Ha sido un apasionante viaje

Muy buenas de nuevo. Estamos acercándonos a dos acontecimientos interesantes. Por un lado estamos a punto de alcanzar ¡¡las 1500 visitas!! Como lo leéis, la gente sabe lo que es bueno. Y por otro lado estamos acercándonos a los exámenes en nuestra Universidad, así que mucho me temo que nuestra frecuencia de escritura se va a ver cruelmente rebajada.Para ayudar a nuestra memoria vamos a hacer un breve resumen de lo que hemos estado viendo en nuestro blog durante este tiempo:

Turbinas:

Hidráulicas (y sus Aplicaciones):

• Kaplan
• Hélice
• Pelton
• Turgo
• Francis
• Turbina Ossberger o Banki-Michell

Térmicas (y sus Balances de Energía):

• Vapor
• Gas:
  – Turborreactor
  – Turbofan
  – Cohete

También nos hemos metido en el mundo de la aeronáutica hablando de los motores de explosión de los aviones y de las particularidades que le rodean, como el efecto Bernoulli, así como un par de curiosidades acerca del 0 Kelvin y quién es Gustav de Laval

Ha sido un viaje apasionante y una ocasión de aprender cosas realmente interesantes. Para mi y mis compañeros ha sido un honor poder transmitiros lo que hemos aprendido.

De la mantequilla a la aeronautica en Match 1

Este post, lo hago como homenaje a Gustav de Laval, ya que hizo una aportacion muy grande al mundo de los cohetes, y porque me parece otra prueba ante como da de vueltas la vida… Y como siempre va por donde uno menos lo imagina.

Gustav de Laval

Nacido, nació el 9 de mayo (el mismo dia que mi cumpleaños) de 1845 en Osra (Suecia) como Carl Gustav Patrick de Laval.

Fue un científico sueco que a la edad de 33 años inventó una centrifugadora capaz de separar fácilmente la leche de la mantequilla, que poco después fue usada para esta función en muchos lugares. Durante toda su vida se interesó por temas como la aerodinámica o la iluminación eléctrica gracias a esto consiguió crear más de 35 patentes mientras mantenía una empresa con más de 90 ingenieros a su servicio.

Durante una época en la que no existía una teoría que explicase el comportamiento de los gases el continuó experimentando y gracias a su gran intuición logro diseñar la tobera covergente-divergente que permite extraer la máxima energía de un chorro de aire caliente.

Su invento en un principio sirvió simplemente para separar la mantequilla y ahora es utilizado en aviones militares- comerciales y cohetes.

Gracias a Gustav de Laval, las toberas de los aviones de altas prestaciones son retráctiles para adaptarse a las diferentes alturas y presiones que las condiciones dicten.

Esta es una tobera de un cohete, también conocida como tobera de Laval.

El hombre y su gran sueño de volar III

Queridos y fieles seguidores, el otro día estuve leyendo y  investigando sobre cohetes y… descubrí que es todo un mundo…y hay mucho aficionado a construir prototipos…

http://www.youtube.com/watch?v=qptsM95SD38&feature=fvst

Un poco de historia…

El origen del cohete es probablemente oriental. La primera noticia que se tiene de su uso es del año 1232, en China, donde fue inventada la polvora.

Existen relatos del uso de cohetes llamados flechas de fuego voladoras en el siglo XIII, en defensa de la capital de la provincia china de Henan.

Los cohetes fueron introducidos en Europa por los árabes.

Durante los siglos XV y XVI fue utilizado como arma incendiaria, y fue utilizado nuevamente durante las Guerras Napoleonicas.

A finales del siglo XIX y principios del siglo XX, aparecieron los primeros científicos que desarrollaron y convirtieron al cohete para viajes aeroespaciales tripulados.

Inicialmente se desarrollaron cohetes específicamente destinados para uso militar.

Los programas espaciales que los estadounidenses y los rusos pusieron en marcha se basaron en cohetes proyectados con finalidades propias para la astronáutica, derivados de estos cohetes de uso militar.

¿Y…Como funcionan?

Los gases expelidos por la abertura provocan un movimiento hacia arriba por reaccion.

E funcionamiento del motor de cohete se basa en la tercera ley de Newton, la ley de la accion y reacción, que dice que «a toda accion le corresponde una reaccion, con la misma intensidad, misma direccion y sentido contrario».

Imaginemos una cámara cerrada donde exista un gas en combustion. La quema del gas producirá presion en todas las direcciones. La cámara no se moverá en ninguna direccion pues las fuerzas en las paredes opuestas de la cámara se anularán.

Si practicáramos una abertura en la cámara, donde los gases puedan escapar, habrá un desequilibrio. La presion ejercida en las paredes laterales opuestas continuará sin producir fuerza, pues la presion de un lado anulará a la del otro. Ya la presion ejercida en la parte superior de la cámara producirá empuje, pues no hay presion en el lado de abajo (donde está la abertura).

Así, el cohete se desplazará hacia arriba por reaccion a la presion ejercida por los gases en combustion en la cámara de combustion del motor. Por esto, este tipo de motor es llamado de propulsion a reaccion.

Como en el espacio exterior no hay oxígeno para quemar el combustible, el cohete debe llevar almacenado en tanques no solo el combustible (carburante), sino también el oxidante (comburente).

La magnitud del empuje producido (expresion que designa la fuerza producida por el motor de cohete) depende de la masa y de la velocidad de los gases expelidos por la abertura. Luego, cuanto mayor sea la temperatura de los gases expelidos, mayor será el empuje. Así, surge el problema de proteger la cámara de combustion y la abertura de las altas temperaturas producidas por la combustion. Una manera ingeniosa de hacer esto es cubrir las paredes del motor con un fino chorro del propio propelente usado por el cohete para formar un aislante térmico y refrigerar el motor.

El hombre y su gran sueño de volar

A mí en lo personal, el tema de la aviación siempre me ha encantado, así que me parecía interesante averiguar la magia que hay detrás que hace esto posible.

La clase pasada de termo, nos explicaron que la principal razón de que los aviones vuelen se debe al principio de Bernoulli…

Y la explicación consiste en que, como debe pasar la misma cantidad de aire por arriba y por debajo del ala, debe recorrer mas distancia el aire en la parte de arriba (debido a su forma característica), por tanto el aire va mas deprisa arriba del ala que por abajo.

Y esto genera una disminución de presión en la parte superior, por tanto se eleva, ya que tiene una resultante normal al avión.

Entonces, esta es la primera parte del truco de magia, la segunda parte es ¿como consiguen ese empuje que permite la sustentación?

Haz click aquí para ver la segunda parte…

Javier Olivares

Motores Aeronáuticos

Bueno, ahora que hemos empezado a ponernos serios vamos a contaros un poco acerca de la parte del estudio que nos resulta más interesante de las turbinas: los motores y turborreactores de avión.

En esta entrada vamos a empezar con una breve introducción a los motores de avión, y aunque no es estrictamente el tema de las turbinas creo que es bastante interesante.
Tras estos conceptos iniciales pasaremos a ahondar más en el tema de las turbinas.

Empecemos:
Los primeros motores de avión consistían en una hélice de palas alabeadas que al girar propulsaba el aire circundante empujando el avión hacia adelante. El movimiento de estas hélices era generado por motores de explosión (movidos por pistones):

• Motor en línea: cilindros alineados en una sola fila

  1. Permite un área frontal del avión reducida (menor resistencia aeronáutica)
  2. Mala relación potencia-peso
  3. Refrigeramiento por líquido
     

     Wright Flyer (Primera aeronave en realizar un vuelo controlado con motor)

• Motor rotativo: tiene los cilindros distribuidos circularmente

  1. Mayor relación potencia-peso
  2. Más baratos de producir
  3. El motor esta anclado a la hélice y el cigüeñal estaba anclado a la estructura del avión, por lo que el motor giraba junto con la hélice permitiendo un flujo de aire para refrigerarlo independientemente de la velocidad
  4. El problema era que a pesar de esta refrigeración el motor tras pocas horas se sobrecalentaba demasiado por trabajar a máximo rendimiento, y el efecto giroscópico de un pesado motor rotando a altas velocidades hacían que el avión fuera más difícil de pilotar
     

     Fokker Dr.I de la Primera Guerra Mundial

• Motor en V: tiene los cilindros inclinados con una diferencia de 30 y 60 grados (forma de V)

1. Mejor potencia que el motor en línea
2. Mantienen un área frontal reducida (recordemos, para menor resistencia aeronáutica)
3. Refrigeramineto por líquido
   

   Spitfire de la Segunda Guerra Mundial

• Motor radial: tiene una o más filas de cilindros distribuidos circularmente
  1. De cuatro tiempos y refrigerados por aire (los cilindros están bien expuestos de forma que disipa el calor al aire) por lo que no necesitan la complejidad de la refrigeración líquida
  2. Sólo tienen una muñequilla en el cigueñal por cada fila de cilindros, por lo que tiene un cárter pequeño y mejora la relación potencia-peso
  3. Mayor confiabilidad que los motores rotativos, aunque sean igual de grandes
  4. Su problema es que los cilindros inferiores, que están debajo del cárter, pueden llenarse de aceite cuando el motor está parado durante mucho tiempo y bloquearse
     

     Douglas DC-3

• Motor de cilindros en oposición: tiene dos grupos de cilindros ubicados a los lados del cárter, una en contraposición de la otra

  1. Normalmente refrigerados por aire
  2. Debido a la disposición de los cilindros, las fuerzas recíprocas tienden a cancelarse, resultando un buen funcionamiento del motor
  3. No entra aceite en los cilindros (al radial sí)
  4. Pequeños, livianos y económicos, los motores de cuatro o seis cilindros opuestos refrigerados por aire son de lejos los motores más comúnmente usados en pequeñas aeronaves (no militares) ya que no que requieren mucha potencia por motor

Esta tecnología se usó hasta la Segunda Guerra Mundial con la invención del motor a reacción.

¡No te pierdas la siguiente entrada! En ella pondremos todo esto en relación con la termodinámica.

Fuentes:
– Wikipedia
– Taringa

Dejando claro un par de cosas

De entrada vamos a aclarar algún concepto que os han intentado vender a los que habéis oído hablar de la Termodinámica y sus leyes, y es que… ¡EL 0 KELVIN NO EXISTE! (¡Nooo, toda una vida engañado!).

Tranquilos, no os preocupéis, no os han mentido demasiado.

Esto es simplemente porque el 0 Kelvin en teoría existe, pero es inalcanzable. ¿Y eso? Sigue leyendo:

1. Este estado se define como la ausencia total de energía (calor=energía), y esto es imposible para un sistema que este en el universo porque siempre estará en contacto con algo que tenga al menos un poquito de energía (no puede estar en la nada). Para llegar a esta temperatura, ¡todo el universo debería estar a 0 Kelvin!
2. Además, para enfriarlo necesitaríamos energía que a su vez produce un poco de calor, impidiendo que lleguemos a este punto sin nada de calor

Pero… ¿Entonces de donde sale el 0 Kelvin?

Muy sencillo (al menos para los que no hemos tenido que calcularlo).

Si representamos en una gráfica diferentes sustancias en diferentes estados de temperatura, presión y volumen vemos que todos ellos convergen en un mismo punto: -273.15º C, por lo que se decidió que la escala Kelvin de temperatura empezara en esa temperatura llamandola 0 K o Cero Absoluto.

*Click en la imagen para ampliar

Interesante, ¿verdad? Procuraremos en el futuro ahorraros más situaciones traumáticas al sacar a relucir las mentiras que se os han ido metiendo en la cabeza.

Os dejo los enlaces de las páginas de donde he sacado la información, pero son un coñazo. En nuestro blog os lo ponemos todo mucho más bonito (tenemos un filtro aburrido=superintersante). ¡No dejéis de leernos!

Fuentes:
– Taringa – Cero Absoluto
– Hiru – Escalas de Temperatura
– Física con Ordenador – Determinación del Cero Absoluto