Impulso específico

Rangos de impulsos específico para varios tipos de motor: motor de explosión (1), turborreactor (2), estatorreactor (3) y motor cohete (4).

El impulso específico es el período en segundos durante el cual 1 kg de masa de propergol (el combustible y oxidante juntos) producirá un empuje de 1 kg de fuerza. Aunque el impulso específico es una característica propia del sistema de propergoles, su valor exacto varía de acuerdo a algunas condiciones de operación y diseño del motor de un cohete. Por esta razón se asignan diferentes números a un determinado propergol o combinación de estos.

Como característica importante de los combustibles, el número indica la eficiencia de los propelentes. Cuanto más alto es el número, mayor es la eficiencia.

Consideraciones generales

La cantidad de propelente se mide normalmente en unidades de masa o peso. Si se utiliza masa, el impulso específico es un impulso por unidad de masa, que el análisis dimensional muestra unidades de velocidad, por lo que los impulsos específicos se miden a menudo en metros por segundo y se denominan a menudo velocidad de escape efectiva. Sin embargo, si se utiliza el peso del propulsor, un impulso dividido por una fuerza (peso) resulta ser una unidad de tiempo, y por lo tanto los impulsos específicos se miden en segundos. Estas dos formulaciones son ampliamente utilizadas y difieren entre sí por un factor de g0, la constante dimensionada de la aceleración gravitatoria en la superficie de la Tierra.

Obsérvese que la velocidad de cambio de impulso de un cohete (incluyendo su propelente) por unidad de tiempo es igual al empuje.

Cuanto mayor sea el impulso específico, menor será el propelente para producir un empuje dado durante un tiempo dado. En este sentido un propelente es más eficiente cuanto mayor es su impulso específico. Esto no debe confundirse con la eficiencia energética, que puede disminuir a medida que aumenta el impulso específico, ya que los sistemas de propulsión que dan un alto impulso específico requieren alta energía para hacerlo. [1]

Es importante que el empuje y el impulso específico no se confundan. El impulso específico es una medida del impulso producido por unidad de propulsor gastado, mientras que el empuje es una medida de la fuerza momentánea o máxima suministrada por un motor particular. En muchos casos, los sistemas de propulsión con impulsos específicos muy elevados -algunos propulsores de iones alcanzan 10.000 segundos- producen empujes bajos. [2]

Cuando se calcula un impulso específico, sólo se cuenta el propulsor que se transporta con el vehículo antes del uso. Para un cohete químico, la masa propulsora, por tanto, incluiría tanto combustible como oxidante; Para los motores de respiración de aire sólo se cuenta la masa del combustible, no la masa de aire que pasa a través del motor.

La resistencia del aire y la incapacidad del motor para mantener un alto impulso específico a una velocidad de combustión rápida son las razones por las cuales el propulsor no se utiliza lo más rápido posible.

Si un motor pesa más para ganar un impulso específico más alto, puede no ser tan eficiente en ganar altitud, distancia o velocidad como un motor más ligero que tiene un impulso específico más bajo.

Si no fuera por la resistencia del aire y la reducción del propelente durante el vuelo, el impulso específico sería una medida directa de la eficiencia del motor en la conversión del peso o masa del propulsor en impulso hacia adelante.

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