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Motor Stirling ciclo enfriamiento calor
Ep 503: Propulsión Espacial; Computación Cuántica; Fusiones de Estrellas de Neutrones; Agujeros Negros
13 de marzo de 202510 momentos
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 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 GilSignificado #9motores 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 continúa la discusión sobre motores nucleares, explicando que existen dos tipos: térmicos y eléctricos. Menciona el uso de reactores nucleares para generar electricidad, similar a los reactores terrestres de Van de Jost.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #19motores nucleares térmicos navesreactores nucleares van de jostelectricidad motores eléctricos naves…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 tipo de motores nucleares y son los nucleares eléctricos; un reactor nuclear genera electricidad como los reactores nucleares de Van de Jost en tierra para generar electricidad y esa electricidad se utiliza para mover un motor eléctrico que es de los que quería hablar. Pero antes tengo apuntado otro apunte sobre lanzadores y es el concepto de velocidad de escape; lo hemos comentado aquí algunas veces. La velocidad de escape de la Tierra es 11,2 kilómetros por segundo, 40.000 kilómetros por hora, así es más fácil de…
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 #10motores magnetoplasmadinámicos mpdalto empuje motores eléctricos newtonresonancia magnética ionización átomoreactor nuclear energía motores mpdbasim r radiofrecuencia radiación electromagnética…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 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 #6motores 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 introduce un artículo sobre simulaciones de Blasov para estudiar el comportamiento de la pluma de escape en motores iónicos.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #7simulaciones blasov haz propulsión eléctricaestructura pluma escape motores iónicosfrente expansión cinética electrones chen kuirelación termodinámica flujo calor universidad california…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 California en Los Ángeles y la de Virginia; los dos son americanos. Y el objetivo de este artículo era estudiar el comportamiento de la pluma de escape, lo que se da por fuera, en motores iónicos y en particular la estructura de esta pluma incluyendo el frente de expansión, la cinética de los electrones, que es, bueno, lo veremos un poquito luego; es fundamental y su relación, la relación de la cinética con las propiedades termodinámicas, el flujo del calor, vamos, que lo quieres tener ajustado. Hasta hace nada, los estudios de este tipo de motores se hacían considerando a los electrones como un fluido sin masa y usaban leyes empíricas para los iones de laz, con lo cual te dan un modelo que con una calculadora programable se podría explorar, pero…
Juan Carlos Gil describe el proceso iterativo utilizado en simulaciones para estudiar motores electrostáticos, explicando cómo se calcula el campo electromagnético y se simula el movimiento de partículas cargadas.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #12campo electromagnético motores electrostáticosfuerzas lorentz metapartículas mallamovimiento partículas ley newtonestabilidad numérica paso tiempo…dan los ordenadores todavía; quizá los cuánticos algún día, considerar grupos de partículas cargadas; de nuevo las partículas son electrones y los cationes, lo que llaman macropartículas, hacen una malla espacial y distribuyen macropartículas en esa malla y. entonces se resuelve el campo electromagnético con todas las cargas por ahí dispersas; se calculan las fuerzas de Lorentz resultantes sobre cada una de las metapartículas, macropartículas estas en la malla; se integra su movimiento según la segunda ley de Newton, lo de siempre, con un paso de tiempo chiquitito, pero suficientemente grande para alargar la simulación, pero chiquitito para que no haya estabilidad numérica; se actualizan las posiciones de estas macropartículas y se repite el ciclo todas las veces que puedas. Tal cual lo que hice yo en mi tesis. En los años 90 yo utilizaba, simulaba iones en disolución y para mí el agua era un baño con tim. No tenía capacidad de cálculo para explicitar las moléculas de agua. Recordad es parecido. Yo por supuesto mis fuerzas…
Juan Carlos Gil explica cómo las simulaciones con bajo ruido les permiten calcular magnitudes dependientes de momentos más altos, como la función de distribución de velocidades de los electrones y su temperatura.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #9función distribución velocidades electronestemperatura flujo calor plumasimulaciones bajo ruido gil…los comparan con simulaciones previas del método este más burdo PIC, por supuesto son congruentes, pero el PIC tiene unos errores ridículos, sobre todo en los bordes de la cola, y esto le da igual, es súper suave, como diría Francis, es maravilloso con lo ¿Cuál, bueno, validan sus simulaciones y este bajo ruido es lo que nos permite calcular magnitudes que dependen de momentos más altos? Tienes la función de distribución de velocidades de los electrones y por tanto su temperatura, su flujo de calor y bueno, pues caracterizan varias cosas interesantes de la pluma que no se conocían. O sea, estamos hablando, en fin, que estas técnicas de verdad permiten acceder a la física del problema sin tener que fabricar los motores. Primero, la distribución de velocidades axial a lo largo de la pluma es prácticamente 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…
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 #3 · Palabras #3simetría 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 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 #20motor 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…