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Tesis:

Caracterización de la reacción sodio – agua (sodium water reaction) para propulsión de motores cohete

  • Autor: GUERRERO PADRÓN, Juan

  • Título: Caracterización de la reacción sodio – agua (sodium water reaction) para propulsión de motores cohete

  • Fecha: 2019

  • Materia: Sin materia definida

  • Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES

  • Departamentos: INGENIERIA ENERGETICA

  • Acceso electrónico: http://oa.upm.es/56493/

  • Director/a 1º: ABANADES VELASCO, Alberto

  • Resumen: La reacción entre el elemento químico sodio y el compuesto agua es bien conocida en los ámbitos docentes de las escuelas técnicas de ingeniería y en las facultades de química por su extraordinaria liberación de calor y tener una apariencia muy violenta y explosiva, sin embargo, ha sido muy poco estudiada hasta el presente. La tesis que se expone sigue una línea de investigación en la que esta reacción es analizada y caracterizada, con la finalidad de poder aprovechar de forma controlada la energía liberada y conseguir el desarrollo de un nuevo tipo de motor cohete, basado en un propulsante cuya única composición lo formen el sodio y el agua. Con la finalidad de reseñar la importancia de esta reacción en el campo de la energía y para dar a entender que podría constituir por si sola un nuevo vector energético, se inicia la tesis haciendo una exposición energética de la reacción de la combustión, entendiendo por tal la de cualquier combustible con el oxígeno atmosférico. Posteriormente, se describen las capacidades que ofrece la reacción entre el sodio y el agua, especialmente desde sus características energéticas. Llama la atención la poca bibliografía existente al respecto. A continuación, se expone una pequeña introducción de la balística interior de los motores cohete, también denominada actuaciones del motor cohete, por entender que es una teoría poco conocida en los ámbitos académicos convencionales, y que es necesario tenerla en cuenta para poder seguir las siguientes secciones de la tesis. Se presenta, seguidamente, el método y los resultados del estudio experimental llevado a cabo para caracterizar la reacción sodio agua, en vaso cerrado, con distintas proporciones de los ingredientes, así como con variaciones del volumen en el que se produce la reacción. Como resultado se obtiene una expresión analítica que liga todas las anteriores variables con la presión generada. Por último se presentan los logros conseguidos durante la primera fase de esta línea de investigación, en la que se demostró la viabilidad de la propulsión con un motor probeta mediante ensayos en banco estático y, también, lo que será la tercera fase: un motor experimental en banco que tendrá la peculiaridad de producir una reacción continuada de agua y sodio durante varios segundos, al menos 10. La segunda fase de la línea de investigación ha consistido en la caracterización de la reacción que se expone en la tesis. La tesis se cierra con unas conclusiones, un desglose de las aportaciones al estado de la técnica en base a la investigación en curso y los trabajos futuros que se consideran necesarios llevar a cabo en esta línea de investigación. ----------ABSTRACT---------- The chemical reaction between sodium metal and water to form sodium hydroxide (NaOH) and hydrogen gas is a well-known reaction among the world of chemical sciences and engineering because of its properties: fast exothermic reaction with extraordinary heat release and violent bursting. However, it has been little studied until the present. The thesis follows a line of research in which the sodium water reaction is analyzed and characterized with the aim of taking advantage of the released energy in a controlled manner and develops a new type of rocket engine based on a propellant composed only by sodium and water. The thesis starts providing an energetic overview of combustion, understanding as such the reaction between any fuel and environmental oxygen. The aim of this introduction is to illustrate the importance of the sodium water reaction in the field of the energy and suggest its use as a new energetic vector. Then, the sodium water reaction capabilities are described, especially those related to its energetic properties. It should be noted the very limited bibliography on this issue. Next, a brief outline of the internal ballistics of a solid-propellant rocket motor is explained, since this is a not so well-known theory in conventional academics and should be taken into account to understand the rest of the thesis. After the background, the thesis describes the method and results obtained in the experimental study carried out to characterize the sodium water reaction, in closed vessel, with different proportions of reactants as well as variations of the volume in which the reaction is performed. As a result, an analytical expression is deducted by relating the reaction variables with the pressure generated. This was the second of the three lines of research proposed for the thesis. The other two lines of research are described hereafter. First line of research consisted of demonstrating the viability of the propulsion of a test engine with tests in test bench. Achievements reached in this line are reported at the end of the thesis. The third line of research consists of keeping the reaction for at least 10 seconds in an experimental engine in test bench and has not been addressed yet. The thesis closes with some conclusions, a breakdown of the contributions to the state of the art and a reference to the pending works necessary to follow up these lines of research.