PRINCIPIOS DE PROPULSIN PROPULSIN DE COHETES

PROPULSIN

La propulsin es el movimiento generado a partir de una fuerza que empuja o da impulso. La

propulsin puede ser creada en cualquier acto de empuje hacia el frente de una fuente de energa

motriz en relacin a un cuerpo. Los tipos de propulsin que se pueden manejar son:

1. Nuclear

2. Propulsin por Reaccin

3. Inica

PROPULSIN NUCLEAR

En la actualidad existen dos mtodos para la propulsin nuclear, civil y militar:

Mediante reactores nucleares: la opcin utilizada en los buques nucleares, como

los submarinos, portaaviones, cruceros, rompehielos y otros.

PROPULSIN NUCLEAR

Por generacin elctrica mediante istopos radiactivos: Es utilizada en los satlites

artificiales. Debido a la liberacin continua de calor o electrones de los

materiales radiactivos como el plutonio o el uranio altamente enriquecido, estos pueden ser

usados para la generacin elctrica en condiciones en las que no existen otros mtodos

posibles, como en ausencia de luz solar.

ELEMENTOS

Un reactor nuclear de fisin consta de las siguientes partes esenciales:

Combustible: Istopo fisible (divisible) o frtil (convertible en fisionable por activacin neutrnica):

Uranio, plutonio, Torio, o mezclas de estos. El combustible habitual en las centrales refrigeradas por

agua ligera es el dixido de uranio enriquecido. La proporcin de U-235 en el uranio natural es slo

de 0,72 %, por lo que es necesario someterlo a un proceso de enriquecimiento.

Moderador (nuclear): Agua, agua pesada, grafito, sodio metlico: Cumplen con la funcin de frenar la velocidad

de los neutrones producidos por la fisin, para que tengan la oportunidad de interactuar con otros tomos

fisionables y mantener la reaccin. Como regla general, a menor velocidad del neutrn, mayor probabilidad de

fisionar con otros ncleos del combustible.

Refrigerante: Agua, anhdrido carbnico, helio, sodio metlico: Conduce el calor generado hasta un

intercambiador de calor, o bien directamente a la turbina generadora de energa elctrica o propulsin.

Reflector: Reduce el escape de neutrones y aumenta la eficiencia del reactor.

Blindaje: Plomo, acero,: Evita la fuga de radiacin gamma y neutrones rpidos.

Material de control: Cadmio o boro: hace que la reaccin en cadena se pare.

Elementos de Seguridad: Sistemas, activos (responden a seales elctricas), o pasivos (actan de forma

natural, por gravedad, por ejemplo). Evitan que se produzcan accidentes, o que, en caso de producirse, haya una liberacin de radiactividad al exterior del reactor.

ELEMENTOS

PROPULSIN POR REACCIN

Son los ms utilizados en la ingeniera aeronutica, y utilizan como principio de funcionamiento la

tercera ley de Newton, La clasificacin de los motores a reaccin es:

Autnomos:

Son aquellos que no necesitan ningn medio exterior para propulsarse, con lo cual parte de su masa

es expulsada en sentido contrario al de su movimiento, estos sistemas se denominan Motores

Cohete

No Autnomos:

Aquellos que utilizan masas exteriores para propulsarse. Utilizan el medio ambiente, si este medio es

el aire atmosfrico se denominan aerorreactores

LEYES DE DEWTON Los principios de propulsin se basan principalmente en la segunda y tercera ley de Newton, las

cuales nos dictan lo siguiente:

2 Ley de Newton: El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza aplicada y ocurre segn la

lnea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime.

3 Ley de Newton: A toda accin de una fuerza, hay una reaccin igual actuando en la misma direccin

pero en sentido contrario.

EMPUJE El empuje nace como reaccin al aumento de la cantidad de movimiento que se produce en el fluido

que lo atraviesa. Las paredes internas de un sistema, al someterse al contacto con el fluido producen

fuerzas de presin y friccin sobre el mismo, que inducen un cambio en su cantidad de movimiento.

Como consecuencia, el fluido, a su vez produce fuerzas contrarias sobre la pared, lo que provoca la

generacin del empuje.

TIPOS DE MOTORES

El sistema de propulsin de cada vehculo ser el adecuado al rgimen de vuelo y/o a la misin que deba

desempear. Una clasificacin general clsica, con fines meramente introductorios es la siguiente:

PROPULSIN POR CHORRO

Turbojet

Scramjet

Ramjet

PROPULSIN MIXTA (Hlice + Chorro)

Turbofan

Turboprop

Turboshaft

TURBORREACTOR (TURBOJET)

TURBORREACTOR (TURBOJET)

La tobera de escape, lleva acabo la conversin de la energa producida por la explosin a velocidad.

Se requiere una alta velocidad de flujo, para la generacin del empuje.

El trabajo de la turbina es convertir la energa del gas en trabajo mecnico.

La tobera de escape, lleva acabo la conversin de la energa producida por la explosin a velocidad.

Se requiere una alta velocidad de flujo, para la generacin del empuje.

TURBOFAN

Los motores de aviacin tipo turbofan, son la nueva generacin de motores a reaccin que reemplazo

a los motores turborreactor.

Se caracterizan por tener un ventilador (fan) en la parte frontal del motor desde el cual el aire se

divide en dos tipos: Aire de bypass y aire primario.

Este tipo de motores tiene las ventajas de consumir menos combustible (aerokerosene JPA1) ms

econmico para el operador contaminan menos el aire reducen la contaminacin sonora (menos

ruido).

FUNCIONAMIENTO DE UN TURBOFAN

La seccin de la turbina est diseada para absorber ms energia del gas caliente, la cual es

necesaria para accionar el compresor.

El exceso de energa se utiliza para accionar un ventilador y un compresor de baja presin.

El aire procesado por el ventilador, pasa por el motor y se expande en una boquilla separada para

proporcionar el empuje.

TURBOFAN

TIPOS DE TURBOFAN

BYPASS BAJO:

Tiene velocidades relativamente altas de escape, generan niveles de ruido que hoy en da son

intolerables para aplicaciones civiles.

Se utiliza ampliamente con aviones de combate modernos, debido a su economa de combustible a

alta velocidad de vuelo supersnico.

TIPOS DE TURBOFAN

BYPASS ALTO:

La principal ventaja del bypass alto es su mayor nivel de empuje sobre todo en el despegue.

Quema el combustible de manera econmica a comparacin del turbofan de bypass bajo.

Tambin la emisin de ruido es menor debido a las bajas velocidades de escape del chorro de

propulsin.

DESVENTAJAS DEL TURBOFAN

La velocidad rotacional est limitada

Gran complejidad.

Motores de mayor dimetro.

Palas ms pesadas.

Mayor exposicin a dao y hielo.

TURBOHLICE (TURBOPROP)

Los gases de la turbina se emplean en su totalidad para mover en este caso una hlice que genera el

empuje necesario para propulsar la aeronave.

Presentan una mayor eficiencia aunque no permiten alcanzar velocidades muy elevadas por lo que

su uso se limita a pequeas aeronaves o aviones de tipo regional que no han de cubrir grandes

distancias.

Tambin se utilizan en aviones de carga y transporte militares como el Lockheed C-130 'Hercules' o

el nuevo Airbus A400M

TURBOHLICE (TURBOPROP)

TURBOHLICE (TURBOPROP)

Ventajas:

Alta eficiencia a velocidades subsnicas

Bajo consumo de combustible

Desventajas:

Velocidad limitada

Elevado ruido

Complejidad en la transmisin del motor

TURBOEJE (TURBOSHAFT)

Un motor turboeje es un motor de turbina de gas que entrega su potencia a travs de un eje.

Es similar al motor turbohlice pero, a diferencia de ste, no mueve directamente una hlice, sino un

eje motor independiente.

Normalmente se utiliza como motor de aviacin para propulsar helicpteros.

Ms compacto y ligero que un turbohlice

TURBOEJE (TURBOSHAFT)

RAMJET (ESTATORREACTOR)

Motor a reaccin que carece de compresores y turbinas (Ramjet).

La compresin se efecta debido a la alta velocidad a la que ha de funcionar.

El aire ya comprimido, se somete a un proceso de combustin en la cmara de combustin y una

expansin en la tobera de escape.

El rgimen de trabajo de este motor es continuo.

RAMJET

SCRAMJET

Scramjet (supersonic combustion ramjet) es una variacin del estatorreactor(ramjet) con la gran

diferencia que la entrada del flujo en el combustor es supersnica.

En velocidades elevadas es necesario el hacer la combustin de forma supersnica para maximizar

la eficiencia del proceso de combustin se prev que con los scramjets podamos volar a velocidades

entre Mach 12 y Mach 24.

SCRAMJET

PULSOREACTOR

Es un sistema autosostenible.

Su estructura consta de tres partes fundamentales:

1. Sistema de vlvulas

2. Cmara de combustin.

3. Tobera

PROPULSIN INICA

Un propulsor inico o motor inico, utiliza un haz de iones (molculas o tomos con carga elctrica) para la

propulsin.

Propulsor coloidal

Propulsor inico electrosttico

FEEP= Field-Emission Electric Propulsion

Propulsor de efecto Hall (HET).

Propulsor helicoidal de doble capa (HDLT).

EPT= Electric Propulsion Thruster.

Propulsor inductivo pulsante (PIT).

VASIMR