Cohetes de vapor

Buscando información para mi segunda novela, que será de temática steampunk, me encontré con el concepto de cohetes de vapor a base de agua sobrecalentada.

Se basan en la propiedad de que el agua sobrecalentada (la olla a presión de toda la vida) sigue líquida y no hierve, a más de 100 grados siempre que se encuentre a presión. Si la presión disminuye bruscamente se convierte bruscamente en vapor. En este vídeo de la universidad técnica de Berlín podéis ver un ejemplo de lo que digo:

Se basa en presurizar y calentar agua a presión mediante electricidad hasta que llegado un punto, la presión empuja al agua por la tobera del cohete, convirtiéndose instantáneamente en vapor. Aquí podréis encontrar más información sobre este hecho:

http://www.aquarius-aerospace.de/

¿Pensáis que se podrían construir cohetes "de verdad" de esta forma? Lo que aparece en el video es un prototipo, pero creo que si se escalase a la altura de un cohete normal se podría llegar al espacio.

Me temo que no. En este tema de la ingeniería aeroespacial los márgenes que se manejan son minúsculos. Básicamente no se ha mejorado nada (salvo porcentajes minúsculos) la eficiencia de los cohetes que se mandan al espacio desde los años 60, ni el coste por Kg, ni el número de accidentes, ni nada.

Hace poco asistí a una charla de un ingeniero de la NASA sobre este tema, y en su opinión no va a haber ninguna revolución al respecto, al menos mientras sigan basándose en propelentes químicos. De hecho decía que la eficiencia de los materiales está tan ajustada que si la tierra pesase un 10% más no habríamos podido mandar nunca nada al espacio.

Y si la cosa anda así de justa con propelentes último modelo imaginate a base de vapor.

Por desgracia en ingeniería la cosa no es tan fácil como "si un modelo funciona en pequeñito, lo hago más grande y funciona igual". De ser así ya habríamos cruzado el atlántico en aviones de papel

Editado por JAVOX, 20 julio 2016 - 23:55 .

Me temo que no. En este tema de la ingeniería aeroespacial los márgenes que se manejan son minúsculos. Básicamente no se ha mejorado nada (salvo porcentajes minúsculos) la eficiencia de los cohetes que se mandan al espacio desde los años 60, ni el coste por Kg, ni el número de accidentes, ni nada.

 

Hace poco asistí a una charla de un ingeniero de la NASA sobre este tema, y en su opinión no va a haber ninguna revolución al respecto, al menos mientras sigan basándose en propelentes químicos. De hecho decía que la eficiencia de los materiales está tan ajustada que si la tierra pesase un 10% más no habríamos podido mandar nunca nada al espacio.

 

Y si la cosa anda así de justa con propelentes último modelo imaginate a base de vapor.

 

Por desgracia en ingeniería la cosa no es tan fácil como "si un modelo funciona en pequeñito, lo hago más grande y funciona igual". De ser así ya habríamos cruzado el atlántico en aviones de papel

Creo que te estás olvidando de Elon Musk. El está haciendo cosas que la NASA consideraba "imposibles" como reutilizar un cohete, bajar los precios para enviar cargas al espacio (el Falcon 9 es ya el cohete más barato del mundo) y posiblemente enviar a un hombre a Marte por menos dinero que el que necesita la NASA (El Falcon Heavy costará unos 100 millones $ por lanzamiento frente a los 1000-1500 millones $ del SLS)

Posiblemente el experto con el que hablaste era muy bueno en su campo. Pero en el momento en que cambian las tecnologías estos "expertos" se vuelven obsoletos y sus prediciones no sirven de mucho.

Obviamente la idea de un cohete a vapor no resulte ingenierilmente la más eficiente (aunque a mi me sirve como argumento de mi novela) pero no creo que sea imposible enviar algo a la órbita terrestre usando la energía del vapor. Además tiene sus ventajas: No contaminaría, sería más seguro (operaría a temperaturas de 200 o 300 grados) y el agua es más barata que cualquier combustible.

Este experto no sólo trabaja en la NASA, sino que tiene además una empresa de satélites. De hecho nos enseñó un vídeo de cómo 50 de ellos explotaban en uno de los cohetes de Musk que reventó el año pasado.

SpaceX está mejorando ligeramente márgenes económicos gracias a la reutilización y quizá mejore también alguna característica puntual, pero todo es en orden de pequeños porcentajes, no de órdenes de magnitud, que es lo que hace falta aquí.

Y lo del vapor, honestamente lo dudo mucho. Yo no soy ingeniero así que deberías preguntarle a uno, pero si los rendimientos están al límite con los propelentes modernos dudo que el agua vaya a ser capaz de acercarse a eso.

Imagino que es lo que comenta JAVOX, aparentmente el rendimiento del vapor no parce para nada suficiente. No sé la cantidad de empuje (ni por cuanto tiempo) que podría proporcionar, quizá necesitarías un cohete enorme para almacenar el vapor y mantener la temperatura que necesitas, etc y al aumentar el peso ya sabemos... Me parece mucho más energético, obviamente, la combustión del hidrógeno y oxígeno líquidos como seguro que ya sabes (si no voy errado eres físico tu también, no?), así que entiendo que es solamente la posibilidad de que pudiera ser eficaz un cohete de vapor aunque lo fuera menos que los actuales. Yo no sé si hay una configuración asequible donde consiguieras que el cohete pudiera realizar el trabajo (mecánico) de poner algo en órbita, pero totalmente a ojímetro no lo veo muy claro...

¿Y un ascensor espacial? Si lo haces en plan steampunk como dices, visualmente quedaría bastante atractivo sin ser lógicamente tampoco muy preciso científicamente (creo que el tema actual está con qué se haría para que la estructura aguantase). Pero vaya, obviando ese detalle, el ascensor en sí, digamos el aparato que sube y baja por la columna, podría estar propulsado por vapor, de hecho podría haber como un sistema de tuberías que le fuera proporcionando el vapor desde la base del mismo.

Yo doy ideas xD

Este experto no sólo trabaja en la NASA, sino que tiene además una empresa de satélites. De hecho nos enseñó un vídeo de cómo 50 de ellos explotaban en uno de los cohetes de Musk que reventó el año pasado.

 

SpaceX está mejorando ligeramente márgenes económicos gracias a la reutilización y quizá mejore también alguna característica puntual, pero todo es en orden de pequeños porcentajes, no de órdenes de magnitud, que es lo que hace falta aquí.

 

Y lo del vapor, honestamente lo dudo mucho. Yo no soy ingeniero así que deberías preguntarle a uno, pero si los rendimientos están al límite con los propelentes modernos dudo que el agua vaya a ser capaz de acercarse a eso.

Bueno, no soy yo un fanboy de Elon Musk. Está ofreciendo resultados sin gastar tanto dinero como la NASA y otras agencias y para mi eso es lo importante. Obviamente, como tu dices a los propelentes químicos solo se puede exprimir su rendimiento hasta un límite. Si Musk está consiguiendo rebajar costes se deberá, posiblemente, a que recorta en gastos internos y optimiza los procesos mucho mejor que una entidad tan burocratizada como la NASA.

Sin embargo, el cohete de agua sobrecalentada obtiene su impulso no de la combustión, sino de almacenar energía térmica en su masa, por lo que la ingenería de esos posibles cohetes no está tan estudiada (solo ha habido prototipos)

El impulso específico del agua es de 195 s, muy cercano a los 250 s que tienen los cohetes de estado sólido, lo cual no está mal:

https://en.wikipedia...ki/Steam_rocket

https://en.wikipedia...pecific_impulse

De hecho un cohete de agua sobrecalentada es lo más mecánicamente sencillo que puedas imaginar: un depósito para el agua y una tobera Laval. Te ahorras todo el sistema mecánico de turbobombas, cámara de combustión, tuberías, etc. Lo cual implica menos peso para el cohete.

Además para mi novela estoy pensando en un cohete de forma troncocónica, para que la ratio entre el volumen y la superficie sea más favorable que en el caso de un cohete convencional cilíndrico. Como el impulso específico es algo menor lo voy a suplir añadiendo más agua al cohete (el agua es barata).

Hay estudios también hechos de aplicación de cohetes de vapor en el espacio:

http://www.neofuel.c...t/#Postdeadline

Bueno, todavía no me he puesto a hacer los cálculos. De todas formas como tengo como fuente de inspiración De la Tierra a la Luna, de Julio Verne, cuando termine la novela quiero ofrecer unos cálculos completos de como sería el cohete como hizo Verne con el cañón y las coordenadas de la novela (el Apolo 11 cayó a solo 4 km del lugar donde cayó la capsula de Verne...).

Posiblemente me salga un cohete monstruosamente grande (visto el Isp de 195 s), pero bueno, es una novela...

Editado por kaluza5, 21 julio 2016 - 13:43 .

Imagino que es lo que comenta JAVOX, aparentmente el rendimiento del vapor no parce para nada suficiente. No sé la cantidad de empuje (ni por cuanto tiempo) que podría proporcionar, quizá necesitarías un cohete enorme para almacenar el vapor y mantener la temperatura que necesitas, etc y al aumentar el peso ya sabemos... Me parece mucho más energético, obviamente, la combustión del hidrógeno y oxígeno líquidos como seguro que ya sabes (si no voy errado eres físico tu también, no?), así que entiendo que es solamente la posibilidad de que pudiera ser eficaz un cohete de vapor aunque lo fuera menos que los actuales. Yo no sé si hay una configuración asequible donde consiguieras que el cohete pudiera realizar el trabajo (mecánico) de poner algo en órbita, pero totalmente a ojímetro no lo veo muy claro...

 

¿Y un ascensor espacial? Si lo haces en plan steampunk como dices, visualmente quedaría bastante atractivo sin ser lógicamente tampoco muy preciso científicamente (creo que el tema actual está con qué se haría para que la estructura aguantase). Pero vaya, obviando ese detalle, el ascensor en sí, digamos el aparato que sube y baja por la columna, podría estar propulsado por vapor, de hecho podría haber como un sistema de tuberías que le fuera proporcionando el vapor desde la base del mismo.

 

Yo doy ideas

La idea del ascensor espacial está bien, pero para una novela ambientada en el futuro, como Las fuentes del paraíso, no para una novela steampunk...

El problema es que solo los nanotubos de carbono son lo suficientemente fuertes estructuralmente como para hacer un ascensor espacial y se descubrieron a finales del siglo XX...

Seguiré con la idea del agua sobrecalentada, estoy reuniendo la información técnica y me tendré que poner más tarde o más temprano a hacer los cálculos para la novela. He puesto en la contestación a JAVOX algunos enlaces, pero estoy reuniendo más documentación, como la del proyecto Aquarius de la universidad técnica de Berlín.

Tienes razón en que usar oxígeno e hidrógenos líquidos es lo más eficiente, siendo su impulso específico de 450 s frente a los 195 s del cohete de agua sobrecalentada, así que no me quedará más remedio que hacer el cohete más grande y variar su forma: más cercano a un cono que a un cilindro.

Sí, tienes razón en que soy físico y además fan de la ciencia ficción

Un vídeo de los Cazadores de Mitos. A un calentador de agua le han anulado los elementos de seguridad y va acumulando presión hasta que revienta:

Impresiona...

http://steampunksp.4...cohete-de-vapor

Si es una novela da igual, hazlo y punto. Será que no hemos leido cosas increíbles em cifi

Es interesante el enlace...

Intentaré hacer los cálculos primero para ver si es medianamente factible. Me gustaría que la novela sembrase en el lector la duda de que si hubiese alguien, en la vida real, con el suficiente dinero como para fabricar un cohete de este tipo, fuese posible enviar al espacio a un intrépido astronauta.

No importa si no es posible, acuérdate del cohete bala de Verne.

El problema esta en la masa necesaria de propelente que tendría que cargar el cohete, y si el empuje del motor seria capaz de llevar todo ese peso a donde lo quieres llevar.

Es el mismo problema que tienen los cohetes en la actualidad.

No importa si no es posible, acuérdate del cohete bala de Verne.

El cohete bala de Verne era físicamente posible. Otra cosa es que en la realidad hubieran acabados hecho papilla por las aceleración tan brutal que hubiera soportado. Verne se lo olía y por eso puso la habitación interior sobre una plataforma con una base de agua, para "amortiguar" la detonación del cañón.

El problema esta en la masa necesaria de propelente que tendría que cargar el cohete, y si el empuje del motor seria capaz de llevar todo ese peso a donde lo quieres llevar.

 

Es el mismo problema que tienen los cohetes en la actualidad.

Parece que un loco aventurero se ha arriesgado a montar en un cohete de agua: