Fuente:quantum tech
martes, 19 de julio de 2016
lunes, 27 de junio de 2016
Ejemplos de diferentes sitemas operativos
Ejemplos de sistemas operativos para PC
Microsoft Windows
Mac OS X
GNU/Linux
Unix
Solaris
FreeBSD
OpenBSD
Google Chrome OS
Debian
Ubuntu
Mandriva
Sabayon
Fedora
Linpus linux
Haiku (BeOS)
Ejemplos de sistemas operativos para dispositivos móviles
Artículo principal: Sistema operativo móvil.
Android
iOS
Bada
BlackBerry OS
BlackBerry 10
Windows Phone
Symbian OS
HP webOS
Firefox OS
Ubuntu Phone OS
Fuente: http://es.ccm.net
sábado, 25 de junio de 2016
Beneficios en el uso de Biodigestores
El uso de los
biodigestores, podría contribuir a la reducción de los problemas de
contaminación de las aguas residuales por excretas, mantener un equilibrio
ambiental y mejorar la estructura del suelo. La aplicación del efluente
producido por el biodigestor (abono orgánico o bio-abono), aumenta la
fertilidad del suelo permitiendo así el aumento de la producción de las plantas
cultivadas, incluyendo las forrajeras.
La instalación de
biodigestores trae consigo grandes beneficios económicos, ya que tiene
diferentes usos: produce gas metano, el cual se puede utilizar para la
calefacción; y en la iluminación, reduciendo así el uso de energía eléctrica
convencional. Esta es una forma de producir energía que no es contaminante ni
en el proceso de su producción ni en su combustión, contrario a lo que sucede
con los combustibles fósiles.
Además, como
subproductos de la producción del biogás se obtiene un fertilizante orgánico de
alta calidad de inmediata disponibilidad a los cultivos y que se puede integrar
fácilmente al sistema de producción.
Biodigestores
plásticos
Los biodigestores
plásticos son un medio de tratamiento de las excretas de animales y de otros
tipos de desechos orgánicos utilizando un proceso de digestión anaeróbica. La
degradación o descomposición se da por la acción de bacterias anaeróbicas (que
actúan en un medio sin oxígeno). Las bacterias consumen el carbono y el
nitrógeno y como resultado se produce una combinación de gases formado por
metano, anhídrido carbónico y un poco de monóxido de carbono y anhídrido
sulfuroso, entre otros.
Los alimentos de
las bacterias anaeróbicas son el carbono (en la forma de carbohidratos) y el
nitrógeno (en proteínas, nitratos, amoníaco, etc.). El carbono se utiliza para
obtener energía y el nitrógeno para la construcción de estructuras celulares.
El plástico con el
que están fabricados los biodigestores es de forma tubular, protegido con
filtro contra luz ultravioleta (LUV). Dentro de este plástico se descompone o
degrada estiércol de diferentes especies de animales o de otro tipo de desechos
orgánicos como: de mataderos, heces humanas y desperdicios agrícolas entre
otros.
Como resultado de este proceso se produce
principalmente gas metano y un fertilizante líquido ó efluente.
El biogás esta compuesto por:
• Metano (CH4) 55 a 70 %.
• Anhídrido carbónico (CO2) 35 a 40 %.
• Nitrógeno (N2) 0.5 a 5 %.
• Sulfuro de hidrógeno (SH2) 0,1 %.
El aporte calórico fundamental lo ofrece el
metano cuyo peso especifico es de alrededor de 1 kg./m3.
Importancia
de los biodigestores
Dado que el
deterioro del medio ambiente ha venido creciendo cada vez más, urge buscar
alternativas de reciclaje del estiércol de los animales, principalmente el
proveniente de los cerdos, el que por sus componentes tiene mayor poder
contaminante y es más difícil de degradar.
Los biodigestores
tubulares plásticos por sus características constructivas y por su bajo costo
son una alternativa para integrar las excretas y otros residuos orgánicos de la
granja a los sistemas de producción, ya que normalmente éstos se pierden, se
mal utilizan o se convierten en contaminantes del medio ambiente y, por
consiguiente, en un peligro para la salud de las plantas, animales y del mismo
hombre.
El proceso de biodigestión es un método eficiente y de
bajo costo para la producción de energía renovable y limpia.
A través de esta
tecnología que procesa el estiércol de los animales, se puede producir
combustible (biogás) y abono orgánico (efluente). Este último es un
fertilizante de alta calidad y de fácil aplicación, reduciendo así la
contaminación generada por el estiércol que de otra manera quedaría expuesto a
la intemperie o depositado directamente en el suelo junto a otros residuos
generados en los sistemas agropecuarios, sin ser utilizados eficientemente.
Ventajas
del uso de biodigestores como técnica de reciclaje
Son muchos los beneficios que se obtienen al
utilizar los biodigestores. Entre los más importantes se pueden mencionar los
siguientes:
Proporcionan combustible (biogás) para suplir
las necesidades energéticas rurales, incrementando la producción de energía
renovable (calor, luz, electricidad) y de bajo costo.
Reducen
la contaminación ambiental al convertir en residuos útiles las excretas de
origen animal, aumentando la protección del suelo, de las fuentes de agua, de
la pureza del aire y del bosque. Dichas excretas contienen microorganismos
patógenos, larvas, huevos, pupas de invertebrados que de otro modo podrían
convertirse en plagas y enfermedades para las plantas cultivadas.
Se
produce abono orgánico (bio-abono) con un contenido mineral similar al de las
excretas frescas, pero de mejor calidad nutricional para las plantas y para la
producción de fitoplancton. Este último es utilizado para la alimentación de
peces y crustáceos.
Mediante
la utilización del efluente como bio-abono se reduce el uso de fertilizantes
químicos, cuya producción y aplicación tiene consecuencias negativas para el
medio ambiente global y local.
Mejora
las condiciones higiénicas de la casa rural y/o unidad de producción a través
de la reducción de patógenos, huevos de gusanos y moscas, los que mueren
durante el proceso de biodigestión.
Contribuyen
a reducir los niveles de deforestación por el menor uso de leña con fines
energéticos.
Produce
beneficios micro-económicos a través de: la sustitución de energía no renovable
y fertilizantes sintéticos por energía renovable y fertilizantes orgánicos; y
el aumento en los ingresos debido al incremento de la productividad y
producción agrícola y pecuaria.
Se
reduce el riesgo de transmisión de enfermedades (Mc Garry y Stainforth, 1978), ya que al reciclar en conjunto
las excretas animales y humanas en biodigestores que operan en rangos de
temperatura interna entre 30 ºC y 35 ºC es posible destruir hasta el 95% de los
huevos de parásitos y casi todas las bacterias y protozoarios causantes de
enfermedades gastrointestinales
Como
funcionan los biodigestores plásticos
Los biodigestores
plásticos de flujo continuo pueden hacerse funcionar adicionándoles material
orgánico como estiércol de animales, excremento humano u otros desperdicios de
la producción ganadera y mataderos, así como desperdicios agrícolas.
Todos los residuos
orgánicos (basura de cocina, restos vegetales y animales, aguas servidas,
aserrines y virutas, bosta y excrementos) son adecuados para ser fermentados
anaeróbicamente, siempre que exista la tecnología adecuada para su
aprovechamiento.
El biodigestor debe
ser alimentado diariamente, lo que garantizará la producción diaria de biogás y
bio-abono. Lo más práctico es instalar un tubo que conecte directamente el
desagüe de los corrales con la caja de entrada del biodigestor.
La relación
agua/estiércol que se adiciona al biodigestor varía en dependencia de la
especie animal.
Por ejemplo, el
estiércol del ganado bovino requiere mayor cantidad de agua por kilogramo de
material para que las bacterias trabajen mejor y evitar que el material no se
solidifique dentro del biodigestor. Por el contrario, el estiércol de cerdo requiere
menor cantidad de agua ya que es más metanogénico y
las bacterias trabajan o procesan más rápido el material.
Considerando que el
estiércol tiene un promedio de 20% de materia seca, la proporción de agua y
estiércol que se recomienda es de cuatro partes de agua por una parte de
estiércol (relación 4:1). La proporción puede ser hasta de 10 partes de agua
por 1 de estiércol, dependiendo del número de animales y de la especie. La
cantidad y composición del estiércol producido por las diferentes especies
animales varía con el peso del animal, la cantidad y la calidad del alimento
que consume. En la tabla a continuación se presentan valores promedio de
producción de estiércol de acuerdo al tipo de especie animal.
Como
utilizar los productos obtenidos del proceso de biodigestión
Como se mencionó
anteriormente, los dos productos más importantes que se obtiene a través del
proceso de biodigestión son el biogás y el efluente.
A continuación se
detallan los diferentes usos que podemos hacer con ellos.
Biogás:
El biogás puede ser
utilizado tanto en el hogar como en la unidad de producción directamente.
En el hogar uno de
los usos más importante es para cocinar o preparar los alimentos. Con esto se
ahorra dinero directamente al no comprar otro tipo de combustible para ello.
Dependiendo del
volumen de producción, el gas puede utilizarse hasta 12 horas diarias. De
acuerdo con experiencias propias, el biodigestor plástico provee biogás a una
familia de 5-8 miembros por un período promedio de 8 horas diarias. La calidad
de la llama es buena, no ahúma, no mancha y el olor es normal.
También se puede
utilizar para producir energía eléctrica para el calentamiento de las crías
recién nacidas de los cerdos y aves, ahorrando de esta manera energía eléctrica
y/o combustibles fósiles que se utilizan para que funcionen los generadores
eléctricos.
Efluente:
Al igual que con el
biogás, el efluente puede ser utilizado como fertilizante en diferentes
cultivos.
El bio-abono se
puede utilizar tanto en cultivos perennes como en árboles forrajeros que sirven
de alimento para el ganado. Por su alto valor nutritivo para las plantas, el
efluente se usa preferentemente en cultivos anuales de alto valor en el mercado
como es el caso de las hortalizas. La alta calidad del efluente como fertilizante
radica en que después de haber transcurrido el proceso de biodigestión, todos
los nutrientes y más de la mitad de la materia orgánica se encuentra aún en el mismo.
Al mismo tiempo, el
efluente del biodigestor cumple una función fitosanitaria ya que actúa como
repelente contra insectos- plagas de los cultivos El efluente es muy utilizado
para fertilizar plantas acuáticas, plantas ornamentales y también encuentra
aplicación para el cultivo de peces, pues se fertilizan los estanques para
producir algas y fitoplancton que consumen los peces.
En Argentina
El sistema de
manejo de efluentes observado como práctica común del sector es la descarga de
los purines a través de pisos flotantes hacia fosas que luego por bombeo o por
gravedad, transportan los efluentes hacia lagunas abiertas sin
impermeabilización. Una vez colmada la capacidad de estos receptores se vierte
el efluente al exterior. Tampoco en este sector se han puesto de manifiesto
capacidades para implementar nuevas tecnologías de tratamiento de efluentes.
Los productores justifican la ausencia de mejores prácticas de tratamiento de
residuos y efluentes a la falta de acceso a créditos blandos o subsidios que
contribuyan a mejorar este manejo sin comprometer inversiones que pudieran
destinarse a ampliar o mejorar aspectos productivos. Por otro lado, la ausencia
de controles sobre la emisión de estos efluentes al exterior hace que este
escenario sea una práctica común, con tendencia a permanecer en el tiempo. La
siguiente tabla muestra una estimación de la generación de purines en los
establecimientos porcinos.
Las emisiones de
metano por manejo de purines para el sector porcino se estimaron en base a la
información de producción reportada a través del SIG Agropecuario 2006. La
mayor concentración de emisiones de metano se encuentra en la provincia de
Buenos Aires con 16,174 tCO2e anuales promedio y un total de 615,000 tCO2e
anuales; luego sigue Santa Fe con un promedio de emisiones de 23,888 tCO2e
anuales y un total de provincia cercano a las 239,000 tCO2e anuales. Del
análisis de estos números surge que existen menor cantidad de establecimientos
en la provincia de Santa Fe pero con mayor densidad de animales. Dentro de la
provincia de Buenos Aires se destacan los municipios de Marcos Paz, Moreno y
San Andrés de Giles con emisiones entre 130 y 230 mil tCO2e anuales. El factor
de emisión de metano para el sector porcino, considerando manejo de purines en
lagunas resulta 330 tCO2e por cada 1000 animales.
Fuente: Universoporcino.com. Estudio de Performance Ambiental desarrollado para el FAC.
Propiedades del aire. Leyes de los gases perfectos.
La presión en la superficie de la Tierra es la presión
atmosférica que es la que suele tomarse como referencia y que suele denominarse
presión relativa, por ejemplo si el
aire comprimido de una instalación neumática está a 6 bares, quiere decir que
tiene una presión superior a la atmosférica en 6 bares, se mide con unos
instrumentos llamados manómetros.
a) Cuanto ha aumentado la presión (expresada en bar)
b) Valor de la fuerza aplicada si el émbolo tiene una superficie de 100 mm2.
El aire tiene una serie de propiedades y
características que se deben analizar para su correcta aplicación en
instalaciones neumáticas.
Es capaz de reducir su volumen cuando es
sometido a esfuerzos externos de compresión, igualmente cuando ocupa un
recipiente elástico, se reparte uniformemente dentro de él y presenta un
coeficiente de viscosidad muy reducido por lo que tiene una gran facilidad de
fluir por las conducciones adecuadas.
Caudal, es la cantidad de aire
comprimido que atraviesa una sección de la conducción en la unidad de tiempo.
Donde:
Donde:
| Q=caudal (m3/s) | S=sección (m2) | t=tiempo (s) |
| V=volumen (m3) | l=longitud (m) | v=velocidad (m/s |
Presión, se define como el cociente
entre una fuerza aplicada perpendicularmente a una superficie y el valor de la
superficie.
La presión se expresa de distinto
modo, según el sistema de unidades utilizado:
- En el Sistema Internacional la unidad es: 1 Pascal=1N/1m2
- En el Sistema Cegesimal la unidad es 1 baria=1dina/1cm2, esta es una unidad muy pequeña por lo que se emplea un múltiplo que resulta ser: 1 bar=106 barias.
- En el Sistema Técnico la unidad es: 1kp/cm2.
En las aplicaciones neumáticas,
según sean los autores de los textos, se emplean indistintamente cualquiera de
las unidades, admitiéndose las siguientes equivalencias:
1bar=1atm=1kp/cm2=100KPa=105Pa.
Leyes de los gases perfectos
Haremos mención a las leyes que tienen más aplicación para el campo de la neumática, para lo que es necesario interpretar que el aire se comporta como un gas perfecto. Vamos a ver:
Haremos mención a las leyes que tienen más aplicación para el campo de la neumática, para lo que es necesario interpretar que el aire se comporta como un gas perfecto. Vamos a ver:
- El Principio de Pascal
- Ley de Boyle-Mariott
- Ley de Gay-Lussac
- Ley de Charles
Principio de Pascal, según el cual la presión ejercida en un punto
cualquiera de una masa gaseosa, se transmite por igual y en todas las
direcciones. Es decir en dos puntos distintos de un circuito neumático se debe
cumplir:
En esta ley se basa el principio de las prensas hidráulicas.
En esta ley se basa el principio de las prensas hidráulicas.
Estos ejercicios son aplicación directa de las leyes explicadas, por lo que no se resuelven, sólo se indica la solución.
Ejercicio
¿Qué fuerza se debe aplicar sobre un émbolo de 10 cm2 de superficie, de un circuito hidráulico, con el que se pretende elevar un automóvil de 1200 kg de masa, que se apoya sobre un émbolo de una superficie de 100 cm2?
¿Qué fuerza se debe aplicar sobre un émbolo de 10 cm2 de superficie, de un circuito hidráulico, con el que se pretende elevar un automóvil de 1200 kg de masa, que se apoya sobre un émbolo de una superficie de 100 cm2?
Ejercicio
En un taller se dispone de dos cilindros unidos mediante una tubería, las secciones de los pistones son: S1= 10 mm2 y S2 = 40 mm2. Si para levantar un objeto se le tiene que aplicar una fuerza F2=40 N sobre el pistón del segundo cilindro. ¿Cuál será la fuerza F1, que se tiene que realizar sobre el primer pistón?
En un taller se dispone de dos cilindros unidos mediante una tubería, las secciones de los pistones son: S1= 10 mm2 y S2 = 40 mm2. Si para levantar un objeto se le tiene que aplicar una fuerza F2=40 N sobre el pistón del segundo cilindro. ¿Cuál será la fuerza F1, que se tiene que realizar sobre el primer pistón?
Ejercicio
En una prensa hidráulica, podemos realizar una fuerza máxima de 80 N. sobre el primer pistón, las secciones de los émbolos son de 40 cm2 y 200 cm2. ¿Cuál es la fuerza máxima que podrá desarrollar el segundo pistón?
En una prensa hidráulica, podemos realizar una fuerza máxima de 80 N. sobre el primer pistón, las secciones de los émbolos son de 40 cm2 y 200 cm2. ¿Cuál es la fuerza máxima que podrá desarrollar el segundo pistón?
Ley de Boyle-Mariotte, a temperatura constante, el volumen de un
gas confinado en el interior de un recipiente rígido, es inversamente
proporcional a la presión absoluta.
Es decir para una determinada cantidad de gas, el producto de la presión absoluta y el volumen, es una cantidad constante.
Es decir para una determinada cantidad de gas, el producto de la presión absoluta y el volumen, es una cantidad constante.
Ley de Gay-Lussac, si se mantiene la presión constante, el volumen
ocupado por una determinada cantidad de gas es directamente proporcional a su
temperatura absoluta, expresada en grados Kelvin, lo que se representa por la
expresión:
Ley de Charles, a volumen constante, la presión de una determinada
cantidad de masa gaseosa es directamente proporcional a su temperatura
absoluta, expresada en grados Kelvin, lo que se representa por la expresión:
Ecuación general de los gases perfectos
Todas las leyes anteriores
se pueden resumir en la ecuación:
De nuevo, estos
ejercicios son aplicación directa de las leyes explicadas, por lo que no
se resuelven, sólo se indica la solución.
Ejercicio
Un cilindro contiene 2m3 de aire comprimido
con una presión de 300 KPa, se ejerce una fuerza sobre el émbolo lo que provoca
una disminución del 20% de su volumen, durante todo el proceso se mantiene
constante la temperatura. Calcula:
a) Cuanto ha aumentado la presión (expresada en bar)
b) Valor de la fuerza aplicada si el émbolo tiene una superficie de 100 mm2.
Ejercicio
Un depósito contiene un volumen de V1=2,5 m3 de aire que se encuentra a una temperatura de 18ºC a una presión de 6 bar. Determina cual será el volumen, si manteniendo constante la presión el aire ha adquirido una temperatura de 57ºC.
Un depósito contiene un volumen de V1=2,5 m3 de aire que se encuentra a una temperatura de 18ºC a una presión de 6 bar. Determina cual será el volumen, si manteniendo constante la presión el aire ha adquirido una temperatura de 57ºC.
Si
tenemos una jeringuilla que contiene 0,02 m3 de aire comprimido con una
presión de 1,5bar, ¿cuál será el volumen que ocuparía el aire si aumentamos la
presión hasta 3 bar?
Un pistón cerrado contiene un volumen de aire de 300 mm3
sometido a una presión de 400000Pascales ¿Cuál será su volumen si se incrementa
su presión hasta 800000 Pascales?
Fuente: http://e-ducativa.catedu.es
Fuente: http://e-ducativa.catedu.es
miércoles, 8 de junio de 2016
¿Cómo hacer tu propio coche propulsado por energía química?
19 de septiembre de 2014
Este post podría llamarse fácilmente:
"Cocina el combustible para tu coche"
"¿Qué hacer con el cartón, los envases y las tapas de las botellas? Un coche"
"Sugerencias bizarras para domingos siniestros, oscuros, fríos, lluviosos... y con resaca ¿Cómo superarlos?"
(...)
El coche de propulsión química que propongo es simplemente un juguete propulsado por una reacción que libera gas en la parte posterior. Aunque este post se parezca más a una receta de cocina, no te has equivocado de blog (¿o sí?).
 |
| Coche casero de propulsión química [equipo JHR] |
Ingredientes:
- Vinagre (5% de ácido acético)
- Bicarbonato sódico
Materiales:
- Botella de plástico de ~750ml
- Caja de cartón para hacer el cuerpo o cualquier elemento que pueda ser utilizado para tal
- Tapones para hacer las ruedas o cualquier elemento que pueda ser utilizado para tal
- 3 tornillos y arandelas o tuercas de 3 pulgadas
- Globos
- Trozos de papel de capa fina
Herramientas:
- Tijeras
- Cutter
- Cinta adhesiva
Tiempo (aproximado) de preparación: 2-4 horas
Reacción química:
Ácido acético(aq.) + Bicarbonato Sódico(s) => Agua(l) + Dióxido de Carbono(g) + Acetato Sódico (aq.)
[ CH3COOH(aq.)+H2O(l) ] + NaHCO3(s) => H2O(l) + CO2(g) + NaCH3COO(aq.)
La reacción requiere un mol de ácido acético y un mol de bicarbonato de
sodio para producir un mol de dióxido de carbono en estado gas. En este
experimento se utiliza siempre vinagre en exceso para asegurar que todo el bicarbonato sódico se disuelve y reacciona.
Procemidiento:
1) Producción de gas (Opcional)
Antes de construir el coche, es una buena idea comprender la cantidad de gas que se producirá.
En una botella de plástico (cualquier botella de aprox. 750 ml con una boca pequeña) añadir 100 ml de vinagre y 50 ml de agua.
Envolver aproximadamente 6 g de bicarbonato sódico en una sola capa de papel y añadir al líquido.
Cubrir inmediatamente la boca de la botella con un globo y mantenerlo para evitar fugas de gas.
Agitar con cuidado la botella para animar la mezcla.
En este momento la reacción producirá gas y hará hinchar el globo.
Medir el diámetro del balón con una cinta métrica. Considerando el globo esférico, puedes calcular el volumen del gas (V=PI/6*D^3).
Repetir varias veces con proporciones diferentes. Esto ayuda a encontrar la mezcla más apropiada (las proporciones originales son para una relación molar 1:1).
2) Construcción del coche
El cuerpo del coche puede ser construido a partir de casi
cualquier cosa que permita poner las ruedas en una plataforma capaz de
soportar el peso de la botella con la disolución (cartón o plástico). El
de la fotografía es un modelo muy rudimentario, de tres ruedas, y hecho
(casi todo) con basura de los contenedores amarillo y azul. El conjunto
tornillos, arandelas/tuercas hacen de ejes.
El motor del coche es la botella que contiene la reacción. Debe
tener un sellado hermético, pero que pueda abrirse fácilmente. En el
modelo de la fotografía se ha utilizado un tapón abre fácil, tipo
"válvula manual".
3) Pruebas
Lo primero es comprobar la estabilidad estructural (reconstruir si es necesario).
Añadir 100 ml de vinagre y 50 ml de agua.
Envolver en una capa fina de papel 6-6.5 gramos de bicárbonato sódico.
En horizontal, agitar un poco la mezcla (situar el coche en una superficie sucia, que tenga al menos 4 metros de longitud).
Esperar unos ~15 segundos, abrir el tapón o, mejor dicho, la "válvula manual" y...
Fuente: https://www.blogger.com/blogger.g?blogID=1108486052113329662#editor/target=post;postID=3976921301378313458
Propulsor iónico
Un propulsor iónico o motor iónico es un tipo de propulsión espacial que utiliza un haz de iones (moléculas o átomos con carga eléctrica) para la propulsión. El método preciso para acelerar los iones puede variar, pero todos los diseños usan la ventaja de la relación carga-masa de los iones para acelerarlos a velocidades muy altas utilizando un campo eléctrico. Gracias a esto, los propulsores iónicos pueden alcanzar un impulso específico alto, reduciendo la cantidad de masa necesaria, pero incrementando la cantidad de potencia necesaria comparada con los cohetes convencionales. Los motores iónicos pueden desarrollar un orden de magnitud mayor de eficacia de combustible que los motores de cohete de combustible líquido, pero restringidos a aceleraciones muy bajas por la relación potencia-masa de los sistemas disponibles.Prueba de un propulsor iónico.
El principio del propulsor iónico data de los conceptos desarrollados por el físico Hermann Oberth y su obra publicada en 1929, Die Rakete zu den Planetenräumen. El primer tipo de motor iónico, conocido como propulsor iónico de tipo Kaufman, se desarrolló en los años 1960 por Harold R. Kaufman, trabajando para la NASA y basados en el Duoplasmatrón.
Tipos
Existe varios tipos de motores iónicos en desarrollo: algunos son utilizados, mientras que otros aún no han sido probados en naves espaciales. Algunos de los tipos son:
- Propulsor coloidal
- Propulsor iónico electrostático
- FEEP
- Propulsor a efecto Hall (HET).
- Propulsor helicoidal de doble capa (HDLT).
- Propulsor inductivo pulsante (PIT).
- Propulsor magnetoplasmadinámico (MPD).
- Motor de magnetoplasma de impulso específico variable (VASIMR).
Diseño general
En su diseño más sencillo, un propulsor iónico electrostático, los átomos de argón, mercurio o xenón son ionizados mediante la exposición de electrones provenientes de un cátodo. Los iones son acelerados al pasarlos a través de rejillas cargadas.
También se disparan electrones al haz de iones que sale de las rejillas como iones cargados positivamente que dejan el propulsor. Esto mantiene a la nave espacial y el haz del propulsor eléctricamente neutrales. La aceleración utiliza una masa muy pequeña, con un impulso específico (Isp) muy alto. En los años setenta y ochenta, la investigación de la propulsión iónica empezó utilizando cesio pero se vio que producía erosión en las rejillas, por lo que se comenzó a utilizar principalmente gases nobles.
Energía utilizada
Un factor importante es la cantidad de energía o potencia necesaría para hacer funcionar el propulsor, en parte por la ionización de los materiales, pero principalmente para acelerar los iones a velocidades muy altas para que tenga un efecto útil. Las velocidades de salida habituales suelen ser de 30 000 m/s, que es mucho mayor que los 3000 a 4500 m/s que obtiene un cohete convencional. Esto también sirve para reducir la cantidad de propelente necesario.Esquema de un motor iónico.
En los motores iónicos, la mayor parte de la energía se pierde en la salida a velocidades altas y afecta a los niveles de empuje. Como resultado, el empuje total obtenido a partir de cierta cantidad de energía es inversamente proporcional a la velocidad de salida (ya que el consumo de energía por kilogramo de propelente es proporcional a la velocidad de salida al cuadrado, pero el empuje por kilogramo de propelente solo es proporcional a la velocidad de salida, según la ecuación del cohete de Tsiolskovski). Por tanto, aumentar la cantidad de movimiento de la salida de iones diez veces necesitaría gastar cien veces más en energía. En consecuencia, se sacrifica entre el impulso específico y el empuje, siendo ambos inversamente proporcionales a una cierta cantidad de energía.
Un propulsor iónico utilizando un acelerador de partículas puede ser diseñado para alcanzar una velocidad de salida cercana a la velocidad de la luz. Esto le proporcionaría un impulso específico al motor de unos 30 millones de segundos (casi un año), pero daría inevitablemtente un empuje insignificante debido al poco flujo de propelente.
La velocidad de salida de los iones cuando son acelerados dentro del campo eléctrico puede ser calculado con la fórmula:
es la carga del ion,
es la masa del ion y
es la diferencia de potencial del campo eléctrico.
Empuje
En la práctica, las fuentes de energía pueden proporcionar algunas decenas de kilovatios, dando un impulso específico de 3000 segundos (30 kN•s/kg), consiguiendo una fuerza muy modesta, del orden de décimas o centésimas de un newton. Los motores de mayores dimensiones necesitan fuentes de energía más grandes. Un propulsor iónico suele acelerar una nave espacial entre 0,000098 m/s² a 0,0098 m/s² (entre un milésima y una cienmilésima parte de la aceleración de la gravedad). La fuerza que ejerce este motor es equivalente a la fuerza que ejerce una hoja de papel sobre la palma de una mano. Esto quiere decir que su velocidad inicial es diminuta pero gracias a que en el espacio no hay fricción, puede llegar a alcanzar grandes velocidades durante un periodo indeterminado de tiempo. Actualmente estos motores se usan en satélites para mantener su órbita.1
Vida útil
Debido al empuje bajo, la vida útil del propulsor iónico se convierte en una característica importante. Los propulsores iónicos pueden funcionar durante un período largo para permitir que la pequeña aceleración obtenga una velocidad útil.
En el diseño más sencillo, un propulsor iónico electrostático, los iones a menudo golpean la rejilla, erosionándola y finalmente provocando una avería. Las rejillas de dimensiones reducidas disminuye la posibilidad de estas colisiones accidentales, pero también reduce la cantidad de carga que pueden manejar, reduciendo el empuje.
Misiones
De todos los propulsores eléctricos, los motores iónicos han sido considerados, de forma comercial y académica, los más apropiados para misiones interplanetarias y maniobras en órbita. Se ha visto a los propulsores iónicos como la mejor solución en misiones que necesite una diferencia de velocidad muy alta y se disponga de un período largo para conseguirlo.
SERT
La primera nave espacial que utilizó esta tecnología fue la SERT I, fabricada en el Space Electric Rocket Test, y lanzada el 20 de julio de 1964,2 seguida de la SERT II, lanzada el 3 de febrero de 1970.3 4 5
Deep Space 1
La NASA desarrolló un propulsor iónico denominado NSTAR para utilizarlo en misiones interplanetarias. El propulsor se probó con la sonda espacial Deep Space 1, lanzada en 1998. Hughes había desarrollado el Sistema de Propulsión Iónica de Xenón o XIPS para mantener en órbita a los satélites geoestacionarios.
SMART 1
Durante décadas, la Unión Soviética utilizó un propulsor de efecto Hall para mantener la órbita en su estación espacial MIR.
La Agencia Espacial Europea utilizó el mismo tipo en su sonda SMART-1, lanzada en 2003. La sonda completó su misión el 3 de septiembre de 2006 en una colisión controlada con la superficie de la Luna.
Artemis
El 12 de julio de 2001, la Agencia Espacial Europea fracasó en el lanzamiento del satélite de comunicaciones Artemis, no alcanzando la órbita requerida. El suministro de propelente del satélite era suficiente para transferirlo a una órbita semiestable y durante los siguientes 18 meses se utilizó el sistema de propulsión iónica para su transferencia a una órbita geostacionaria.6
Hayabusa
La sonda Hayabusa de la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial, que se lanzó en 2003 y se acercó con éxito al asteroide (25143) Itokawa, permaneció en sus inmediaciones durante algunos meses para la recogida de muestras e información, estando propulsada por cuatro motores iónicos de xenón. La sonda dispone de una rejilla de material compuesto que es resistente a la erosión.7
Dawn
La sonda Dawn fue lanzada el 27 de septiembre de 2007 para explorar el asteroide Vesta (al que llegó el viernes 15 de julio de 2011) y el planeta enano Ceres (al que llegó en Abril del 2015, tras partir de Vesta en el 2012). Para alcanzar sus objetivos está utilizando tres motores iónicos herederos del motor de la Deep Space 1, realizando un recorrido en forma de espiral.
GOCE
El 17 de marzo de 2009 la Agencia Espacial Europea lanzó su satélite Explorador de la Circulación Oceánica y del campo Gravitatoro o GOCE (de sus siglas en inglés Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer) que utiliza un propulsor de iones para contrarrestar los efectos del rozamiento con la atmósfera causados por la baja altura de su órbita.
AEHF-1
El satélite militar estadounidense AEHF-1, lanzado en 2010,8 emplea ―al igual que el satélite europeo Artemis― propulsión iónica para mantenerse en órbita terrestre, a través de un propulsor de efecto Hall.
Desarrollo
En 2003, la NASA probó en tierra una nueva versión de su propulsor iónico denominada High Power Electric Propulsion o HiPEP. El propulsor HiPEP difiere de los modelos anteriores en que los iones de xenón son creados utilizando una combinación de energía de microondas y campos magnéticos. La ionización se consigue mediante un proceso llamado resonancia electrón ciclotrón o ECR. En el ECR, se aplica un campo magnético uniforme en la cámara que contiene el gas xenón. Hay presentes una pequeña cantidad de electrones libres en la órbita del gas alrededor de las líneas del campo magnético en una frecuencia fijada, denominada frecuencia de ciclotrón. La radiación de microondas se realiza con la misma frecuencia, suministrando energía a los electrones, que luego ionizan más átomos de xenón mediante colisiones. Este proceso crea de forma muy eficiente un plasma en gases de densidad baja. Se planeó usar el HiPEP en la misión Jupiter Icy Moons Orbiter, pero fue cancelada en 2005.
Se han considerado otros propelente para los motores iónicos. Se ha investigado el uso de fulerenos para este propósito, específicamente el C60 o buckminster-fulereno, debido en parte a su sección transversal de mayor tamaño para el impacto de electrones. Esta propiedad le da mayor eficacia que los diseños basados en xenón de impulso específico menor a 3000 segundos (29 kN•s/kg).
Referencias
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