Estaba leyendo sobre un motor de cohete tripropulsor que aparentemente pasó todas las pruebas y estaba listo para volar antes de que se cancelara el programa a principios de los 90. El motor era el RD-701 para el programa de aviones espaciales MAKS . Usó queroseno y oxígeno líquido antes de cambiar a hidrógeno líquido.
Así que ahora estoy pensando en motores a reacción tripropelentes. Si tuviéramos un pequeño tanque de hidrógeno líquido para mezclarlo con el combustible de avión regular o reemplazarlo por un corto tiempo, ¿mejoraría esto de manera viable la economía de combustible para los grandes aviones comerciales?
(Escuché que los motores a reacción pueden funcionar fácilmente con casi cualquier cosa que se queme, por lo que presumiblemente sería fácil hacer que un avión funcione con hidrógeno. Corríjame si me equivoco).
Hay muchos tipos de eficiencias, así que déjeme aclarar cuál me interesa: la economía de combustible, en millas por pasajero-galón.
Ignoremos cualquier logística sobre el terreno para obtener y almacenar el hidrógeno. Sin embargo, el almacenamiento a bordo del propio avión ciertamente debe considerarse y podría ser un factor muy perjudicial, al igual que la inflamabilidad. Estoy bastante seguro de que al menos necesitaríamos tanques aislados al vacío de doble pared para permitirnos almacenar ese hidrógeno durante todo el vuelo. Pueden ser el doble de pesados que los tanques normales.
Si sabe algo sobre el hidrógeno, su energía química (por masa) es mayor que la gasolina... por un factor de 3 IIRC. Los valores caloríficos inferiores son alrededor de 120 frente a 40. Entonces, todos podríamos preguntarnos por qué no usar hidrógeno líquido en todo y por qué tarda tanto. Bueno, aparte de las consideraciones criogénicas, no es muy denso en absoluto. Necesitaríamos un tanque enorme, tal vez incluso más grande que el propio avión, para almacenar el hidrógeno necesario, aunque ese gran volumen de hidrógeno pesaría menos que el combustible necesario para aviones.
Creo que la idea de los motores tripropelentes es permitir algo de hidrógeno con un tanque no tan abrumador. El tanque solo sería tan grande como podamos manejar razonablemente. Por lo tanto, usamos algo de hidrógeno para obtener una bonificación en el ahorro de combustible.
PD: Realmente no estoy preguntando esto desde una perspectiva "verde". El hidrógeno y el oxígeno se queman para formar escapes de agua pura, lo que suena tan inofensivo, pero el vapor de agua es en realidad un gas de efecto invernadero muy potente, mucho más potente que el CO2 molécula por molécula, especialmente cuando se libera a gran altura. Estoy preguntando esto puramente desde el punto de vista de la economía de combustible.
En primer lugar: los jets no son "n-propulsores". Los cohetes son bipropulsores. Esto se debe a que el cohete necesita transportar combustible y oxidante, mientras que el jet que respira aire obtiene el oxidante (más grandes cantidades de masa de reacción) gratis del aire. Entonces, los aviones solo llevan un propulsor (lo que tampoco los convierte en monopropulsores). Los cohetes tripropelentes fueron imaginados para superar problemas con impulso específico. El motor de cohete más complicado y poco práctico podría alcanzar los 542 s, mientras que el jet promedio opera alrededor de 3000 s fácilmente. Entonces, el impulso específico es el problema que los jets nunca tuvieron en primer lugar.
La mayor ventaja del RD-701 fue usar la mezcla de queroseno e hidrógeno a baja altura (donde el queroseno es más eficiente) y luego cambiar a hidrógeno puro en el espacio (donde el hidrógeno es más eficiente). Comenzaron con un motor de hidrógeno (RD-0120) y luego agregaron queroseno para aumentar la eficiencia al reducir la cantidad de hidrógeno necesaria, por lo que el razonamiento es exactamente el contrario. El principal problema con su idea aquí es que los chorros nunca salen de la zona de queroseno .
El principal problema del hidrógeno líquido es que el combustible es más liviano, pero los tanques son tan pesados que anula por completo cualquier ahorro. Los cohetes aquí lo entienden fácil: la vida útil del cohete se mide en minutos (combustión del transbordador espacial: 8m30s quema de Soyuz: un poco más de 10m50s). Un avión, por otro lado, necesitaría almacenar el hidrógeno durante una docena de horas = incluso más peso. No existe una forma eficiente en peso de mantener el fluido criogénico en movimiento. Todo lo que puede hacer es dejar que parte de ella "evapore". Dos veces más pesado que el tanque de queroseno es un gran eufemismo en mi humilde opinión, ya que en los aviones de pasajeros modernos los tanques, "ala húmeda", son casi gratuitos (en términos de masa). No se puede hacer eso con hidrógeno: deberá sacrificar el espacio de carga para el tanque LH2 dedicado.
Otro problema es que el hidrógeno se quema a temperaturas más altas. Ya estamos teniendo problemas para hacer que la turbina sobreviva a las temperaturas del queroseno, agregar hidrógeno haría que el diseño del motor fuera aún más difícil. Desde la perspectiva ecológica, tampoco todo son rosas, porque a mayor temperatura de combustión, más NOx se crea.
Tengo que estar de acuerdo con otros aquí: los aviones de hidrógeno no sucederán a menos que nos quedemos sin opciones más fáciles. Tener 2 tipos de combustible es el más difícil de todos.
From the green perspective it's not good either, because the higher combustion temperature, the more NOx created.Eso puede ser una simplificación severa. La quema de hidrógeno no produce CO2 ni monóxido de carbono, y tienen mayores efectos en altitudes más altas. Se necesitaría una pregunta dedicada en este sitio, junto con una respuesta compleja, para ver cuánto NOx adicional se produce y si supera los efectos de reducción de carbono, o no.Sí, puede reducir la masa de despegue intercambiando queroseno con hidrógeno, pero solo por encima de un volumen mínimo en el que el aumento de peso del tanque no anule esta ventaja. Pero cualquier fabricante que presente hoy un avión de este tipo se enfrentaría de inmediato al problema de la disponibilidad de combustible: simplemente no hay infraestructura para el hidrógeno en los aeropuertos.
Históricamente, los militares allanaron el camino para las mejoras de infraestructura, y con el reabastecimiento de combustible aéreo, la tecnología satelital y la importancia cada vez menor de las plataformas de largo alcance (a excepción, tal vez, del reconocimiento no tripulado), hoy en día no existe una necesidad apremiante de implementar la infraestructura de hidrógeno.
Tenga en cuenta que el proyecto Suntan (que se convirtió en Lockheed CL400) invirtió en la infraestructura de hidrógeno líquido que permitió el uso de cohetes criogénicos en el programa Apolo. Tal vez un futuro vehículo hipersónico militar haga lo mismo con el hidrógeno en el transporte aéreo civil, pero soy escéptico de que esto suceda durante mi vida.
tommcw
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Roberto DiGiovanni