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Motor Stirling
Con
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Juan Carlos Gil y Héctor Socas continúan discutiendo sobre métodos para viajar eficientemente por el sistema solar, mencionando la posibilidad de usar un motor Stirling como alternativa a los motores iónicos.
…a una fase de un motor nuclear térmico como el que os he comentado antes, con el mismo reactor nuclear Y entonces dejaríamos de coger oxígeno, aire, porque ya no hay lo suficiente y empezaríamos a utilizar como propulente hidrógeno que llevaríamos en La nave y una vez que gastásemos ese hidrógeno para acelerar lo máximo posible, luego podríamos seguir utilizando, por qué no, el reactor nuclear para alimentar a un motor eléctrico; pasaríamos a Xenon y utilizaríamos el mismo reactor nuclear. ¿Qué pasa? Un reactor nuclear térmico no te serviría bien para generar electricidad, con lo cual tendrías que utilizar algo así como un motor Stirling. ¿Se acuerdan del motor Stirling que utiliza un ciclo de enfriamiento y calor? Con lo cual hay que hacer números ahí, pero vamos, nos podemos ir al Falsentauri con un motor; bueno, técnicamente es una complejidad tremebunda, pero suena chulo. A día de hoy el método para, digamos, moverte en distancias largas por el sistema solar, el método que se considera preferido es el motor iónico, por lo que decía Juan Carlos: de que tienes un impulso específico muy grande. Lo que pasa es que tienes un empuje muy pequeñito. Entonces son motores que tardan mucho en acelerar, pero van acelerando continuamente, con lo cual al final acabas consiguiendo una velocidad de la leche. Pero el problema es lanzar eso, entonces necesitarías…
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 #16motores 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 explica la interpretación del valor de 4000 segundos en el contexto del impulso específico de un motor.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #5impulso específico motor aceleracióneficacia uso combustible motoreshéctór socas impulso específicoimpulso específico motor juan carlos gileficacia motores iónicos misiones interplanetalesvalor 4000 segundos 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 alto sea el impulso específico, más eficaz es el motor. No significa que dé más newtons; eso es el empuje. Ya veremos que los motores iónicos de los que quiero hablar tienen poco empuje, pero muchísimo impulso específico y por eso son especialmente útiles para misiones de muy larga duración como las interplanetales. En el espacio, os he mentido; he dicho que en el espacio no hay nada contra lo que apoyarse y no quería pasar esta oportunidad de decir que hay algo. Gastón lo sabe muy bien; hay campos, aunque no hay materia en general, pero en el espacio hay campos y es…
Juan Carlos Gil continúa explicando las características de las velas solares experimentales para la propulsión espacial, comparándolas con los motores químicos convencionales.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #12velas solares experimentales propulsión espacialimpulso específico velas solares brutalesmotores químicos convencionales espacioconsumo combustible nulo velas solares…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…
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 #5motores 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 las características de un motor nuclear térmico desarrollado por DARPA, destacando su eficiencia y potencial para reducir el tiempo de viaje a Marte.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #20motor nuclear térmico darpaempuje equivalente lanzadorimpulsos específicos cien segundosviaje a marte dos meses…transmediante NASA y DARPA, que es la agencia de defensa de desarrollo de tecnologías de última generación americana, están desarrollando un proyecto que se llama Draco, que utilizará porque está previsto poner en órbita en el año 2027 y no queda tanto. pues un motor nuclear térmico. El empuje de estos motores es equivalente a aproximadamente una quinta parte de un motor de un lanzador, o sea, brutal; esto en el espacio es brutal, la quinta parte de un motor de un lanzador, pero con impulsos específicos mucho mejores, del orden de 1000 segundos, más del doble que aquellos. O sea, son un pedazo de bichos para el espacio, con lo cual, con esta eficiencia y este empuje también realmente notables, bueno, pues nos podrían llevar a Marte en dos meses y medio de ese orden comparado con los nueve meses típicamente; ahora que bueno, eventualmente iría bastante bien si queremos mandar humanos. Por una parte tardamos dos meses en medio de nueve, por otra parte llevamos un reactor nuclear ahí en la propia nave que tampoco es que nos siente muy bien a los tejidos humanos, pero bueno, eso esperemos que se resuelva en algún día. Y luego hay un segundo…
Juan Carlos Gil explica las características y eficiencia de los motores magnetoplasmadinámicos (MPD) y Basim R, destacando su alto empuje y necesidad de energía.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #3motores eléctricos electrostáticos ley coulombfuerzas de lorenz motores electromagnéticosexploración espacial motores atómicosmotores magnetoplasmadinámicos mpdalto empuje motores eléctricos newtonresonancia magnética ionización átomoreactor nuclear energía motores mpdbasim r radiofrecuencia radiación electromagnética…son los que utilizan las grandes megaconstelaciones como los 7.000 satélites, se dice pronto, 7 .000 satélites ya de Starlink y los 600 de OneWeb o sea es la forma elegida de propulsión para este tipo de emisiones de hoy sin duda; y decía: hay dos tipos los Motores eléctricos electrostáticos, porque utilizan apenas el campo eléctrico: un campo eléctrico estático, es decir, simple ley de Coulomb para acelerar las partículas cargadas o los electromagnéticos, que además hacen uso de campos magnéticos. Por tanto, fuerzas de Lorenz y empezamos por esto. Por estos últimos los campos, los motores electromagnéticos están en pruebas; no vuelan, no se han desarrollado de todo, pero son posiblemente el futuro a medio plazo de la exploración espacial, quizá en combinación con los motores atómicos que os hablaba antes. ¿Por qué? Porque tienen altos empujes para ser motores eléctricos; estamos hablando de un newton, un newton que es una manzana, una manzana que es aproximadamente un newton y de nuevo impulsos específicos brutales, con lo cual son extraordinariamente eficientes. Estamos hablando de unos motores que se llaman magnetoplasmadinámicos, MPD para los amigos, que ionizan el plasma con campos magnéticos. Imaginaos el campo que tienes que poner ahí para que se ionice un átomo; es como una resonancia magnética pero que te descompone, brutal, y claro, eso hace que requieran mucha energía, con lo cual lo suyo es ponerle un reactor nuclear al lado para proporcionar la energía y bueno hay otro 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…
Juan Carlos Gil continúa discutiendo sobre la relación entre la cantidad de combustible, la aceleración y el tiempo que un motor puede sostenerla, comparando su propia analogía con una anterior.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #9aceleración y tiempo combustibleanalogía gil aceleración motorempuje equivalente al peso motormotores iónicos o de rejilla gilfabricación motores iónicos dificultad…así como cuánto tiempo puede sostener una aceleración de un G con un kilo de combustible, lo cual no quiere decir que el motor pueda producir un G de empuje, porque eso depende del empuje que tenga el motor, pero si pudiera, ¿cuánto tiempo podría sostenerlo? Puede ser con un kilo, siempre con un kilo de... No sé si es equivalente a la definición, pero bueno, me había quedado con la idea de que eso te da una idea de durante cuánto tiempo puedes sostener una aceleración, aunque esa aceleración sea pequeña; que sea pequeña o grande ya depende del empuje del motor. Creo que tu metáforo, tu analogía es similar a la mía, con lo cual creo que adolece del mismo problema de siempre y cuando el motor produzca un empuje equivalente a su peso. Pero luego torturo la fórmula a ver qué pasa. Os hablaba del segundo tipo que se llama. Motores iónicos o de rejilla que son conceptualmente 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…
Juan Carlos Gil continúa explicando las ventajas de los motores eléctricos, comparándolos con la resolución de un problema como se muestra en la serie 'La Casa de Papel'. Menciona su eficiencia y el uso directo de energía eléctrica disponible a bordo.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #15motores eléctricos problema resueltoeficiencia propelente motores eléctricosenergía eléctrica paneles sonalesreactores nucleares programa coffee break…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…
Juan Carlos Gil compara la complejidad de modelar motores químicos con la de los motores Hall, señalando que aunque ambos son difíciles, la termodinámica de los motores químicos está resuelta desde el siglo XIX.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #4 · Palabras #15motores químicos termodinámica siglo xixmodelado motores hall complejidad relativadinámica fluidos compresibles simulación estándarpaquetes simulación dinámica fluidos accesibilidad…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 dificultad de optimizar motores eléctricos mediante métodos teóricos y el alto costo de su prototipado, lo que lleva a considerar técnicas modernas como simulaciones e Inteligencia Artificial.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #13motores eléctricos optimización teóricaprototipado caro motores eléctricossimulaciones inteligencia artificial motores…muchísimo la eficiencia de la ionización y la estabilidad del maldito plasma que como todos sabemos es en los motores de futuro, en los reactores futuros de fusión pues es uno de los problemas que se están abordando en la actualidad: como controlar el plasma. Es decir, queremos motores eléctricos pero optimizarlos por métodos teóricos no es posible; por prototipos es tremendamente caro y es aquí ahora sí donde entran los artículos que os quería comentar pues recurramos a técnicas modernas como simulaciones o Inteligencia Artificial. Y de esto van dos artículos, uno de cada una de las dos técnicas que os he comentado. El primero se titula Simulaciones de Blasov del haz de propulsión eléctrica y se ha publicado en la revista Plasma Sources Science and Technology el 11 de diciembre del año pasado. Está firmado por Chen Kui y Joseph Wang, de la Universidad del Sur de…
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 #19 · Palabras #12motores 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…
Juan Carlos Gil explica un concepto similar a la propuesta de Cristina Hernández sobre cohetes que toman propulsor del aire, mencionando los motores Ramjet como ejemplo de tecnología que acelera el aire a velocidades supersónicas.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #17motores ramjet aceleran aire supersónicocristina hernández propulsor cohetes aireviaje sistema solar motores eficientes…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 segunda pregunta: es que ya las he leído antes y lo había estado pensando ¿Cuál sería la forma más eficaz, creo que dice, ya te lo ahorro Héctor, para viajar en el sistema solar de forma eficaz con una combinación quizá de motores de los que has dicho? Ya está un rato pensando y voy a publicar un artículo y me va a tocar mencionarla como coautora, porque se me ha ocurrido la siguiente posibilidad Es obviamente absurda falta de hacer números, pero como idea esto es gratis, podemos llevar un reactor nuclear,…
Juan Carlos Gil y Héctor Socas continúan discutiendo sobre métodos para viajar eficientemente por el sistema solar, mencionando la posibilidad de usar un motor Stirling como alternativa a los motores iónicos.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1reactor nuclear alimentación motor eléctricomotor stirling generación electricidad reactorxenon propulsor reactor nuclear térmicomotor stirling ciclo enfriamiento calorfalsentauri con motor stirlingimpulso especifico motor ionico…a una fase de un motor nuclear térmico como el que os he comentado antes, con el mismo reactor nuclear Y entonces dejaríamos de coger oxígeno, aire, porque ya no hay lo suficiente y empezaríamos a utilizar como propulente hidrógeno que llevaríamos en La nave y una vez que gastásemos ese hidrógeno para acelerar lo máximo posible, luego podríamos seguir utilizando, por qué no, el reactor nuclear para alimentar a un motor eléctrico; pasaríamos a Xenon y utilizaríamos el mismo reactor nuclear. ¿Qué pasa? Un reactor nuclear térmico no te serviría bien para generar electricidad, con lo cual tendrías que utilizar algo así como un motor Stirling. ¿Se acuerdan del motor Stirling que utiliza un ciclo de enfriamiento y calor? Con lo cual hay que hacer números ahí, pero vamos, nos podemos ir al Falsentauri con un motor; bueno, técnicamente es una complejidad tremebunda, pero suena chulo. A día de hoy el método para, digamos, moverte en distancias largas por el sistema solar, el método que se considera preferido es el motor iónico, por lo que decía Juan Carlos: de que tienes un impulso específico muy grande. Lo que pasa es que tienes un empuje muy pequeñito. Entonces son motores que tardan mucho en acelerar, pero van acelerando continuamente, con lo cual al final acabas consiguiendo una velocidad de la leche. Pero el problema es lanzar eso, entonces necesitarías…
Juan Carlos Gil está escribiendo un paper sobre un motor que utiliza un único reactor nuclear para diferentes fases de viaje: atmosférica (con aire), con hidrógeno y alimentando un motor eléctrico.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #6 · Palabras #10motor gil hernández reactor nuclearfases viaje reactor nuclearreactor nuclear fase atmosférica airereactor nuclear alimentando motor eléctrico…un lanzador, o sea, combinando diferentes motores para diferentes fases, como propone Juan Carlos. Quizás te podría dar la solución óptima. O sea, pones un cohete grande y luego una nave con una propulsión diferente para moverse luego en diferentes fases del Viaje y está dando ideas, espera que está probando ya el paper. Yo estoy escribiendo, el motor este de Gil, ¿cómo se llama ya Cristina? Que ahora estoy poniendo nombre. Utiliza el único reactor nuclear para las tres fases. Hernández García, el motor Gil Hernández utilizaría el mismo reactor con una fase atmosférica con aire, luego con hidrógeno y luego alimentando el motor eléctrico con seno. O sea, te vas liberando de masa, pero no del motor, o sea, del reactor nuclear. Ya si lo lanzas con el cañón electromagnético... ya lo veas. Hay lanzadores, eso sí, no lo he comentado; hay lanzadores que suben un avión, lo que más que pueden, 11 kilómetros, no sé qué, y ahí lanzas un motor, un pequeño cohete con motor químico y te…