domingo, 27 de enero de 2008

PULSORREACTORES


Un pulsorreactor es un reactor nacido en Alemania creado por Paul Schimidt en 1938. Fue el primer reactor fabricado en serie para fines bélicos de la historia. Concretamente el modelo Argus I diseñado para propulsar la bomba voladora V-1, el motor Argus I tenía un empuje máximo de unos 400 kg y su autonomía era de unos 35 minutos de funcionamiento, equivalente a la vida útil del sistema de válvulas empleadas en la admisión. Después debido al desgaste por las tremendas presiones que el mismo manejaba, las láminas de admisión de las válvulas terminaban por destruirse causando la paralización del reactor.
El Argus I es un ejemplo claro de las dos clases de pulsoreactores que existen, pulsoreactor de válvulas.

Los tipos básicos de pulsoreactores son:

Reactores de válvula:


Su estructura consta de tres partes fundamentales:
sistema de válvulas
cámara de combustión
tubo de salida de gases











Su funcionamiento depende de un flujo de aire que entra a través de las válvulas situadas en la parte frontal del reactor donde se mezclan con el combustible que sale de un conjunto de inyectores situados en el sistema de válvulas. Una bujía hace explotar la mezcla, haciendo que la fuerza de la explosión acelere los gases en ambas direcciones lo cual provoca que las válvulas de admisión de aire se cierren haciendo que el gas se vea forzosamente obligado a salir por el tubo de salida de gases, produciendo el empuje, y luego crea un vacío haciendo que las válvulas de admisión vuelvan a abrirse para posteriormente repetir la operación.
Una vez iniciada la ignición parte de la energía de la explosión se transforma en calor que calienta el cuerpo del reactor, lo cual facilita después la tarea de la ignición pulsatil haciendo innecesario después tener que utilizar la bujía como fuente de ignición, lo cual hace que el reactor tenga un funcionamiento autosostenido sin la intervención de ningún mecanismo de ignición externa después del arranque. El mayor inconveniente de este sistema es principalmente la vida útil de las válvulas de admisión, al ser simples tiras de acero flexible aguantan durante poco tiempo las tensiones y las temperaturas a las que el reactor las somete, haciendo que en muy pocos minutos empiecen a sufrir estrés estructural, y empiecen a desintegrarse o a fundirse, haciendo de este sistema algo muy delicado y de vida efímera, aunque muy barato de construir en comparación a otros tipos de reactor.


Reactores sin válvula:








Estos pulsoreactores son el máximo exponente de la evolución del pulsoreactor, los primeros modelos empezaron a aparecer pasada la Segunda Guerra Mundial, las naciones aliadas empezaron a investigar el potencial de estos reactores para diversos fines, y empezaron a desarrollar pulsoreactores sin válvulas para poder alargar su vida útil y así poder aprovechar las posibilidades que podían ofrecerles, aunque la llegada del turbo reactor ahogo a esta tecnología por completo En cuanto a modelos existen multitud de ellos, pero el más eficiente y el más conocido es el denominado Lockwood Hiller que aunaba en su diseño la sencillez y una magnífica relación peso/empuje, también siendo estos reactores de gran fiabilidad al no poseer ninguna pieza móvil. Además son reactores comparativamente hablando más seguros que sus predecesores con válvulas es poco probable que sufran daños por ingestion de partículas solidas o fluidos.
El funcionamiento de estos reactores a grandes rasgos es similar, sólo que al no poseer sensibles juegos de válvulas, estas han sido sustituidas por un método de retorno de gases calientes, la explicación es la siguiente:
El pulsoreactor Lockwood Hiller es en realidad una tubería doblada con forma de U en la parte central de uno de los dos lados hay un abultamiento visible que es donde se encuentra la cámara de combustión, donde se alojan el inyector de combustible y la bujía de encendido.
El proceso de encendido empieza cuando desde la tobera del lado de la U donde esta situada la cámara de combustión se inyecta una corriente de aire que ha de iniciar el correcto ciclo de combustion.
Acto seguido se inicia la inyección del combustible y se procede a quemarlo mediante la bujía de encendido, entonces se produce una explosión que hace que el aire dentro del reactor empiece a expandirse rápidamente por toda la U produciendo así el empuje del reactor, pero el recorrido del aire en las dos direcciones es desigual en distancias lo que provoca que en el momento en el cual la explosión da lugar al vacío parte de los gases calientes que han tenido que atravesar el camino más largo por el arco de la U retornen a la cámara de combustion mientras el lado de la cámara de combustion absorbe aire fresco del exterior, obteniendo así el retorno de una parte del gas caliente de la explosión inicial, lo cual provoca la siguiente explosión en la cámara de combustion, y finalmente de esta manera la combustión se convierte en autosostenida sin falta alguna de válvulas, ni de continuos chispazos de la bujía

Ventajas y desventajas
Los pulsoreactores de hoy no tienen casi ninguna función destacable en el mundo aeronáutico y han quedado relegados al puesto de hobby doméstico, al producirse manualmente para aplicaciones de radiomodelismo, o como curiosidad científica.
Los pulsoreactores poseen características que les hacen merecedores de cierto respeto frente a otros tipos de reactor: su construcción es muy sencilla, no requieren de grandes equipos ni tampoco de materiales inusuales para su construcción, muchos modelos valveless pueden desarrollar grandes potencias sin ser excesivamente caros de realizar, además de que un pulsoreactor puede quemar casi cualquier tipo de combustible (petroderivados, gases, alcoholes etc etc..), también son reactores de gran sencillez de reparación, y se pueden producir en tiempos muy pequeños.
Aunque también presentan graves inconvenientes, sus principales inconvenientes son:
elevados consumos - incapacidad para alcanzar cotas supersónicas,
gran tamaño - imposibilidad de implementarles postquemadores
escaso margen de aceleración debido a su funcionamiento por resonancia, dado que si se intenta variar su funcionamiento entre el escaso margen de frecuencias de explosión que el reactor tiene, puede que este se pare súbitamente o que se vuelva más ineficiente y deje de dar impulso correctamente.






1 comentario:

Sebastián Narváez (ME) dijo...

Hey muy interesante tu blog, quisiera preguntarte, para el diseño de los pulsorreactores que has hecho, que formulas tienes? o son planos ya establecidos? o tenes en cuenta el funcionamiento termodinámico de cada sistema para el diseño?, pregunto porque quiero hacer un proyecto de 0, pero quiero hacer los cálculos correspondientes para el diseño.
Saludos
Estudiante ing mecatronica. 8vo semestre