es.wedoany.com Noticia: Investigadores de la Universidad Politécnica de Tomsk (ТПУ) y del Instituto de Acero y Aleaciones de Moscú (МИСиС) han desarrollado conjuntamente un modelo matemático para describir el proceso de ignición de combustibles hipergólicos. Este modelo abarca las principales propiedades fisicoquímicas de los combustibles hipergólicos, así como la influencia de estas propiedades en los campos de temperatura y concentración en condiciones de ignición no estacionarias. Los resultados experimentales muestran que el modelo puede predecir el comportamiento de los combustibles hipergólicos con una precisión satisfactoria. La investigación fue financiada por la Fundación Rusa para la Ciencia (número de proyecto №25-29-00637), y los resultados correspondientes se han publicado en la revista FirePhysChem (cuartil Q1, factor de impacto 5.1).
Un sistema de combustible hipergólico está compuesto por un combustible y un oxidante que, al entrar en contacto, inician espontáneamente una reacción sin necesidad de calentamiento adicional ni activación externa. Este tipo de sistema de combustible puede aplicarse en tecnología aeroespacial, por ejemplo, en sistemas de arranque de emergencia. Aunque actualmente existen varios modelos que intentan describir el mecanismo de "activación" de los combustibles hipergólicos, ninguno puede predecir de manera fiable los parámetros clave al alcanzar las condiciones límite de inicio de la combustión, como la temperatura, la tasa de evaporación y la tasa de difusión del vapor.
Los académicos de la Universidad Politécnica de Tomsk, junto con sus colaboradores, propusieron el modelo matemático mencionado anteriormente y lo validaron mediante datos experimentales. En los experimentos se utilizó una combinación de tetrametiletilendiamina (TMEDA) como combustible (con adición de un 5% en masa de sílice como espesante) y ácido nítrico de alta concentración como oxidante. Los experimentos se llevaron a cabo con temperaturas iniciales de los componentes entre 10 y 30 grados Celsius y tamaños de gota de 1 a 3 milímetros, registrando el tiempo de retardo de ignición y la temperatura en la zona de combustión. El estudio muestra que el modelo de cálculo concuerda bien con los resultados experimentales: al variar el tamaño inicial de las gotas, la desviación entre el tiempo de retardo de ignición calculado y el experimental no supera el 15%; al variar la temperatura inicial de los componentes, la desviación no supera el 10%.
El modelo considera de manera integral el intercambio de calor entre los componentes del sistema, los cambios de fase, la difusión del vapor y las reacciones químicas en las fases condensada y gaseosa. Durante la investigación, también se registraron en tiempo real los campos de temperatura y concentración utilizando la tecnología de la Universidad Politécnica de Tomsk, y se estableció la correlación entre ellos. Olga Vysokomornaya, profesora asociada de la Facultad de Física de Procesos de Alta Energía de la ТПУ y una de las autoras del estudio, señaló que este modelo matemático ayuda a predecir con mayor precisión el comportamiento de los sistemas de combustible hipergólico en condiciones cercanas a las de uso real.
La investigación reveló algunas leyes importantes. Por ejemplo, a medida que aumenta el tamaño inicial de las partículas interactuantes, la tasa de evaporación crece de forma exponencial; además, existe un tamaño crítico inicial de aproximadamente 3 milímetros, por encima del cual el tiempo de retardo de ignición permanece casi constante. Olga Vysokomornaya indicó que este marco matemático considera de manera completa los procesos fisicoquímicos en el momento de la ignición del combustible en las fases condensada y gaseosa, y que mejorar la precisión del cálculo es crucial para la aplicación práctica de los sistemas de combustible hipergólico. En el futuro, esta tecnología podría convertirse en la base para diseñar sistemas de combustible hipergólico más seguros y controlables. En la investigación participaron personal del Laboratorio de Transferencia de Calor y Masa de la Universidad Politécnica de Tomsk y del Instituto de Acero y Aleaciones de Moscú.
