Caramelo cohete - Rocket candy

Rocket Candy , o R-Candy , es un tipo de propulsor de cohetes para modelos de cohetes fabricado con azúcar como combustible y que contiene un oxidante . El propulsor se puede dividir en tres grupos de componentes: el combustible, el oxidante y el (los) aditivo (s). En el pasado, la sacarosa se usaba más comúnmente como combustible. Las formulaciones modernas utilizan con mayor frecuencia sorbitol por su facilidad de producción. El oxidante más común es el nitrato de potasio (KNO 3 ). El nitrato de potasio se encuentra más comúnmente en el removedor de tocones domésticos. Los aditivos pueden ser muchas sustancias diferentes y actuar como catalizadores o mejorar la estética del despegue o vuelo. Una formulación de propulsor de azúcar tradicional se prepara típicamente en una proporción de oxidante a combustible de 65:35 (13: 7).

Existen muchos métodos diferentes para la preparación de un propulsor de cohetes a base de azúcar. La compresión seca no requiere calentamiento, solo el triturado de los componentes y luego el empaque en el motor. Sin embargo, este método no se recomienda para experimentos serios. El calentamiento en seco en realidad no derrite el KNO 3 , pero derrite el azúcar y luego los granos de KNO 3 se suspenden en el azúcar.

El impulso específico, el impulso total y el empuje son generalmente más bajos para la misma cantidad de combustible que otros combustibles de cohetes de modelos compuestos, pero el caramelo de cohete es significativamente más barato.

En los Estados Unidos, los motores de cohetes son legales de fabricar, pero ilegal de transportar sin un permiso de uso de explosivos bajos. Dado que cuentan como motores de aficionados , por lo general se lanzan en lanzamientos de investigación autorizados por la Asociación de Cohetes de Trípoli que requieren que los usuarios tengan una certificación de nivel 2 de alta potencia de la Asociación de Cohetes de Trípoli . Los usuarios también pueden lanzar usando estos motores solicitando una exención de vuelo de la FAA .

Componentes

El caramelo de cohete se puede dividir en tres grupos principales de componentes: combustibles , oxidantes y aditivos. El combustible es la sustancia que arde, liberando gases de rápida expansión que proporcionan empuje al salir de la boquilla. El oxidante proporciona oxígeno, que es necesario para el proceso de combustión. Los aditivos pueden ser catalizadores, para acelerar o hacer más eficiente la combustión. Sin embargo, algunos aditivos son más estéticos y pueden agregar chispas y llamas al despegue, o agregar humo para facilitar el seguimiento del cohete en el aire.

Combustibles

Se pueden usar muchos azúcares diferentes como combustible para los caramelos, incluida la glucosa, la fructosa y la sacarosa; sin embargo, la sacarosa es la más común. El sorbitol , un alcohol de azúcar comúnmente utilizado como edulcorante en los alimentos, produce un propulsor menos frágil con una velocidad de combustión más lenta. Esto reduce el riesgo de agrietamiento de los granos propulsores. Los azúcares con oxígeno de doble enlace, como la fructosa y la glucosa, son menos estables térmicamente y tienden a caramelizarse cuando se sobrecalientan, pero tienen un punto de fusión más bajo para facilitar la preparación. Los azúcares que solo tienen grupos alcohol, como el sorbitol, son mucho menos propensos a esta descomposición. Algunos otros azúcares de uso común incluyen eritritol , xilitol , lactitol , maltitol o manitol .

Oxidantes

El oxidante más utilizado en la preparación de motores de azúcar es el nitrato de potasio (KNO 3 ). También se pueden usar otros oxidantes, tales como nitratos de sodio y calcio , así como mezclas de nitrato de sodio y potasio. KNO 3 se puede adquirir comprando un "removedor de tocones" granular en las tiendas que venden suministros de jardinería. Otros oxidantes de uso poco frecuente son el perclorato de amonio y potasio.

Es necesario abordar dos cuestiones principales con respecto al oxidante si se utiliza nitrato de potasio. El tema más importante es la pureza del material. Si un material comprado no funciona satisfactoriamente, puede ser necesario recristalizar el KNO 3 . La segunda cuestión importante con respecto a la parte oxidante de un propulsor es su tamaño de partícula. La mayoría de los fabricantes de propulsores prefieren su molido de KNO 3 a un tamaño de partícula pequeño, como malla 100 (aproximadamente 150 μm) o menos. Esto se puede hacer con un molinillo de café. Los tambores de roca también se pueden usar para moler en un polvo bien mezclado de grano fino.

Aditivos

A la izquierda está la muestra de la mezcla básica, a la derecha contiene 1% de óxido de hierro rojo agregado

A menudo se agregan aditivos a los propulsores de cohetes para modificar sus propiedades de combustión. Dichos aditivos pueden usarse para aumentar o disminuir la velocidad de combustión del propulsor. Algunos se utilizan para alterar el color de la llama o el humo producido. También se pueden utilizar para modificar una determinada propiedad física del propio propulsor, como plastificantes o tensioactivos para facilitar la colada de la formulación. Hay muchos tipos de aditivos experimentales; los que se enumeran aquí son solo los más utilizados.

Se ha descubierto que los óxidos metálicos aumentan la velocidad de combustión de los propulsores de azúcar. Se ha descubierto que tales aditivos funcionan mejor a niveles del 1 al 5 por ciento. Los más utilizados son los óxidos de hierro. El óxido de hierro rojo se usa con mayor frecuencia ya que es algo más fácil de obtener que las versiones amarilla , marrón o negra . El óxido de hierro marrón exhibe propiedades inusuales de aceleración de la velocidad de combustión bajo presión.

El carbón en forma de carbón vegetal, negro de carbón, grafito, etc., se puede usar y, a veces, se usa como combustible en formulaciones de azúcar. Sin embargo, en la mayoría de los casos, se utiliza una pequeña cantidad de carbono como opacificante, creando una estela de humo visible. El carbón actúa como un disipador de calor, manteniendo una parte del calor de combustión ubicado en el propulsor en lugar de transferirlo rápidamente a la carcasa del motor.

Si se utilizan combustibles metálicos como el aluminio o el magnesio en una formulación de azúcar, existe un peligro si se encuentran trazas de ácidos en el oxidante. Los materiales ácidos pueden reaccionar fácilmente con el metal, produciendo hidrógeno y calor, una combinación peligrosa. La adición de bases débiles ayuda a neutralizar estos materiales ácidos, reduciendo en gran medida su peligro.

A las formulaciones de azúcar se les suele añadir escamas o esponjas metálicas de titanio (con un tamaño de malla 20 aproximadamente) en niveles del 5 al 10% para producir una llama y humo chispeante al despegar.

Los tensioactivos se utilizan para reducir la viscosidad de fusión de los propulsores de azúcar. Por ejemplo, el propilenglicol ayuda a reducir la viscosidad en estado fundido de los propulsores a base de sacarosa.

Formulaciones

Una formulación típica de propulsor de azúcar se prepara típicamente en una relación de oxidante a combustible de 13: 7 (relación en peso). Sin embargo, esta formulación es ligeramente rica en combustible y se puede variar hasta en un 10%. Hay muchas formulaciones posibles diferentes que permitirán el vuelo en cohetes de aficionados.

Preparación

Hay varios métodos diferentes para preparar un propulsor de cohetes a base de azúcar. Estos métodos incluyen compresión en seco, calentamiento en seco y disolución y calentamiento. Los dos últimos métodos implican calentar el propulsor.

En compresión en seco, el azúcar y el nitrato de potasio se muelen individualmente lo más finamente posible y luego se mezclan en un molino de bolas o tambor para asegurar una mezcla uniforme de los componentes. Esta mezcla luego se comprime en el tubo del motor, similar al método para empaquetar pólvora negra en un rifle de avancarga. Sin embargo, este método rara vez se usa para experimentos serios, y se deben tener cuidadosas consideraciones de seguridad antes de decidir emplear este método. Existe una posibilidad significativa de autoignición durante la mezcla, lo que podría provocar lesiones graves.

Otro método más común y seguro de preparar un propulsor de cohetes a base de azúcar es el calentamiento en seco. Primero, el nitrato de potasio se muele o se muele hasta obtener un polvo fino y luego se mezcla completamente con azúcar en polvo que luego se calienta. Este método en realidad no derrite el nitrato de potasio, ya que la temperatura de fusión del KNO 3 es 323 ° C (613 ° F), pero derrite el azúcar y recubre los granos de KNO 3 con el azúcar derretido. El proceso de fusión debe realizarse utilizando un esparcidor de calor , para evitar la creación de puntos calientes de autoignición.

James Yawn aboga por el método de disolución y calentamiento. Disolver y calentar el propulsor en realidad disuelve ambos elementos del propulsor y los combina. Primero, el KNO 3 y el azúcar se colocan en una olla o cacerola. Luego, se agrega solo agua suficiente para poder disolver completamente el KNO 3 y el azúcar. Luego, la mezcla se calienta y se lleva a ebullición hasta que el agua se evapora. La mezcla pasará por varias etapas: primero hirviendo, luego burbujeando y escupiendo, luego se volverá una consistencia cremosa suave. Hay varias ventajas al disolver el azúcar y el KNO 3 en agua antes de calentar. Una ventaja es que el KNO 3 y el azúcar no tienen que estar finamente pulverizados, porque ambos terminan completamente disueltos. Este método de preparación también hace que el propulsor resultante resista la caramelización en la olla, dando más tiempo para empaquetarlo en los motores.

Rendimiento

Los propulsores de cohetes a base de azúcar tienen un I sp ( impulso específico ) promedio de entre 115 y 130 segundos. Compare eso con el I sp promedio de un APCP ( propelente compuesto de perclorato de amonio ), que es de 180 a 260 segundos. Los propelentes a base de sorbitol y KNO 3 con una proporción típica de 35:65 son capaces de una I sp de entre 110 y 125 segundos. Sin embargo, se ha registrado que los cohetes de sorbitol y KNO 3 con aditivos tienen impulsos específicos de hasta 128 segundos.

Los propulsores de cohetes basados ​​en xilitol y KNO 3 son capaces de un impulso específico de ~ 100 segundos. Estos tienen una velocidad de combustión no confinada de aproximadamente 1,3 mm / s. En general, los cohetes de azúcar pueden competir bastante bien.

Los combustibles basados ​​en dextrosa y KNO 3 son capaces de una I sp de 137 segundos.

Aplicaciones

BATES grano de mezcla básica de sorbitol

El caramelo de cohete también se conoce ocasionalmente como "caramelo de caramelo", un término que fue popularizado por Bertrand R. Brinley , en su libro pionero sobre cohetes de aficionados , Manual de cohetes para aficionados , publicado en 1960. Este propulsor se utilizó en algunos de los cohetes de aficionados. descrito por Homer Hickam en sus memorias más vendidas Rocket Boys .

El caramelo de cohete también se empleó en un pequeño cohete aficionado descrito por el teniente coronel Charles M. Parkin en un extenso artículo de Electronics Illustrated que continuó sobre varios números, a partir de julio de 1958. Parkin describió cómo preparar la mezcla de propulsor mediante el uso de una freidora eléctrica sartén como fuente de calor para la operación de fusión. Este artículo fue reimpreso en el libro de Parkin, The Rocket Handbook for Amateurs , que fue publicado en 1959. El artículo de Parkin contribuyó a la creciente popularidad del propulsor de cohetes entre los grupos de cohetes aficionados a partir de finales de la década de 1950 y principios de la de 1960.

Los cohetes alimentados con azúcar se han utilizado como armas de guerra rudimentarias, como durante los ataques de Hamas a Israel durante 2000-2003.

El programa Sugar Shot to Space se formó con el objetivo de "lanzar un cohete propulsado por un 'propulsor de azúcar' hacia el espacio" equivalente a 100 kilómetros (62 millas) de altitud. El cohete Double Sugar Shot alcanzará los 33 kilómetros (21 millas), o un tercio de la altitud objetivo. El primer cohete Mini Sugar Shot , un prototipo del cohete Extreme Sugar Shot , alcanzó una altitud de 4 kilómetros (2,5 millas) antes de que ocurriera una falla catastrófica del motor; el contacto con el segundo cohete Mini Sugar Shot se perdió a una altitud de casi 6 kilómetros (3.7 millas) yendo por encima de Mach 1. El cohete Extreme Sugar Shot , el cohete que se espera que cumpla con la meta de entrar al espacio, aún no se ha completado .

Ver también

Referencias

enlaces externos

* JTRocketmen