El propino es un hidrocarburo ligero que contiene mucha energía en un triple enlace de carbono. Por sí mismo, no representa un peligro significativo para la salud o una explosión, y algunos estudios europeos han encontrado que es un buen combustible potencial.
Es un combustible energético, relativamente denso, aunque se quema bastante caliente. también existe en equilibrio con propadileno, aunque no sé qué tipo de impacto tendría.
Sin embargo, diseñar motores para un nuevo tipo de combustible puede generar desafíos importantes, no todos obvios. Así que supongamos que alguna empresa decide seguir los pasos de Vector, pero opta por propino en lugar de propileno. Dejando de lado la producción del combustible, ¿cuáles serían las dificultades para diseñar un cohete tan nuevo?
En general, siendo todas las demás cosas iguales, los hidrocarburos saturados (es decir, los alcanos) probablemente tendrán mejores resultados que sus parientes equivalentes de doble o triple enlace.
Aunque los enlaces dobles y triples contienen una gran cantidad de energía específica, hay más en el empuje de un cohete que solo la entrada de energía. En última instancia, está tratando de acelerar un gas de escape lo más rápido que pueda. Al usar procesos termodinámicos, en última instancia, está limitado en cuanto a la rapidez con la que los productos de escape pueden expandirse. Si mantiene constantes las condiciones de temperatura y presión de entrada, la velocidad de salida es inversamente proporcional a la raíz cuadrada del peso molecular del gas.
Es probable que, independientemente de su elección de propulsor, la temperatura de entrada y las condiciones de presión se verán limitadas por otras consideraciones de ingeniería (p. ej., no derretir o romper su cámara de combustión). En ese caso, obtendrá el máximo rendimiento de su inversión asegurándose de que sus productos de escape sean lo más ligeros posible. Los hidrocarburos quemados con oxígeno emitirán, en orden creciente de peso molecular, agua, monóxido de carbono y dióxido de carbono como especies primarias de escape. Los hidrocarburos saturados, que tienen más hidrógeno por unidad de masa, desprenderán más agua que los hidrocarburos no saturados, lo que hace que los gases de escape sean comparativamente más ligeros y rápidos.
Además de la respuesta de Tristan, hay algunas otras consideraciones:
El propino no es un material natural; debe ser sintetizado. En contraste, el queroseno se encuentra naturalmente en el petróleo crudo y el hidrógeno tiene muchos procesos industriales para producirlo a bajo costo. Por lo tanto, el propino será más difícil y costoso de producir que los combustibles de uso más común.
El punto de ebullición del propino es 23°C. Puede mantenerse como líquido a 20 °C bajo una presión de 5,2 atm. Esto significa que es un combustible criogénico, aunque mucho más fácil de usar que la mayoría de los combustibles criogénicos.
Los enlaces dobles y triples de carbono tienen la costumbre de interactuar con otras moléculas orgánicas. De hecho, el propino se usa para sintetizar moléculas más grandes. Esto significa que parte de su combustible podría autopolimerizarse mientras se almacena bajo presión. (De hecho, el teflón se descubrió cuando un cilindro de tetrafluoroetileno comprimido parecía perder su presión sin perder peso. Cuando abrieron el cilindro, estaba lleno de un polvo blanco, que era el TFE polimerizado).
En contraste con la respuesta de Tristan, que afirma que el rendimiento del propino es "probablemente" peor que el de los hidrocarburos saturados que se utilizan actualmente debido a una mayor masa promedio de gases de combustión, el propino (metilacetileno) es en realidad superior en términos de Isp y, según esta fuente, es el combustible de cuarto rendimiento. entre todos los hidrocarburos, siendo el propadieno (aleno) el segundo. Hay muchos otros factores, como la temperatura, la capacidad calorífica específica de los gases de escape, la relación O/F, etc., que influyen en el impulso específico.
El propino (metilacetileno) existe en equilibrio con el propadieno (aleno). La mezcla a menudo se abrevia como MA-PD.
H3CC≡CH ⇌ H2C=C=CH2
Las temperaturas más altas favorecen el propadieno y su proporción aumenta en la mezcla.
Habiendo dicho todo esto, ¿cuáles son entonces los desafíos para su uso en cohetería?
Alta temperatura de combustión : la mezcla se usa tradicionalmente en la industria de soldadura/corte como componente principal del gas MAPP (metilacetileno-propadieno-propano) debido a las altas temperaturas de la llama. En los motores de cohetes, la temperatura aumenta aún más debido a la alta presión y sería más difícil enfriar la cámara de combustión de manera eficiente. El enfoque habitual para reducir la temperatura de combustión en la cámara con mezclas ricas en combustible en el caso de MA-PD crearía más hollín que RP-1. La presencia de partículas sólidas en el escape arruinaría las ganancias de rendimiento.
Peligro de explosión : tanto el propino como el propadieno tienen altas entalpías de formación, 185,67 KJ/mol y 190,06 KJ/mol respectivamente. Son capaces de detonación, descomposición explosiva o reacción explosiva, pero requieren una fuente de iniciación fuerte o deben calentarse en confinamiento antes de la iniciación.Para mitigar el peligro de explosión en la industria a gran escala, la mezcla MA-PD se diluye con propano (que tiene una entalpía de formación negativa alta) y esta mezcla se considera estabilizada. Un enfoque similar en cohetería desperdiciaría ganancias de rendimiento. Además, cada materia explosiva tiene un parámetro denominado “diámetro crítico” (diámetro mínimo de confinamiento al que puede ocurrir la detonación). Para mezclas MA-PD este parámetro no está bien definido y es posible que la detonación pueda ocurrir en cohetes o tanques de almacenamiento, aunque no aparecerá en los tanques de almacenamiento utilizados en la industria de la soldadura debido a su diámetro mucho más pequeño.
Polimerización : MA-PD es propenso a polimerizar a temperaturas y presiones elevadas debido a la alta reactividad del triple enlace entre los átomos de carbono. El enfriamiento regenerativo con MA-PD sería riesgoso tanto por razones de polimerización como de explosión, dejando el oxígeno como único medio de enfriamiento y esto también se evita en la práctica (aunque no sin ejemplos exitosos). En la industria de la soldadura, las aminas sustituidas se usan como inhibidores de la polimerización, pero si esto funcionaría en cohetes es una pregunta.
Picos de presión del golpe de ariete : pueden ocurrir picos de presión severos en los motores de cohetes cuando los líquidos se aceleran y luego se detienen repentinamente. Estos eventos pueden ocurrir durante el cebado, el arranque y la aceleración del motor. Cuando se puede utilizar combustible al mismo tiempo como monopropulsor (se investigó el propino como monopropulsor), existe el riesgo de detonación por compresión adiabática que puede conducir a un fallo estructural del motor. El sistema de propulsión del satélite ISPM (International Solar Polar Mission) (que utilizaba hidracina como monopropulsor) resultó dañado durante las pruebas cuando apareció este efecto . Esto presenta un desafío adicional en el diseño de subsistemas de línea de alimentación de motores de cohetes.
Toxicidad : el propino (junto con MA-PD) es tóxico cuando se inhala en altas concentraciones. El nivel IDLH (inmediatamente peligroso para la vida o la salud) es de 3400 ppm, o 0,34 %. Este límite se puede alcanzar fácilmente cuando se manejan grandes cantidades de gas, como sería el caso de los cohetes.
Costo : la demanda en la industria a gran escala disminuyó porque el oxígeno/acetileno es más económico en aplicaciones de soldadura y el propano/aire es más económico en aplicaciones de calefacción. A modo de comparación, MAPP (que en el mejor de los casos tiene un 71 % de MA-PD) es hasta cuatro veces más caro que el propano.
steve linton
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