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Flujo propelente motores efecto Hall
Con
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Juan Carlos Gil describe los parámetros físicos que sirven de entrada para el modelo Hall NN, indicando que son trece en total, incluyendo el flujo de propelente y la diferencia de potencia de entrada.
…porque las letras H-A-L eran cada una de ellas las anteriores a las siglas I -B-M. ¿Sí conocéis esa cosa extraña, no? Mucha gente lo dice como una verdad establecida, pero hasta donde yo sé es una especulación; eso no se ha confirmado por nadie, creo. Bueno, la entrada al modelo son 13, 13, nada menos, parámetros físicos de los motores de efecto Hall, incluyendo pues eso, el flujo de propelente, la diferencia de potencia de entrada en el cátodo, el tamaño del canal de descarga En fin, 13 cosas físicas y como os decía, da lugar a la salida, al impulso y a la corriente y al gasto eléctrico, vamos El modelo lo entrenaron, Aquí Sara empieza lo divertido para ti yo creo, con 18.000 puntos, 18.000 generados, ¿cómo? Por simulaciones. Simulaciones híbridas, de las que hablamos antes, PIC, y esas para iones y átomos neutros pero para los electrones utilizaban de nuevo un fluido sin…
Significado #1 · Palabras #1
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 GilPalabras #18motores lanzadores newtonscombustible oxidante cohetestamaño motores lanzadores…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…
Juan Carlos Gil interrumpe la explicación de Héctor Socas sobre el impulso específico para aclarar que este valor representa la capacidad del motor para mantener una aceleración y su eficacia en el uso del combustible.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #19impulso específico motor aceleracióneficacia uso combustible motoreshéctór socas impulso específico…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 motor. No exactamente, es eficacia; con una palabra sería eficacia, lo bien que utiliza un motor es su combustible. Con un kilo de combustible, ¿cuánto consigue sostenerse? ¿Vale? Y ya te digo, lo que pasa es que 4000 segundos no significa que durante lo que sea eso, 80 segundos, haga nada en especial. Tenemos que abstraernos y utilizarlo como una medida abstracta, pero tiene dimensiones de segundos. Mide la eficacia. Cuanto más…
Juan Carlos Gil introduce los motores nucleares como una alternativa a los propelentes químicos, explicando que son poco conocidos y existen en dos tipos: térmicos y otros no especificados.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #12motores nucleares alternativa propelentesmotor térmico calienta hidrógeno extremopropulsor expulsado por motor nuclear…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 nuclear para calentar un gas, hidrógeno, típicamente a temperaturas extremas; estamos hablando de un motor nuclear y claro, expulsarlo como propulsor y estos se Fabricaron, tanto la Unión Soviética como los Estados Unidos en la década de los 60 y los 70, la época dorada de la innovación espacial; por supuesto impulsada por la guerra fría, pues les hicieron desarrollar estos motores, pero ninguno de las dos…
Juan Carlos Gil explica los motores eléctricos electrostáticos y sus dos tipos principales: de efecto Hall y de rejilla.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #2 · Palabras #2efecto hall voltaje de hallmotores eléctricos efecto hallcampo eléctrico axial ánodo cátodoplasma campo magnético radialgas propelente xenóncampo magnético ionizacióniones positivos acelerados campo eléctricoelectrónes confinados corriente hall…tipo que se llama Basim R, Basimir pero sin la I final; yo siempre lo llamo Basimir para ahorrar pero le sobra una I al final que ioniza con radiofrecuencia mediante radiación electromagnética. Bueno, no me enrollo más con eso; pasamos a los de verdad que Son los motores eléctricos electrostáticos los que se usan y a su vez los hay de dos tipos: de efecto Hall y de rejilla. Los motores eléctricos de efecto Hall aprovechan el efecto; el efecto Hall es una diferencia de potencial, se llama voltaje de Hall, que aparece en un conductor por el que circula una corriente cuando se aplica un campo magnético perpendicular al movimiento de la carga. En estos motores se genera un campo eléctrico axial entre el ánodo positivo y el cátodo negativo que se está a la salida del motor y se aplica un campo magnético típicamente radial; es perpendicular al flujo del plasma pero radial, tiene simetría radial. Entonces a través del ánodo, que es el trocito que está más profundo en el Motor, se inyecta el gas propelente. El propelente típicamente xenón, que se ioniza en parte por el campo magnético del que os estoy hablando, pero fundamentalmente y esta es la gracia, por otro mecanismo que aparece ahora de forma natural según vaya hablando. Los iones positivos son acelerados por el campo eléctrico que tenemos todo el rato y salen hacia atrás a toda velocidad y generan el empuje. Pero la gracia de estos es que los electrones quedan en su gran mayoría confinados por esta corriente de Hall orbitando en La cámara de ionización y al orbitar chocan con nuevos átomos típicamente todavía no ionizados. Lo que hace que la eficacia de la ionización sea muy alta, prácticamente todo el senón que enchufas se pega con uno de estos electrones o más. Y de hecho se ha…
Juan Carlos Gil explica el funcionamiento de los motores iónicos o de rejilla, detallando cómo se generan miles de voltios para acelerar iones de xenón.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #16motores iónicos aceleración xenónrejillas generación miles voltios satélitecampo eléctrico ionización cámara descargacátodo inyección electrones pluma neutra…mucho más sencillos. Aunque ya veréis que son, sin embargo, más difíciles de fabricar. La clave es que se ponen dos rejillas, dos rejillas a la parte externa del motor, dos rejillas son dos cachitos con agujeritos para que salgan por ahí los cationes. Una cargada positivamente, la más interior y otra cargada negativamente Se le pega un pedazo, diferencia de potencial brutal, miles de voltios estamos hablando en un satélite y claro eso genera un campo eléctrico muy fuerte El xenon se ioniza dentro por electrones rápidos inyectados en la cámara de descarga, de nuevo cationes y electrones, de nuevo otra vez a lo bestia Los iones se aceleran hacia atrás por este campo eléctrico formado por las dos rejillas, generan empuje y de nuevo en el cátodo inyectamos más electrones para que la pluma sea neutra Aquí no hay simetría radial, ni corrientes de Hall, ni este efecto tan divertido del confinamiento de los electrones Son muy eficientes todavía, más impulso específico que los de efecto Hall Sin embargo, Las dos rejillas y sus agujeritos tienen que estar alineadas de forma ultra precisa para que aquello no se te enguarrine y se choquen todos los iones, que es lo que no quieres. Entonces tiene que estar casi a angstroms de alineamiento y por tanto son más…
Juan Carlos Gil explica las dificultades para diseñar motores electrostáticos debido a la complejidad inherente al plasma que utilizan.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #6 · Palabras #7motores eléctricos problema resueltoeficiencia propelente motores eléctricosenergía eléctrica paneles sonalesreactores nucleares programa coffee breakplasma bicho muy puñeteromagnetohidrodinámica plasma homogéneoefecto hall confinamiento parcial electronestransporte anómalo corriente plasmamotores químicos termodinámica siglo xixmodelado motores hall complejidad relativadinámica fluidos compresibles simulación estándarpaquetes simulación dinámica fluidos accesibilidad…de forma ultra precisa para que aquello no se te enguarrine y se choquen todos los iones, que es lo que no quieres. Entonces tiene que estar casi a angstroms de alineamiento y por tanto son más difíciles de construir y no se pueden hacer tan pequeñitos. Genial, motores eléctricos, problema resuelto, como decían en la serie de la casa de papel, se acabó el problema Tienen muchas ventajas estos motores eléctricos, que habréis podido incluso debucir Primero, no tienen piezas móviles, nulas, o sea, ninguna, los motores químicos, que si válvulas, que si chismes dando vueltas, aquí es muy sencillo Usan, como hemos hablado, el propelente eficazmente, no tienes que llevar combustible por una parte y oxidante por otro, simplemente un propelente que ya te encargarás tú de ionizar y además usan de forma directa, sin pasos intermedios, la energía eléctrica, que es lo que, bueno, es de esperar que tengas a bordo con paneles sonales, también hemos hablado en este programa o con los reactores nucleares de los que hablábamos. ¿Qué ocurre? Pues que diseñarlos es muy complicado. ¿Por qué? Porque es muy complicada su descripción razonablemente precisa con modelos teóricos. ¿Por qué? Y van tres porqués enseguida porque estamos hablando del maldito plasma. Es un plasma, es un bicho muy puñetero Además en este caso no está en equilibrio, Héctor Tenemos turbulencia, está parcialmente magnetizado Con lo cual no es magnetohidrodinámica En el caso del magnetohidrodinámica Supones un único plasma homogéneo Aquí tienes los electrones por uno a los que tienes por otro Con lo cual hay un transporte anómalo, se llama, de corriente Y encima, en el caso del efecto Hall Los motores Hall tienes el efecto Hall con confinamiento parcial de los electrones, en fin, es una verdadera fiesta, ¿vale? Y este es el punto de... A ver, los motores químicos tampoco es que te lo puedan modelar un chaval recién acabada la carrera, ¿vale? No es nada tampoco sencilla, pero por lo menos es más razonable, porque la reacción química que ocurre, en fin, está resuelta desde el siglo XIX, yo creo, ¿no? La termodinámica de un motor es accesible y bueno, aunque sea difícil, de hecho utilizan esta metáfora los ingleses, este dicho: es rocket science; bueno, aunque sea razonablemente difícil, pero por lo menos la dinámica y el comportamiento de los fluidos compresibles, que es lo que tienes ahí, pues se puede abordar con paquetes de simulación estándar de dinámica de fluidos, bastante accesible. Por tanto no son abordables mediante métodos teóricos suficientemente bien los motores. Eléctricos, puedes hacer prototipos, pero de nuevo nos encontramos con problemas porque podemos utilizar prototipos ajustando parámetros y viendo cómo se comporta. Pero es muy caro en el caso de los eléctricos, ¿por qué? Si son más sencillos de fabricar y…
Juan Carlos Gil explica la distribución del flujo de calor y la temperatura de los electrones en las simulaciones, destacando una simetría axial y un enfriamiento adiabático transversal.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #16simetría axial del flujo de calorenfriamiento adiabático transversal electronesdistribución del calor componente axialtemperatura estable dirección salida…más hueliana, con una pequeña pérdida, lo que llaman una cola negativa, en la dirección de vuelta al motor; mientras que la dirección transversal, radial, tiene una distribución de velocidades que los autores llaman, muy curiosamente, de sombrero de copa. O sea, sube; hay un plató y luego baja, ¿no? Un sombrero de copa. Copa. El flujo de calor está dominado por esta componente axial debido a la simetría, esta que os hablaba en la desmisión axial que tiene una componente negativa. Bueno, pues eso es lo que explica cómo se distribuye el calor. Y la temperatura de los electrones es estable en esta dirección de salida, pero sigue un enfriamiento casi adiabático en la dirección transversal, que es, bueno, pues eso sí que es esperable, ¿no? A los lados no tienes nada, pues se te enfría de forma adiabática. Pero más allá de estos pequeños detalles que interesarán a los expertos en motores, el resumen es que esta simulación Blasov funciona y proporciona un detalle inaudito y nos va a permitir optimizar su diseño siempre que estemos dispuestos a utilizar 4 días de CPU y 4 días de 800 CPUs Segundo artículo, se titula…
Juan Carlos Gil continúa hablando sobre un artículo científico relacionado con motores Hall y su rendimiento. El objetivo del modelo de aprendizaje automático es predecir la combinación de empuje y corriente de descarga.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #3 · Palabras #6efecto hall simpáticomodelo aprendizaje automático motores hallcorriente descarga ánodo cátodoconsumo eléctrico motor paneles solares…Instituto de Tecnología de Georgia, pero el Georgia de Atlanta, no el Georgia, no el Georgia Pais en Estados Unidos En este caso el objetivo de este artículo era desarrollar un modelo de aprendizaje automático para eso, para predecir el rendimiento, en este Caso solamente de los motores Hall, el que os hablaba del efecto Hall tan simpático. En particular, pretenden obtener como resultado del modelo combinación de empuje, una clave de las que estamos hablando, y corriente de descarga. La corriente de descarga es la corriente que se forma entre ánodo y cátodo, que a la postre va a determinar el consumo eléctrico de tu motor, así que tienes que tenerlo en cuenta para poner los paneles solares suficientemente gordos. Bueno, pues ahora hay un modelo que llaman Hall NN, Hall Neural Network, si quieres, Hall NN, que usa un conjunto de redes neuronales, Sara, que he tenido que buscarlo, ¿qué era esto? Varias trabajando Al final es razonablemente sencillo y lo que consigues, como…
Héctor Socas aclara la diferencia entre el modelo Hall NN (con doble N) para predecir el rendimiento de motores y el efecto Hall (con doble L), haciendo referencia a la película '2001: Una odisea del espacio'.
Habla: Héctor SocasSignificado #5 · Palabras #5modelo hall nn hal 9000predicciones motor nave odysseyhall gente dave temomodelo hall nn odysseyefecto hall física doble lcálculos en tiempo real hall nn…puedes coger, depende del valor que te den Puedes coger la media, puedes coger lo que... pero sí, es iVagin Bueno, el modelo se llama Hall NN o Hall New Grand Airbook, estaba esperando a ver si a alguno le surgía porque a mí me hizo mucha gracia Héctor Me recordó el nombre al Hall 9000, ¿no? que controlaba la nave ¿Recordáis? de 2001 uno dice en el espacio Es curioso porque el Hall NN nos va a permitir hacer predicciones del motor que moverá aquella nave cuando llegue, ¿no? Esperemos que no nos diga eso de, lo siento Dave, me temo que no puedo hacer eso No puedo hacer eso, porque Hall, la gente a lo mejor no es Consciente, porque en la película parecía como una interfaz que hablaba con la gente, pero realmente su misión era controlar la nave y supongo que incluiría aspectos tales como controlar la propulsión, pues sí, como en este caso había que hacer cálculos en tiempo real, todo eso lo tendría que hacer Hall, pero este Hall es con doble L, entiendo. Este es con doble N, el Hall de Odyssey en espacios, H-A-L. No, no, sí, pero digo... Este es Hall N-N, sí, Hall es doble N. Pero Hall con doble L porque es el efecto Hall, ¿no? El hall de la película tiene la... Es H-A-L-L y dos N mayúsculas. Sí, pero el de la película decían que a lo mejor lo habían seleccionado porque las letras H-A-L eran cada una de ellas las anteriores a las siglas I -B-M. ¿Sí conocéis esa cosa extraña, no?…
Juan Carlos Gil describe los parámetros físicos que sirven de entrada para el modelo Hall NN, indicando que son trece en total, incluyendo el flujo de propelente y la diferencia de potencia de entrada.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1modelo hall nn trece parámetrosflujo propelente motores efecto halldiferencia potencia entrada cátodo hall…porque las letras H-A-L eran cada una de ellas las anteriores a las siglas I -B-M. ¿Sí conocéis esa cosa extraña, no? Mucha gente lo dice como una verdad establecida, pero hasta donde yo sé es una especulación; eso no se ha confirmado por nadie, creo. Bueno, la entrada al modelo son 13, 13, nada menos, parámetros físicos de los motores de efecto Hall, incluyendo pues eso, el flujo de propelente, la diferencia de potencia de entrada en el cátodo, el tamaño del canal de descarga En fin, 13 cosas físicas y como os decía, da lugar a la salida, al impulso y a la corriente y al gasto eléctrico, vamos El modelo lo entrenaron, Aquí Sara empieza lo divertido para ti yo creo, con 18.000 puntos, 18.000 generados, ¿cómo? Por simulaciones. Simulaciones híbridas, de las que hablamos antes, PIC, y esas para iones y átomos neutros pero para los electrones utilizaban de nuevo un fluido sin…
Juan Carlos Gil explica cómo se generaron los 18.000 puntos de datos utilizados para entrenar el modelo Hall NN, detallando la proporción de simulaciones de motores Hall reales y datos semirreales con parámetros aleatorios.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #13 · Palabras #8motores hall serie kht estudiosimulaciones motores hall realesdatos semirreales parámetros aleatoriosred neuronal diversidad entrenamientovalidación datos experimentales michigan…puntos, 18.000 generados, ¿cómo? Por simulaciones. Simulaciones híbridas, de las que hablamos antes, PIC, y esas para iones y átomos neutros pero para los electrones utilizaban de nuevo un fluido sin masa porque si no no les daría para hacer 18.000 ¿vale? De esos 18.000 puntos, 13.500 correspondían a simulaciones de motores Hall reales que fabrican de la serie KHT, que fabrican dos de las entidades del estudio. Dos de las propias filiaciones del estudio hacen motores iónicos y por eso han financiado este estudio. Y otros 3.500 se los añaden a los datos semirreales porque son simulados con parámetros aleatorios: motores un poquito absurdos para darle gracia a la red neuronal, para aumentar su diversidad, la diversidad del conjunto de entrenamiento. Y una vez que está entrenada la red, la validan con datos como experimentales porque tienen los motores. Los motores de la serie KHT reales y además otro que no aparece para nada en datos de entrenamiento: que es un motor real de la Universidad de Michigan. Bueno, resumiendo, los resultados son muy buenos: el empuje tiene errores inferiores a entre el 5 y el 9%, que aquí esto es tremendo, y la corriente de descarga entre el 6 y el 12%. Estos errores son inferiores a las leyes de escala que se utilizaban hace…