los lanzadores, los chismes que nos sacan de la Tierra, necesitan empujes brutales para vencer la gravedad del planeta, del orden de millones de newtons. Podemos quedarnos con esta referencia que luego hablaremos de motores con muchísimo menos empuje. Con lo cual, claro, necesitan motores brutales; los motores de los lanzadores, pues ya lo sabéis, son los motores más grandes que se han fabricado nunca. Además, en los lanzadores no podemos depender de que haya más o menos oxígeno, sobre todo porque cuando salimos muy arriba la presión total y también la parcial de oxígeno empieza a caer y eventualmente fuera del espacio no hay nada. Así que tenemos que llevar tanto combustible como oxidante; tenemos que llevar en los cohetes los dos. En los motores normales, la mayoría, son de propelente líquido pues típicamente de combustible se utiliza. Hidrógeno líquido, queroseno o últimamente algunos utilizan metal y como oxidante, pues el oxidante por antonomasia, que por eso se llama oxidación, que es oxígeno líquido, es muy a menudo el que se utiliza. Pero el desempeño de un motor no solo depende del empuje, que es un factor clave, sí, pero también su eficiencia. ¿Cómo de bien un motor espacial emplea ese combustible? Y en astronautica esto viene medido por una magnitud curiosa que se llama impulso específico y digo curiosa porque tiene unidades de tiempo, lo cual las tres primeras veces que te enfrentas a ello, yo ya…
Juan Carlos Gil explica el significado del impulso específico en motores cohete de combustible líquido, indicando que un valor más alto implica una mejor utilización del combustible.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #6impulso específico motores cohetecombustible líquido valor más altoeficiencia turbinas avión supera cohetesturbina avión moderna alcanza 4000 segundoscohetes lanzadores queman combustible planeta…con el impulso específico cuando el empuje que genera ese motor es igual a su peso, que no va a ser nunca el caso. Pero bueno, por lo menos nos da una referencia de entender cómo demonios una medida de eficacia se traduce en tiempo. Bueno, cuanto más largo es Ese tiempo, cuanto más largo es el impulso específico, significa que ese motor utiliza mejor el combustible. Los impulsos específicos de estos motores cohete que os comentaba, de combustible líquido, pues están entre orden de 400 o 500 segundos, ¿vale? Eso también nos va a servir de referencia y una. Turbina de avión, por ejemplo, de las más modernas, pues llegan hasta los 4000 segundos. Son como 9 o así veces más eficientes las grandes turbinas de avión que los grandes cohetes de lanzadores. Ya vemos que los cohetes de lanzadores queman combustible a lo loco para sacarnos del pozo de potencial de nuestro planeta y es la única forma de conseguirlo. Perdona, Juan. Carlos, una preguntita: yo pensando en esa definición o esa forma de representar el impulso específico que has dado, no me queda claro. No me extraña, perdona. Si dices el tiempo que puede sostener su propio peso con un kilo de combustible, entonces si yo le…
Juan Carlos Gil explica que el impulso específico de 450 segundos en un motor de cohete no implica que este pueda mantenerse con un kilo de combustible durante ese tiempo, ya que esto solo sería cierto si el empuje del motor fuera equivalente a su peso.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #7impulso específico motor coheteempuje motor peso toneladarelación no lineal motores cohete…que he dicho, que es siempre y cuando el motor produzca un empuje equivalente a su peso. Solo en ese caso se cumple la analogía. Es una analogía realmente mala. No hay forma de seguir dando vueltas a la analogía. En cuanto pasas al mundo real no te vale. Por eso un motor de cohete tiene un impulso específico de 450 segundos. Eso no significa que el cohete se mantenga con un kilo de combustible 450 segundos. Ya nos gustaría. Eso sería solo si hiciese un impulso equivalente a su peso. ¿Cuánto pesa un gran motor de cohete? ¿Una tonelada? Pues no, da muchísimo más empuje que una tonelada y por tanto la relación no es lineal, desafortunadamente. Quería traer una posibilidad de visualizar de alguna forma que eso sea un tiempo, pero es poco afortunado. Bueno, ¿qué hacemos entonces en el espacio? Perdona, te vuelvo a interrumpir, pero independientemente entonces del que sea un tiempo, lo que nos da idea este impulso específico, es algo así como la capacidad de sostener una aceleración que puede tener ese…
Juan Carlos Gil continúa explicando el uso de motores químicos para maniobras y control de órbita en el espacio, a continuación Héctor Socas interrumpe para comentar sobre lo anterior relacionado con las velas solares.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #13velas solares experimentales propulsión espacialimpulso específico velas solares brutalesmotores químicos convencionales espacioconsumo combustible nulo velas solareshidracina para maniobras espacialesvelas solares según héctor socasmaniobras de control de órbita con hidracina…a Venus. No consumimos en este caso combustible, los fotones no vienen de fuera, con lo cual si hacemos la fórmula sin pensar más del impulso específico saldría infinito, no aplica, pero podemos estimar o hacer una transposición, una conversión respecto de un Motor equivalente que generase ese empuje y tendría un impulso específico estas velas solares brutales, muy, muy poquito impulso. Pero claro, un consumo de combustible nulo, entre comillas, pues serían del orden de 10.000 o incluso 100.000 segundos, ese es el tope gama de impulso específico. Pero a nadie se nos escapa, en general lo que se usa es motores químicos, motores químicos también en el espacio. Que sí gastan combustible. Tradicionalmente se ha utilizado hidracina, sobre todo para las maniobras, no tanto para el empuje pero para las maniobras de control de órbita y también de actitud. Héctor, ¿qué te viste? Sí, quería hacer un comentario, pero en realidad es de lo anterior, así que pido disculpas, porque estabas hablando de las velas solares, ¿no? Y una cosa que puede ser muy sorprendente es que es mayor la presión de la luz solar a la distancia de la Tierra que el propio viento solar. Lo digo porque mucha gente le sorprende cuando piensa en velas, está pensando en el viento solar, pero el viento solar…
Juan Carlos Gil explica las características y el uso de la hidracina como propulsor químico para cohetes, destacando su inestabilidad, capacidad para generar gases a alta velocidad sin necesidad de oxidante y su toxicidad.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #10 · Palabras #18hidracina propulsor químico cohetesdescomposición catalítica hidracina nitrógeno hidrógenoimpulso específico hidracina 200 segundostoxicidad hidracina propelentes verdes…radiación de la luz lo que le hace girar, ¿no? El torque no da. Creo que es un efecto térmico. Creo que es que la presión de la cámara de vacío no es tan baja como debería y entonces efectivamente parece que son corrientes de convección la que hace mover eso. Hablamos de la hidracina, la hidracina es un hidrógeno como hay varios; este es de fórmula N2H4 y es muy inestable. En este caso para bien, porque le pones un catalizador y aquello se descompone de forma ultra eficaz en nitrógeno, hidrógeno y amoníaco, ultracalientes, con lo cual salen esos disparados a toda velocidad y es lo que producen el empuje. Se usa hidracina sobre todo porque no necesita oxidante; es el propio compuesto químico el que él solito catalíticamente genera estos gases a alta velocidad. Por contra su impulso específico pues no es brutal, brutal; no es para echar cohetes digamos, es del orden de 200 segundos. Y otra cosa que tiene hidracina es que es ultra tóxica; es de lo peorcito, con lo cual en los últimos años está tendiendo a producir alternativas que son los llamados propelentes verdes. Esperemos que podamos avanzar en esa dirección. Otra opción más, antes de llegar a lo que me ocupará, que serán los motores eléctricos, son los motores nucleares. Mucha gente ni ha oído hablar de esto. Hay dos tipos de motores nucleares: los de tipo térmico usan, el propio nombre parece indicarlo, un motor…
Juan Carlos Gil explica los detalles técnicos de los motores eléctricos utilizados en la propulsión espacial, mencionando el uso de gases nobles ionizados como xenón o criptón.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #19gases nobles ionizados xenón criptóncampos eléctricos magnéticos aceleración ionesmotores espaciales eléctricos milinewtonsimpulso específico motores propulsores espaciales…materia neutra que es lo que podemos llevar en la nave, típicamente gases nobles, gorditos; queremos que sean átomos gorditos para que cuando salgan a toda leche se lleven mucho momento y nos impulsen para adelante. Típicamente se usan xenón o criptón. El radón es radiactivo, molaría, pero no nos dura nada, ese no nos vale. Y una vez que hemos ionizado estos gases nobles, aceleramos los iones, las partículas cargadas resultantes, tanto electrones como iones, hemos ionizado, hemos partido en dos cachitos, mediante campos eléctricos y o magnéticos. y eso nos va a hablar de los dos motores eléctricos, los propulsores espaciales eléctricos que existen. También lo anticipaba antes, generan muy muy bajo empuje, típicamente de milinewtons, milinewtons, nada, con lo que obviamente no sirven de ninguna de las formas para despegar, para movernos dentro de la atmósfera, pero por contra son muy extraordinariamente eficientes con impulsos específicos de Miles de segundos y algunos de muchos miles de segundos, lo que los hacen ideales para misiones de larga duración como misiones interplanetarias o satélites; se utilizan ahora para que duren lo más posible. Es una tecnología, que no viene de Julio Bern, es…
Cristina Hernández plantea una pregunta sobre un cohete con propulsión nuclear térmica que toma el propulsor de la atmósfera y lo almacena para usar más arriba.
Habla: Héctor SocasSignificado #4cohete propulsión nuclear térmica hernándezconservación momento cohete atmósfera juan carlosmini neptuno oxidante cohetefase atmosférica cohetescombustible cohete primer kilómetromotor nuclear hidrógeno atmósferaeficiencia motor nuclear gil…¿Quién te manda? No siento las piernas. Bueno, ¿qué más?, pregunta Cristina Hernández. Un cohete con propulsión nuclear térmica que tomara de la atmósfera el propulsor y almacenara algo para más arriba, tampoco puede escapar de un mini Neptuno. Aunque antes ya la gente grave y muerta, no sé si me pierdo algo, pero hay una última frase que no pillo, pero bueno, entiendo que la pregunta es si puedes, en vez de llevarte todo el oxidante contigo, lo puedes coger en la atmósfera. Hay una cosa que mencionaría antes que nada, ¿que no sé si la tienes en mente Juan Carlos?, que la conservación del momento hace que eso te frene, para empezar. Dices pillando cosas de fuera, sí. Claro, cogiendo aire de fuera, eso te va a frenar. La fase atmosférica es la más fastidiada de cualquier cohete porque la atmósfera es densa o sea vencer es cuando gastas un brutal porcentaje del combustible en salir en el primer kilómetro y en los 10 primeros kilómetros y en los 100 primeros con lo cual lo que pregunto tiene mucho sentido si llevas un motor nuclear y en vez de acelerar hidrógeno que lo tienes que llevar desde abajo lo vas cogiendo del aire a priori a falta de cálculos eso debería ahorrar debería ahorrar energía y por tanto aumentar la energía la eficiencia del motor. Algo parecido se hace y no sé si alguna vez se ha fabricado; creo que se han hecho prototipos, con motores de reacción o motores aeronáuticos y se llaman Ramjet, los motores que aceleran de forma supersónica el aire entrante. De hecho, Cristina hace una…