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acemu:articulos:articulos_tecnicos:combustibles_y_propulsion:produccion_de_gases_en_la_combustion_-_by_kenneth_irving

En construcción

Anoche estuve jugando un poco con Cpropep, que es un programa que permite calcular fracción de productos en la reacción de combustión del propelente, para diferentes condiciones de combustión (oxidante/reductor, temperatura, presión, etc.)

Todavía no tengo claro bajo qué condiciones estoy reproduciendo lo mejor posible las condiciones de combustión en el motor, pero hay un tema que me llamó la atención leyendo el material de Nakka: durante la combustión se producen sustancias que son gaseosas (CO2, CO, N2, H2O) a la temperatura de combustión y otras que son líquidas (o sólidas) como K2CO3 (carbonato de potasio).

Al parecer, según las ecuaciones que aparecen en el sitio de Nakka y en el Sutton, los componentes que contribuyen al empuje en la expansión que ocurre en la tobera son los gaseosos. Los sólidos/líquidos no contribuyen, pues no pueden sufrir expansión, y eso hace que baje el rendimiento del propelente. O sea que lo ideal es mantener la fracción no gaseosa lo más baja posible. Como el que contibuye a la fracción sólida es el potasio del KNO3, parecería ideal mantener el KNO3 al mínimo. Al mismo tiempo, el KNO3 contribuye a la formación de los otros componentes gaseosos (H2O, N2, CO2 y CO), particularmente al N2, por lo que conviene que esté en buena cantidad.

Jugando se pueden buscar las condiciones óptimas que aumenten la fraacción gaseosa frente a la sólida.

Curiosamente para la relación 65/35 tradicional (para sorbitol) obtengo una fracción gaseosa del orden de 0.86 mientras que para una relación 60/40 la fracción gaseosa crece a 0.89. O sea que parecería ser más eficiente una mezcla 60/40 que una 65/35, por lo menos en el caso del sorbitol…

Todavía me falta aprender un montón, en particular entender bien las condiciones bajo las cuales estoy haciendo el cálculo. Tampoco sé qué tanta mejora en el empuje puede llegar a representar ese 3% adicional de gas que se produce.

Pero por lo menos está interesante el poder chivear y buscar qué condiciones producen mayor cantidad de gas que contribuyen a mejorar la eficiencia del propelente.

Ni que hablar que si en lugar de emplear KNO3, se empleara nitrato de amonio (NH4NO3), la producción de gas sería mayor, ya que todos los productos son gaseosos.

No es que no se pueda emplear, pero suele no usarse porque el nitrato de amonio es muy higroscópico y junto con el azucar… la mezcla es hiperhigroscópica. Pero podría hacerse alguna prueba alguna vez, a ver qué rendimiento se obtiene.

Seguiré jugando/aprendiendo, a ver a donde llego… :-)

SUPER INTERESANTE!!!

Yo opino que vale la pena probar estas cosas. En mi caso me encanta no quedarme con las recetas como “mandamientos” a los cuales hay que reverenciarlos.

Me parece que podemos hacer una diferencia como grupo si logramos mejorar lo que hay. But… cuidando y tratando de eliminar la “uruguayez” de estas discusiones o sea, discuto y hago y con eso lo arreglamos.

La reflexión es fundamentalmente para mi y no hay ninguna referencia personal. :le tengo PÁNICO “al ser uruguayo”

Un abrazo Taba

Taba: mi intención es simplemente contar algunas de las cosas con las que me voy encontrando, que me resultan interesantes o llamativas. Mi interés en comunicarlo es fundamentalmente para tener un feedback y ver qué opinan otros. Si lo que planteo es muy choto o tiene sentido, si voy por el lado correcto o es un mamarracho.

Por ahí alguno que tenga más experiencia me dice: no, no tiene sentido meterse en eso, ya está todo estudiado y lo óptimo es esto o aquello.

Por otro lado, comunicar es una forma de reflexionar, elaborar las ideas. En los intercambios con otros terminás aprendiendo, tanto del aporte de los demás como de tus propias reflexiones. De las charlas con Pablo terminé aprendiendo cómo ocurre el fenómeno de combustión, y de los problemas asociados a la erosión y por qué ocurre. Son todos esos datos que lees por ahí, y que quedan sueltos, hasta que algo hace click y en el marote se arma la imagen completa.

Por lo menos a mi me pasa que aprendo las cosas como en etapas, tengo que iterar las cosas varias veces hasta que el conocimiento converge y se concientiza.

Voy recién por la segunda o tercera iteración, y recién estoy empezando a ver más claras algunas cosas que tenía medio oscuras. El tema es que tratar de contestar una duda me lleva a la siguiente, que me lleva a la siguiente y así voy recorriendo todo el mapa de conocimiento, rellenando los agujeros enormes que tengo. Por lo pronto a medida que vas incorporando conocimiento quedan mejor delineados los agujeros :-)

Digamos que en este momento tu motor es el centro de este recorrido: los moldes de los granos, el número de granos y las dimensiones, la variación en el área de combustión para diferentes configuraciones de grano, el empuje que se lograría para cada configuración, su relación con la presión, que a su vez depende de la velocidad de combustión, que depende del área, la presión y la temperatura, la velocidad característica, la termodinámica de la reacción, qué productos se obtienen en esas condiciones de presión y temperatura, cómo afecta la producción de productos no gaseosos, etc… digamos que estoy metido en una iteración GRANDE… pero ahora empiezo a darme cuenta de unas cuantas cosas que hasta ahora eran sólo datos sueltos (escuchados o leidos por ahi) y que empiezan a tomar cuerpo y sentido.

Hacer candy y volar un cohete no es complicado (ya lo demostré… record nacional de altura para vuelo de cohete impulsado por candy con configuración congrave, reconocido (extra)oficialmente por el benemérito presidente permanente de ACEMU, violando 3/4 del protocolo de seguridad recientemente publicado, pero que en esa época feliz no existía aún :-)

Ahora estoy empezando a prepararme para cuando aparezca el guapo que pretenda reclamar el título :-)

Kenneth,

Vamos por la escritura de los primeros artículos de ACEMU:

1) La optimización del motor. 2) Implementar en código libre el soft que conseguiste en Fortran.

Comencemos a armar estos trabajos.

Un abrazo Taba

Taba: totalmente de acuerdo con el tema de armar un artículo alrededor del motor. Incluyendo todo lo que se nos pueda ocurrir. Para empezar, con su construcción.

Sigo trabajando el tema de simular por soft el funcionamiento del motor. Creo que no es tan complicado y sale bien, se puede escribir un programa sencillo que genere la predicción de presión de cámara y empuje del motor.

De ahí a que tenga relación con la realidad te la debo :-) Al parecer, por lo menos para el caso del sorbitol, los efecto erosivo de los gases afectan enormemente la performance del motor, y por lo tanto las predicciones no resultan muy buenas que digamos. Pero para dextrosa y sacarosa al parecer la situación no es tan mala. De todas maneras, una predicción es una predicción y tiene mucho más valor que el no tener ni la más remota idea de lo que sucede.

Una cosa que me llamó la atención, en particular de la dextrosa y sorbitol, es la variabilidad de los parámetros que relacionan tasa de quemado con presión.

El apartamiento experimental medido por Nakka de la ley de St. No-me-acuerdo-qué ( ) es tremendo, pero no tengo claro si eso es debido a problemas en las medidas, o efectivamente es así. Lo curioso es que agregando óxido de hierro o carbono (grafito) se recupera el comportamiento teórico esperado. Así que un tema que podemos incluir es esa discusión.

Por lo pronto, el cálculo de la presión nos va a permitir saber si el motor será capaz de resistir la presión generada por 2, 3, 4 o más granos bates.

Por lo que he visto por ahí, todos manejan un factor de seguridad de 2, o sea que calculan que el motor sea capaz de soportar por lo menos el doble de la presión que se prediga por soft que va a generar el motor para una determinada configuración de granos y propelente.

Me está faltando el dato de la presión que es capaz de aguantar las paredes del motor.

Sobre el soft en fortran, no creo que tenga mucho sentido (por lo menos aún) reproducirlo como soft libre. Primero porque es complejo, segundo porque si bien no es código libre, el fuente está disponible y es de libre uso. Tanto el CEF de la NASA como el cpropep están basados en el artículo de McBride et. al. y lo que hace es determinar la composición de equilibrio de una reacción química (o un conjunto de reacciones químicas) minimizando la energía libre de Gibbs (delta G). La idea es obvia, una vez que te la presentan. Deja de lado la idea un tanto naif de que las reacciones ocurren “según los libros” (como si la materia supiera de antemano que tiene que hacer :-) y plantea algo mucho más realista, en base a los potenciales químicos de las sustancias involucradas en la reacción y las condiciones (presión y temperatura) a la que ocurre.

Pero ese código ya está, tiene años en la vuelta y no sé si tiene sentido reescribirlo. Por un lado, porque involucra cosas relativamente lejanas a los cohetes en sí, pero en particular porque creo que es bastante complejo. Todavía estoy luchando con las ecuaciones del artículo, pero les digo que da gusto leer trabajos donde los tipos se salen de “las ecuaciones de los libros” y las aplican a situaciones reales. Ojalá en Termodinámica hubiésemos trabajado con situaciones así y no las “ideales”.

El artículo está bueno, vale la pena leerlo, y ya me dio unas ideas para incorporar al curso de cálculo numérico en facultad (pobres estudiantes :-).

Por otro lado, he estado haciendo algunas pruebas de carátulas, para los artículos que escribamos para ACEMU, tratando de imitar el estilo NASA Veremos qué sale, a ver si les gusta.

MPECABLE KENNETH TODO!!!

Adelante con el artículo sobre el motor. Ayudo en lo que pueda. En eso me llevás varios cuerpos de ventaja. Me gusta MUCHO la idea de trabajar como lo hacía Frank Malina y su “Escuadrón suicida” (origen del JPL - Jet Porpulsion Laboratory en el CalTech). Ecuaciones y luego probamos la realidad. BUENÍSIMOOOOOO!!!!

Carátulas tipo NASA …… EXCELENTE!!!

Mientras se ocupan del motor, voy a tratar de poner mi granito de arena con la aerodinámica y así dividimos los esfuerzos para multiplicar los resultados.

Un abrazo y esto se pone bueno….!

Taba

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acemu/articulos/articulos_tecnicos/combustibles_y_propulsion/produccion_de_gases_en_la_combustion_-_by_kenneth_irving.txt · Última modificación: 2011/02/27 11:03 por luis