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Motores Cohete para Aficionados: Tipos y Parámetros básicos

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Tipos:

En el mundo de la cohetería existen varios tipos de motores cohetes, y usualmente se los categoriza inicialmente de manera muy simple: por el tipo de propelente que utilizan.- Este propelente puede ser básicamente de tipos líquido, híbrido ó sólido, o por alguna forma de energía más o menos exótica (no es para aficionados, pero hay cohetes iónicos, de pulso, nucleares, de plasma, etc.); en fin, energía que esos motores pueden convertir en movimiento.-

Es estos capítulos de mi sitio web hablaremos un poco de algunos de estos motores, pero me centraré en algunas recomendaciones que estimo convenientes para los aficionados...

Y hablando de nosotros, los aficionados, más tarde o más temprano nos llega la hora de hacer un motor... el gran misterio!!! Es un gran desafío hacer nuestro primer motor, y llegado a este punto y por razones de simplicidad y práctica, lo seriamente recomendable es encarar el diseño o construcción de un motor de combustible sólido, ya que son los de fabricación más sencilla.- Esto no quiere decir que hacer motores amateur y usarlos sea más fácil o más barato que usar motores comerciales... Inclinarse por el uso de motores autoconstruídos es MUCHO más caro y más complejo que ir y comprar un motor comercial (en aquellas zonas en las cuales estén disponible), y además es mucho más difícil encontrar lugares para volar un cohete con este tipo de motores de clase amateur. Por eso, una de las mejores recomendaciones que podemos hacer a un cohetero está referida a eso, al uso de un lugar: cuando le presten un campo apto para hacer sus pruebas y vuelos, CUIDELO... y nunca se enemiste con el dueño!!!

Volviendo al tema, mi sugerencia en cuanto a los primeros motores es empezar con algo de dimensiones y carga manejables, es decir con un motor de clase G o H.- No conviene hacer algo más pequeño porque en magnitudes chicas es bastante complejo alcanzar la precisión de medición necesaria para lograr características repetibles, vuelo tras vuelo... sobre todo es difícil medir o pesar cantidades pequeñas de los productos necesarios, es difícil manejar luego esos productos en cantidades pequeñas, etc.- Pero tampoco conviene comenzar con algo tan grande como para que sea inmanejable o muy peligroso; lo mejor es aprender con algo intermedio o moderado, hasta tomar un conocimiento bien profundo de la práctica de estos temas.-

Para esto, recomiendo tomar TODAS las precauciones necesarias, leer y releer esta obra y haber leído de punta a punta el libro "Cohetes - Modelismo Espacial, Nivel Inicial"; no hago esta recomendación para vender copias de ese libro, sino simplemente para no rescribir lo mismo; en definitiva, hay que asegurarse de entender bien cada paso que se está dando.- Si bien hay páginas web en las que la información contiene copiosos errores (y están así desde hace años), es relativamente sencillo navegar por internet hasta una buena página de cohetería, por ejemplo el excelente sitio de Richard Nakka, copiar allí el diseño de un motor, construírlo y usarlo; si uno lo hace bien, probablemente funcionará tal como Nakka lo predijo, e inclusive es posible que se lo logre hacer funcionar en el primer intento... Bien: No le recomiendo que haga eso y le voy a explicar porqué opino así: Si usted no entiende o no sabe porqué en ese diseño en particular es así, más temprano que tarde usted hará presunciones que pueden ser falsas: "Bah, voy a cambiar esta medida, total..." ó "Esto es muy sencillo, lo voy a modificar un poco...".- Error: es ESTRICTAMENTE necesario comprender al menos someramente porqué el propelente debe tener "esa" forma, o la tobera es de "ese" diámetro; de lo contrario, se puede salir muy lastimado de esa primera experiencia o de alguna experiencia posterior.-

Estimado amigo cohetero: Esto ES "ciencia de cohetes" ("rocket science") y usted puede ser un verdadero científico de cohetes!!! La base matemática no es difícil, y es realmente necesario conocerla porque es la verdadera base de todo esto.- Si desea leer un buen texto general sobre el tema, le recomiendo consultar el libro "Rocket Propulsion Elements", de G. Sutton.- Si usted lee mínimamente en inglés, no es buen negocio esperar que otros le hablen de esa obra o le expliquen cosas de ese libro: lo mejor es estudiarlo directamente, y si puede hacerlo le recomiendo que lo consiga y lo lea; no es un libro barato barato pero es muy bueno; cubre todos los aspectos científicos básicos que hay que conocer, bien por delante del nivel de conocimientos generales necesarios para hacer motores amateur aunque sin ser la obra definitiva; en mi opinión no existe tal compendio y de hecho al ver en ese libro la cantidad de bibliografía que Sutton consultó y empleó, se comprende bien porqué no existe un libro definitivo sobre el tema.-

Y cuídese: si usted no ha presenciado la falla de un motor cohete no comprenderá cabalmente la enorme potencia que encierra un artilugio de este tipo, aún uno no muy grande... y si construye la suficiente cantidad de motores, casi se puede garantizar que tendrá al menos uno de ellos (probablemente más) explotando con violencia... Esté preparado para una eventualidad de este tipo.-

¿Como es un motor de combustible sólido? 

En el libro "Cohetes - Modelismo Espacial, Nivel Inicial" se hace una somera descripción de este tipo de motores, en particular de los desarrollados a base de pólvoras; aquí profundizaremos más en el tema, no sin antes repasar algunos conceptos.-

Un motor cohete es una suerte de máquina que transforma energía química en movimiento generado mediante la aplicación práctica de la Tercera Ley de Newton (Principio de Acción y Reacción).- Generalmente se logra esto empleando un conjunto de productos químicos a los cuales se hace reaccionar entre si; llamaremos a ese conjunto de productos químicos el "propelente", el cual se quemará dentro de una cámara de combustión terminada en una salida denominada con propiedad "tobera De Laval".- En razón de mantener una redacción sencilla y legible, podremos aquí intercambiar las palabras "propelente" y "combustible", pero tengamos bien presente la diferencia: el propelente propiamente dicho es el conjunto de combustible y oxidante (también llamados a veces combustible y comburente), pero se podrá ver en estos y en otros textos que se habla indistintamente de propelentes y de combustibles como si fueran una misma cosa.- También suele emplearse a veces una palabra proveniente del vocablo francés ergol, que brinda idea de energía y movimiento y que cita a los propelentes como propergoles.- Es necesario recordar que se denomina "grano" del propelente a la pieza o piezas de propelente que un motor de combustible sólido quemará para producir empuje.-

La combustión interna en la cámara genera gases que son expulsados por la tobera, que es un dispositivo que intercambia energías, transformando la alta presión de los gases generados en la cámara de combustión en una alta velocidad de salida de esos gases.- Se manifiesta entonces el Principio de Acción y Reacción (Tercera Ley de Newton), se produce empuje sobre el motor y al estar ése firmemente sujeto al cohete, se da impulso a ése último.-

Parámetros 

Algunos de los parámetros más interesantes de cualquier motor cohete son los siguientes:

El empuje, que es la fuerza instantánea que un motor puede producir y se lo mide en newtons.- 
El empuje máximo, que define la fuerza más grande producida por un motor durante su quemado.- 
El empuje promedio, el cual y como su nombre lo sugiere, es la fuerza que el motor aplicará tomando un valor promedio en función del tiempo.- Por lo general el empuje de un motor no es constante durante todo su quemado, y por esto el empuje promedio es un valor importante, ya que brindará una idea rápida de cuan poderoso es un motor, es decir cuan pesado puede ser el cohete que alcanzará a elevar, si bien esto está muy relacionado con el comportamiento inicial del motor.- 
El impulso, que es el empuje producido durante un determinado período de tiempo (usualmente, un segundo), y se lo mide en Newton-segundo.- 
El impulso total, que es -simplemente- la energía total que un motor produce durante todo su tiempo de quemado como para mover el cohete hacia arriba, es decir que nos brinda una idea de cuanta altura alcanzará un cohete dado con este motor.- 
El Impulso Específico (Isp), uno de los parámetros que mejor caracterizan a todos los motoreso.- Este valor es muy importante, ya que se trata de una medida del factor de mérito o de calidad de los diferentes combustibles, es decir que a mayor Isp, mejor será un propelente, aunque no sólo se trata del combustible sino que intervienen en esta calificación la geometría interna (o balística interior) del motor y el diseño de la tobera.- Al Isp se lo puede definir o calcular de varias maneras, y todas constituyen diferentes formas de expresar un mismo valor, pero podemos decir que representa al tiempo durante el cual una unidad de peso de propulsante genera una unidad de empuje; en otros términos, el impulso específico es el tiempo durante el cual un consumo de 1kg de propelente ejercerá un empuje de 1kgf.- 
Finalmente, tenemos a la "velocidad característica" (c*), que mide la performance del propulsante propiamente dicho y determina las propiedades de los gases en la cámara de combustión.- Es un número propio para cada propelente y puede ser considerado un indicador de la eficiencia de la combustión.-

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Emiliano Lopez Marando
Motores y accesorios comerciales para modelismo espacial

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Esta página se actualizó por última vez el 14/06/08.