En que consiste la ingeniería Mecánica en Mantenimiento Industrial

MOTORES PARA COHETES (Von Braun)

Principios termodinámicos aplicados a cohetes

NOMBRE:         Leopoldo Fonseca M

                Tito González Valdés

                Felipe García Bascuñán

CARRERA: ingeniería Mecánica en Mantenimiento Industrial

ASIGNATURA: Termodinámica I

PROFESOR: Rodrigo Bichara Abrobez.

FECHA: 24 de Noviembre de 2016

Introducción

Concluida la segunda guerra mundial, los aliados recolectaron todo aquello que consideraron útil. Esto incluía, armas, tecnología, materiales e incluso un recurso mucho más importante como el conocimiento.

Es así como un importante número de investigadores, ingenieros y científicos Alemanes fueron acogidos por los Estados Unidos, Rusia y otras naciones. El conocimiento de estos fue el que hizo posible el desarrollo de nuevas tecnologías entre estas el programa Saturno V llevando al hombre más rápido y más allá de donde nunca había ido jamás.

El cohete de Von Braun

Un cohete espacial es una de las maquina más veloz inventada por el hombre. Su principio de  funcionamiento se basa en nada más que el aprovechamiento inteligente de la Tercera Ley de Newton, el Principio de acción y reacción.

En un cohete, una combustión química produce potentes gases,  los cuales impulsan con mucha fuerza el aire hacia abajo. Como lo indica el principio de acción y reacción, “a toda fuerza le corresponde otra de igual magnitud y dirección contraria”, es por esto que el aire impulsa al cohete con la misma fuerza que los potente gases ejercen fuerza sobre el aire que esta abajo.

Dado que la potencia con la que se expulsan los gases en el cohete es muy alta, la reacción es de la misma magnitud y esto es lo que permite  levantar el cohete, además de alcanzar velocidades muy altas.

Basado en esto, Wernher Magnus Maximilian Freiherr von Braun (1912-1977) quien fue un ingeniero aeroespacial alemán que se nacionalizó estadounidense en 1955 es considerado, hoy en día, como una de las figuras más relevantes en el campo de los cohetes en el siglo XX, desarrollo la tecnología de los primeros cohetes que llevaron al hombre a una velocidad mayor a la del sonido.

A él se le atribuye la creación del primer cohete o misil balístico de combate de largo alcance del mundo llamado cohete A4 que también fue el primer artefacto que hizo un vuelo suborbital. Dicho cohete posteriormente seria renombrado como V2 (Vergeltungswaffe 2 o arma de represalia numero 2) por el dictador nazi Adolf Hitler.  

Algo esencial que diferenciaba a los cohetes desarrollados por Von Braun por sobre los demás durante su época de creación, era el hecho de que estos no dependía del oxígeno atmosférico para funcionar, es decir que: Los cohetes de Von Braun poseían su propio combustible y oxidante, por lo que podían alcanzar alturas y velocidades que los demás no por la falta de oxígeno.

Los cohetes de Von Braun estabas construidos de la siguiente forma:

1-Ojiva[pic 3]

2-Control automático del giróscopo

3- Haz de guía y receptores de radio de mando

4-Depósito de la mezcla del alcohol-agua

5-Cuerpo del cohete

6-Depósito de oxígeno líquido

7-Tanque del peróxido de hidrógeno

8-Botellas con nitrógeno a presión

9-Compartimiento de descomposición del peróxido de hidrógeno

10-Turbobomba de los propergoles

11-Casquillos del quemador de oxígeno-alcohol

12-Marco de empuje

13-Cámara de combustión del cohete (cubierta externa)

14-Aleta

15-Entradas de alcohol

16-Deflector del chorro

17-Alerón

Estos cohetes eran propulsados por 3 810 kg de 75 % de etanol (Alcohol) y 25 % de agua además de 1 970 kg de oxígeno líquido a -182,96ºC el cual era inyectado a una alta presión dentro del estanque, teniendo un doble propósito además de ser parte del combustible, funcionando como refrigerante.

El etanol ingresaba a la cámara de combustión a través de un inyector el cual poseía una doble capa por la cual circulaba el  oxígeno líquido refrigerando ésta. La ignición se producía a través de un arco eléctrico el cual iniciaba la reacción.

Empuje de un cohete

La fuerza de propulsión que es desarrolla por el cohete es igual al producto de la masa de gases que arroja en un segundo por la velocidad de los mismos, esto quiere  decir que:

[pic 4]

Por ejemplo, si un motor de cohete utiliza unos 50  kg de combustible por segundo y expulsa gases a una velocidad de 5.000 metros por segundo, el empuje obtenido sería de:

[pic 5]

De esta fórmula podemos determinan el impulso para que el cohete pueda elevarse del suelo, por lo que su peso total a plena carga, debe ser menor que el del empuje producido para despegarse del suelo

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