Caracterización de la combustión y balística interna de propelentes sólidos heterogéneos basados en resina epóxica y nitrato de potasio para aplicaciones en motores cohete

Abstract

RESUMEN: Aunque los propelentes sólidos son combustibles que se han investigado ampliamente en los países desarrollados desde hace varias décadas y por muchas naciones en vía de desarrollo en la actualidad, aún las bases teóricas no tienen la precisión requerida que permita determinar parámetros tan importantes como la tasa de combustión sin tener que recurrir a la experimentación. Es por este motivo que se requieren dispositivos de medición bien instrumentados, que ayuden a medir la influencia que tienen los diferentes componentes de un propelente sólido, el tamaño de grano de las partículas del oxidante y la influencia de variables como la presión y la temperatura, sobre esta propiedad, que sin duda alguna es el punto de partida para el correcto diseño de un motor cohete. Aunque son muchas las variables que influyen en la tasa de combustión de un propelente sólido, sería imposible observar la variación de todas ellas en un solo experimento. Esto hace necesario que en cada experimento se fijen algunos de los parámetros que intervienen en el proceso de combustión para poder examinar con mayor minuciosidad la influencia de las variables de interés para cada experimento en particular.

En este trabajo de investigación se diseñó y se fabricó un dispositivo llamado bomba Crawford para medir la tasa de combustión de un propelente sólido heterogéneo basado en nitrato de potasio como oxidante y resina epóxica como aglutinante, se fijarón la presión y la temperatura inicial en el dispositivo de medición y se varió el tamaño de partícula del oxidante y el porcentaje de catalizador en la composición del propelente, de esta manera por medio de un análisis estadístico de los datos obtenidos en las pruebas se observó la influencia de estos dos parámetros no solo sobre la tasa de combustión del propelente sino también sobre un parámetro conocido como el índice de combustión, que sirve para determinar en cierta medida los niveles de riesgo que genera un tipo específico de propelente. Así mismo con los datos obtenidos en las mediciones y utilizando técnicas de regresión se halló una correlación que ayuda a determinar el valor de la tasa de combustión para este tipo de propelente en función de las variables de entrada descritas anteriormente. Este proyecto no solo brinda información sobre un propelente en particular, sino que permitirá, con ayuda de la bomba Crawford, estudiar a futuro cualquier tipo de propelente sólido, lo que impulsará significativamente la investigación aeroespacial en nuestro país, ya que para el diseño de cualquier motor cohete que funciona con propelentes sólidos se requiere conocer con exactitud la tasa de combustión del propelente utilizado.